用于改进的催化剂起燃的早排气阀门打开的制作方法

文档序号:9829591阅读:530来源:国知局
用于改进的催化剂起燃的早排气阀门打开的制作方法
【专利说明】用于改进的催化剂起燃的早排气阀门打开
[0001]相关申请交叉引用
[0002]当前的申请要求于2013年7月26日提交的序列号为61/859,036的美国临时专利申请的优先权,其通过引用在此被全文并入。
技术领域
[0003]本文描述的主题涉及内燃机,例如使用催化剂以化学地转换在废气中的燃烧副产品的内燃机。
【背景技术】
[0004]—旦催化剂材料已经达到足够高的温度,催化转化器在将污染物转换成良性气体中具有难以置信的效用。例如,在废气中的烃和一氧化碳通过使用少量的过量氧气、在催化剂存在的情况下产生水和二氧化碳。在三效催化剂中,氮的氧化物(例如NO和NO2,它们统称为NOx)也通过还原反应产生氮气(N2)和水而被除去。然而,催化转化器通常需要加热到超过200°C或甚至250°C的温度才能发挥效用。在温度高于350°C时,通常会产生很少的,如果有的话,目标污染物的传递。该催化剂对污染物的去除产生效用时的温度可以被称为起燃温度或它的最小目标操作温度。在升温阶段,未处理的废气污染物从系统中排出,而废气中的显(热)能量被用来加热催化剂,直到足够温暖时,催化所需的污染物去除反应。在许多情况下,这些未经处理的污染物可以构成整个驱动循环过程中排放的总污染物的显著的(在某些情况下是大部分)部分。
[0005]先前描述的方法来解决冷催化剂污染物排放的问题是聚焦在预加热催化剂,例如,通过电解水来产生氢气和氧气,其可在发动机启动阶段被传递到催化剂,使得氢气和氧气的自发的催化重组可以迅速地提高催化剂基底的温度到所需的污染物去除反应有效发生的温度。这样的方法并非是所期望的,因为需要额外的能量输入,这可以导致更高的运行成本。增加的系统复杂性,涉及包括水源和电解装置也通常是不希望的。
[0006]现有的催化转化器的另一个问题是在排气岐管内的额外的新鲜空气的注射,这被称为二次空气注射,以更迅速地将催化转化器带至起燃温度。当发动机冷却时,该二次空气能够提供最佳的混合组合物,以增加催化剂对在发动机加热过程中产生的额外富余的废气的反应,从而产生有助于加热催化转化器的热量。在达到催化转化器的起燃温度后,二次空气提供了足够的氧气以提供一氧化碳和未燃烧的烃的转化。然而,这样的系统需要栗有效地来注射空气,其可以产生对发动机的额外的负荷,从而增加能量的使用。
[0007]相关的、共同未决的和共同拥有的申请(申请号为14/274,612的美国专利申请)讨论了,除其他特征外,调整在发动机的燃烧室中的燃料混合物的燃料-空气比,以提高在低温操作中传递到催化剂的废气中的氢气(H2)的量。所得的氢气在相对低的温度与催化剂和有效的氧气(O2)反应,并且所得的氧化反应释放能量和热量以加速催化剂的加热,从而导致催化剂更快速地达到有效的温度,并且对在发动机启动之后马上将污染化合物从废气流中去除进行改进。
[0008]所期望的是提供一种改进方法,能够减少催化剂或催化转化器加热到有效的操作温度的时间,例如在发动机起动过程中,它可以被用于代替或附加于化学能量的方法。

【发明内容】

[0009]当前的主题的实现方式可以包括关于更快速地,从不能够有效地移除废气污染物的低温加热到能够有效地从发动机废气中有效地移除这种污染物的操作温度的加热催化剂或催化转化器的特征。在一些示例中,加热催化剂的能量可以以显热(热量)的形式通过热燃烧产物被提供,而不是(或除了)以化学能量,例如,一氧化碳、碳氢化合物、NOx、氢气或其它部分反应的燃烧产物的形式来提供。例如那些在此描述的方法可以在冷或凉发动机启动的情况下加热催化剂。除此之外,如果催化剂由于低废气温度或延长的起燃使用变得更冷时,变型情况可以是在正在进行的发动机操作过程中被应用。
[0010]在一个方面中,系统包括排气阀门,其控制内燃机的气缸的气体的流动,以及控制器系统,其被配置为执行内燃机的操作。该控制器系统其被配置为执行操作,其包括根据第一阀门正时打开排气阀门,该第一阀门正时相对于第二阀门正时是提前的,并且当催化剂达到最低目标操作温度时改变为第二正时,这包括晚打开该排气阀门。该打开导致了从气缸中的燃料-空气混合物的燃烧中提取减少的做功量,这是由于由该燃料空气供料的燃烧所产生的废气将未转化为做功的能量以过量的显热的形式保留。该打开进一步导致具有过量的显热的废气被传递到催化剂以导致催化剂的加速的加热。
[0011 ]在另一方面,一种方法包括以第一阀门正时打开内燃机的排气阀门,该第一阀门正时相对于用于排气阀门的打开的第二阀门正时是提前的,从气缸中的燃料-空气混合物的燃烧中提取减少的做功量,该气缸具有由排气阀门控制的排气口,该减少的做功量是由以提前的第一阀门正时打开排气阀门造成的,并使得由燃料-空气供料的燃烧所产生的废气将未转化为做功的能量以过量的显热的形式保留。将具有过量的显热的废气被传递到催化剂,使得催化剂加速加热。当催化剂达到最低目标操作温度时,对第二阀门正时进行改变。
[0012]在可选的变型形式中,一个或多个下列特征可以被包括在任何可行的组合中。例如,内燃机可以包括对置活塞发动机,并且该对置活塞发动机可以可选地包括附接到两个相应的对置活塞的两个机轴。该对置活塞发动机可以进一步包括用于改变活塞正时的定相机构,由此,两个相应的对置活塞达到各自的上止点位置。从第一阀门正时改变为第二阀门正时可以包括改变排气阀门的驱动,从两个机轴的领先机轴到两个机轴的滞后机轴。从第一阀门正时改变为第二阀门正时可以可选地包括定相机构的操作,该定相机构,相对于内燃机的至少一个机轴,改变内燃机的至少一个阀门凸轮的凸轮正时。
[0013]在其它可选的变型形式中,第一阀门正时可以包括当在气缸内往复的活塞是在内燃机的四冲程循环的做功冲程上的上止点后约20°和下止点前约60°之间时,开始打开排气阀门。该第一阀门正时可以进一步包括在做功冲程后的排气冲程结束之后关闭排气阀门。第一阀门正时可以包括在排气冲程结束之前关闭排气阀门,以至于在排气冲程之后的进气冲程的开始阶段,废气的一些被保留在气缸内。第一阀门正时可以包括进气阀门的延迟打开,以至于活塞做功压缩并增加所保留的废气的显热。当进气阀门打开时,将所保留的废气的至少一些可被抽入到内燃机的进气歧管。在第一阀门正时过程中打开进气阀门可以在第二阀门正时过程中早。进气阀门的较早打开可以减少内燃机所需的栗送做功。在一些示例中,将抽入到进气歧管的保留的废气与空气和/或燃料混合,以产生用于内燃机的下一个循环的下一燃料-空气混合物。该混合可以导致下一燃料-空气混合物的温度在下一燃料-空气供料被传递到气缸之前增加。在进气冲程的剩余过程中下一燃料-空气混合物可以被传递到气缸,用于下一个做功冲程过程中的燃烧。至少大约与第一阀门正时同时,内燃机可以以第一压缩比操作,该第一压缩比高于至少大约与第二阀门正时同时使用的第二压缩比。该第一压缩比有助于在燃料-空气混合物的稀释过程中稳定燃烧,该燃料-空气混合物的稀释是由被抽入到进气歧管中的保留的废气的混合所造成的。
[0014]在其它可选的变型形式中,至少大约与第一阀门正时同时,该内燃机可以以第一压缩比操作内燃机。第一压缩比高于被至少大约与第二阀门正时同时使用的第二压缩比。第一压缩比可以在大约12:1到25:1的范围内。为了在低温发动机操作的过程中的燃烧稳定性,可以使用第一压缩比,而不是富集燃料-空气混合物以过量的燃料。在其它变型形式中,至少大约与第一阀门正时同时使用的该第一压缩比低于至少大约与第二阀门正时同时使用的第二压缩比。该较低的第一压缩比可以进一步减少从燃料-空气混合物的燃烧中提取的减少的做功量,从而导致更大量的显热被保留用于递送到催化剂。这种较低的第一压缩比的示例可以是在约8:1到10:1的范围内。
[0015]在各种实现方式中,可以确定催化剂的温度低于催化剂的最低目标操作温度。基于该确定,根据该第一阀门正时,一个或多个排气口的打开可以被执行。
[0016]热量也可以通过化学过程在第一阀门正时过程中被添加到催化剂,其可以包括通过操纵在内燃机的气缸中/或气缸和至少一个其它气缸中的燃烧条件生成氢气和氧气以导致重整反应,并且递送所生成的氢气和氧气用于在催化剂处反应。
[0017]与该方法相同的系统和方法也同物品一样包括一具体实施的机器可读介质,其可操作地使一个或多个机器(例如计算机等)产生在此描述的操作。相似地,所述计算机系统也可被描述为可以包括处理器和耦接到处理器的存储器。该存储器包括一个或多个程序,该程序使处理器执行一个或多个所述操作。例如在上面讨论的控制器系统可以包括被配置为执行各种与所描述的方法一致的操作。可替代地或另外地,该控制器系统可以包括一个或多个可编程的处理器,其从机器可读介质接收指令。该指令可以导致一个或多个可编程的处理器以执行所描述的操作。
[0018]在此描述的本主题的一个或多个变型的详细内容会在以下附图和说明书中陈述。在此描述的本主题的其它特征和优点从说明和附图,以及权利要求中将会是显而易见的。
【附图说明】
[0019]【附图说明】包含在说明书中并构成本说明书的一部分,示出了本文所公开的主题的某些方面,并且与说明书一起帮助解释了与所公开的实现方式相关联的原理。在附图中,
[0020]图1示出了系统的方面的视图,显示了与当前主题的实现方式相一致的特征;以及
[0021]图2示出了阀门正时的示例的图表;
[0022]图3示出了过程的流程图,显示了具有与当前主题的实现方式相一致的一个或多个特征的方法的方面。
[0023]当可行时,相似的参考标号表示相似的结构、特征或元素。具体实施例
[0024]当前的主题的方面可以提供改进的方法以尽快加热催化转化器的催化剂以达到操作温度,例如通过增加被传递到催化剂的废气的温度。与这样的催化转化器相关联的内燃机的操作可在催化剂
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