CN114867934A - 包括标准污染物减排的内燃机系统 - Google Patents

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Abstract

一种运行内燃机的方法包括在内燃机的燃烧室内燃烧燃料和空气的混合物，从而形成废气，使所述废气离开所述燃烧室，执行启动程序，所述启动程序包括将所述废气从所述燃烧室传送到存储单元，用所述存储单元捕获所述废气的标准污染物，将所述废气从所述存储单元传送到后处理系统，用来自所述存储单元的所述废气将所述后处理系统加热到激活温度，以及在将所述后处理系统加热到所述激活温度之后，执行辅助程序，所述辅助程序包括将所述废气从所述燃烧室传送到所述后处理系统，从而形成处理后的废气，以及将所述处理后的废气传送到所述存储单元。

Description

包括标准污染物减排的内燃机系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年1月3日提交的美国申请序列号16/733,928的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
背景技术
领域
本公开涉及内燃机系统，更具体地，涉及包括用于减轻标准污染物排放的特征的内燃机系统。
技术背景
石油基燃料用于为绝大多数车辆提供动力。例如，汽油、柴油燃料和天然气相对便宜并且可供用户广泛使用，并且用于为世界各地的车辆的内燃机提供动力。然而，石油基燃料的燃烧可能会将污染物排放到环境中，这由于许多原因可能是不期望的。此外，由石油基燃料的燃烧排放的一些污染物被指定为“标准污染物”，受各种管辖区域的规定。由于与运输车辆一起使用的其他更清洁的能源可能太昂贵且开发不足，因此需要可以在降低标准污染物排放的情况下运行的内燃机。
发明内容
减少标准污染物排放的一种策略包括利用后处理系统。例如，一些后处理系统可以包括与标准污染物反应以减少不期望的排放的一种或多种催化剂。然而，催化剂的有效性可以至少部分地取决于催化剂的温度，并且催化剂可能需要达到操作温度以有效地与标准污染物反应。在一些操作条件下，例如在发动机启动期间，后处理系统的催化剂可能低于操作温度，并且后处理系统的性能可能降低，导致标准污染物排放增加。
因此，需要减少标准污染物排放的改进的内燃机系统。本公开的实施例涉及内燃机系统，所述内燃机系统包括后处理系统和存储单元，所述存储单元在结构上配置成捕获一种或多种标准污染物。在启动程序期间，废气在被传送到所述后处理系统之前优先被引导到所述存储单元。当将所述后处理系统加热到操作温度时，所述存储单元捕获标准污染物，并且以这种方式，可以最小化启动条件期间标准污染物的排放。
在一个实施例中，一种运行内燃机的方法包括在内燃机的燃烧室内燃烧燃料和空气的混合物，从而形成废气，使所述废气离开所述燃烧室，执行启动程序，所述启动程序包括将所述废气从所述燃烧室传送到存储单元，用所述存储单元捕获所述废气的标准污染物，将所述废气从所述存储单元传送到后处理系统，用来自所述存储单元的所述废气将所述后处理系统加热到激活温度，以及在将所述后处理系统加热到所述激活温度之后，执行辅助程序，所述辅助程序包括将所述废气从所述燃烧室传送到所述后处理系统，使所述废气的标准污染物与所述后处理系统反应，从而形成处理后的废气，其中，所述处理后的废气包括比来自所述燃烧室的所述废气更少的标准污染物，以及将所述处理后的废气传送到所述存储单元。
在另一个实施例中，一种内燃机系统包括燃烧室、与所述燃烧室选择性连通的存储单元、与所述燃烧室选择性连通并与所述存储单元选择性连通的后处理系统，位于所述燃烧室和所述存储单元之间以及所述燃烧室和所述后处理系统之间的后处理-存储单元阀，以及通信地耦合到所述后处理-储存单元阀的控制器，其中，所述存储单元在结构上配置成捕获通过所述存储单元的气体中的一种或多种标准污染物，所述后处理系统在结构上配置成与通过所述后处理系统的气体中的一种或多种标准污染物反应，所述后处理-存储单元阀可在存储位置和后处理位置之间重新定位，在所述存储位置，所述燃烧室和所述存储单元通过所述后处理-存储单元阀彼此连通，在所述后处理位置，所述燃烧室通过所述后处理-存储单元阀与所述后处理系统连通，所述控制器包括处理器和计算机可读和可执行指令集，所述计算机可读和可执行指令集在被执行时使所述处理器执行启动程序以及执行辅助程序，所述启动程序包括将所述后处理-存储单元阀引导到所述存储位置，从而将废气从所述燃烧室引导到所述存储单元，所述辅助程序包括引导所述后处理-存储单元阀移动到所述后处理位置，从而将所述废气从所述燃烧室引导到所述后处理系统。
在又一个实施例中，一种操作内燃机系统的方法包括在内燃机的燃烧室内燃烧燃料和空气的混合物，从而形成废气；执行辅助程序，所述辅助程序包括将所述废气从所述燃烧室传送到后处理系统；使所述废气在所述后处理系统中发生反应，从而形成处理后的废气，其中，所述处理后的废气包括比来自所述燃烧室的所述废气更少的标准污染物；将所述处理后的废气传送到存储单元；在执行所述辅助程序之后，执行再生程序，所述再生程序包括将所述废气从所述燃烧室传送到所述存储单元；用所述废气将所述存储单元加热到释放温度以上，从而从所述存储单元释放所存储的标准污染物；将所释放的标准污染物从所述存储单元传送到所述后处理系统；以及使所释放的标准污染物与所述后处理系统反应。
本公开中公开的技术的附加特征和优点将在下面的具体实施方式中阐述，并且部分特征和优点对于本领域技术人员而言从描述中将是显而易见的，或者通过实践包括下面的具体实施方式、权利要求书以及附图的本公开中描述的技术而被认识。
附图说明
当结合以下附图阅读时，可以最好地理解本公开的具体实施例的以下具体实施方式，其中相同的结构用相同的附图标记表示，并且其中：
图1示意性地描绘了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的内燃机系统的内燃机的剖视图；
图2示意性地描绘了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的图1的内燃机系统的后处理系统和存储单元；
图3示意性地示出了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的处于启动或再生程序中的图1的内燃机系统；
图4示意性地描绘了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的在辅助程序中的图1的内燃机系统；
图5示意性地描绘了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的包括废热回收单元的内燃机系统；以及
图6示意性地描绘了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的内燃机系统的控制图。
现在将更详细地参考各种实施例，其中一些实施例在附图中示出。只要有可能，在整个附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。
具体实施方式
本文描述的实施例总体上涉及内燃机系统和操作内燃机系统的方法，其减轻标准污染物的排放。在本文所述的实施例中，内燃发动机系统包括与燃烧室选择性连通的后处理系统和存储单元。在启动条件期间，废气被引导到所述存储单元，所述存储单元在将所述后处理系统加热到激活温度时从所述废气中捕获标准污染物。一旦将所述后处理系统加热到所述激活温度，来自所述燃烧室的废气就被引导通过所述后处理系统，所述后处理系统与所述废气内的标准污染物反应。通过在启动期间优先地将废气引导到所述存储单元，捕获了在将所述后处理系统加热到所述激活温度时否则将从内燃机排放到环境中的标准污染物。本文参考附图更详细地公开了减轻标准污染物排放的内燃机系统的这些和其他实施例。
现在参考图1，示意性地描绘了内燃机系统100的内燃机102的剖视图。所述内燃机102通常包括与缸体接合的气缸盖104，所述缸体限定与所述气缸盖104接合的一个或多个侧壁106。在实施例中，活塞124与所述一个或多个侧壁106接合，并且所述活塞124、所述气缸盖104和所述一个或多个侧壁106至少部分地限定燃料在其中燃烧的燃烧室122。在实施例中，例如，当燃料在所述燃烧室122内燃烧时，所述活塞124可沿着所述一个或多个侧壁106移动。
在实施例中，所述活塞124联接到曲轴125。例如，在图1所示的实施例中，所述活塞124通过连杆联接到所述曲轴125，并且在操作中，所述活塞124沿着所述一个或多个侧壁106的线性运动被转换成所述曲轴125的旋转运动。在所述内燃机102是车辆的发动机的实施例中，所述曲轴125的旋转运动可以驱动所述车辆的一个或多个车轮，以使所述车辆具有机动性。在一些实施例中，例如在所述内燃机102是发电系统的一部分的实施例中，所述曲轴125可以驱动产生电流的发电机。
在实施例中，所述内燃机系统100包括进气阀112和排气阀116。所述进气阀112和所述排气阀116各自可在打开位置和关闭位置之间重新定位，并且可以通过任何合适的装置(例如但不限于凸轮轴等)在所述打开位置和所述关闭位置之间移动。通过所述进气阀112的选择性移动，所述燃烧室122与发动机进气口110选择性连通。在实施例中，所述发动机进气口110可以是进气歧管等，进气(例如，空气)通过所述发动机进气口110传送到所述燃烧室122。在一些实施例中，加压气体可以例如通过涡轮增压器或机械增压器提供给所述发动机进气口110，然而，在一些实施例中，提供给所述发动机进气口110的所述进气是在环境压力下提供的。
通过所述排气阀116的选择性移动，所述燃烧室122与发动机排气口114选择性连通。在一些实施例中，所述发动机排气口114可以是排气歧管等，在燃料在所述燃烧室122内燃烧之后，通过所述发动机排气口114传送废气(例如，来自所述燃烧室122的燃烧副产物)。虽然在图1所示的实施例中，所述内燃机系统100包括与所述燃烧室122连通的单个进气阀112和单个排气阀116，但是应当理解，这仅仅是示例，并且本文所述的实施例可以包括与所述燃烧室122连通的任何合适数量的进气阀和排气阀。
在实施例中，所述内燃机102包括与所述燃烧室122连通的燃料喷射器118和点火装置120。所述燃料喷射器118通常将诸如汽油等的燃料传送到所述燃烧室122中。在实施例中，所述燃料喷射器118可以包括多孔喷射器、中空锥形喷射器、压电或螺线管驱动的燃料喷射器等。
所述点火装置120可包括火花塞等，其可操作以点燃或辅助点燃所述燃烧室122内的燃料。虽然在图1所示的实施例中，所述内燃机102包括所述点火装置120，但是应当理解，这仅仅是示例。例如，在一些实施例中，所述内燃机102可以是火花点火式发动机，并且所述点火装置120可以点燃所述燃烧室122内的诸如汽油的燃料。然而，在一些实施例中，所述内燃机102可以是压缩点火发动机，其可以包括或可以不包括点火装置，并且可以使用诸如汽油、柴油燃料、天然气等的燃料来操作。
虽然在图1所示的剖视图中示意性地描绘了单个燃烧室122，但是应当理解，所述内燃机102可以包括任何合适数量的燃烧室122。此外，虽然在图1所示的实施例中，所述内燃机102包括与所述燃烧室122直接连通的所述燃料喷射器118，但是应当理解，这仅仅是示例，并且燃料可以间接地传送到燃烧室122，例如通过所述发动机进气口110。
参考图2，描绘了所述内燃机系统100的示意图。在实施例中，所述内燃机系统100包括与所述内燃机102选择性连通的后处理系统150和存储单元152。
在实施例中，所述后处理系统150在结构上配置成与通过所述后处理系统150的气体(例如，废气)中的一种或多种标准污染物反应。特别地，所述后处理系统150包括一个或多个催化剂，其与一种或多种标准污染物反应，将所述标准污染物化学转化为未被指定为标准污染物的组分。如本文所述，术语“标准污染物”包括可以由一个或多个管辖区域管制的污染物，并且包括一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和/或未燃烧烃(HC)中的至少一种。
在一些实施例中，例如在所述内燃机102是火花点火式发动机的实施例中，所述后处理系统150可以包括在结构上配置成与CO、NOx和HC反应的三元催化剂。例如，所述三元催化剂可以将CO转化为二氧化碳(CO2)，可以将NOx转化为双原子氮(N2)和水(H2O)，并且可以将HC转化为H2O和CO2。在一些实施例中，例如，在所述内燃机102是诸如柴油发动机的压缩点火发动机的实施例中，所述后处理系统150可以包括柴油氧化催化剂(DOC)和NOx还原催化剂或催化剂系统。在一些实施例中，DOC可以将CO转化为CO2并将HC转化为H2O和CO2，而所述NOx还原催化剂将NOx转化为H2O和N2。在一些实施例中，所述NOx还原催化剂可以包括稀燃NOx催化剂，例如铜取代的沸石ZSM-5催化剂和/或铂/氧化铝催化剂。在一些实施例中，所述NOx还原催化剂可以包括选择性催化剂还原(SCR)系统。
在一些实施例中，所述后处理系统150限定对应于转换期望量的标准污染物的最低温度的“起燃”或激活温度。在一些实施例中，所述后处理系统150的所述激活温度为约175摄氏度。在一些实施例中，所述后处理系统150的所述激活温度为约200摄氏度。在一些实施例中，所述后处理系统150的所述激活温度为约275摄氏度。
所述存储单元152在结构上配置成捕获通过所述存储单元152的气体(例如，废气)中的一种或多种标准污染物。例如，在一些实施例中，所述存储单元152包括吸附一种或多种标准污染物的一种或多种结构和材料。在实施例中，所述存储单元152可以包括吸附剂材料，例如活性炭、沸石、金属有机骨架、二氧化硅、氧化铝、金属氧化物、表面改性的吸附剂和/或负载在多孔材料上的液体、氧化钡等。在实施例中，所述存储单元152可以包括所述吸附材料，例如，作为整体结构上的涂层或作为保留在床中的颗粒。在一些实施例中，可以维持真空压力或将真空压力施加到所述存储单元152。例如，在一些实施例中，所述内燃机102与所述存储单元152流体连通(例如，经由所述发动机进气口110(图1))，并且可以在一些操作条件下向所述存储单元152施加真空压力。在一些实施例中，真空泵等与所述存储单元152连通，并且可以向所述存储单元152施加真空压力。如本文更详细描述的，向所述存储单元152施加真空压力可以帮助从所述存储单元152释放标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152可以包括在结构上配置成捕获不同标准污染物的不同材料和/或不同区域。例如，在一些实施例中，所述存储单元152包括用于捕获HC和CO的沸石和/或用于在相对低的温度下捕获HC的活性炭。在一些实施例中，所述存储单元152包括用于捕获NOx的氧化钡。
在实施例中，与所述后处理系统150转换标准污染物的温度相比，所述存储单元152可以在相对低的操作温度下吸附标准污染物。例如，在一些实施例中，所述存储单元152在低于100摄氏度的温度下吸附标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在0摄氏度和100摄氏度之间(包括端点)的温度下吸附标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在-20摄氏度和100摄氏度之间(包括端点)的温度下吸附标准污染物。因为所述存储单元152可以在相对低的操作温度下吸附标准污染物，所以所述存储单元152可以在所述后处理系统150在启动程序期间加热到操作温度时捕获标准污染物，如本文更详细描述的。
在实施例中，所述存储单元152解吸标准污染物，从而当所述存储单元152处于超过释放温度的温度时再生所述存储单元152。如本文所述，“释放温度”是指所述存储单元152的温度，在该温度下由所述存储单元152吸附的所述标准污染物(例如，CO、HC和NOx)中的至少一种从所述存储单元152释放。不受理论束缚，所述存储单元152的吸附剂可以具有与特定标准污染物相关联的吸附等温线。所述吸附等温线限定了吸附剂的各个方面之间的平衡关系，例如，吸附剂和/或通过所述存储单元152的气体的温度、通过所述存储单元152的所述气体的压力、通过所述存储单元152的所述气体中的特定标准污染物的浓度以及吸附在所述吸附剂上的所述特定标准污染物的浓度。
在实施例中，所述存储单元152的所述吸附剂可以具有针对每种标准污染物的平衡温度，在该平衡温度下，在给定压力下通过所述存储单元152的所述气体中的所述标准污染物的浓度没有变化(即，在所述给定压力下不吸附所述特定标准污染物的温度)。所述平衡温度可以从每种所述标准污染物的吸附等温线获得。在高于特定标准污染物的所述平衡温度的温度下，所述存储单元152的吸附剂通常释放所述标准污染物。不同的标准污染物可以具有不同的平衡温度，并且如本文所述，所述存储单元152的所述“释放温度”是大于由所述存储单元152吸附的所述标准污染物的所述平衡温度中的至少一者的温度。在实施例中，由所述存储单元152的吸附剂解吸的标准污染物的量和/或速率可以取决于所述存储单元152的温度。例如，在一些实施例中，与在相对更接近所述标准污染物的所述平衡温度的温度下相比，由所述存储单元152释放的标准污染物的速率或量在相对高于所述标准污染物的所述平衡温度的温度下可以更高。然而，应当理解，所述存储单元152的温度与释放的标准污染物的量和/或速率之间的关系不一定是线性的。例如，在一些实施例中，由所述存储单元152释放的特定标准污染物的量和/或速率可以随着温度继续增加到释放温度以上而降低。
在一些实施例中，所述存储单元152在超过100摄氏度的温度下解吸标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在超过150摄氏度的温度下解吸标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在超过200摄氏度的温度下解吸标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在超过250摄氏度的温度下解吸标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在超过300摄氏度的温度下解吸标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在超过350摄氏度的温度下解吸标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在超过400摄氏度的温度下解吸标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在超过450摄氏度的温度下解吸标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在超过500摄氏度的温度下解吸标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在100摄氏度与500摄氏度之间(包括端点)的温度下解吸标准污染物。在一些实施例中，所述存储单元152在250摄氏度与500摄氏度之间(包括端点)的温度下解吸标准污染物。不受理论束缚，所述存储单元152解吸标准污染物的所述释放温度至少部分地取决于所述存储单元152的结构和材料。在实施例中，通常选择所述存储单元152的结构和材料，使得所述存储单元152解吸标准污染物的所述释放温度处于或低于在一些操作条件(例如，除启动之外的操作条件)期间可以优先被引导到所述存储单元152的废气的温度。此外，通常选择所述存储单元152的结构和材料以承受在一些操作条件(例如，除启动之外的操作条件)期间优先被引导到所述存储单元152的废气的温度。例如，在一些实施例中，所述内燃机系统100可以配置成使得当废气到达所述存储单元152(例如，绕过所述后处理系统150)时，优先引导到所述存储单元152的废气小于1000摄氏度。
在实施例中，后处理-存储单元阀130位于所述内燃机102的所述燃烧室122(图1)和所述存储单元152之间，以及所述内燃机102的所述燃烧室122(图1)和所述后处理系统150之间。在实施例中，所述后处理-存储单元阀130可定位在存储单元位置，在该存储单元位置，所述内燃机102的所述燃烧室122(图1)和所述存储单元152通过所述后处理-存储单元阀130彼此连通。
例如并且参考图1和图3，描绘了所述内燃机系统100，其中所述后处理-存储单元阀130处于所述存储单元位置。在操作中，燃料和空气的混合物在所述内燃机102的所述燃烧室122内燃烧，从而形成废气。在所述后处理-存储单元阀130处于所述存储单元位置的情况下，例如在启动程序期间，所述废气从所述内燃机102的所述燃烧室122离开，并且通过所述后处理-存储单元阀130(例如，绕过所述后处理系统150)传送到所述存储单元152。在所述启动程序期间，所述存储单元152捕获所述废气的标准污染物，使得当所述废气通过所述存储单元152时，所述废气内的标准污染物的量减少。例如，在启动程序期间，所述存储单元152最初可以处于低于所述存储单元152的所述释放温度的环境温度。因此，尽管绕过所述后处理系统150将相对高温的废气引导到所述存储单元152，但是在所述启动程序期间，所述存储单元152低于所述释放温度，并且可以捕获所述废气内的标准污染物。在一些实施例中，在所述内燃机系统100的前120秒操作期间，所述存储单元152捕获否则将所述后处理系统150加热到所述激活温度时将排放的85％至99％的标准污染物。
所述废气例如通过存储单元出口阀134从所述存储单元152传送到所述后处理系统150。在实施例中，所述存储单元出口阀134可以是单向阀，其限制气体从所述后处理系统150到所述存储单元152的流动，同时允许气体从所述存储单元152流动到所述后处理系统150。附加地或替代地，在一些实施例中，所述存储单元出口阀134可以在打开位置和关闭位置之间重新定位，在所述打开位置，所述后处理系统150和所述存储单元152通过所述存储单元出口阀134彼此连通，在所述关闭位置，所述后处理系统150和所述存储单元152不通过所述存储单元出口阀134彼此连通。
当所述废气通过所述后处理系统150时，所述废气加热所述后处理系统150。在实施例中，来自所述存储单元152的所述废气将所述后处理系统150加热到激活温度，从而“点燃”所述后处理系统150的一个或多个催化剂，如上所述。可通过后处理出口阀136从所述后处理系统150传送所述废气，并且可将所述废气传送到环境中或者传送到所述内燃机系统100的另外的处理系统。在实施例中，所述后处理出口阀136可以是单向阀，其限制气体通过所述后处理出口阀136流动到所述后处理系统150，同时允许气体通过所述后处理出口阀136从所述后处理系统150流动。附加地或替代地，在一些实施例中，所述后处理出口阀136可以在打开位置和关闭位置之间重新定位，在所述打开位置，可通过所述后处理出口阀136从所述后处理系统150传送气体，在所述关闭位置，限制气体通过所述后处理出口阀136流动。
一旦将所述后处理系统150加热到所述激活温度，所述后处理-存储单元阀130就移动到后处理位置，在该后处理位置，所述内燃机102的所述燃烧室122(图1)通过所述后处理-存储单元阀130与所述后处理系统150连通，如图1和图4所示。
特别地，一旦将所述后处理系统150加热到所述激活温度以上，就执行辅助程序。在所述后处理-存储单元阀130处于所述后处理位置的情况下，将来自所述内燃机102的所述燃烧室122的废气通过所述后处理-存储单元阀130(例如，绕过所述存储单元152)传送到所述后处理系统150。当所述废气通过所述后处理系统150时，所述后处理系统150的所述一个或多个催化剂与所述废气中的标准污染物反应，如上所述。特别地，当所述废气通过所述后处理系统150时，所述后处理系统150与废气的标准污染物反应，形成处理后的废气，该处理后的废气具有比从所述燃烧室122传送到所述后处理系统150的所述废气更少的标准污染物。
将所述处理后的废气例如通过存储单元入口阀132从所述后处理系统150传送到所述存储单元152。在实施例中，所述存储单元入口阀132可以是允许气体从所述后处理系统150传送到所述存储单元152的单向阀。附加地或替代地，在一些实施例中，所述存储单元入口阀132可以在打开位置和关闭位置之间重新定位，在所述打开位置中，所述后处理系统150和所述存储单元152通过所述存储单元入口阀132彼此连通，在所述关闭位置中，所述后处理系统150和所述存储单元152不通过所述存储单元入口阀132彼此连通。当所述处理后的废气通过所述存储单元152时，残留在所述处理后的废气中的标准污染物可以由所述存储单元152捕获，如上所述，进一步减少从所述内燃机系统100排放的标准污染物的量。
在实施例中，所述存储单元152可以保留有限量的标准污染物。因此，在实施例中，标准污染物可以从所述存储单元152周期性地释放(例如，解吸)。为了从所述存储单元152释放标准污染物，在图4所示的辅助程序之后，将所述后处理-存储单元阀130重新定位到所述存储单元位置，如图3所示，作为再生程序的一部分。类似于上面概述的启动程序，在所述后处理-存储单元阀130处于所述存储单元位置的情况下，来自所述内燃机102的所述燃烧室122(图1)的废气通过所述后处理-存储单元阀130(例如，绕过所述后处理系统150)传送到所述存储单元152。因为来自所述燃烧室122(图1)的所述废气绕过所述后处理系统150，所以与在到达所述存储单元152之前被引导通过所述后处理系统150的废气相比，所述废气的温度可以处于相对高的温度。在实施例中，所述废气将所述存储单元152加热到所述存储单元152的所述释放温度以上，使得所述存储单元152从所述存储单元152释放(例如，解吸)标准污染物，如上所述。在一些实施例中，还可以将真空压力施加到所述存储单元152(例如，经由所述内燃机102和/或真空泵)以帮助从所述存储单元152释放标准污染物。
将所释放的标准污染物例如通过所述存储单元出口阀134从所述存储单元152传送到所述后处理系统150。所述后处理系统150与所释放的标准污染物反应，并且可以通过后处理出口阀136传送来自所述后处理系统150的处理后的废气。通过用废气再生所述存储单元152，可以省略原本用于再生所述存储单元152的附加部件，例如外部加热器。
在执行如图3所示的再生程序之后，所述内燃机系统100可以继续执行图4所示的辅助程序，将所述后处理-储存单元阀130定位到所述后处理位置。
参考图5，在一些实施例中，所述内燃机系统100包括位于所述后处理系统150和所述存储单元152之间的冷却单元140。在一些实施例中，所述冷却单元140是废热回收单元，其在结构上配置成冷却从所述后处理系统150传送到所述存储单元152的气体，并且可以包括例如但不限于电动涡轮复合(ETC)、热电发电机(TEG)、朗肯循环系统等。所述废热回收单元可以帮助从所述废气中回收否则会损失的热能，从而提高所述内燃机系统100的效率。此外，所述废热回收单元可以冷却从所述后处理系统150传送到所述存储单元152的所述废气，并且可以帮助确保从所述后处理系统150传送到所述存储单元152的所述废气低于所述释放温度。
在一些实施例中，所述冷却单元140包括空气冷却器或其他类似的热交换器。例如，在一些实施例中，所述冷却单元140将通过所述冷却单元140的废气的热量消散到所述冷却单元140周围的环境空气中，例如通过使环境空气经过携带所述废气的管或管道。类似于所述冷却单元140是废热回收单元的实施例，所述空气冷却器可以帮助确保从所述后处理系统150传送到所述存储单元152的废气低于所述释放温度。虽然在图5所示的实施例中，所述内燃机系统100包括单个冷却单元140，但是应当理解，这仅仅是示例，并且所述内燃机系统100可以包括位于所述后处理系统150和所述存储单元152之间的任何合适数量的冷却单元140。此外，在包括多个冷却单元140的实施例中，所述冷却单元140可以包括类似的构造(例如，可以各自是废热回收单元或可以各自是空气冷却器等)，或者可以包括不同的构造(例如，一些可以是废热回收单元，而其他是空气冷却器等)。
通过确保从所述后处理系统150传送到所述存储单元152的所述废气低于所述存储单元152的所述释放温度，所述冷却单元140可以帮助确保标准污染物不从所述存储单元152释放到环境中。在一些实施例中，从所述后处理系统150传送到所述存储单元152的所述废气的仅一部分被引导通过所述冷却单元140，而在一些实施例中，从所述后处理系统150传送到所述存储单元152的所有废气被引导通过所述冷却单元140。在一些实施例中，可以将环境空气引入从所述后处理系统150传送到所述存储单元152的所述废气中，以控制进入所述存储单元152的所述废气的温度，以便将所述存储单元152保持在所述释放温度以下。
参考图6，在实施例中，所述内燃机系统100包括控制器160。如图所示，所述控制器160包括处理器162、数据存储部件164和/或存储器部件166。所述存储器部件166可以配置为易失性和/或非易失性存储器，并且因此可以包括随机存取存储器(包括SRAM、DRAM和/或其他类型的RAM)、闪速存储器、安全数字(SD)存储器、寄存器、光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)和/或其他类型的非暂时性计算机可读介质。取决于特定实施例，这些非暂时性计算机可读介质可以驻留在所述控制器160内和/或所述控制器160外部。
所述存储器部件166可以以一个或多个计算机可读和可执行指令集的形式存储操作逻辑、分析逻辑和通信逻辑。作为示例，所述分析逻辑和所述通信逻辑可以各自包括多个不同的逻辑，每个逻辑可以体现为计算机程序、固件和/或硬件。本地接口也包括在所述控制器160中，并且可以被实现为总线或其他通信接口，以便于所述控制器160的部件之间的通信。
所述处理器162可以包括可操作以接收和执行指令(诸如来自数据存储部件164和/或所述存储器部件166)的任何处理部件。应当理解，虽然图6中的部件被示出为驻留在所述控制器160内，但是这仅仅是示例，并且在一些实施例中，所述部件中的一个或多个可以驻留在所述控制器160外部。还应当理解，虽然所述控制器160被示出为单个设备，但是这也仅仅是示例。
在实施例中，所述控制器160通信地耦合到所述内燃机系统100的一个或多个部件。例如，在图6所示的实施例中，所述控制器160通信地耦合到所述后处理-储存单元阀130，并且在实施例中，所述控制器160引导所述后处理-储存单元阀130在所述储存单元位置(图3)和所述后处理位置(图4)之间移动。
在一些实施例中，所述控制器160通信地耦合到所述存储单元出口阀134、所述存储单元入口阀132和所述后处理出口阀136中的一个或多个。所述控制器160可以引导所述存储单元出口阀134、所述存储单元入口阀132和所述后处理出口阀136在它们的打开位置和关闭位置之间移动，以引导来自所述燃烧室122(图1)的废气通过上述和如图3和图4所示的所述内燃机系统100。
在一些实施例中，所述内燃机系统100还包括通信地耦合到所述控制器160的温度传感器170。所述温度传感器170在结构上配置成检测所述后处理系统150(图2)的温度，并且可以向所述控制器160发送指示所述后处理系统150(图2)的检测温度的信号。所述后处理系统150(图2)的所述检测温度可以用于确定何时从所述启动程序(图3)改变到所述辅助程序(图4)，将所述后处理-存储单元阀130从所述存储位置移动到所述后处理位置。在实施例中，所述控制器160确定所述后处理系统150的所述检测温度是否超过所述后处理系统150的所述激活温度。响应于确定所述后处理系统150(图2)的所述检测温度超过所述激活温度，所述控制器160引导所述后处理-存储单元阀130移动到所述后处理位置(图4)。如上所述，在所述后处理-存储单元阀130处于所述后处理位置(图4)的情况下，废气从所述内燃机102(图1)的所述燃烧室122(图1)引导到所述后处理系统150(图4)，然后到所述存储单元152(图4)。响应于确定所述后处理系统150(图2)的所述检测温度不超过所述激活温度，所述控制器160引导所述后处理-存储单元阀130移动到或保持在所述存储单元位置(图3)。如上所述，在所述后处理-存储单元阀130处于所述存储单元位置(图3)的情况下，将来自所述燃烧室122(图1)的废气引导到所述存储单元152(图3)，然后引导到所述后处理系统150(图3)，使得所述存储单元152可以在所述后处理系统150被加热时捕获标准污染物。
在一些实施例中，所述内燃机系统100还包括通信地耦合到所述控制器160的污染物传感器172。所述污染物传感器172在结构上配置为检测所述存储单元152(图2)内存储的一种或多种标准污染物的量，并且可以向所述控制器160发送指示所述存储单元152(图2)内的所述一种或多种标准污染物的检测量的信号。所述存储单元152(图2)内的所述一种或多种标准污染物的所述检测量可以用于确定何时从所述辅助程序(图4)改变到所述再生程序(图3)，将所述后处理-存储单元阀130从所述后处理位置移动到所述存储位置。在实施例中，所述控制器160可以确定所述存储单元152(图2)内的所述一种或多种标准污染物的所述检测量是否超过可配置阈值。响应于确定所述存储单元152(图2)内的所述一种或多种标准污染物的所述检测量超过所述可配置阈值，所述控制器160引导所述后处理-存储单元阀130移动到所述存储位置(图3)。如上所述，在所述后处理-存储单元阀130处于所述存储单元位置(图3)的情况下，将来自所述燃烧室122(图1)的废气引导到所述存储单元152(图3)，然后引导到所述后处理系统150(图3)。所述废气的相对高的温度可能导致所述存储单元152(图3)将标准污染物从所述存储单元152(图3)释放(例如，解吸)到所述后处理系统150(图3)。响应于确定所述存储单元152(图2)内的所述一种或多种标准污染物的所述检测量未超过所述可配置阈值，所述控制器160引导所述后处理-存储单元阀130保持在所述后处理位置(图4)。
虽然在图6所示的实施例中，所述内燃机系统100包括所述污染物传感器172，但是应当理解，这仅仅是示例。例如，在一些实施例中，所述控制器160可以基于预定的经过时间从辅助过程(图4)改变到再生过程(图3)，将所述后处理-存储单元阀130从所述后处理位置移动到所述存储位置，从而周期性地从所述存储单元152(图2)释放标准污染物。
因此，现在应当理解，本文描述的实施例涉及内燃机系统和操作内燃机系统的方法，其减轻标准污染物的排放。在本文所述的实施例中，内燃机系统包括与燃烧室选择性连通的后处理系统和存储单元。在启动条件期间，将废气引导到所述存储单元，所述存储单元在将所述后处理系统加热到激活温度时从所述废气中捕获标准污染物。一旦将所述后处理系统加热到激活温度，来自所述燃烧室的废气就被引导通过所述后处理系统，所述后处理系统与所述废气内的标准污染物反应。通过在启动期间优先地将废气引导到所述存储单元，捕获了在将所述后处理系统加热到所述激活温度时否则将从所述内燃机排放到环境中的标准污染物。
在以下条款中提供了本公开的各方面。
在第一方面A1，本公开提供了一种运行内燃机的方法，该方法包括在内燃机的燃烧室内燃烧燃料和空气的混合物，从而形成废气，使所述废气离开所述燃烧室，执行启动程序，所述启动程序包括使所述废气从所述燃烧室传送到存储单元，用所述存储单元捕获所述废气的标准污染物，将所述废气从所述存储单元传送到后处理系统，用来自所述存储单元的所述废气将所述后处理系统加热到激活温度，以及在将所述后处理系统加热到所述激活温度之后，执行辅助程序，所述辅助程序包括将所述废气从所述燃烧室传送到所述后处理系统，使所述废气的标准污染物与所述后处理系统反应，从而形成处理后的废气，其中，所述处理后的废气包括比来自所述燃烧室的所述废气更少的标准污染物，以及将所述处理后的废气传送到所述存储单元。
在第二方面A2，本公开提供了如方面A1所述的方法，其中，所述辅助程序还包括用所述存储单元从所述处理后的废气中捕获标准污染物。
在第三方面A3，本公开提供了如方面A1或A2所述的方法，其中，所述辅助程序还包括在将所述处理后的废气传送到所述存储单元之前，冷却所述处理后的废气。
在第四方面A4，本公开提供了如方面A3所述的方法，其中，冷却所述处理后的废气包括使所述处理后的废气通过冷却单元，所述冷却单元包括废热回收单元和空气冷却器中的至少一个。
在第五方面A5，本公开提供了如方面A1-A4中任一方面所述的方法，还包括在执行所述辅助程序之后，执行再生程序，所述再生程序包括将所述废气从所述燃烧室传送到所述存储单元，以及用所述废气将所述存储单元加热到释放温度以上，从而从所述存储单元释放所存储的标准污染物。
在第六方面A6，本公开提供了如方面A1-A5中任一方面所述的方法，还包括向所述储存单元施加真空压力。
在第七方面A7，本公开提供了如方面A5或A6所述的方法，其中，所述再生程序还包括将所释放的标准污染物传送到所述后处理系统。
在第八方面A8，本公开提供了如方面A5-A7中任一方面所述的方法，还包括在执行所述再生程序之后，继续执行所述辅助程序。
在第九方面A9，本公开提供了如方面A1-A8中任一方面所述的方法，其中，所述标准污染物包括一氧化碳、氮氧化物和烃中的至少一种。
在第十方面A10，本公开提供了一种内燃机系统，所述内燃机系统包括燃烧室、与所述燃烧室选择性连通的存储单元、与所述燃烧室选择性连通并且与所述存储单元选择性连通的后处理系统，位于所述燃烧室和所述存储单元之间以及所述燃烧室和所述后处理系统之间的后处理-存储单元阀，以及通信地耦合到所述后处理-储存单元阀的控制器，其中，所述存储单元在结构上配置成捕获通过所述存储单元的气体中的一种或多种标准污染物，所述后处理系统在结构上配置成与通过所述后处理系统的气体中的一种或多种标准污染物反应，所述后处理-存储单元阀可在存储位置和后处理位置之间重新定位，在所述存储位置，所述燃烧室和所述存储单元通过所述后处理-存储单元阀彼此连通，在所述后处理位置，所述燃烧室通过所述后处理-存储单元阀与所述后处理系统连通，所述控制器包括处理器和计算机可读和可执行指令集，所述计算机可读和可执行指令集在被执行时使所述处理器执行启动程序以及执行辅助程序，所述启动程序包括将所述后处理-存储单元阀引导到所述存储位置，从而将废气从所述燃烧室引导到所述存储单元，所述辅助程序包括引导所述后处理-存储单元阀移动到所述后处理位置，从而将所述废气从所述燃烧室引导到所述后处理系统。
在第十一方面A11，本公开提供了如方面A10所述的内燃机系统，还包括温度传感器，其通信地耦合到所述控制器，其中，所述温度传感器在结构上配置成检测所述后处理系统的温度。
在第十二方面A12，本公开提供了如方面A11所述的内燃机系统，其中，所述计算机可读和可执行指令集在被执行时还使所述处理器从所述温度传感器接收指示所述后处理系统的检测温度的信号，确定所述后处理系统的所述检测温度是否超过激活温度，以及其中，响应于确定所述后处理系统的温度超过所述激活温度，引导所述后处理-存储单元阀移动到所述后处理位置。
在第十三方面A13，本公开提供了如方面A10-A12中任一方面所述的内燃机系统，还包括污染物传感器，其通信地耦合到所述控制器，其中，所述污染物传感器在结构上配置为检测存储在所述存储单元内的一种或多种标准污染物的量。
在第十四方面A14，本公开提供了如方面A13所述的内燃机系统，其中，所述计算机可读和可执行指令集在被执行时还使所述处理器从所述污染物传感器接收指示存储在所述存储单元内的一种或多种标准污染物的检测量的信号，确定所述一种或多种标准污染物的所述检测量是否超过可配置阈值，以及响应于确定所述一种或多种标准污染物的所述检测量超过所述可配置阈值，引导所述后处理-存储单元阀移动到所述存储位置，从而将所述废气从所述燃烧室引导到所述存储单元。
在第十五方面A15，本公开提供了如方面A10-A14中任一方面所述的内燃机系统，还包括位于所述后处理系统和所述存储单元之间的废热回收单元，其中，所述废热回收单元在结构上配置为冷却从所述后处理系统传送到所述存储单元的气体。
在第十六方面A16，本公开提供了一种操作内燃机系统的方法，所述方法包括在内燃机的燃烧室内燃烧燃料和空气的混合物，从而形成废气，执行辅助程序，所述辅助程序包括将所述废气从所述燃烧室传送到后处理系统，使所述废气在所述后处理系统中发生反应，从而形成处理后的废气，其中，所述处理后的废气包括比来自所述燃烧室的所述废气更少的标准污染物，将所述处理后的废气传送至储存单元，在执行所述辅助程序之后，执行再生程序，所述再生程序包括将所述废气从所述燃烧室传送到所述存储单元，用所述废气将所述存储单元加热到释放温度以上，从而从所述存储单元释放所存储的标准污染物，将所释放的标准污染物从所述存储单元传送到所述后处理系统，以及使所释放的标准污染物与所述后处理系统反应。
在第十七方面A17，本公开提供了如方面A16所述的方法，还包括在执行所述再生程序之后，继续执行所述辅助程序。
在第十八方面A18，本公开提供了如方面A16或A17所述的方法，其中，所述标准污染物包括一氧化碳、氮氧化物和烃中的至少一种。
在第十九方面A19，本公开提供了如方面A16-A18中任一项所述的方法，其中，所述辅助程序还包括在将所述处理后的废气传送到所述存储单元之前，冷却所述处理后的废气。
在第二十方面A20，本公开提供了如方面A19所述的方法，其中，冷却所述处理后的废气包括使所述处理后的废气通过废热回收单元。
已经详细地并且通过参考具体实施例描述了本公开的主题，应当注意，即使在本说明书随附的每个附图中示出了特定元件的情况下，本公开中所述的各种细节也不应被视为暗示这些细节涉及作为本公开中所述的各种实施例的基本组件的元件。相反，所附权利要求应被视为本公开的广度和本公开中描述的各种实施例的相应范围的唯一表示。此外，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施例进行各种修改和变化。因此，本说明书旨在覆盖各种所述实施例的修改和变化，只要这些修改和变化落入所附权利要求及其等同物的范围内。
应注意，本文中以特定方式“结构上配置”以体现特定性质或以特定方式起作用的本公开的部件的叙述是结构叙述，而不是预期用途的叙述。更具体地，本文对部件“结构上配置”的方式的引用表示部件的现有物理条件，并且因此将被视为部件的结构特征的明确叙述。
应注意，当在本文中使用时，诸如“优选地”、“一般地”和“通常地”的术语不用于限制所要求保护的发明的范围或暗示某些特征对于所要求保护的发明的结构或功能是关键的、必要的或甚至重要的。相反，这些术语仅旨在标识本公开的实施例的特定方面，或者强调在本公开的特定实施例中可以使用或可以不使用的替代或附加特征。
出于描述和限定本发明的目的，应注意，术语“基本上”和“约”在本文中用于表示可归因于任何定量比较、值、测量或其他表示的固有不确定性程度。术语“基本上”和“约”在本文中也用于表示定量表示可以从所述参考变化而不导致所讨论的主题的基本功能变化的程度。
应注意，以下权利要求中的一项或多项使用术语“其中”作为连接词。为了限定本发明的目的，应注意，该术语在权利要求中作为开放式连接词引入，其用于引入结构的一系列特征的叙述，并且应当以与更常用的开放式前导术语“包括”类似的方式解释。

Claims (15)

1.一种运行内燃机的方法，所述方法包括：
在内燃机的燃烧室内燃烧燃料和空气的混合物，从而形成废气；
使所述废气离开所述燃烧室；
执行启动程序，所述启动程序包括：
将所述废气从所述燃烧室传送到存储单元；
用所述存储单元捕获所述废气的标准污染物；
将所述废气从所述存储单元传送到后处理系统；
用来自所述存储单元的所述废气将所述后处理系统加热到激活温度；以及
在将所述后处理系统加热到所述激活温度之后，执行辅助程序，所述辅助程序包括：
将所述废气从所述燃烧室传送到所述后处理系统；
使所述废气的标准污染物与所述后处理系统反应，从而形成处理后的废气，其中，所述处理后的废气包括比来自所述燃烧室的所述废气更少的标准污染物；以及
将所述处理后的废气传送到所述存储单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述辅助程序还包括用所述存储单元从所述处理后的废气中捕获标准污染物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述辅助程序还包括在将所述处理后的废气传送到所述存储单元之前，冷却所述处理后的废气。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，冷却所述处理后的废气包括使所述处理后的废气通过冷却单元，所述冷却单元包括废热回收单元和空气冷却器中的至少一个。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括：在执行所述辅助程序之后，执行再生程序，所述再生程序包括：
将所述废气从所述燃烧室传送到所述存储单元；以及
用所述废气将所述存储单元加热到释放温度以上，从而从所述存储单元释放所存储的标准污染物。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，还包括向所述储存单元施加真空压力。
7.一种内燃机系统，包括：
燃烧室；
存储单元，其与所述燃烧室选择性连通，其中，所述存储单元在结构上配置成捕获通过所述存储单元的气体中的一种或多种标准污染物；
后处理系统，其与所述燃烧室选择性连通并且与所述存储单元选择性连通，其中，所述后处理系统在结构上配置成与通过所述后处理系统的气体中的一种或多种标准污染物反应；
后处理-存储单元阀，其位于所述燃烧室和所述存储单元之间以及所述燃烧室和所述后处理系统之间，其中，所述后处理-存储单元阀可在存储位置和后处理位置之间重新定位，在所述存储位置，所述燃烧室和所述存储单元通过所述后处理-存储单元阀彼此连通，在所述后处理位置，所述燃烧室通过所述后处理-存储单元阀与所述后处理系统连通；以及
控制器，其通信地耦合到所述后处理-储存单元阀，所述控制器包括处理器和计算机可读和可执行指令集，所述计算机可读和可执行指令集在被执行时使所述处理器：
执行启动程序，所述启动程序包括：
将所述后处理-存储单元阀引导到所述存储位置，从而将废气从所述燃烧室引导到所述存储单元；以及
执行辅助程序，所述辅助程序包括：
引导所述后处理-储存单元阀移动到所述后处理位置，从而将所述废气从所述燃烧室引导到所述后处理系统。
8.根据权利要求7所述的内燃机系统，还包括温度传感器，其通信地耦合到所述控制器，其中，所述温度传感器在结构上配置成检测所述后处理系统的温度，其中，所述计算机可读和可执行指令集在被执行时还使所述处理器：
从所述温度传感器接收指示所述后处理系统的检测温度的信号；
确定所述后处理系统的所述检测温度是否超过激活温度；以及
其中，响应于确定所述后处理系统的温度超过所述激活温度，引导所述后处理-存储单元阀移动到所述后处理位置。
9.根据权利要求7或8所述的内燃机系统，还包括污染物传感器，其通信地耦合到所述控制器，其中，所述污染物传感器在结构上配置成检测存储在所述存储单元内的一种或多种标准污染物的量。
10.根据权利要求9所述的内燃机系统，其中，所述计算机可读和可执行指令集在被执行时还使所述处理器：
从所述污染物传感器接收指示存储在所述存储单元内的一种或多种标准污染物的检测量的信号；
确定所述一种或多种标准污染物的所述检测量是否超过可配置阈值；以及
响应于确定所述一种或多种标准污染物的所述检测量超过所述可配置阈值，引导所述后处理-存储单元阀移动到所述存储位置，从而将所述废气从所述燃烧室引导到所述存储单元。
11.一种操作内燃机系统的方法，所述方法包括：
在内燃机的燃烧室内燃烧燃料和空气的混合物，从而形成废气；
执行辅助程序，所述辅助程序包括：
将所述废气从所述燃烧室传送到后处理系统；
使所述废气在所述后处理系统中发生反应，从而形成处理后的废气，其中，所述处理后的废气包括比来自所述燃烧室的所述废气更少的标准污染物；
将所述处理后的废气传送至储存单元；
在执行所述辅助程序之后，执行再生程序，所述再生程序包括：
将所述废气从所述燃烧室传送到所述存储单元；
用所述废气将所述存储单元加热到释放温度以上，从而从所述存储单元释放所存储的标准污染物；
将所释放的标准污染物从所述存储单元传送到所述后处理系统；以及
使所释放的标准污染物与所述后处理系统反应。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：在执行所述再生程序之后，继续执行所述辅助程序。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述标准污染物包括一氧化碳、氮氧化物和烃中的至少一种。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中，所述辅助程序还包括在将所述处理后的废气传送到所述存储单元之前，冷却所述处理后的废气。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，冷却所述处理后的废气包括使所述处理后的废气通过废热回收单元。
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