用於在冷起動期間捕集液體排放的系統及裝置的製作方法

2023-06-29 00:44:21 1

專利名稱：用於在冷起動期間捕集液體排放的系統及裝置的製作方法
技術領域：
用於在冷起動期間捕集液體排放的系統及裝置
技術領域：
本實用新型涉及一種用於內燃發動機排氣系統的系統及裝置。
背景技術：
發動機在緊接著起動之後產生的排放可能高於在發動機處於最佳運轉溫度後。更 高的排放可能由於在某些狀況下減少的燃料汽化和霧化。例如，在發動機起動之後，燃料系 統壓力可能還沒有達到導致燃燒室內的燃料充分霧化的壓力，其會導致增加的排放。而且， 在起動之後較低的發動機溫度會進一步減少燃料的汽化率。如另一個示例，汽化率會隨著 燃料成分改變。例如，含有汽油和醇的混合燃料可能具有比僅含有汽油或低濃度醇的燃料 更低的汽化率。 例如，在發動機在溫度低於運轉閾值時起動的冷起動期間，燃料可能不像當發動 機運轉於或高於最佳運轉溫度時那樣有效地燃燒。冷發動機溫度也可能降低排氣溫度，允 許從排氣中冷凝出更多液體(一個示例為水)。因此，在冷起動期間，可釋放出包括未燃燒 的燃料和部分燃燒的燃料的排放，例如排氣中的碳氫化合物。 取決於燃料，可能會在冷起動期間進一步地增加排放。例如，含有乙醇的燃料可具 有相對低的揮發性。低揮發性燃料可能需要更高的燃空比用於最佳燃燒並且可能不像其他 燃料(例如汽油)那樣快速地加熱排氣系統或發動機。這樣，在冷起動工況下相比於其他 燃料，低揮發性燃料可能產生相對更多不期望的副產物。 催化轉化器可用作為排氣系統的部分以將不期望的副產物轉化為較不有害的副 產物。當催化轉化器處於或高於最佳運轉閾值(稱為起燃溫度)時，催化轉化器可有效地 減少這種不期望的副產物。然而，在冷起動工況下，催化轉化器總體上低於其起燃溫度並且 發生低效率的排氣轉化。 已經開發出系統以解決發生在冷起動下的狀況。例如，美國專利5， 396， 764描述了 用連接至可用於存儲和氧化排氣的固體過濾器的風箱呼吸裝置選擇性地過濾排氣的方法。該 風箱可響應由催化轉化器內的增加的溫度(當其達到起燃溫度時)產生的壓力變化，打開允 許排氣旁通過濾器的聯鎖通風系統。在美國專利6， 357， 227中描述的另一個方法在排氣系統 中使用了旁通，這樣可通過水試劑氧化不期望的副產物。該旁通系統可通過閥門控制並且在 一些示例中包括多個室用於存儲水和反應物(例如尿素)以產生試劑(例如氨水)。 本實用新型的發明人已經認識到這些方法所帶來的問題。例如，使用風箱呼吸和 固體過濾系統可能遭受大量的磨損並且可能依賴於用於選擇性過濾排氣的複雜的機械系 統。此外，使用化學試劑可能需要將所述化學試劑連續地加入排氣系統中。另外，試劑(例 如氨水)本身可能為不期望的並且可能對環境有害。而且，這種方法沒有具體地解決來自 低揮發性燃料(例如乙醇)的排放相關的問題。

實用新型內容
本實用新型的目的包括提供適合在冷起動期間在催化轉化器達到其起燃溫度之
3前捕集發動機排氣系統中的液體排放的系統和裝置以解決上述問題中的至少一些。 根據本實用新型的一方面，提供一種用於在內燃發動機的冷起動期間捕集液體排
放的系統，包含排氣進口 、流體連接至所述排氣進口下遊的交換區域、連接至所述交換區域
的具有用於收集液體排放的液體排放室的捕集器及流體連接至所述交換區域下遊的催化
轉化器。 根據本實用新型的另一方面，提供一種用於在內燃發動機的冷起動期間捕集液體 排放的裝置，包含通向排氣系統的交換區域的排水溝；流體連接至所述排水溝的室，其中所 述室適合接收由於重力從所述交換區域滴落的液體排放；及流體連接至所述排水溝和所述 室的通道，其中所述通道配置為使液體汽化和使汽化的液體穿過通道排放至交換區域內。 本實用新型具有多個優點，在一個例子中，一部分排氣可冷凝以形成液體排放。液 體排放可存儲在捕集器內並且直至達到起燃溫度之後延遲釋放。同樣，可減小在獲得起燃 溫度之前到達催化轉化器的溼排氣的水平。減少在冷起動期間的排放導致增加排氣系統的 效率。這種系統和裝置可應用至基於乙醇的燃料系統。


圖1顯示了包括排氣系統的內燃發動機的示例汽缸的示意圖。 圖2為包括用於收集液體排放的捕集器的排氣系統的方塊圖。 圖3為包括用於收集液體排放的捕集器的示例排氣系統的示意圖。 圖4為示例方法的流程圖，通過該方法排氣系統可在冷起動期間保持液體排放。
具體實施方式
圖1為顯示可包括在機動車輛的推進系統中的多缸發動機10的一個汽缸的示意 圖。可至少部分地通過包括控制器12的控制系統和通過經由輸入裝置130來自車輛操作 者132的輸入控制發動機10。在這個例子中，輸入裝置130包括加速器踏板和用於產生成 比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發動機10的燃燒室(例如汽缸)30包括 帶有位於其內的活塞36的燃燒室壁32。活塞36連接至曲軸40以使得活塞的往復運動轉 換為曲軸的旋轉運動。曲軸40可經由中間傳動系統連接至車輛的至少一個驅動輪。此外， 起動機馬達可經由飛輪連接至曲軸40以能夠開始發動機10的起動運轉。燃燒室30可經 由進氣道42從進氣歧管44接收進氣並且可經由排氣道48排出燃燒氣體。進氣歧管44和 排氣道48能夠經由各自的進氣門52和排氣門54選擇性地與燃燒室30連通。在一些實施 例中，燃燒室30可包括兩個或多個進氣門和/或兩個或多個排氣門。 可經由電動氣門驅動器(EVA)51通過控制器12控制進氣門52。類似地，可經由 EVA 53通過控制器12控制排氣門54。在一些狀況期間，控制器12可改變提供至驅動器 51和53的信號以控制各自進氣門52和排氣門54的打開和關閉。可分別通過氣門位置傳 感器55和57確定進氣門52和排氣門54的位置。在可替代實施例中，進氣門和排氣門中 的一個或多個可由一個或多個凸輪驅動，並且可利用凸輪廓線變換系統(CPS)、可變凸輪正 時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統中一個或多個以改變氣門 運轉。例如，汽缸30可替代地包括經由電動氣門驅動控制的進氣門和經由包括CPS和/或 VCT的凸輪驅動控制的排氣門。
4[0018] 燃料噴射器66顯示為設置在進氣道44內的配置，以將燃料以稱為燃料進氣道噴 射的方式提供至燃燒室30的上遊進氣道。燃料噴射器66可與經由電子驅動器68從控制 器12接收的FPW信號的脈衝寬度成比例地噴射燃料。可通過包括燃料箱、燃料泵和燃料導 軌的燃料系統(未顯示)將燃料輸送至燃料噴射器66。在一些實施例中，燃燒室30可替代 地或附加地包括直接連接至燃燒室30的燃料噴射器用於將燃料以稱為直接噴射的方式直 接噴射至那裡。 進氣道42可包括具有節流板64的節氣門62。在這個具體例子中，通過控制器12 經由提供至包括有節氣門62的電動馬達或電動驅動器(一種通常稱之為電子節氣門控制 (ETC)的配置)的信號改變節流板64的位置。以此方式，可運轉節氣門62以改變提供至其 他發動機汽缸中的燃燒室30內的進氣。通過節氣門位置信號TP可將節流板64的位置提 供至控制器12。進氣道42可包括質量空氣流量傳感器120和歧管空氣壓力傳感器122用 於提供各自的MAF和MAP信號至控制器12。 在選定運轉模式下，點火系統88可響應來自控制器12的火花提前信號SA經由火 花塞92將點火火花提供至燃燒室30。儘管顯示了火花點火部件，在一些實施例中，無論有 無點火火花，燃燒室30或發動機10的一個或多個其他燃燒室可以壓縮點火模式運轉。 排氣傳感器126顯示為連接至排放控制裝置70上遊的排氣道48。傳感器126可為 用於提供排氣空燃比指示的任何適合的傳感器，例如線性氧傳感器或UEGO(通用或寬域排 氣氧傳感器)、兩態氧傳感器或EGO(排氣氧傳感器)、HEGO(加熱型EGO)、氮氧化物(NOx)、 碳氫化合物(HC)或一氧化碳(CO)傳感器。排放控制裝置70顯示為沿排氣傳感器126下 遊的排氣道48設置。裝置70可為三元催化劑(TWC) 、 N0x捕集器、多種其他排放控制裝置 或其組合。在一些實施例中，在發動機10運轉期間，可通過以特定的空燃比操作發動機的 至少一個汽缸周期性地重設排放控制裝置70。 圖1中控制器12顯示為微型計算機，包括微處理器單元102、輸入/輸出埠 104、用於可執行的程序和校準值的電子存儲介質(在本具體例子中顯示為只讀存儲器芯 片106)、隨機存取存儲器108、保活存儲器110和數據總線。控制器12可從連接至發動機 10的傳感器接收多種信號，除了之前論述的那些信號，還包括來自質量空氣流量傳感器 120的引入質量空氣流量(MAF)測量值、來自連接至冷卻套筒114的溫度傳感器112的發動 機冷卻劑溫度(ECT)、來自連接至曲軸40霍爾效應傳感器118(或其他類型)的脈衝點火 感測信號(PIP)、來自節氣門位置傳感器120的節氣門位置(TP)和來自傳感器122的絕對 歧管壓力信號(MAP)。發動機轉速信號RPM可由控制器12從脈衝點火感測PIP信號生成。 來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可用於提供進氣歧管內的真空或壓力指示。注意 的是可使用上述傳感器的多種組合，例如MAF傳感器而不具有MAP傳感器，反之亦然。在化 學計量運轉期間，MAP傳感器可給出發動機扭矩的指示。此外，該傳感器與檢測到的發動機 轉速一起可提供進入汽缸內的充氣(包括空氣)的估算。在一個例子中，也可用作為發動 機轉速傳感器的傳感器118可在曲軸每轉產生預定數目的等距脈衝。 存儲介質只讀存儲器106可編程有計算機可讀數據，其為處理器102可執行指令， 用於執行下面描述方法以及可預期但未具體列出的其他變形例。 如上所述，圖1顯示了多缸發動機中僅一個汽缸，並且每個汽缸可類似地包括其 自有組進氣門/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。
5[0025] 圖2描述了用於捕集排氣系統中的液體排放以在冷起動期間減少排放的系統 200。例如，液體排放可包括水、燃料和排氣的冷凝物或其它排氣微粒。例如，液體排放可包 括碳氫化合物(包括未燃燒的燃料和部分燃燒的燃料)以及其它微粒物質等。該系統可設 置為圖1中描述的排放控制裝置70的一部分。 系統200可包括進口 202，例如可連接至交換區域206的排氣進口 ，交換區域206 依次可連接至捕集器204。進口 202可適合允許排氣從發動機至交換區域的通道。排氣可 包括液體排放以及排氣和微粒。 交換區域206可連接至催化轉化器208。交換區域206可包括至催化轉化器的通 道。捕集器204，例如液體捕集器或冷起動捕集器，可設置以在冷起動期間收集液體排放。在 一個例子中，該捕集器可設置在交換區域的底部凹陷以使得液體由於重力滴進捕集器內。 沒有收集在捕集器內的蒸氣和排氣可穿過催化轉化器208。 作為一個例子，該捕集器可適合液體(例如液體排放)的存儲和汽化。該捕集器可 包括進入交換區域內的嘴或開口、連接至該嘴的通道和用於收集液體排放的液體排放室。 在一個例子中，捕集器的開口設置以使得液體排放可落入進捕集器內。作為另一個示例捕 集器配置，該捕集器可適合為如在圖3中描述的亥姆霍茲共振器(Helmholtz resonator)。 在一些例子中，捕集器還可包括隔熱板、絕緣和/或至排氣系統其它部分的輔助 連接。隔熱板和絕緣可至少部分圍繞或隔離該捕集器並且可限制從該室傳來或傳走熱量。 輔助連接使流體流進或流出捕集器。這樣，氣流可往回引導向交換區域、系統200的其它部 分或其它地方。此外，可提供連接以使得液體排放汽化這樣其重新進入該系統。例如，在冷 起動期間捕集該液體之後，可在發動機已經達到最佳運轉溫度之後使液體排放汽化回到交 換區域。在汽化的排氣已經達到其起燃條件之後可通過催化轉化器有效地處理。在其它系 統，該液體排放可汽化進第二出口或否則釋放掉。 如上所述，捕集器可連接至交換區域，其可依次連接至催化轉化器208。應該了解 的是該交換區域可為到催化轉化器的入口 。例如，催化轉化器208可設置在交換區域206的 下遊和擋流板210(在下面描述)的下遊。催化轉化器可包括用於減少氮氧化物(N0x)氣 體並且氧化碳氫化合物和一氧化碳的三元催化劑(TWC)。在另一個示例中，催化轉化器可含 有N0x捕集器。在又一示例中，催化轉化器可包括TWC、 N0x捕集器和其他排放還原裝置的 組合。在另一示例中，催化轉化器可包括可熱耦合至一個或多個排放還原裝置的加熱器，例 如但不限於電線圈、再循環排氣交換等。如上所述，在冷起動期間，催化轉化器沒有處於有 效的工作溫度下。通過使用該液體排放捕集器，其可能在催化轉化器被加熱至其起燃溫度 時保持排氣。這樣，可減少排氣系統排出的不需要的副產物。此外，在一些示例中，可以延 遲將幹排氣從液體排放捕集器釋放至第一塊催化轉化器下遊的位置。 在一些示例系統中，可選的擋流板210設置在排氣進口和催化轉化器之間。例如， 擋流板可設置在催化轉化器的上遊和交換區域的下遊。如在下面更詳細描述，擋流板可將 一部分空氣流再向上遊引導至交換區域以增加在冷起動期間的液體排放的收集。例如，擋 流板可為一組可彎曲的瓣、帶有穿孔的阻塞物、互聯纖維的網、類似圓形針輪的臂系統或其 它這種裝置。在一個示例中，擋流板可部分地減慢排氣流並且再引導排氣回到交換區域。減 慢和再引導空氣流可改善交換區域內的冷凝水平並且增加收集在捕集器內的液體排放的 水平。增加液體排放的收集可減少通過至催化轉化器的排氣量，從而在催化轉化器達到起燃溫度之前增加了該系統的整體效率。在另一個示例中，擋流板可增加空氣流的離心運動 以將捕集器204的開口附近的冷凝物分層。這樣，空氣可在排氣區域中循環以使得排氣能 夠冷凝並捕集。 除了上述的部件，在一些系統中可提供帶有一個或多個發動機傳感器的發動機控 制器212以使得能夠控制該系統。例如，一個或多個排氣傳感器可連接至排氣系統200(例 如連接至進口 202)以及連接至發動機控制器212。排氣傳感器可為示例的排氣傳感器126。 這樣，可將關於排氣的信息發送至控制器。在另一示例中，發動機控制器可連接至催化轉化 器。在又一個示例中，發動機控制器可連接至催化轉化器上可由其控制的加熱器。這樣，發 動機控制器可控制一部分催化轉化器的加熱。 圖3為帶有液體捕集器的排氣系統的示例。系統300包括進口 302、排放還原裝置 殼體304、交換區域306、捕集器308、擋流板310和催化轉化器312。如在下面更詳細地描 述，在一個示例中，該系統包括排氣進口、流體連接至所述排氣進口下遊的交換區域、連接 至所述交換區域具有用於收集液體排放的液體排放室的捕集器，以及流體連接至所述交換 區域下遊的催化轉化器。在一些示例中，捕集器可包括通向排氣系統的交換區域的排水溝， 和流體連接至所述排水溝的室，其中該室適合被動地從交換區域接收液體排放。例如，排水 溝可接收從交換區域由於重力滴落的液體排放。在一些示例中，部分交換區域至少部分地 傾斜以使得液體排放流進捕集器內。該捕集器還包括連接排水溝和室的通道。該通道可適 合使得該液體排放能夠汽化並且將汽化的液體排放釋放進交換區域內。 作為一個示例，進口 302可包括連接至可連接至排放還原裝置殼體304的變徑頭 (reducer cone) 316的排氣歧管314。該排氣歧管314可將來自發動機的排氣引導至變徑 頭316，儘管這種變徑頭316並非必需的。在一些示例中，可直接從發動機的排氣門連接該 進口。儘管沒有說明，一個或多個排氣傳感器可連接至排氣歧管。 在一個示例中，排氣可由發動機燃燒醇基燃料(例如E85)而產生。E85為含有高 至85%的變性燃料乙醇的混合物的燃料。乙醇燃料可比其它燃料(例如汽油)具有更高的 辛烷值。更高辛烷值的燃料可比具有低辛烷值的燃料更有效率。E85可由草製成，例如玉 米。這樣，E85不會產生進入大氣中的碳的淨增加。然而，E85可具有比其它燃料(例如汽 油)更低的揮發性。更低的揮發性燃料可能需要更高的燃空比以在發動機內最佳燃燒並且 可能不像其它燃料(例如汽油)那樣快速地加熱排氣系統或發動機。這樣，低揮發性燃料 在冷起動期間相比其它燃料可產生相對更多的不期望的排放。 作為一個示例並且不作為限制，當使用E85時該系統可減少排放。例如，如在下面 更詳細的描述，液體捕集器可包括設置在催化轉化器的入口之下以在冷起動期間捕集滴落 的液體排放的液體排放室。在催化轉化器暖機之後，捕集的液體排放可汽化並且釋放至催 化轉化器。通過提供該捕集器，保持液體排放直至催化轉化器被充分加熱，因此將低揮發性 燃料在冷起動期間發生的困難最小化。 現具體參考圖3，交換區域306可轉移排氣，例如液體排放和排氣。交換區域可為 連接至變徑頭316、捕集器308和可選的擋流板310的排放還原裝置殼體304內部的轉移連 接。交換區域可包括允許液體由於重力滴落進捕集器308內的排水溝318。此外，在一些示 例中，壓力脈動可進一步驅使液體排放進入捕集器內。 在說明的示例中，交換區域可將液體流引導向排水溝。例如，在交換區域內的結構，例如交換區域的底板或頂板，可為斜面的或至少部分斜面以使得液體排放流進捕集器
308內。例如，交換區域可包括另一個變徑頭以將排氣流引導向排水溝。 而且，在一些示例中，可在交換區域內設置額外的結構以迫使空氣循環以使得能
夠冷凝以及進一步引導液體流向捕集器。例如，下面結構中的一個或多個可集成在系統內。 具體的，作為一個示例，可添加熱交換器以減少排氣中的熱能並且增加冷凝。在其它示例
中，熱交換器可連接至交換區域的上遊或下遊。在又一示例中，彎道裝置可添加至排氣系 統。例如，彎道裝置可設置在進口和交換區域之間。在一些系統中，彎道可為交換區域的上 遊或下遊。在其他示例中，可延長排氣系統的長度。通過添加這種裝置，例如彎道或延長排 氣系統的長度，增加了排氣在到達催化劑之前走過的路徑並且從而增加排氣熱質量。這樣， 可增加排氣液體的冷凝和捕集。 再次參考捕集器308，捕集器可配置用於臨時存儲和汽化液體排放。捕集器包括嘴 或排水溝318、通道320和液體排放室322。在一些示例中，液體排放室可不需要通道而直 接連接至排水溝。在其它示例中，捕集室可通過凸緣連接至排水溝。儘管不是必需的，隔熱 板324可設置圍繞或部分地圍繞液體排放室322。 排水溝318可適合允許在通道(並因此該液體排放室)和交換區域之間的液體排 放流動。可穿過排水溝和通道發生液體排放流進液體排放室內。在加熱之後，汽化的液體 排放可穿過通道行進並且回進至交換區域內。 液體排放室可成形為使得能夠收集液體排放。此外，其形狀可以是這樣的使得在 加熱時液體排放迅速地汽化並且可向上釋放穿過通道回到交換區域內。例如，液體排放室 外可為球根狀的或球狀，形成碗狀物以收集液體排放。碗形狀可使得足夠量的液體收集在 室內同時仍然最大化表面積以確保在加熱時迅速汽化。儘管說明為球根狀室，應該了解的 是其它結構是可能的，包括但不限於多個球根狀室或管狀室。 在一個示例中，捕集器作用為亥姆霍茲共振器(Helmholtz resonator)。在亥姆霍 茲共振器捕集器的示例中，發動機內的燃燒可能導致排放還原裝置殼體內的壓力變化，其 可相應地引起捕集器內的呼吸效應。呼吸可能會打破抑制重力滴落以及使冷凝物暴露進室 內的表面張力和潤溼，溼潤裂縫，並改善了捕集器的效率。此外，在一些示例中，該室可配置 以允許足夠多時間用於加熱催化轉化器並且隨後當其蒸發時汽化冷凝物。例如，可提供孔 以使得一縷排氣在催化轉化器已經達到起燃溫度之後被引導進催化轉化器的氣流中。在可 替代示例中，該捕集器沒有設計為亥姆霍茲共振器並且可利用其它結構以能夠捕集液體排 放。 作為一個示例，可改變排水溝的位置以增加液體排放的收集。如上所述，排水溝 可設置在交換區域的最低點。此外，可增加排水溝的尺寸以能夠收集更多的液體排放。 類似地，可改變液體排放室的體積尺寸以獲得足夠的收集空間並且能夠汽化(或沸騰掉 (boiling off))液體排放。 在冷起動期間，液體排放可收集並且儲存在捕集器內。隨著發動機和排氣系統被 加熱，該系統會更有效地處理排放。因此，在一些系統中，一旦催化轉化器達到其起燃條件， 捕集器適合將液體排放釋放回系統中。例如，如下面詳細描述的，捕集器適合使得液體排放 汽化回交換區域內。 例如，在說明的系統中，液體排放可存儲在室322中直至該室被加熱至使得所述
8液體汽化的溫度。可通過從排氣對流，從排氣系統或發動機系統的另一部分輻射，或從該系 統的另一部分熱傳導，導致加熱。在一些示例中，捕集器可具有加熱器，例如可加熱室的加 熱線圈(未顯示)。該室可通過隔熱板324熱隔離。該隔熱板可限制從排氣系統或發動機 系統的另一部分輻射，或從該系統的另一部分熱傳導。為了防止液體排放過早的釋放(在 催化轉化器達到起燃條件之前)，熱隔離可允許延遲液體排放從捕集器中汽化出來。一旦催 化轉化器已經達到起燃狀況，可利用多種加熱元件和加熱器使得液體排放汽化回到交換區 域內。 當液體排放汽化時，其可以上升，離開室322通過通道320至交換區域306。在可 替代示例中，輔助通路可傳輸捕集器與交換區域之間的液體排放，和/或汽化的液體排放。 在其他示例中，輔助通路可傳輸捕集器和變徑頭316之間的液體排放和/或汽化的液體排 放。在又一個示例中，輔助通路可傳輸捕集器和發動機系統或排氣系統其它部分之間的液 體排放和/或汽化的液體排放。 多種可選結構可設置在變徑頭316內以增加在冷起動期間液體排放的收集。如 上所述，一個或多個擋流板310可設置在交換區域306的下遊。儘管說明為帶有狹縫臂 (slittedarm)和穿孔的圓形針輪類似結構，擋流板可為中斷排氣流的任何合適的形狀。擋 流板可用於增加氣流的離心運動。增加的氣流的離心運動可將接近捕集器的冷凝物分層， 改善捕集器的效率。擋流板可用於部分地減慢氣流並將氣流引導回交換室。減慢和再引導 氣流可改善交換區域內的冷凝物水平。在可替代示例中，擋流板可為一組可彎曲的瓣，帶有 穿孔的阻塞物、互聯纖維的網或其它這種結構。 在圖3中說明的示例中，擋流板310下遊為催化轉化器。在一個示例中，催化轉化 器包括三元催化劑(TWC)326。催化轉化器可通過發動機排氣加熱，並且也可包括熱耦合至 該TWC的加熱器328。在本示例中，加熱器為與排放還原裝置殼體304和TWC熱傳導的電線 圈。在另一個示例中，加熱器可包括排氣旁通裝置以圍繞TWC引導再循環排氣。在可替代示 例中，沒有加熱器。在另一個可替代示例中，催化轉化器還包括TWC下遊的NOx捕集器。在 這種示例中，保持水和排氣直至催化轉化器達到其起燃溫度可增加NOx捕集器的效率。在 又一個示例中，NOx捕集器與加熱器328熱連通。 如在圖2中所述，發動機控制器和發動機傳感器可連接至該系統。例如，發動機控
制器可連接至加熱器328和排氣傳感器以主動地監視和控制催化轉化器的加熱。在其它示
例中，控制器可連接至連接捕集器308的加熱器以監視和控制捕集器的加熱。 圖4為描述用於在圖1中所示的直接噴射的內燃發動機中在冷起動期間減少排放
的示例方法400的流程圖。具體地，該方法可改善排氣系統的整體效率。儘管不是所有元
件都是必需的，為了說明的目的，用於描述方法的示例排氣系統包括進口、捕集器、交換區
域和催化轉化器。 如在402處所示，該方法可從起動發動機開始。在起動之後，在404處，發動機可 產生排氣。在406處，可隨後確定催化轉化器工況(例如催化轉化器是否低於起燃溫度)。 該確定可被動地通過由於冷起動工況在排氣系統中產生水和冷凝排氣完成。可替代地和/ 或作為補充地，排氣傳感器可將催化轉化器的狀態發送至發動機控制器。例如，溫度傳感器 可連接至催化轉化器並且發送信號至發動機控制器。 如果催化轉化器高於起燃溫度，隨後在414處可在催化轉化器中氧化和還原排放物，例如排氣。 儘管描述了關於催化轉化器的工況的確定，該確定為存在發動機的冷起動工況或 運轉工況。因此，如果不存在冷起動工況或如果發動機高於或處於最佳工況，隨後該程序可 轉至414處並且通過催化轉化器處理排氣。 如果催化轉化器低於起燃溫度(或者如果發動機處於冷起動工況)，則隨後程序 轉至408處。在該示例中，液體排放可收集在交換區域內並且排氣中不期望的副產物，例如 碳氫化合物和水，可形成冷凝物。如上所述，冷凝物的形成，液體排放，可為被動過程，內隱 在發動機的冷起動工況中。 在一些例子中，該方法可進一步包括擋流過程以幹擾空氣流並且增加冷凝物。例 如，擋流可增加通過系統的排氣流的離心運動。增加氣流的離心運動可使得捕集器附近的 冷凝物分層，改善捕集器的效率。在其他示例中，擋流可用於部分地減慢並且將氣流再引導 回交換室。減慢和再引導空氣流可增加交換區域內的冷凝水平。 在進一步的示例中，可單獨使用另外的方法或者與擋流組合以增加冷凝物。例如， 熱交換器可集成在系統中。進一步示例過程可包括延長排氣流通過排氣系統的時間周期並 且增加取決於排氣系統的物理長度的排氣熱質量。在一些實施例中，彎道裝置可加至排氣 系統中。在進一步的示例中，排氣系統的長度可被延長，例如交換區域自身可被延長。這樣， 增加了排氣在到達催化劑之前通過的路徑，使得能夠進行液體排放的冷凝和捕集。 在410處，液體冷凝物，或液體排放(其可含有不期望的副產物，例如碳氫化合物 和水)可收集在捕集器中。可重複執行上述404至410的步驟。液體排放可在該系統達到 最佳工況(例如催化轉化器達到起燃溫度)期間保持在捕集器內。 在412處，液體排放可從捕集器汽化進交換區域。可基於捕集器的溫度、催化轉化 器的溫度和/或發動機的溫度控制汽化。通過來自排氣的熱量可被動地執行該汽化。在一 些示例中，捕集器可進一步包括加熱元件，其可在發動機或催化轉化器的理想工況下主動 地加熱捕集器內的液體以加速汽化。在一個示例中，汽化被充分延遲直至催化轉化器已經 達到起燃溫度。 應該了解的是在一些示例中，替代412處的汽化，捕集器可適合保持或再引導液
體排放。例如，可將液體排放引導至系統的另一部分用於在其它過程中使用。 返回參考圖4，在液體排放汽化回進交換區域之後，在414處在催化轉化器內可還
原和氧化汽化的液體排放。 因此，如上面詳細描述，提供了一種在冷起動期間運轉內燃發動機的方法。該方法 可包括將至少部分來自發動機的排氣在排氣系統中的交換區域冷凝為液體排放、將液體排 放收集進設置在交換區域內的捕集器內和在捕集器內達到汽化溫度之後將液體排放汽化 進交換區域。液體排放的汽化可被延遲直至催化轉化器處於起燃狀況之後。在一些示例中， 可通過使用擋流板或其它空氣幹擾結構增加交換區域內的排氣的離心運動。在該系統達到 起燃溫度之後汽化的液體排放可在催化轉化器內還原和氧化。 注意的是本文包括的示例程序能夠與多種發動機和/或車輛系統配置一起使用。 此處描述的具體程序可代表任意數量處理策略(例如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程 等)中的一個或多個。這樣，可以以所說明的順序或並行實現所說明的各種行為或功能，或 在一些情況下有所省略。同樣，處理的順序也並非達到此處所描述的實施例所必需的，而只
10是為了說明和描述的方便。儘管沒有明確說明，根據使用的具體策略，可重複實現一個或多 個說明的行為或功能。此外，所述的行為圖像化表示了編程入發動機控制器中的計算機可 讀存儲介質的編碼。 應了解，此處公開的配置與程序實際上為示例性，且這些具體實施例不可認定為 具有限制意義，因為可能存在多種變形。例如，上述技術可應用於V-6、V-8、I-4、I-6、V-12、 對置4缸、和其他發動機類型。本實用新型的主旨包括所有多種系統與配置以及此處公開 的其它特徵、功能和/或性質的新穎且非顯而易見的組合與子組合。 本申請的權利要求具體地指出某些被認為是新穎的和非顯而易見的組合和次組 合。這些權利要求可指為"一個"元素或"第一"元素或其等同物。這些權利要求應該了解 為包括一個或多個這種元素的結合，既不要求也不排除兩個或多個這種元素。揭示所公開 的特徵、功能、元件和/或特性的其他組合和次組合可通過修改現有權利要求或通過在這 個或關聯申請中提出新的權利要求得到主張。這些權利要求，與原始權利要求範圍相比無 論更寬的、更窄的、相同或不相同，也被認為包括在本實用新型主題內。
權利要求一種用於在內燃發動機的冷起動期間捕集液體排放的系統，其特徵在於，包含排氣進口；流體連接至所述排氣進口下遊的交換區域；連接至所述交換區域的具有用於收集液體排放的液體排放室的捕集器；及流體連接至所述交換區域下遊的催化轉化器。
2. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統進一步包含設置在所述排氣進口 和所述催化轉化器之間的擋流板。
3. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統進一步包含連接至所述捕集器的 加熱器。
4. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統進一步包括隔熱板。
5. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述捕集器進一步包含通向所述交換區域 以被動地從所述交換區域接收液體排放的排水溝。
6. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述交換區域的部分至少部分地傾斜以使 得液體排放流進所述捕集器內。
7. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述捕集器為亥姆霍茲共振器。
8. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統進一步包含連接至所述發動機、所 述排氣進口和所述催化轉化器中的至少一個的發動機控制器。
9. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述催化轉化器包括N0x捕集器。
10. —種用於在內燃發動機的冷起動期間捕集液體排放的裝置，其特徵在於，包含 通向排氣系統的交換區域的排水溝；流體連接至所述排水溝的室，其中所述室適合接收由於重力從所述交換區域滴落的液 體排放；及流體連接至所述排水溝和所述室的通道，其中所述通道配置為使液體汽化和使汽化的 液體穿過通道排放至交換區域內。
專利摘要本實用新型公開一種用於在冷起動期間捕集液體排放的系統和裝置。作為一個示例，該系統包含排氣進口、流體連接至所述排氣進口下遊的交換區域、連接至所述交換區域的具有用於收集液體排放的液體排放室的捕集器及流體連接至所述交換區域下遊的催化轉化器。本實用新型的系統和裝置可減少在冷起動期間的排放進而增加排氣系統的效率。
文檔編號F01N3/20GK201513223SQ20092016871
公開日2010年6月23日 申請日期2009年8月5日 優先權日2008年8月6日
發明者大衛·卡爾·比德納, 戈皮昌德拉·蘇尼拉, 約翰·M·羅斯, 肯·O·賈爾, 蒂莫西·約瑟夫·克拉克, 詹姆士·麥可·克恩斯 申請人:福特環球技術公司