专利名称：用于改善车辆系统中的后处理装置的起燃或再生行为的方法
技术领域：
本发明是针对一种包括后处理装置的车辆发动机系统，并且特别地针对具有大热惯性的部件的旁路，以便辅助例如催化器的早期起燃以及这些后处理装置的再生。
背景技术：
涡轮增压器是一类强制性进气系统。它们将压缩空气传送到发动机进气端从而允许燃烧更多的燃料，因此增加了发动机的马力而没有明显地增加发动机的重量。这可以允许使用一台较小的涡轮增压的发动机来替代一台较大物理尺寸的自然吸气的发动机，因此减少了车辆的质量以及空气动力学的前端面积。涡轮增压器利用了来自发动机的排气流动来驱动一台涡轮机，该涡轮机进而驱动空气压缩机。为了在一种简单系统的容量之外供应空气，该涡轮增压器系统可以采取不同的构型。涡轮增压器由五个主要部件组构成。
图1示出了一种典型的涡轮增压器的一个区段。这个涡轮增压器由一个涡轮机壳体1组成，该壳体连接到一个轴承壳体5上。在该轴承壳体的相反末端上有一个压缩机盖2。该轴承壳体支撑了一个转子组件，该转子组件由一个涡轮机叶轮3和一个压缩机叶轮4组成。该涡轮机壳体通常是以一种来自高韧性铸铁家族的材料铸造而成，该轴承壳体通常是以灰口铁铸造而成并且该压缩机盖通常是以一种铝合金铸造而成。一种典型的、商品化柴油机尺寸的涡轮机壳体的质量是大约17kg。这些涡轮机壳体具有的典型壁厚为5至6mm。这是该涡轮增压器总质量的约65%。该轴承壳体是构成该涡轮机壳体的质量的另外4kg，加上轴承壳体，是总质量的85%。为了实现更多增压，使用串联的或多级涡轮增压器，其中一个第一级(低压)压缩机排放进入下一个(高压)下游压缩机的进口，该下游压缩机接着进一步将已经压缩的空气增压至甚至更高的水平。串联的涡轮增压器可以具有多个级，但是为清楚起见，本讨论将仅仅讨论两级构型，因为这是在客车和商品化柴油发动机的通常生产中使用数量最高的。 对于多个涡轮增压器而言“涡轮机壳体加轴承壳体的质量”比“总涡轮增压器重量”的比率将是与单一涡轮增压器类似的比率，因此例如当两个涡轮增压器的涡轮机壳体加轴承壳体的质量为大约34kg时，它将仍是这些涡轮增压器的总质量的85%。一个物体的热惯性是与材料的热传导率、密度和体积热容量相关的一种本体材料特性。使用热惯性来描述一个几何体在经受其热环境的变化时达到热平衡的能力。在发动机系统的背景下，得到的是一个在几何上受限定的物体用来改变温度所花费的时间。质量相等时，具有高的热惯性的材料将比具有低热惯性的材料花费更多时间来改变温度。在具有相同材料但不同质量的两个物体的情况下，具有较大质量的物体将比具有较小质量的物体具有更大的热惯性(正如一立方米的铸铁将比一立方毫米的铸铁花费更长时间来达到温度平衡)。在本发明的背景下，术语“热惯性”用来描述固有的动态温度过滤(dynamic temperature filtration)，即从在排气与发动机中和排气系统中的材料之间存在的初始温度差相对较慢地达到平衡。这个热惯性进而是由于气体与壁材料之间的热传递、该材料的体积热容量(涉及该材料的热传导率)、该材料的比热和密度以及周围介质(例如空气、 水和材料)的热效应造成的。一个物体的热惯性由下式计算热惯性=K.p.C其中κ =该材料的本体热传导率，单位WnT1. K—1并且P =该材料的密度，单位Kg m_3并且C =比热容，单位J. kg—1. IT1这些单位是tiu。在热惯性的计算中，对于给定的材料，例如铸铁，比热和密度将保持为常数。因此热惯性与该材料的本体热传导率是成比例的。因为热传导率是对于在一个时间段At内、在温度变化ΔΤ内以热能变化AQ经过具有厚度Y和面积A的材料传输的热量的度量，该热传导率K可以通过下式计算
权利要求
1.一种车辆发动机系统，包括一台内燃发动机(100)，该内燃发动机包括一个进气歧管0 和一个排气歧管(7)，包括一个涡轮机壳体的至少一个涡轮增压器，所述涡轮机壳体具有一个进口和一个出口，所述进口与所述排气歧管(7)的排气流是连通的并且位于其下游，位于所述涡轮增压器下游的所述排气流中的至少一个后处理装置(12，13)，所述后处理装置具有一个进口和一个出口，旁路管路(18)，该旁路管路将所述涡轮增压器上游的排气流与在所述涡轮增压器下游并且在所述后处理装置上游的排气流相连接，旁路阀门(9，19)，用于选择性地控制所述涡轮机壳体周围的排气的至少一部分的流动，其中该旁路管路的内表面积是该涡轮机壳体的内表面积的至25%，其中该旁路管路的长度是200cm或更小，并且其中该旁路管路的金属重量是该涡轮机壳体的重量的0. 至3%。
2.如权利要求1所述的车辆发动机系统，其中所述后处理装置包括一个壳体，该壳体具有一个进口和一个出口，并且其中所述旁路管路(19)将排气的流动引入在该后处理装置壳体进口的5cm之内的排气流之中。
3.如权利要求1所述的车辆发动机系统，其中所述后处理装置包括一个壳体，该壳体具有一个进口和一个出口，并且其中所述旁路管路(19)将排气的流动引入在该后处理装置壳体进口下游的后处理装置之中。
4.如权利要求1所述的车辆发动机系统，其中该旁路管路的内表面积是该涡轮机壳体的内表面积的5%至50%，该旁路管路的长度是IOOcm或更小，并且该旁路管路的金属重量是该涡轮机壳体的重量的0. 至1. 5%。
5.如权利要求1所述的车辆发动机系统，其中该旁路管路的内表面积是该涡轮机壳体的内表面积的5%至25%，该旁路管路的长度是50cm或更小，并且该旁路管路的金属重量是该涡轮机壳体的重量的0. 至0. 5%。
6.如权利要求1所述的车辆发动机系统，其中所述旁路管路是绝热的。
7.如权利要求1所述的车辆发动机系统，其中所述后处理装置是以下至少一项柴油机微粒过滤器(DPF) (12)、柴油氧化催化器、微粒过滤器再生装置(这是与DPF分开的？)、 挡风玻璃除霜器。
8.如权利要求7所述的车辆发动机系统，其中所述旁路管路(18)被安排为将排气引导至该DPF(U)和该催化转化器(5 之一或二者。
9.如权利要求1所述的车辆发动机系统，其中所述旁路管路是包含Ti、Nb、B、Hf^P& 中一种或多种的一种铁基超耐热合金材料、或是不锈钢。
10.如权利要求9所述的车辆，其中所述旁路管路是选自SUH660、^Κ30ηθ1713(、以及 Incoloy 800Η中的一种超耐热合金材料的一个柔性的波纹管。
11.如权利要求1所述的车辆发动机系统，其中所述后处理装置是一种柴油机微粒过滤器(DPF) (12)，其中所述系统进一步包括一个排气再循环(EGR)系统，并且其中所述旁路阀门(10)被适配为在再生期间中控制用于EGR的排气流动并且控制经过该旁路管道(19) 到达该DPF (12)的排气流动。
12.如权利要求1所述的车辆发动机系统，包括串联安排的第一和第二涡轮增压器，其中所述旁路管路绕过所述两个涡轮增压器。
全文摘要
主动DPF再生的方法要求使DPF达到超过550℃至600℃的再生温度而持续一段足以完成DPF中的碳烟烧除的时间。类似地，在冷启动的过程中令人希望的是尽快使催化器达到起燃温度。一个或多个涡轮增压器的大的热惯性延缓了在DPF处的排气使其不能快速达到临界温度。引入一个低热惯性的、绝热的涡轮增压器旁路管道避免了从排气到涡轮机壳体上的热能损失并且缩短了令DPF达到主动DPF再生的临界温度的时间、或者在催化转化器的情况下缩短了令催化器达到起燃温度的时间。
文档编号F01N5/04GK102439269SQ201080016271
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月19日 优先权日2009年4月21日
发明者G·施莱柏, V·琼格勒 申请人:博格华纳公司