用於後處理助燃空氣供應的增壓空氣旁路的製作方法

2023-11-05 03:56:17

專利名稱：用於後處理助燃空氣供應的增壓空氣旁路的製作方法
技術領域：
本公開內容涉及一種排氣系統，更具體地說，涉及一種用於後處理助燃空氣供應 的增壓空氣旁路。
背景技術：
本部分的陳述只提供涉及本公開內容的背景信息，並可能不構成現有技術。車輛可包括用於處理由內燃發動機產生的排氣的後處理裝置。例如，許多車輛包 括在排出流從車輛排出之前收集來自排出流的材料(例如菸灰)的柴油機微粒過濾器，且 這些車輛通常包括為了減少收集到的材料而點燃噴射的燃料的燃燒器。而且，一些車輛包 括碳氫化合物噴射器(例如，火焰重整器、尿素噴射器)，其將碳氫化合物噴射到排出流中， 以在排出流從車輛排出之前減少不受歡迎的物質，比如氮氧化物(NOx)。這些後處理裝置典型地接收來自空氣供應的空氣來發揮作用。例如，燃燒器接收 用於點燃燃料的空氣，以減少由關聯的微粒過濾器收集的材料。在多數常規系統中，泵被用 於將空氣供應到後處理裝置。該泵可由發動機驅動，或者該泵可自驅動。這些常規後處理空氣供應系統會相對複雜，並且會包括大量部件。另外，各部件會 佔據大量空間並因此難以集成到車輛中。此外，這些常規空氣供應系統會引起發動機系統 的附加損失，這會降低發動機系統的效率。

發明內容
公開一種用於車輛的發動機系統。該車輛包括內燃發動機、接收吸入流體流的吸 入流體系統以及接收來自所述發動機的排出流的排出流體系統。該車輛還包括渦輪增壓器 裝置，該渦輪增壓器裝置包括將壓縮流體流供應到內燃發動機的壓縮機構件和由所述排出 流致動的能量供應構件。該車輛進一步包括與所述排出流操作性連通以處理所述排出流的 後處理裝置。所述發動機系統具有旁路流體系統，該旁路流體系統為所述內燃發動機設置 旁路並包括上遊端和下遊端。所述上遊端接收來自所述壓縮機構件的所述壓縮流體流的一 部分，所述下遊端在所述能量供應構件下遊與所述排出流體系統流體連通。所述旁路流體 系統將所述壓縮流體流的所述一部分供應到所述後處理裝置。另一方面，公開一種用於車輛的發動機系統。所述發動機系統包括內燃發動機和 接收吸入流體流的吸入流體系統。所述發動機系統進一步包括接收來自所述發動機的排出 流的排出流體系統。而且，所述發動機系統包括渦輪增壓器裝置，該渦輪增壓器裝置包括與 所述吸入流體流操作性連通的壓縮機構件和與所述排出流操作性連通並被所述排出流致 動的能量供應構件。所述能量供應構件將能量傳遞到所述壓縮機構件，所述壓縮機構件向 所述內燃發動機供應壓縮流體流。此外，所述發動機系統包括與所述排出流操作性連通以 處理所述排出流的後處理裝置。所述發動機系統另外還包括旁路流體系統，該旁路流體系 統為所述內燃發動機設置旁路並包括上遊端和下遊端。所述上遊端接收來自所述壓縮機構 件的所述壓縮流體流的一部分，所述下遊端在所述能量供應構件下遊與所述排出流體系統流體連通。所述旁路流體系統將所述壓縮流體流的所述一部分供應到所述後處理裝置。又一方面，公開一種引導流動通過發動機系統的方法。所述發動機系統包括內燃 發動機、吸入流體系統、排出流體系統、包括壓縮機構件和能量供應構件的渦輪增壓器裝 置、後處理裝置以及為所述內燃發動機設置旁路的旁路流體系統。所述方法包括經由所 述吸入流體系統接收吸入流體流；經由所述排出流體系統接收來自所述發動機的排出流； 並經由所述排出流致動所述渦輪增壓器裝置的所述能量供應構件。所述方法還包括將能量 從所述能量供應構件傳遞到所述壓縮機構件，以將壓縮流體流供應到所述內燃發動機。而 且，所述方法包括將所述後處理裝置提供為與所述排出流操作性連通以及經由旁路流體系 統接收所述壓縮流體流的一部分。此外，所述方法包括通過所述旁路流體系統將所述壓縮 流體流的所述一部分引導至所述能量供應構件下遊，併到達所述後處理裝置。另一方面，公開一種用於車輛的發動機系統。所述發動機系統包括內燃發動機、接 收吸入流體流的吸入流體系統以及接收來自所述發動機的排出流的排出流體系統。所述發 動機系統還包括渦輪增壓器裝置，該渦輪增壓器裝置包括與所述吸入流體流操作性連通的 壓縮機構件和與所述排出流操作性連通並被所述排出流致動的能量供應構件。所述能量 供應構件將能量傳遞到所述壓縮機構件，所述壓縮機構件向所述內燃發動機供應壓縮流體 流。所述發動機系統另外包括流體冷卻器，該流體冷卻器在所述壓縮機構件下遊與所述吸 入流體系統能操作地聯接以降低所述壓縮流體流的溫度。而且，所述發動機系統包括與所 述排出流操作性連通以處理所述排出流的後處理裝置。所述後處理裝置包括用於減少從所 述排出流收集的材料的燃燒器和/或用於將碳氫化合物噴射到所述排出流中的碳氫化合 物噴射器。所述發動機系統進一步包括控制器和旁路流體系統，該旁路流體系統包括上遊 端、下遊端和旁通閥。所述上遊端接收來自所述渦輪增壓器裝置的壓縮流體流的一部分，所 述下遊端在所述能量供應構件下遊與所述排出流體系統流體連通。所述旁路流體系統將壓 縮流體流的所述一部分供應到所述後處理裝置。此外，所述控制器改變所述旁通閥的配置 以選擇性地改變通過所述旁路流體系統的流動。進一步的應用領域將從這裡所提供的說明書中顯而易見。應當理解的是，說明書 和具體示例僅在於例示說明的目的，並非意在限定本公開內容的範圍。


這裡所描述的附圖僅為了圖示說明，並非意在以任何方式限定本公開內容的範圍。圖1為具有根據本公開內容教導的發動機系統的車輛的示意圖；圖2為圖示說明操作圖1的發動機系統的方法的流程圖；圖3為具有根據本公開內容教導的發動機系統另一實施例的車輛的示意圖；以及圖4為圖示說明操作圖3的發動機系統的方法的流程圖。
具體實施例方式下文的描述實際上只是具有代表性，並非意在限定本公開內容、應用或使用。應該 理解的是，在附圖中，相應的附圖標記指示相似或相應的零件和特徵。首先參見圖1，車輛10被圖示為具有根據本公開內容不同實施例的發動機系統12。發動機系統12包括內燃發動機14。內燃發動機14可為任何適當的類型，比如柴油發 動機、以汽油為動力的發動機等。發動機系統12進一步包括通常以16指示的吸入流體系統和通常以18指示的排 出流體系統。正如將要說明的，吸入流體系統16通常接收來自車輛10外的吸入流體流20， 排出流體系統18通常接收來自發動機14的排出流22。換言之，吸入流體流20穿過吸入流 體系統16到達發動機14。發動機14產生作為燃料燃燒產物的排出流22，排出流22流過 排出流體系統18並從車輛10排出。可以理解的是，流體吸入和排出系統16、18可包括用 於引導相應流體的流動的多個空心管、通路及類似結構。而且，發動機系統12包括渦輪增壓器裝置24。渦輪增壓器裝置24可為任何合適 的已知類型。在一些實施例中，渦輪增壓器裝置24包括壓縮機構件26、能量供應構件28和 聯接構件30。在一些實施例中，壓縮機構件26與吸入流體流20操作性連通，能量供應構件 與排出流22操作性連通。更具體地說，在一些實施例中，壓縮機構件26被設置在吸入流體 系統16內，能量供應構件28被設置在排出流體系統18中。能量供應構件28和壓縮機構 件26可被固定到聯接構件30上，渦輪增壓器構件24可被支撐為相對於流體吸入和排出系 統16、18旋轉。此外，壓縮機構件26和能量供應構件28可各自包括多個翼片。操作時，隨 著吸入流體流20流過吸入流體系統16，吸入流體流的流動被壓縮機構件26壓縮，從而壓縮 機構件26向發動機14供應壓縮流體流32。同樣，排出流22的流動驅動能量供應構件28 旋轉，該旋轉能量經由聯接構件30被傳遞到壓縮機構件26。可以理解的是，渦輪增壓器裝 置24允許更大量的空氣/燃料混合物進入到發動機14的汽缸中，從而提高發動機14的效 率。發動機系統12還可包括流體冷卻器33。流體冷卻器33在渦輪增壓器裝置24的 壓縮機構件26下遊被能操作地聯接到吸入流體系統16。操作時，流體冷卻器33在壓縮流 體流32進入發動機14之前降低其溫度。可以理解的是，流體冷卻器33可為任何合適的已 知類型。此外，發動機系統12可包括後處理裝置34。後處理裝置34可與排出流22操作 性連通。換言之，後處理裝置34可與排出流22流體連通，並被設置在排出流體系統18內。 可以理解的是，後處理裝置34可為用於接收排出流22的至少一部分並處理排出流22的任 何合適的類型，比如柴油機微粒過濾器、碳氫化合物噴射器等。在圖1表示的一些實施例中，後處理裝置34包括在排出流22從車輛10排出之前 過濾來自排出流22的微粒(即菸灰)的柴油機微粒過濾器36。柴油機微粒過濾器36還可 包括燃燒器38和噴射器40。按照預定次數，噴射器40噴射燃料，燃燒器38點燃從噴射器 40噴射的燃料，柴油機微粒過濾器36收集的微粒物質在已知為「再生」的過程中減少。然 而，可以理解的是，後處理裝置34可為用於處理(例如，減少不受歡迎的物質)排出流22 的任何合適的類型。發動機系統12另外包括旁路流體系統42。與流體吸入和排出系統16、18類似，旁 路流體系統42可包括多個管、通路等。該旁路流體系統在吸入流體系統16和排出流體系 統18之間提供流體連通，並為內燃發動機14設置旁路。另外，旁路流體系統42包括上遊 端44和下遊端46。上遊端44接收來自渦輪增壓器裝置24的壓縮機構件26的壓縮流體流 32的一部分，下遊端46在渦輪增壓器裝置24的能量供應構件28下遊與排出流體系統18流體連通。正如將要說明的，旁路流體系統42將來自吸入流體系統16的壓縮流體流32的 一部分供應到後處理裝置34。旁路流體系統42可包括旁通閥48。旁通閥48可為用於選擇性地改變通過旁路流 體系統42的流動狀態的任何合適的類型。而且，旁通閥48可相對於旁路流體系統42被設 置在任何合適的位置。此外，發動機系統12可包括控制器50。控制器50可包括用於改變旁通閥48配置 (例如，改變閥48的位置)的電路、程序控制邏輯、計算機存儲器和類似物。控制器50可與 旁通閥48以及後處理裝置34連通。正如將要更詳細地說明的，控制器50可根據後處理裝 置34的預定作業計劃表改變旁通閥48的配置(例如位置)。現在參見圖2，其中圖示一種操作發動機系統12和引導流體通過發動機系統12的 方法52。該方法開始於判定塊54，在其中確定是否滿足柴油機微粒過濾器36再生的條件。 換言之，判定塊54包括確定預定作業計劃表是否要求柴油機微粒過濾器36的再生。可以 理解的是，預定作業計劃表可在任何合適的車輛狀況下要求再生。例如，預定作業計劃表可 在行駛一定裡程之後、一旦在後處理裝置34下遊檢測到的壓力高於預定臨界值或者類似 情況時要求再生。如果判定塊54否定地回答，則方法52返回到方法52的開始。然而，如果判定塊 54肯定地回答，則繼續步驟56。在步驟56中，控制器50將使旁通閥48從基本關閉位置移動到打開位置以使通過 流體旁路系統42的流動開始的信號傳遞到後處理裝置34。然後，在步驟58中，發生柴油機微粒過濾器36的再生。更具體地，噴射器40將燃 料噴射到由流體旁路系統42提供的流體中，並且燃燒器38點燃空氣/燃料混合物以減少 由柴油機微粒過濾器36收集的微粒。可以理解的是，流體旁路系統42可結合排出流體系 統18將流體提供到燃燒器38，或者流體旁路系統42可將獨立於排出流體系統18將流體提 供到燃燒器38，以使後處理裝置34能夠再生。然後，在步驟60中，控制器50傳遞使旁通閥48從打開位置移動到基本關閉位置 以基本阻止通過旁路流體系統42的流動的信號。因此，可以理解的是，控制器50控制旁通 閥48的配置和位置，從而根據柴油機微粒過濾器36的預定再生進度表使通過旁路流體系 統42的流動間歇以及通過旁路流體系統42的流動發生。同樣可以理解的是，旁路流體系統42的上遊端44在流體冷卻器33下遊。因而， 流過旁路流體系統42的壓縮流體流32被流體冷卻器33基本冷卻。因此，噴射器40不太 可能發生過熱和故障。現在參見圖3，其中圖示根據本公開內容的不同其它實施例的車輛110的發動機 系統112。可以理解的是，發動機系統112與如1和圖2的發動機系統12基本相似。同樣 可以理解的是，相似的部件用增加100的相似附圖標記指示。發動機系統112包括帶有上遊端144和下遊端146的旁路流體系統142。旁路流 體系統142的上遊端144在冷卻器133上遊與吸入流體系統116流體連通。同樣，在一些實施例中，發動機系統112包括後處理裝置134，比如碳氫化合物噴 射器137 (例如，火焰重整器、尿素噴射器)。碳氫化合物噴射器137可為用於將碳氫化合物 噴射到排出流122中以減少發動機系統112排放的氮氧化物的任何合適的已知類型。
另外，發動機系統112可包括檢測排出流122中的排放物的量的排放傳感器 (emission sensor) 139。可以理解的是，排放傳感器139可為任何合適的已知類型，比如檢 測排出流122中的氮氧化物的量的氮氧化物傳感器。控制器150與旁通閥148、後處理裝 置134以及排放傳感器139連通。如下文所描述的，控制器150根據由排放傳感器139檢 測到的排放物的量改變旁通閥148的配置(例如，所述位置)。現在參見圖4，其中圖示一種控制發動機系統112和引導流體通過發動機系統112 的方法170。方法170開始於步驟172，其中排放傳感器139檢測氮氧化物水平。然後，在 步驟172中，控制器150根據由排放傳感器139檢測到的氮氧化物水平計算旁通閥148的
所需位置。下一步，在步驟176中，控制器150傳遞信號以改變旁通閥148的位置，從而與在 步驟174中計算出的旁通閥148的所需位置匹配。在一些實施例中，旁通閥148在步驟176 中在部分關閉位置和完全打開位置之間改變。因此，流動被保持為基本連續，但在步驟176 中通過旁路流體系統142的流量是改變的。換言之，通過旁路流體系統142的流量作為從 發動機114的氮氧化物輸出的函數而變化，且排放傳感器139向旁通閥148提供反饋，以調 節通過旁通閥148到達碳氫化合物噴射器137的流體流動的量。在圖3表示的一些實施例中，旁路流體系統142的上遊端144在流體冷卻器133 上遊渦輪增壓器裝置124的壓縮機構件126下遊與吸入流體系統116流體連通。在該情況 下，流過旁路流體系統142的流體不會為了改進後處理裝置134的性能而被流體冷卻器133 冷卻。因此，發動機系統12、112包括用於將空氣供應到後處理裝置34、134的旁路流體 系統42、142。可以理解的是，旁路流體系統42、142不需要獨立的空氣供應系統或由發動 機14、114驅動的空氣供應系統即可將空氣供應到後處理裝置34、134。因此，發動機系統 112不會太複雜，能包括較少的部件，能更容易地集成到車輛10、110中，並且與現有技術的 發動機系統相比能夠提高效率。而且，前面的討論只公開並描述了本公開內容的示例性實施例。本領域技術人員 將容易地從這種討論以及從附圖和權利要求書認識到，在不脫離如以下權利要求書所限定 的公開內容的精神和範圍的情況下，可在其中進行各種改變、改進和變化。
權利要求
一種用於車輛的發動機系統，該車輛包括內燃發動機、接收吸入流體流的吸入流體系統、接收來自所述發動機的排出流的排出流體系統、包括將壓縮流體流供應到所述內燃發動機的壓縮機構件和由所述排出流致動的能量供應構件的渦輪增壓器裝置以及與所述排出流操作性連通以處理所述排出流的後處理裝置，所述發動機系統包括旁路流體系統，該旁路流體系統為所述內燃發動機設置旁路並包括上遊端和下遊端，所述上遊端接收來自所述壓縮機構件的所述壓縮流體流的一部分，所述下遊端在所述能量供應構件下遊與所述排出流體系統流體連通，所述旁路流體系統將所述壓縮流體流的所述一部分供應到所述後處理裝置。
2.根據權利要求1所述的發動機系統，進一步包括能操作地聯接到所述旁路流體系統 的旁通閥，所述旁通閥選擇性地改變通過所述旁路流體系統的流動。
3.根據權利要求2所述的發動機系統，進一步包括控制器，該控制器改變所述閥的配 置以選擇性地改變通過所述旁路流體系統的流動。
4.根據權利要求3所述的發動機系統，其中所述控制器根據所述後處理裝置的預定作 業計劃表改變所述閥的配置。
5.根據權利要求3所述的發動機系統，進一步包括檢測所述排出流中的排放物的量的 排放傳感器，並且其中所述控制器根據由所述排放傳感器檢測到的所述排放物的量改變所 述閥的配置。
6.根據權利要求3所述的發動機系統，其中所述控制器在基本關閉位置和打開位置之 間改變所述閥的配置，使得通過所述旁路流體系統的流動是間歇性的。
7.根據權利要求3所述的發動機系統，其中所述控制器在部分關閉位置和打開位置之 間改變所述閥的配置，使得通過所述旁路流體系統的流動是基本連續的。
8.一種用於車輛的發動機系統，包括內燃發動機；接收吸入流體流的吸入流體系統；接收來自所述發動機的排出流的排出流體系統；渦輪增壓器裝置，該渦輪增壓器裝置包括與所述吸入流體流操作性連通的壓縮機構件 和與所述排出流操作性連通以便被所述排出流致動的能量供應構件，所述能量供應構件將 能量傳遞到所述壓縮機構件，所述壓縮機構件向所述內燃發動機供應壓縮流體流；與所述排出流操作性連通以處理所述排出流的後處理裝置；和旁路流體系統，該旁路流體系統為所述內燃發動機設置旁路並包括上遊端和下遊端， 所述上遊端接收來自所述壓縮機構件的所述壓縮流體流的一部分，所述下遊端在所述能量 供應構件下遊與所述排出流體系統流體連通，所述旁路流體系統將所述壓縮流體流的所述 一部分供應到所述後處理裝置。
9.根據權利要求8所述的發動機系統，進一步包括在所述壓縮機構件下遊與所述吸入 流體系統能操作地聯接以降低所述壓縮流體流的溫度的流體冷卻器。
10.根據權利要求9所述的發動機系統，其中所述後處理裝置包括燃燒器，並且其中所 述旁路流體系統的所述上遊端在所述流體冷卻器下遊與所述吸入流體系統流體連通。
11.根據權利要求9所述的發動機系統，其中所述後處理裝置包括碳氫化合物噴射器， 並且其中所述旁路流體系統的所述上遊端在所述流體冷卻器上遊與所述吸入流體系統流體連通。
12.根據權利要求8所述的發動機系統，其中所述後處理裝置包括用於減少從所述排 出流收集的材料的燃燒器和用於將碳氫化合物噴射到所述排出流中的碳氫化合物噴射器 中的至少一個。
13.一種引導流動通過發動機系統的方法，所述發動機系統包括內燃發動機、吸入流體 系統、排出流體系統、包括壓縮機構件和能量供應構件的渦輪增壓器裝置、後處理裝置以及 為所述內燃發動機設置旁路的旁路流體系統，所述方法包括經由所述吸入流體系統接收吸入流體流； 經由所述排出流體系統接收來自所述發動機的排出流； 經由所述排出流致動所述渦輪增壓器裝置的所述能量供應構件； 將能量從所述能量供應構件傳遞到所述壓縮機構件，以將壓縮流體流供應到所述內燃 發動機；將所述後處理裝置提供為與所述排出流操作性連通； 經由所述旁路流體系統接收所述壓縮流體流的一部分；以及通過所述旁路流體系統將所述壓縮流體流的所述一部分引導至所述能量供應構件下 遊，併到達所述後處理裝置。
14.根據權利要求13所述的方法，進一步包括提供與所述旁路流體系統能操作地聯接 的旁通閥，以及經由所述旁通閥改變通過所述旁路流體系統的流動。
15.根據權利要求14所述的方法，進一步包括根據所述後處理裝置的預定作業計劃表 改變通過所述旁路流體系統的流動。
16.根據權利要求14所述的方法，進一步包括檢測所述排出流中的排放物的量，以及 根據檢測到的所述排放物的量改變通過所述旁路流體系統的流動。
17.根據權利要求14所述的方法，進一步包括改變通過所述旁路流體系統的流動，使 得通過所述旁路流體系統的流動是間歇性的。
18.根據權利要求14所述的方法，進一步包括改變通過所述旁路流體系統的流動，使 得通過所述旁路流體系統的流動是基本連續的。
19.根據權利要求13所述的方法，進一步包括提供在所述壓縮機構件下遊與所述吸入 流體系統能操作地聯接的流體冷卻器，以及經由所述流體冷卻器降低所述壓縮流體流的溫 度。
20.一種用於車輛的發動機系統，包括 內燃發動機；接收吸入流體流的吸入流體系統；接收來自所述發動機的排出流的排出流體系統；渦輪增壓器裝置，該渦輪增壓器裝置包括與所述吸入流體流操作性連通的壓縮機構件 和與所述排出流操作性連通以便被所述排出流致動的能量供應構件，所述能量供應構件將 能量傳遞到所述壓縮機構件，所述壓縮機構件向所述內燃發動機供應壓縮流體流；流體冷卻器，該流體冷卻器在所述壓縮機構件下遊與所述吸入流體系統能操作地聯 接，以降低所述壓縮流體流的溫度；與所述排出流操作性連通以處理所述排出流的後處理裝置，所述後處理裝置包括用於減少從所述排出流收集的材料的燃燒器和用於將碳氫化合物噴射到所述排出流中的碳氫 化合物噴射器中的至少一個； 控制器；和旁路流體系統，該旁路流體系統包括上遊端、下遊端和旁通閥，所述上遊端接收來自所 述渦輪增壓器裝置的所述壓縮流體流的一部分，所述下遊端在所述能量供應構件下遊與所 述排出流體系統流體連通，所述旁路流體系統將所述壓縮流體流的所述一部分供應到所述 後處理裝置，所述控制器改變所述旁通閥的配置，以選擇性地改變通過所述旁路流體系統 的流動。
全文摘要
一種發動機系統包括發動機、流體吸入系統和流體排出系統。另外，所述發動機系統包括渦輪增壓器裝置，該渦輪增壓器裝置具有與吸入流體流操作連通的壓縮機構件和與排氣流操作連通並由此被所述排氣流致動的能量供應構件。所述能量供應構件將能量傳遞到所述壓縮機構件，所述壓縮機構件向所述發動機供應壓縮流體流。此外，所述發動機系統包括與所述排氣流操作連通以處理所述排氣流的後處理裝置。所述發動機系統另外包括為內燃發動機設置旁路的旁路流體系統。所述旁路流體系統將所述壓縮流體流的一部分供應到所述後處理裝置。
文檔編號F02B37/18GK101960119SQ200980107715
公開日2011年1月26日 申請日期2009年1月13日 優先權日2008年3月4日
發明者克裡斯多佛·J·克萊因菲爾德 申請人:坦尼科汽車操作有限公司