[发明专利]紧凑式排气处理系统和操作该系统的方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及一种用于处理来自内燃发动机的排气的紧凑式排气处理系统，并具体涉及一种用于加热排气系统的催化器的排气系统。本发明还涉及一种用于控制这种排气系统的方法。

背景技术

内燃发动机排放出空气污染物的复杂混合物。这些空气污染物由气态化合物(如氮氧化物(NO_x))与固体颗粒物(也称为烟灰)组成。由于人们环境意识增加，排气排放标准已经变得更加严格，并且可以根据发动机的类型、发动机的尺寸和/或发动机的等级规定由发动机排放到大气中的NO_x和烟灰的量。

为了确保遵循环境法规(例如遵循NO_x法规)，可通过排气处理装置处理排气。可以实施一种用于处理排气的称为选择性催化还原(SCR)的策略。SCR是将气态或液态还原剂(例如氨、氨水溶液、尿素或尿素溶液)注射到发动机的排气流中的过程。还原剂与排气中的氮氧化物反应以形成水和氮气。通常，将尿素以足以提供所需的NO_x还原程度的量引入到排气中。例如，还原剂所需的量可以由尿素注射系统控制。

通常，SCR可在约200℃至约600℃的温度范围内有效。通过提供SCR催化器形式的催化表面，可以促进和更有效率地进行SCR过程，特别是在较低的温度下。因此，重要的是为SCR反应提供合适的温度以及具有足够大表面的合适的催化材料。

如本文中使用的SCR通常包括那些使用在加热时能够产生氨气的氨或任何NO_x还原剂的过程。如本文中使用的术语“尿素”还指包含所有那些市场上有售的用于进行SCR的还原剂。

DE102005026032A1公开了一种用于处理排气的方法和装置。其中所公开的装置包括颗粒分离器、SCR催化转化器以及用于产生氨作为选择性还原剂以还原氮氧化物的氨发生器。颗粒分离器设置在主排气管道中并且氨发生器设置在次级管道中。

US6883311B2公开了一种包括同轴布置的双支腿器件的紧凑式双支腿NO_x吸附催化器装置，所述双支腿器件包括具有包含同轴布置部分的第一流动路径和第二流动路径的壳体。此外，公开了一种用于选择性地在第一流动路径和第二流动路径之间引导排气的装置。根据布置在第一流动路径中的NO_x催化器的再生事件，用于选择性地引导排气的装置可以控制排气流。

DE102007053931A1公开了一种排气处理系统和用于操作该系统的方法。排气处理系统包括具有第一催化器的第一流动路径和具有第二催化器的第二流动路径，其中第一流动路径相对于第二流动路径平行布置且与第二流动路径是热交换关系。

本发明至少部分地涉及改进或克服现有系统的一个或多个方面。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种用于处理来自内燃发动机的排气的排气处理系统可包括用于排气的第一流动路径以及布置在第一流动路径内的催化器。催化器可配置成在高于预定温度阈值的催化器温度下处理排气。所公开的排气处理系统还可包括相对于第一流动路径以热交换关系同轴布置的第二流动路径，以及控制系统。控制系统可配置成：当催化器的温度可能低于预定温度阈值时，引导排气通过第二流动路径从而加热催化器，并且当催化器的温度可能超过预定温度阈值时，引导排气通过第一流动路径以处理催化器中的排气。

根据本发明的另一个方面，公开了一种控制排气通过与内燃发动机相关联的排气处理系统的方法。排气处理系统可包括用于排气的第一流动路径；催化器，其布置在第一流动路径中并配置成在高于预定温度阈值的催化器温度下处理排气；以及相对于第一流动路径以热交换关系同轴布置的第二流动路径。所公开的方法可包括检测催化器的温度；当检测到的催化器温度可能超过预定温度阈值时，引导排气通过第一流动路径；以及当催化器的温度可能低于预定温度阈值时，引导排气通过第二流动路径以加热催化器。

根据本发明的另一方面，内燃发动机可包括：发动机组；高压涡轮增压器，其包括高压涡轮并且布置发动机组的上游；低压涡轮增压器，其包括低压涡轮并且布置在发动机组的下游；以及根据本发明的排气处理系统。排气处理系统可配置成将高压涡轮连接到低压涡轮。

在一些实施方式中，第一流动路径可相对于第二流动路径布置在内部。

从下面的说明书和附图，本发明的其他特征和方面将清晰可见。

附图说明

图1是具有两级涡轮增压系统的内燃发动机的示意性俯视图；

图2是沿着图1中的线A-A的剖面图；以及

图3是具有两级涡轮增压系统的内燃发动机的示意性立体图。