专利名称：具有减轻的egr加热的egr催化的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有减轻的EGR加热的EGR催化。
背景技术：
排气再循环(“EGR”)可与内燃发动机结合使用，以降低排放或用于其它目的。目 前EGR的方法具有例如包括关于沉积(诸如碳化物沉积)的减少和预防、减少或避免EGR的 加热及其它的各种缺点、限制、不利和问题。需要在此公开的独特并且具有发明性的设备、 系统和方法。
发明内容
一个实施方式是具有减轻的EGR加热的EGR催化的独特系统。其它的实施方式、 形式、目的、特征、优点、方面、和益处通过以下的描述和附图而变得明显。
图1是包括内燃发动机的系统的示意图。图2是冷却的EGR系统的示意图。图3是冷却的EGR系统的示意图。图4是冷却的EGR系统的示意图。图5是包括发动机和冷却的EGR系统的车辆的示意图。
具体实施例方式为了促进对本发明原理的理解，现在将对附图中图解的实施方式作出参考，并且 将专用语言用于描述在附图中图解的实施方式。然而，应理解的是，没有因此形成本发明范 围的限制，并且本发明包括和保护这样的对于所图解实施方式而言的改变和变型、以及这 样的在本发明中图解的原理的如本发明所涉及领域的技术人员将想到的其它应用。参考图1，图解了包括具有进气歧管14的内燃发动机12的系统10，该进气歧管14 具有耦联至该进气歧管14的进气管道20。进气管道20耦联至向进气管道20供应周围空 气的进气口 22。优选地，进气管道20耦联至涡轮增压器18或另一类型的增压器的压缩机 16的排气口。压缩机16从进气口 22接收新鲜空气并输出压缩空气。系统10可包括设置 在进气歧管14与进气管道22之间的节气门66。系统10优选地包括增压空气冷却器24， 其设置在压缩机16下游并冷却从压缩机16接收的压缩空气。
发动机12还包括排气歧管30，其具有耦联至该排气歧管30的排气管道32。来自 管道32的排气流驱动涡轮增压器18的经由驱动轴28机械地耦联至压缩机16的涡轮26。 涡轮26优选地经由排气管道34排气口连接至后处理系统或周围环境。可经由EGR管道 38再循环来自管道32的排气的一部分。排气再循环或EGR的速率可由EGR阀36控制，该 EGR阀36图解为位于EGR冷却器40上游，但也可位于EGR冷却器40下游、或者在EGR冷 却器40与催化单元90中间。不管EGR阀36的位置或存在如何，催化单元90优选地位于 EGR冷却器40上游的位置。催化单元90优选地包括非氧化催化剂或在此称作大致的非氧 化催化剂的温和氧化催化剂。大致的非氧化催化剂是可操作以催化一个或更多化学反应的 催化剂，所述一个或更多化学反应在不提高排气的温度的情况下或者在降低温度相对于通 过氧化催化剂出现的降低温度增大的情况下降低存在于排气中的烃化合物的分子量。大致 的非氧化催化剂的示例包括固体酸催化剂和沸石催化剂。烃裂化是由大致的非氧化催化剂 所催化的示例性反应。系统10还优选地包括控制电路42，其基于微处理器并且可操作，以控制和管理发 动机12的操作，例如发动机控制模块(ECM)、发动机控制单元(ECU)。控制电路42包括用 于从与系统10相联系的各种传感器或传感系统接收信号的多个输入接口(input)。例如， 系统10优选地包括经由信号通道46电连接至控制电路42的发动机转速输入接口 ES的发 动机转速传感器44。发动机转速传感器44可操作以感测发动机12的旋转速度，并在信号 通道46上产生指示发动机旋转速度的发动机转速信号。系统10还优选地包括设置成与发 动机12的进气管道20流体连通并经由信号通道50电连接至控制电路42的质量气流输入 接口(MFA)的质量气流传感器48。质量气流传感器48可操作以在信号通道50上产生对流 入进气管道20的新鲜空气的质量流率进行指示的质量流率信号。如图1所示，系统10优 选地还包括设置成与排气管道34流体连通并经由信号通道82电连接至控制电路42 的氧 输入接口(λ)的氧传感器80。控制电路42优选地还包括用于控制与系统10相联系的一 个或更多流体处理机构的多个输出接口(output)。例如，EGR阀36包括经由信号通道63 电连接至控制电路42的EGR阀控制输出(EGRC)的EGR阀致动器62。控制电路42可操作 以在信号通道63上产生EGR阀控制信号，并且EGR阀致动器62响应信号通道63上的EGR 阀控制信号，以相对于基准位置控制EGR阀36的位置。另外，节气门66包括经由信号通道 70电连接至控制电路42的节气门控制输出(ATC)的节气门致动器68。控制电路42可操 作以在信号通道70上产生节气门控制信号，并且节气门致动器68响应信号通道70上的节 气门控制信号，以相对于基准位置控制节气门66的位置。系统10优选地还包括经由信号 通道74电连接至控制计算机42的燃料命令输出(FC)的燃料系统72。燃料系统72响应控 制电路42在信号通道74上产生的燃料控制信号，以向发动机12供应燃料，并且控制电路 42可操作以产生这样的燃料控制信号。参考图2，图解了包括EGR阀236的示例性的冷却的EGR系统200，该EGR阀236流 通耦联至大致的非氧化催化剂单元290，该大致的非氧化催化剂单元290流通耦联至EGR冷 却器240。在操作期间，排气从发动机、排气歧管、排气管道或其它排气源流向EGR阀236， 该EGR阀236优选地可操作以控制排气流的量或速率，但也可简单地为开/关阀。排气接 下来流向大致的非氧化催化剂单元290，该大致的非氧化催化剂单元290包括可操作以催 化排气中的烃化合物的一个或更多反应的一种或多种大致的非氧化催化剂，以便在避免、最小化、控制或减小排气由于催化反应的所有温度升高的同时将较高分子量的烃化合物转 化成较低分子量的烃化合物。然后，排气流向冷却该排气的EGR冷却器240。排气可从EGR 冷却器240可选择地流过一个或更多附加冷却器，并且在被提供至进气歧管或被直接提供 至一个或更多发动机气缸之前可与进气或增压空气混合。参考图3，图解了包括大致的非氧化剂单元390的示例性的冷却的EGR系统300， 该大致的非氧化催化剂单元390流通耦联至EGR冷却器340，该EGR冷却器340流通耦联 至EGR阀336。在操作期间，排气从发动机、排气歧管、排气管道或其它排气源流向大致的 非氧化催化剂单元290，该大致的非氧化催化剂单元290包括可操作以催化排气中的烃化 合物的一个或更多反应的一种或多种大致的非氧化催化剂，以便在避免、最小化、控制或减 小排气由于催化反应的所有温度升高的同时将较高分子量的烃化合物转化成较低分子量 的烃化合物。排气接下来流向冷却该排气的EGR冷却器340。然后，排气流向EGR阀336， 该EGR阀336优选地可操作以控制排气流的量或速率，但也可简单地为开/关阀。排气可 从EGR阀336可选择地流过一个或更多附加冷却器，并且在被提供至进气歧管或被直接提 供至一个或更多发动机气缸之前可与进气或增压空气混合。参考图4，图解了包括大致的非氧化催化剂单元490的示例性的冷却的EGR系 统 400，该大致的非氧化催化剂单元490流通耦联至EGR阀436，该EGR阀436流通耦联至EGR 冷却器440。在操作期间，排气从发动机、排气歧管、排气管道或其它排气源流向大致的非氧 化催化剂单元490，该大致的非氧化催化剂单元490包括可操作以催化排气中的烃化合物 的一个或更多反应的一种或多种大致的非氧化催化剂，以便在避免、最小化、控制或减小排 气由于催化反应的所有温度升高的同时将较高分子量的烃化合物转化成较低分子量的烃 化合物。排气接下来流向EGR阀436，该EGR阀436优选地可操作以可选择地控制排气流的 量或速率，但也可简单地为开/关阀。然后，排气流向冷却该排气的EGR冷却器440。排气 可从EGR冷却器440可选择地流过一个或更多附加冷却器，并且在被提供至进气歧管或被 直接提供至一个或更多发动机气缸之前可与进气或增压空气混合。参考图5，图解了车辆500。车辆500示出为半挂牵引车，但可以是各种类型的车 辆，例如包括轻型卡车、中型卡车、重型卡车、公共汽车、小汽车、房车、救火和急救车、施工 车辆、船舶及其它海上运输工具、和诸如机车的轨道车。车辆500包括发动机540，其优选 地为柴油发动机，但可以是火花点火或其它类型的内燃发动机；以及冷却的EGR系统530， 其优选地包括可操作以冷却向发动机440提供的EGR的一个或更多EGR冷却器、可与上述 大致的非氧化催化剂单元相同或类似的一个或更多大致的非氧化催化剂单元、以及一个或 更多阀、泵或其它EGR控制。其它的实施方式设想发动机540可用于其它应用，包括例如发 电机组、或者工业、采矿、或油气装备。如从以上介绍的附图和正文明显的，设想根据本发明的各种实施方式。某些示例 性实施方式包括系统，该系统包括EGR冷却器，该EGR冷却器可操作，以便以第一温度接收 EGR气体和以第二温度输出EGR气体，该第一温度高于第二温度；以及大致的非氧化催化剂 单元，其配置成在进气口吸入EGR气体并在排气口输出EGR气体；其中EGR冷却器与大致的 非氧化催化剂单元流通耦联并且大致的非氧化催化剂单元位于EGR冷却器上游。在其它示 例性实施方式中，大致的非氧化催化剂单元可操作以催化烃裂化；大致的非氧化催化剂单 元包括固体酸催化剂；大致的非氧化催化剂单元包括沸石催化剂成分；大致的非氧化催化剂单元可操作，以在不提高该大致的非氧化催化剂单元内的EGR气体的温度的情况下催化 烃化合物的反应；和/或大致的非氧化催化剂单元可操作，以在将该大致的非氧化催化剂 单元内的EGR气体的温度提高低于大约10摄氏度的同时催化烃化合物的反应。其它示例 性实施方式包括内燃发动机和排气歧管，该排气歧管与大致的非氧化催化剂单元的进气口 流体连通。某些示例性实施方式包括系统，该系统包括发动机；流通耦联至发动机的以从 该发动机接收排气的EGR管道；流通耦联至EGR管道以降低排气中的烃分子的分子量的装 置；以及流通耦联至用于降低排气中的烃分子的分子量的装置以冷却EGR的装置。在其它 示例性实施方式中，用于冷却EGR的装置包括发动机冷却剂冷却的EGR冷却器；用于降低排 气中的烃分子的分子量的装置包括沸石催化剂；用于降低排气中的烃分子的分子量的装置 包括烃裂化催化剂；和/或用于降低排气中的烃分子的分子量的装置包括固体酸催化剂。 在其它示例性实施方式中，发动机为柴油发动机；和/或柴油发动机配置成为车辆的原动 机。某些示例性实施方式包括方法，该方法包括操作内燃发动机以产生包括一种或 多种烃化合物的排气；用大致的非氧化催化剂处理排气的一部分以有效地降低所述一种或 多种烃化合物的分子量；冷却该部分排气；和向内燃发动机的进气口提供该部分排气。在 其它示例性实施方式中，用大致的非氧化催化剂处理排气的一部分以有效地降低一种或多 种烃化合物的分子量包括烃裂化反应；用大致的非氧 化催化剂处理排气的一部分以有效地 降低一种或多种烃化合物的分子量包括使所述一种或多种烃化合物暴露于烃裂化催化剂； 用大致的非氧化催化剂处理排气的一部分以有效地降低所述一种或多种烃化合物的分子 量包括使所述一种或多种烃化合物暴露于固体酸催化剂；用大致的非氧化催化剂处理排气 的一部分以有效地降低所述一种或多种烃化合物的分子量包括使所述一种或多种烃化合 物暴露于沸石催化剂；和/或用大致的非氧化催化剂处理排气的一部分出现在位于EGR冷 却器上游的单个催化剂单元中。尽管在附图和前述说明中详细图解和描述了本发明的示例性实施方式，但所述示 例性实施方式被认为在性质上是说明性的而非限制性的，应理解的是，仅示出并描述了优 选实施方式，并且希望保护在本发明的精神范围内的所有变化和变型。应理解的是，尽管用 于说明中的诸如优选的或更优选的文字的使用指示如此描述的特征可能更合乎需要，然而 这可能不是必需的，并且如在本发明的范围内、如在由所附权利要求所限定的范围内可设 想没有所述特征的实施方式。在阅读权利要求时，除非在权利要求中相反地明确声明，否则 当使用诸如“一”、“一个”、“至少一”、或者“至少一部分”的文字时，无意将权利要求限制于 仅一个项目。除非相反地明确声明，否则当使用术语“至少一部分”和/或“一部分”时，该 项目可包括项目的一部分和/或整个项目。
权利要求
一种系统，包括EGR冷却器，其可操作，以便以第一温度接收EGR气体和以第二温度输出EGR气体，所述第一温度高于所述第二温度；以及大致的非氧化催化剂单元，其配置成在进气口吸入EGR气体和在排气口输出EGR气体；其中，所述EGR冷却器与所述大致的非氧化催化剂单元流通耦联，并且所述大致的非氧化催化剂单元位于所述EGR冷却器上游。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述大致的非氧化催化剂单元可操作，以催 化烃裂化。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述大致的非氧化催化剂单元包括固体酸催化剂。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述大致的非氧化催化剂单元包括沸石催化剂 成分。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述大致的非氧化催化剂单元可操作，以在不提 高所述大致的非氧化催化剂单元内的EGR气体的温度的情况下催化烃化合物的反应。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述大致的非氧化催化剂单元可操作，以在将所 述大致的非氧化催化剂单元内的EGR气体的温度提高低于大约10摄氏度的同时催化烃化 合物的反应。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括内燃发动机和排气歧管，所述排气歧管与所述 大致的非氧化催化剂单元的进气口流体连通。
8.一种系统，包括 发动机；EGR管道，其流通耦联至所述发动机，以从所述发动机接收排气； 流通耦联至所述EGR管道用于降低排气中的烃分子的分子量的装置；以及 用于冷却EGR的、流通耦联至用于降低排气中的烃分子的分子量的装置的装置。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，用于冷却EGR的所述装置包括发动机冷却剂冷却 的EGR冷却器。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，用于降低排气中的烃分子的分子量的所述装置 包括沸石催化剂。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，用于降低排气中的烃分子的分子量的所述装置 包括烃裂化催化剂。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，用于降低排气中的烃分子的分子量的所述装置 包括固体酸催化剂。
13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述发动机为柴油发动机。
14.根据权利要求8所述的系统，还包括车辆，其中所述柴油发动机配置成为所述车辆 的原动机。
15.一种方法，包括操作内燃发动机，以产生包括一种或多种烃化合物的排气；用大致的非氧化催化剂处理排气的一部分，以有效地降低所述一种或多种烃化合物的分子量；冷却排气的所述部分；以及向所述内燃发动机的进气口提供排气的所述部分。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，用大致的非氧化催化剂处理排气的一部分以 有效地降低所述一种或多种烃化合物的分子量包括烃裂化反应。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，用大致的非氧化催化剂处理排气的一部分以 有效地降低所述一种或多种烃化合物的分子量包括使所述一种或多种烃化合物暴露于烃 裂化催化剂。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，用大致的非氧化催化剂处理排气的一部分以 有效地降低所述一种或多种烃化合物的分子量包括使所述一种或多种烃化合物暴露于固 体酸催化剂。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，用大致的非氧化催化剂处理排气的一部分以 有效地降低所述一种或多种烃化合物的分子量包括使所述一种或多种烃化合物暴露于沸 石催化剂。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，用大致的非氧化催化剂处理排气的一部分出 现在位于EGR冷却器上游的单个催化剂单元中。
全文摘要
一个实施方式是具有减轻的EGR加热的EGR催化的独特系统。其它的实施方式、形式、目的、特征、优点、方面、和益处通过以下的描述和附图而变得明显。
文档编号F01N13/08GK101970847SQ200980108821
公开日2011年2月9日 申请日期2009年1月9日 优先权日2008年1月11日
发明者A·耶泽雷茨, B·J·斯托罗亚, H·赫斯, H·陈, M·康杜鲁, N·W·卡里尔 申请人:卡明斯公司