用於增強後處理再生能力的技術的製作方法
2023-08-03 18:02:26
專利名稱:用於增強後處理再生能力的技術的製作方法
技術領域:
本技術領域總體上涉及內燃機中的NOx控制,具體地,本技術領域涉及使用共軌燃油噴射實現往復活塞式發動機中的NOx控制。現代內燃機必須滿足嚴格的排放標準,其包括可以排放的氮氧化物(NOx)的最大量。多種發動機現在使用後處理系統來在釋放到大氣之前,將發動機排出物減少到調整後的水平。通常,對後處理系統進行再生的處理對於該系統帶來增加的排放壓力,特別是當再生諸如柴油微粒過濾器(DPF)或NOxK附器之類的某些類型的後處理部件時。再生事件期間任何排放的增加必須說明發動機的全部排放量。因此,需要對該技術區域進行進一步改善。
發明內容
一個實施例是一種特有的燃油噴射技術,該技術將用於噴射的燃燒燃油的至少一部分轉移到後面的曲軸角度,以減少在後處理再生事件期間NOx的產生,對EGR和VGT操作進行協調以支持後處理部件的再生。通過下面的描述和附圖,另外的實施例、形式、對象、特徵、優點、方面和利益將變得顯而易見。
圖15是描繪用於減少NOx排放的替代技術的示意性流程圖。
具體實施例方式雖然為了有助於本發明的原理的理解,本發明可以採用多種不同的形式,但現在將參照附圖中描繪的實施例,並使用特定的術語來描述本發明的原理。但應當理解的是,其並不旨在限制本發明的保護範圍。如對於本發明涉及的技術領域的普通技術人員來說經常發生的,可以預期所描述實施例的任何替代和另外修改,以及如本申請所描述的本發明的原理的任何其它應用。圖1是包括車輛902的應用900的示意性視圖,其中車輛902攜帶具有一個或多個往復活塞的內燃機102。應用900包括需要定期的再生事件的後處理系統904。發動機 102包括燃油噴射器和處理子系統,其中處理子系統對燃油噴射器和發動機102的功率輸出進行控制。應用900服務成用於實現本文所描述的系統、方法和裝置的示例性平臺,以減少NOx排放並且生成某一溫度和其它排放狀況,從而幫助對後處理系統904進行再生。圖1 中所示的特定特徵是公知的。後處理系統904包括一個或多個後處理部件,這些後處理部件具有通過對於廢氣環境進行某些調整來獲益的催化活性,和/或需要定期的再生事件以清除煙塵或者更新催化活性。示例性後處理部件包括煙塵過濾器、催化煙塵過濾器、NOx吸附器、SCR催化劑部件和/或氧化催化劑。舉例而言,非限制性的再生事件包括通過煙塵過濾器對煙塵進行氧化,通過豐富和/或高溫廢氣操作從NOx吸附器中釋放N0X,清除在SCR催化劑上吸附的NH3, 和/或使用溫度從催化劑中驅除硫磺。圖2是用於減少NOx排放的系統100的示意性框圖。系統100包括具有一個或多個往復活塞104的發動機102。發動機102包括能夠在曲柄軸120的每一次或多次旋轉中對於燃燒室110執行多個燃油噴射事件的燃油噴射器106。例如,在某些實施例中,燃油噴射器106從加壓的共軌108接收燃油。雖然圖1中所示的發動機102包括高壓共軌燃油噴射系統,但本應用也可預期能夠在曲柄軸120的每一次旋轉(或者每兩次旋轉)中向發動機102的燃燒室110傳送多個燃油噴射事件的任何裝置。在某些實施例中,系統100包括檢測當前曲柄軸120位置的發動機位置傳感器122。在某些另外的實施例中,本申請描述的用於減少NOx、增加廢氣溫度和/或提高後處理系統904的再生環境的某些技術並不使用後噴射事件,發動機102的燃油系統不需要多個燃油噴射事件能力。此外,系統100還包括處理子系統112,後者包括被構造為執行某些操作以在後處理再生期間減少NOx的某些操作的控制器114。處理子系統112可以使用控制器、模塊、傳感器、致動器、通信鏈路和用於執行本申請所描述的操作的本領域所公知的其它設備來構成。控制器114可以是單一設備或者分布式設備,控制器的功能可以通過硬體或者軟體來執行。所有的命令和信息可以用替代的形式來提供,一些信息在某些實施例中不存在,而在某些實施例中可以存在另外的信息。可以根據傳感器輸入、數據鏈路通信、可由計算機讀取的存儲介質上的參數,或者通過本領域所理解的其它信息收集設備來對信息進行解釋。在某些實施例中,控制器包括用於功能性地執行控制器的操作的一個或多個模塊。在某些實施例中,包括一個控制器。包括模塊的本申請描述內容強調控制器的方面的結構獨立性,描繪操作的一個分組和控制器的責任。應當理解的是,執行類似的整體操作的其它分組也落入本申請的保護範圍之內。可以用硬體和/或計算機可讀介質上的軟體來實現模塊,模塊可以分布在各個硬體或軟體部件之中。控制器操作的某些實施例的更詳細描述包括在參照圖3的部分中。在某些實施例中,控制器114包括系統狀況模塊1402,後者對發動機負載值1404 進行說明,並針對發動機負載值1404,對第一燃油燃燒量1406和第二燃燒量1408進行確定。在某些另外的實施例中,系統狀況模塊1402對後處理再生狀況1418進行說明,並針對後處理再生狀況1418,對第一燃油燃燒量1406和第二燃油燃燒量1408進行確定。使用後處理再生狀況1418的示例性操作包括判斷後處理部件是需要再生、接近於需要再生、當前正在再生(由於有意的系統操作而主動地再生,還是由於廢氣系統中存在的狀況而被動地再生)、和/或停止或者延遲後處理部件的即將到來的再生。當系統狀況模塊1402沒有確定第一燃油燃燒量1406和第二燃油燃燒量1408時,燃油控制模塊1412根據本系統的正常操作來提供未修改的燃油系統命令1414。示例性發動機負載值1404包括請求的發動機扭矩輸出,系統狀況模塊1402確定第一燃油燃燒量1406和第二燃燒量1408,使得獲得請求的發動機扭矩輸出。系統狀況模塊1402還確定當前發動機轉速值1401,還針對當前發動機轉速值1410來確定第一燃油燃燒量1406和第二燃油燃燒量1408。例如,發動機負載值1404可以是請求的發動機馬力輸出,系統狀況模塊1402在考慮發動機1410的當前轉速的情況下,確定第一燃油燃燒量1406 和第二燃油燃燒量1408,使得獲得請求的發動機馬力輸出。在某些實施例中,發動機負載值1404是描述使用當前請求的發動機扭矩表示的當前最大可用扭矩值的百分比的值。最大可用扭矩值可以是全部的最大扭矩值或者當前發動機轉速值1410的最大扭矩值。本申請可以預期本領域理解為發動機負載值的任何值。在某些實施例中,控制器114包括燃油控制模塊1412,後者提供燃油系統命令 141,使得第一燃油燃燒量1406噴射為一個或多個主噴射事件,第二燃油燃燒量1408噴射為一個或多個後噴射事件。在某些實施例中,所述一個或多個後噴射事件在上止點(TDC) 之後的63度之前開始。在某些實施例中,燃油控制模塊1412還將第一燃油燃燒量確定為小於燃燒燃油量的60%,其中第一燃油燃燒量1406和第二燃油燃燒量1408加在一起包括在單一燃燒衝程中用於燃燒和噴射的燃油總量。在某些實施例中,貢獻用於燃燒的燃油總量包括在燃燒室110中燃燒的燃油量和向發動機102的扭矩輸出貢獻的燃油量。在某些實施例中,燃油控制模塊1412提供燃油系統命令1414,使得燃油噴射器106在活塞104的TDC 之後的10度之前輸送第一燃油燃燒量,在TDC之後的10度之後輸送第二燃燒量。根據燃油系統的特性,術語燃油的輸送、燃油的噴射和/或在指定的曲柄角度處執行燃油噴射事件,指示供油事件或者噴射開始(SOI)在指定的曲柄角度處開始。例如,在 TDC之後的10度之前輸送通常指示在TDC之後的10度之前SOI。但是,除非另外說明,否則本申請也預期下面實施例在TDC之後的10度之前輸送指示在TDC之後的10度之前完成噴射事件。對於大多數燃油系統來說,命名約定之間的差別很小。在某些實施例中,當發動機負載值1404具有小於門限負載值1416的值時,第一燃油燃燒量1406包括小於燃燒燃油量的25%,其中門限負載值1416可以是最大發動機負載水平的門限百分比。在某些實施例中,門限負載值1416包括最大發動機負載值的30% 和40%之間的負載值。在某些另外的實施例中,當發動機負載值至少等於門限負載值1416時,第一燃油燃燒量1406包括小於燃燒燃油量的50%。例如,在系統100的某些實施例中, 針對低發動機負載值,燃油噴射器106在「主」噴射中噴射少量的燃油,針對較高的發動機負載值,在「主」噴射中噴射較大量的燃油(但小於60% )。在某些實施例中,第一燃油噴射事件和第二燃油噴射事件噴射近似相同數量的燃油。在某些另外的實施例中,當發動機負載值1404具有至少等於門限負載值1416的值時, 第一燃油噴射事件和第二燃油噴射事件噴射近似相同數量的燃油。例如,如果燃燒燃油量是100個單位的燃油,發動機負載值大於門限負載值1416,則第一燃油燃燒量可以是燃燒燃油量的30%,並被噴射為包括30個單位的燃油的第一噴射事件。第二燃燒量可以是燃燒燃油量的70%,並被噴射為包括30個單位的燃油的第二噴射事件,進一步作為總共40個單位的燃油的一個或多個後面的噴射事件。在某些另外的實施例中,第一噴射事件和第二噴射事件可以具有在大約3 7到 7 3的範圍之內變化的比率,其為第一第二後面噴射事件提供分別大約30 70 0 個單位的燃油到分別大約30 13 57個單位的燃油的供油量。應當注意,在可應用的實施例中,即使第一第二之比如7 3—樣高,仍然要在平衡後面的噴射事件中提供的燃油的基礎上,維持第一噴射事件中的燃油與燃燒燃油量相比的整體百分比。在某些實施例(其包括任何發動機負載值1404,特別是在低於門限負載值1416的發動機負載值1404) 中,在第一燃油噴射事件和第二燃油噴射事件的量之間不存在強制的關係。在某些實施例中,第一燃油燃燒量和第二燃燒量之中的每一個燃油噴射事件,在不早於先前燃油噴射事件之後的3個曲柄角度前發生。在某些實施例中,對於供油系統的限制可能需要噴射事件之間的更長延遲,例如,大約5和10曲柄角度之間。在某些另外的實施例中,期望對於燃油燃燒量1406、1408中的每一個,貫穿燃油的噴射,燃燒事件一直繼續,因此,繼續燃燒事件的限制不再需要與燃油噴射事件之間的最大時間相比更大的時間。在多種情形下,簡單明了的是,畫出測試電池的期望的熱釋放與觀測的熱釋放之比,以判斷如何多遠間隔地發生噴射事件和仍然繼續燃燒事件。事件之間可能的時間分隔, 取決於噴射事件的曲柄角位置(例如,關於TDC與附近的TDC的時間偏離,燃燒室中的溫度更快速地變化)、發動機轉速、發動機負載值和本領域所理解的其它因素。通常,與TDC之後的63度相比更晚的噴射事件(其可以稱為非常晚的後噴射),呈現一些扭矩效果(即,部分地燃燒),但通常這種噴射並不參與燃燒事件,因此主要產生未燃燒的碳氫化合物(UHC), 而不是扭矩。在某些實施例中,控制器114被構造為根據後處理再生狀況1418來判斷後處理 (沒有示出)再生是否活躍。當後處理再生不活躍時,燃油控制模塊1412實現標準供油方案。例如,系統100可以包括微粒過濾器,後者需要定期的再生事件。本示例中的系統狀況模塊1402判斷微粒過濾器的再生事件是否活躍(根據後處理再生狀況1418),並當再生事件活躍時,提供第一和第二燃燒燃油量1406、1408。如果再生事件不活躍,則燃油控制模塊 1412根據標準供油方案來提供燃油系統命令1414。在某些實施例中,燃油控制模塊1412 在發動機102的所有運行時間,都使用第一和第二燃燒燃油量1406、1408。在某些實施例中,燃油控制模塊1412在再生事件活躍期間使用更大量的第二燃燒燃油量1408,在再生事件不活躍的時段期間使用更大量的第一燃燒燃油量1406。圖4是多個燃油噴射事件的視圖200。視圖200示出了第一燃油噴射事件202和第二燃油噴射事件204。在第一燃油噴射事件202期間噴射的燃油量包括一個(或者多於一個)主要噴射燃燒燃油量,在第二燃油噴射事件204期間噴射的燃油量包括一個(或者多於一個)後噴射燃燒燃油量。在某些實施例中,第一燃燒燃油量1406具有在TDC之後的 10度之前的SOI 206,第二燃燒燃油量1408具有在TDC之後的10度之後以及在TDC之後的63度之前的SOI 208。此外,與第一燃燒燃油量1406相比,第二燃燒燃油量1408更大。在某些實施例中,在第一燃油噴射事件和第二燃油噴射事件之間劃分燃燒燃油量。控制器114對發動機扭矩輸出請求進行說明,並基於燃油噴射事件202、204的時間和燃油量來調整燃燒燃油量,使得發動機102實現該發動機扭矩輸出請求。控制器114的燃油調整操作可以用於任何實施例中,但在第二燃燒燃油量1408發生在發動機102的特殊操作中(例如,在後處理再生事件期間)的實施例中,其尤其有用。例如,發動機扭矩輸出請求可以是250ft_lbs的扭矩,在發動機102的正常操作期間,需要100個單位燃油的燃燒燃油量來實現250ft-lbs的扭矩。在該示例中,在後處理再生事件期間,控制器114實現第一燃油燃燒量1406和第二燃油燃燒量1408,並將燃燒燃油量的一部分劃分到第一和第二燃油燃燒量1406、1408中的每一個裡。此外,控制器114還被構造為根據這些燃油量和早期及第二燃油燃燒量的時間來計算有效扭矩,對該燃燒燃油量進行調整以實現發動機扭矩輸出請求。在該示例中,在控制器114將40個單位的燃油放入到第一燃油燃燒量1406中,60個單位的燃油放入到第二燃油燃燒量1408之後,控制器 114可以確定由於大多的燃燒燃油量在遠離TDC之外燃燒,而僅實現了 235ft-lbs的扭矩。 控制器114可以調整燃燒燃油量(例如,將第一燃油燃燒量1406增加到42單位的燃油,將第二燃油燃燒量1408增加到64單位的燃油),直到實現250ft-lbs為止。控制器114可以通過任何方法來調整供油,其包括但不限於成比例地設置燃油噴射事件,支持第一燃油燃燒量或者第二燃油燃燒量,增加第一燃油燃燒量或者第二燃油燃燒量中的一個直到達到門限為止,並將剩餘的增加量放置到另一個燃燒量中,或者通過本領域所理解的任何其它燃油調整方法來實現。在某些實施例中,可以設計標稱的燃油控制器(沒有示出,但其可以是處理子系統112和/或控制器114的一部分),以說明第一燃油燃燒量1406和第二燃油燃燒量1408的時間的扭矩效果,並且控制器114的後續調整是不需要的。圖5是多個燃油噴射事件的視圖300。視圖300示出了第一燃油噴射事件1406、 第二燃油噴射事件304和第三燃油噴射事件306。在第一燃油噴射事件1406期間噴射的燃油量包括第一燃燒燃油量1406。在第二和第三噴射事件304、306中噴射的燃油量的總和組成第二燃油燃燒量1408。第一燃燒燃油量1406具有在TDC之後的10度之前的SOI 308。組成第二燃油燃燒量1408的噴射事件304、306中的每一個,都具有在TDC之後的10度之後以及TDC之後的63度之前的SOI 310、312。在某些實施例中,第一 SOI 308和第二 SOI 310之間的第一距離314大於3個曲柄角度。燃油噴射事件302、304、306中的每一個都貢獻於燃燒,並在單一燃燒衝程中進行噴射。在圖3的視圖300中,第一燃油燃燒量1406包括小於燃燒燃油量的25%,其中燃燒燃油量是第一和第二燃油燃燒量的總和。在某些實施例中,可以包括非常晚的後噴射事件(沒有示出),以便例如向後處理系統提供未燃燒的碳氫化合物。非常晚的後噴射事件並不對燃燒或者扭矩生成具有顯著的貢獻作用。
圖6是多個燃油噴射事件的視圖400。在某些實施例中,當確定發動機負載值1404 小於最大發動機負載水平的40%時,系統100執行視圖400的燃油噴射事件。在視圖400 中,第一燃油噴射事件402包括小於燃燒燃油量的25%,並具有TDC之後的10度之前的 SOI,第一燃油噴射事件402組成第一燃油燃燒量1406。第二燃油噴射事件404包括燃燒燃油量的15%和65%之間,並具有TDC之後10度之後的S0I。第三燃油噴射事件406包括燃燒燃油量的10%和85%之間,並在第二燃油噴射事件404之後至少3個曲柄角度以及TDC 之後的63度之前發生。在某些實施例中,每一個燃油噴射事件402、404、406都參與燃油的實際燃燒,燃油噴射事件404、406組成第二燃油燃燒量1408。圖7是多個燃油噴射事件的視圖500。在某些實施例中,當確定發動機負載值1404 至少等於最大發動機負載水平的門限百分比(例如,40%)時,系統100執行視圖500的燃油噴射事件。在某些實施例中,視圖500的燃油噴射事件在與視圖400的燃油噴射事件相同的系統100上發生。為了清楚地說明對於燃油噴射事件的命名,將視圖400的燃油噴射事件命名為第一燃油噴射事件402、第二燃油噴射事件404和第三燃油噴射事件406,而將視圖500的燃油噴射事件命名為第四燃油噴射事件502、第五燃油噴射事件504和第六燃油噴射事件 506。但是,在該示例中,在發動機102的給定燃燒循環中,僅執行一組燃油噴射事件(第一、第二、第三燃油噴射事件或者第四、第五、第六燃油噴射事件)。在不同的發動機運行狀況下,給定的系統100可以包括視圖400的燃油噴射事件、視圖500的燃油噴射事件或者兩組的燃油噴射事件。此外,某些實施例可以不包括視圖400或者視圖500中的噴射事件,和 /或可以包括視圖400、500中沒有示出的其它噴射事件。在視圖500中,第四燃油噴射事件502包括小於燃燒燃油量的60 %,並具有TDC之後的8度之前的S0I,其組成第一燃油燃燒量1406。第五燃油噴射事件504包括燃燒燃油量的5%和45%之間,並具有TDC之後10度之後的S0I。第六燃油噴射事件506包括燃燒燃油量的5%和55%之間,並在第五燃油噴射事件504之後至少3個曲柄角度以及TDC之後的63度之前發生。第五燃油噴射事件504和第六燃油噴射事件506組合起來構成第二燃油燃燒量1408。每一個燃油噴射事件502、504、506都參與燃油的燃燒和扭矩生成。在某些實施例中,第五燃油噴射事件504在不晚於第四燃油噴射事件之後2. 8毫秒發生。圖9是用於減少NOx排放的替代系統901的示意性視圖。系統901包括具有共軌燃油系統的內燃機102。當系統901包括多個燃油噴射事件時,內燃機102可以具有能夠執行多個燃油噴射事件(其包括執行一個或多個主噴射和一個或多個後噴射的能力)的本領域已知的任意類型的燃油系統。在某些實施例中,該燃油系統能夠執行兩個後噴射事件。此外,系統901還包括可變幾何渦輪增壓機(VGT) 912。VGT 912可以具有本領域已知的任何類型,其至少包括搖葉式VGT、滑動噴嘴VGT和內部或外部旁路VGT。雖然VGT 912應當是可以對廢氣922的壓力進行調節的設備,但產生VGT 912的可變幾何的機制並不重要。替代地或另外地,系統901可以包括排氣節流閥(沒有示出),以便對廢氣922的壓力進行調節。排氣節流閥用於對來自控制器924的排氣節流閥命令、廢氣壓力命令和/ 或廢氣壓力增加命令進行響應。排氣節流閥可以獨立於VGT 912進行工作,也可以與VGT 912進行協作。例如,VGT 912可以為某個範圍的廢氣壓力和/或發動機轉速提供廢氣壓力,排氣節流閥在廢氣壓力和/或發動機轉速的較高值處提供廢氣壓力。在另一個示例中, VGT912和排氣節流閥進行協作來提供命令的廢氣壓力。此外,系統901還包括廢氣再循環(EGR)路徑918,後者具有EGR冷卻器914和EGR 閥916。EGR閥916和EGR冷卻器914的排序只是示例性的,EGR閥916可以是「冷端」閥 (如圖所示)或者「熱端」閥(沒有示出)。另外,EGR路徑918可以包括用於EGR冷卻器 914的部分或者完整的旁路(沒有示出)。此外,系統901還包括形成處理子系統的一部分的控制器924,其中控制器擬4執行用於增加溫度和減少離開VGT 912的廢氣922的NOx氣體濃度的操作。處理子系統112 可以使用控制器、模塊、傳感器、致動器、通信鏈路和用於執行本申請所描述的操作的本領域所公知的其它設備來構成。控制器114可以是單一設備或者分布式設備,控制器的功能可以通過硬體或者軟體來執行。所有的命令和信息可以用替代的形式來提供,一些信息在某些實施例中不存在,而在某些實施例中可以存在另外的信息。可以根據傳感器輸入、數據鏈路通信、可由計算機讀取的存儲介質上的參數,或者通過本領域所理解的其它信息收集設備來對信息進行解釋。增加的溫度和減少的NOx氣體濃度是相對於標稱溫度和在缺少執行用於增加溫度和減少NOx氣體濃度的操作的控制器擬4的情況下所觀測的NOx氣體濃度。在某些實施例中,增加的溫度是第一後處理部件908能夠執行再生的溫度,例如,如果第一後處理部件 908是柴油微粒過濾器(DPF),則增加的溫度可以是能實現當前再生機制(例如,通過氧氣或者NO2進行氧化)的溫度。在其它實施例中,增加的溫度是第二後處理部件906能夠支持第一後處理部件 908的再生的溫度。例如,如果第二後處理部件906是氧化催化劑,則增加的溫度可以是噴射器910在廢氣922中放置的燃油能夠在第二後處理部件906上進行氧化的溫度。在另一個示例中,如果第二後處理部件906是氧化催化劑,則增加的溫度可以是廢氣922中的NO 能夠至少部分地轉換成NO2的溫度。在其它實施例中,增加的溫度是第一後處理部件908從標稱工作溫度提升但低於再生溫度的溫度,例如,處於當系統狀況允許時,第一後處理部件 908的再生快速地重新繼續的溫度(例如,發動機102上的負載隨後增加)。使用後噴射和VGT 912,和/或使用EGR 918的流動來實現NOx氣體濃度減少。在一個示例中,主燃油中的一些在一個或多個後噴射事件中噴射。可以將超過主燃油的一半移到後噴射,在某些實施例中,不存在主燃油(例如,在TDC之後的10度之前,沒有主供油事件發生),所有的燃油都移到後噴射,一小部分的燃油噴射成試點供油。後噴射可以是在 TDC之後的大約10度到TDC之後的大約63度之間發生的任何噴射,其可以發生成兩個噴射事件(它們在每一個噴射事件中具有大約相同數量的燃油)。在一個示例中,VGT 912是部分關閉的,其增加發動機102上的背壓,並使少量的廢氣在燃燒之後仍然處於汽缸中。在另一個示例中,VGT 912移動到「緊關閉」位置,在該位置,流動通過VGT 912的非常小區域仍然對於發動機102產生很大的背壓。增加的對於發動機102的背壓增加了發動機102的泵工作量,其導致更高的廢氣溫度。在某些實施例中,在緊關閉事件期間,EGR 918是部分打開的。EGR 918的打開為緊關閉的VGT 912提供了背壓釋放,緊關閉的VGT 912增強EGR 918的循環速率。EGR 918可以在EGR冷卻器914 中冷卻,其中EGR冷卻器914減少Τ0Τ,並且還減少N0X。EGR 918可以對EGR冷卻器914進行全部地或部分地旁路,其提高了 Τ0Τ,但允許更多的NOx形成。後噴射、VGT 912和EGR 918的平衡是使用本申請公開內容的權益的本領域普通技術人員的涉及機械的步驟。在某些實施例中,VGT 912與後噴射相組合(其中EGR 918關閉),足夠用於在發動機102的流動區域處具有顯著的NOx減少來提供增加的溫度,其中發動機102按低發動機轉速和低發動機負載狀況來工作。參見圖9,流動區域「A」是低發動機轉速和低發動機負載狀況,但區域「A」的形狀和位置可以變化。低發動機轉速和低發動機負載依賴於特定的系統,其包括與後噴射相組合的VGT 912以及關閉EGR 918能滿足溫度和NOx減少目標的任何區域。低發動機負載的非限制性示例包括特定的發動機轉速時的最大扭矩值的10%和35%之間。低發動機轉速的非限制性示例包括從怠速到最大發動機轉速的大約50%的發動機轉速。在某些實施例中,與後噴射相組合的VGT 912以及EGR 918的流動(具有或者不具有EGR冷卻914),足夠用於在發動機102的流動區域處提供增加的溫度和顯著的NOx減少,其中發動機102按中高發動機轉速和中等負載來工作。處於中高發動機轉速的示例性 VGT 912位置是高度打開位置。VGT 912的高度打開位置(通過向VGT 912的壓縮機提供更少的廢氣能量)減少通過該系統的整體空氣流動,並提供更低的能量負擔,以便在廢氣中提供高溫。參見圖9,流動區域「B」是中高發動機轉速和中等發動機負載狀況,但該區域的形狀和位置可以變化。中高發動機轉速和中等負載依賴於特定的系統,其包括與後噴射相組合的VGT 912以及EGR 918 (具有或者不具有EGR冷卻914)的流動能滿足溫度和NOx減少目標的任何區域。中高發動機轉速的非限制性示例包括高於區域「A」的低發動機轉速,直到最大發動機轉速的任何發動機轉速,但在某些實施例中,在發動機轉速或者發動機負載域中,區域「B」可以與區域「A」重疊。中等發動機負載的非限制性示例包括高於區域「A」 的低發動機負載,直到包括最大發動機負載的任何負載。但是,在高發動機負載時,很少需要廢氣922的熱管理,所有高發動機負載和中等或者高發動機轉速的區域「E」可以存在於區域「B」之上,其可以包括不使用與後噴射相組合的增加的VGT 912背壓來產生溫度和減少NOx的區域。在某些實施例中,區域「A」和「B」之間可能發生轉速和/或負載的某種重疊。此外,一個發動機轉速處的中等負載可以是處於不同的發動機轉速的低發動機負載或者高發動機負載。因此,在某些實施例中,按某些發動機轉速,區域「A」的頂部可以高於區域「B」的底部,按某些發動機轉速或負載,在區域「A」和「B」之間可能存在間隙。另外,可以使用滯後作用來操作該系統。例如,當在與區域「A」和/或「B」相關聯的熱和NOx機制之前,發動機操作點在區域「A」和「B」之間切換時,可能產生延遲。該延遲可以是時間延遲(例如,在切換之前等待幾秒),和/或該延遲可以是發動機轉速和/或發動機負載延遲。例如,當發動機運行狀況從區域「A」變換到「B」時,系統可以按1200rpm和250ft_lbs從「A」切換到 「B」,當發動機運行狀況從「B」變換到"K"時,按IlOOrpm和225ft_lbs從「B」切換到「A」。在某些實施例中,VGT 912移動到與後噴射相組合的緊關閉位置,EGR918 (具有或者不具有冷卻914)的流動足夠用於在發動機102的流動區域處提供增加的溫度和顯著的 NOx減少,其中發動機102按中等發動機轉速和低發動機負載來工作。參見圖9,流動區域 「C」是中等發動機轉速和低發動機負載區域。
中等發動機轉速和低發動機負載依賴於特定的系統,其包括處於與後噴射相組合的緊關閉位置的VGT 912以及EGR 918 (具有或者不具有EGR冷卻914)的流動能滿足溫度和NOx減少目標的任何區域。VGT 912的緊關閉位置是關閉VGT 912對於發動機施加顯著的背壓,並開始降低VGT912的壓縮機方的增壓壓力的VGT 912區域。通常,將VGT 912朝更關閉的位置移動,使得通過提高廢氣922到VGT 912渦輪機葉片的能量轉換來增加VGT 912的增壓。但是,隨著VGT 912進一步關閉,VGT 912中的開口最終充當為節流閥,其快速地減少VGT 912的效率,並在發動機上造成較大的背壓,而不增加向VGT 912渦輪機葉片的能量轉換。通常,在VGT 912是緊關閉的區域中進行操作是不高效的。但是,隨著發動機轉速從區域「A」的發動機轉速增加,發動機102中間流過更大數量的汽油,直到到達最終區域 「A」的機械不足夠用於在廢氣922中生成足夠的溫度的點。因此,使用區域「C」的VGT 912 緊關閉操作來在區域「C」中產生足夠的溫度。因此,在某些實施例中,通過區域「A」的可行性,將區域「C」限制在低轉速一側。隨著發動機轉速上升的更高(到達區域「F」),區域「C」 的操作變得不可行(由於VGT 912的入口處的較大壓力)或者非常不高效,使得在區域「F」 中,使用VGT 912、後噴射和EGR 918的熱管理操作不再被使用。因此,在某些實施例中,通過區域「C」的可行性和/或經濟性,將區域「C」限制在高轉速一側。在更高的負載水平,區域「C」的操作再次變得不可行(由於VGT 912入口處的高壓),或者隨著區域「B」的操作變得足夠產生增加的溫度,而使它們變得不需要。因此,在某些實施例中,通過區域「B」和「C」 的可行性和經濟性,將區域「C」限制在高負載一側。當系統在包括區域「C」的任何區域之間切換時,系統可以呈現延遲和/或滯後性。區域「D」描繪了高負載、低中轉速區域,其中在該區域中,對於大多系統來說通常不需要熱管理操作。表1描述了使用本申請所描述的特徵(其包括在不同的操作點使用不同的特徵) 的示例性發動機所實現的NOx減少。溫度得到了增加,但在該實驗中沒有對溫度增加量進行量化。示出的NOx測量值是相對於未修改的行為(「普通模式」操作),使用後噴射、VGT 912和/或EGR 918的區域「A」、「B」和「C」的修改的行為(「再生模式」NOx)的NOx改變量。 NOx減少量示出為% NOx減少量=(普通模式NOx-再生模式NOx)/普通模式N0X。因此,當普通模式NOx是100個單位,再生模式NOx是65個單位時,% NOx減少量=(100-65)/100 =35%。表1中的數據描繪了在較大範圍的運行狀況中,增加幫助再生後處理部件的熱量對於NOx產生是至少中立的,在大多運行狀況下可以實現NOx產生的顯著減少。
權利要求
1.一種系統,包括內燃機,其產生廢氣流;後處理部件,其構造為對所述廢氣流進行處理,其中所述後處理部件具有期望的入口廢氣溫度;構造為對廢氣壓力值進行調節的廢氣壓力設備和構造為提供至少一個後噴射事件的燃油噴射系統;控制器,其構造為響應於確定所述廢氣流的溫度低於所述期望的入口廢氣溫度,提供廢氣壓力命令和燃油噴射命令;以及其中,所述廢氣壓力設備響應於所述廢氣壓力命令,且其中所述燃油噴射系統響應於所述燃油噴射命令。
2.根據權利要求1所述的系統,其中,所述控制器還構造為響應於確定所述期望的入口廢氣溫度目前不可實現,針對所述後處理部件確定提升的溫度,並響應於所述提升的溫度,提供所述廢氣壓力命令和所述燃油噴射命令,其中,所述提升的溫度低於所述期望的入口廢氣溫度,但高於所述後處理部件的標稱工作溫度。
3.根據權利要求2所述的系統,其中,所述控制器還構造為響應於所述期望的入口廢氣溫度在一預定的時間段不可實現,停止提供所述廢氣壓力命令和所述燃油噴射命令。
4.根據權利要求3所述的系統,其中,所述控制器還構造為響應於確定所述內燃機以具有挑戰的佔空比操作,增加所述預定的時間段。
5.根據權利要求1所述的系統,其中,所述廢氣壓力設備包括排氣節流閥和可變幾何渦輪增壓機中的一個。
6.根據權利要求1所述的系統,其中,所述控制器還構造為響應於確定所述廢氣流的溫度低於所述期望的入口廢氣溫度,提供進氣節流閥命令, 所述系統還包括用於響應所述進氣節流閥命令的進氣節流閥。
7.根據權利要求6所述的系統,其中,所述控制器還構造為響應於確定所述廢氣流的溫度低於所述期望的入口廢氣溫度,提供廢氣再循環(EGR) 冷卻器旁路命令,所述系統還包括具有EGR冷卻器和EGR冷卻器旁路的EGR流,其中,所述 EGR冷卻器旁路響應於所述EGR冷卻器旁路命令。
8.根據權利要求1所述的系統,其中,所述後處理部件包括從包括下面各項的部件中選出的後處理部件氧化催化劑、選擇性催化還原催化劑、微粒過濾器和催化微粒過濾器。
9.根據權利要求1所述的系統,其中,響應於確定所述廢氣流的溫度低於所述期望的入口廢氣溫度,所述控制器還提供重整命令,且其中所述系統還包括燃油重整器,所述燃油重整器被構造為在所述後處理部件的位置上遊向所述廢氣流提供至少部分重整的燃油量,其中所述燃油重整器響應於所述燃油重整命令。
10.根據權利要求9所述的系統,其中,所述燃油重整器還構造為在氧化催化劑的位置上遊向所述廢氣流提供所述至少部分重整的燃油量,其中所述後處理部件位於所述氧化催化劑的下遊。
11.一種方法,包括確定用於後處理部件的期望的入口廢氣溫度;判斷所述後處理部件的當前入口溫度是否低於所述期望的入口廢氣溫度,以及判斷所述期望的入口廢氣溫度是否可實現;響應於所述當前入口溫度低於所述期望的入口廢氣溫度且所述期望的入口廢氣溫度可實現,確定廢氣壓力命令和燃油噴射命令;以及響應於所述廢氣壓力命令,操作廢氣壓力設備,以及響應於所述燃油噴射命令,操作用於內燃機的燃油系統。
12.根據權利要求11所述的方法,還包括響應於所述期望的入口廢氣溫度不可實現,提供重整命令以降低所述期望的入口廢氣溫度,響應於所述重整命令,操作燃油重整器。
13.根據權利要求12所述的方法,其中,操作所述燃油重整器包括向選擇性催化還原催化劑提供一些H2和⑶。
14.根據權利要求12所述的方法,其中,操作所述燃油重整器包括向氧化催化劑提供一些吐和CO。
15.根據權利要求12所述的方法,其中,操作所述燃油重整器包括向催化微粒過濾器提供一些吐和⑶。
16.根據權利要求11所述的方法,還包括響應於所述期望的入口廢氣溫度不可實現,確定提升的溫度,響應於所述提升的溫度,提供所述廢氣壓力命令和所述燃油噴射命令,其中所述提升的溫度是可實現的,所述提升的溫度低於所述期望的入口廢氣溫度,但高於所述後處理部件的標稱工作溫度。
17.根據權利要求16所述的方法,還包括響應於所述期望的入口廢氣溫度在一預定的時間段不可實現,停止提供所述廢氣壓力命令和所述燃油噴射命令。
18.根據權利要求11所述的方法,還包括響應於所述當前入口溫度低於所述期望的入口廢氣溫度且所述期望的入口廢氣溫度可實現,提供進氣節流閥命令,響應於所述進氣節流閥命令,操作進氣節流閥。
19.根據權利要求18所述的方法,還包括響應於所述當前入口溫度低於所述期望的入口廢氣溫度且所述期望的入口廢氣溫度可實現,提供EGR冷卻器旁路命令,響應於所述EGR冷卻器旁路命令,操作EGR冷卻器旁路閥。
20.一種方法,包括確定用於後處理部件的期望的入口廢氣溫度;判斷所述後處理部件的當前入口溫度是否低於所述期望的入口廢氣溫度;按順序執行下面操作響應於所述後處理部件的當前入口溫度低於所述期望的入口廢氣溫度,在內燃機中執行後噴射供油;以及響應於所述後處理部件的當前入口溫度仍然低於所述期望的入口廢氣溫度,向所述後噴射供油增加廢氣壓力增加。
21.根據權利要求20所述的方法,還包括響應於所述後處理部件的當前入口溫度仍然低於所述期望的入口廢氣溫度,使用進氣節流閥向所述後噴射供油增加進氣流減小和廢氣壓力增加。
22.根據權利要求21所述的方法,還包括響應於所述後處理部件的當前入口溫度仍然低於所述期望的入口廢氣溫度,使用EGR 冷卻器旁路閥向所述後噴射供油增加EGR冷卻器旁路、廢氣壓力增加和進氣流減小。
23.根據權利要求22所述的方法,還包括響應於所述後處理部件的當前入口溫度仍然低於所述期望的入口廢氣溫度,將所述期望的入口廢氣溫度降低到提升的溫度,其中所述提升的溫度低於所述期望的入口廢氣溫度,但高於所述後處理部件的標稱工作溫度。
24.根據權利要求20所述的方法,還包括響應於確定所述期望的入口廢氣溫度不可實現,在所述後處理部件的上遊提供一些重整燃油。
25.根據權利要求20所述的方法,其中,增加廢氣壓力增加包括將可變幾何渦輪機移到緊關閉位置。
全文摘要
本文提供了用於增強後處理再生能力的系統。該系統包括產生廢氣流的內燃機和對該廢氣流進行處理的後處理部件,其中後處理部件包括期望的入口廢氣溫度。該系統包括對廢氣壓力值進行調節的廢氣壓力設備和提供後噴射事件的燃油噴射系統。該系統包括當確定廢氣流的溫度低於期望的入口廢氣溫度時,提供廢氣壓力命令和燃油噴射命令的控制器。廢氣壓力設備響應於廢氣壓力命令,燃油噴射系統響應於燃油噴射命令。
文檔編號F02D23/02GK102575550SQ201080043694
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者L·黃, N·W·柯裡爾, R·克恩, R·埃奇庫姆, T·R·弗雷澤, 郭林松 申請人:康明斯有限公司