优化发动机性能以高扭矩运行的装置、方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机，更具体地涉及为新兴市场中的运行而优化的发动机系统。
【背景技术】
[0002]新兴经济体中车辆和的内燃机的使用正在增加以支持经济增长。这已导致了对柴油发动机系统的需求有所增加。然而，现有的柴油发动机系统可能没有进行精心设计以满足新兴市场所带来的经济、管理或运行需求。
[0003]在柴油发动机系统的设计和制造中有许多需要权衡的地方。燃料的经济性、系统的成本、排放、功率、重量、可靠性、维护费用以及其他因素都可成为与发动机设计的相互关联的方面。因此，旨在满足发达市场的标准的现有发动机系统可能不能很好地适应新兴市场所带来的需求。
[0004]存在着更密切地匹配新兴市场的需求来设计柴油发动机的需求。理想情况下，这种发动机的设计应生产成本低廉、燃料消耗和其他的如柴油机排气处理液的消耗低、可靠，且能满足新兴市场有经验的操作条件下的输出需求。
【发明内容】
[0005]本申请的主题响应于现有技术的现状而形成且特别响应于现有技术中还没有通过现有的内燃机系统完全解决的问题和需求而形成。因此，本申请的主题形成为提供克服了现有技术中的内燃机系统中的至少一些缺点的内燃机装置、方法及系统。
[0006]在一个实施例中，提供了一种内燃机系统。该内燃机系统可包括内燃机，该内燃机包括多个燃烧汽缸。该内燃机可以接收空气且产生排气。空气处理系统向内燃机发送空气。空气处理系统包括双入口涡轮增压器且包括第一和第二进气蜗壳，其中所述第一和第二进气蜗壳中的每一个都接收来自内燃机的排气的一部分。排气后处理系统被连接到所述内燃机以接收排气。排气后处理系统从排气中去除污染物而不依赖于任何设计成用于减少NOx的基于氨的选择性催化还原工艺。排气再循环系统将部分排气转移进入到要被内燃机接收的空气中。
[0007]双入口涡轮增压器可包括非对称的涡轮增压器，使得第一进气蜗壳的剖面面积与第二进气蜗壳的剖面面积不同。此外，双入口涡轮增压器可包括可变几何涡轮增压器，使得所述第一进气蜗壳和第二进气蜗壳中的一个的剖面面积是可调节的。在可变几何涡轮增压器中，也有可能第一进气蜗壳和第二进气蜗壳两者的剖面面积都是可调节的。
[0008]空气处理系统可包括排气阀门，该排气阀门转移部分排气使得该部分排气绕过非对称的涡轮增压器。该排气阀门可位于第一进气蜗壳和第二进气蜗壳中不提供排气再循环的那个，或者该排气阀门可位于提供排气再循环的那个。
[0009]该排气再循环系统可以被配置成使得内燃机系统满足中国针对NOx.的FFM NS5排放要求而不需要排气后处理系统以实施任何旨在减少氮氧化物的后处理。该排气后处理系统可以包括由柴油机氧化催化剂和分流式过滤器中的任何一个。
[0010]排气循环率取决于所涉及的特定工况点而可能有所不同。例如，当在低转速、高负荷运转时，排气再循环系统可以提供范围在10%至25%之间的排气再循环率。然而，在其他工况点，排气再循环率可能高达约30%。此外，在某些情况下，可能希望有更高的排气再循环率和更低的NOx输出，从而在典型的运行条件下允许有更好的制动燃料消耗率(BSFC)。
[0011]内燃机可以进一步包括控制排气再循环系统的运行的控制系统。该排气再循环系统可以包括定位于检测排气中的氧气的氧气传感器和定位于检测要被内燃机接收的空气的流率的空气质量流量传感器。氧气传感器和空气质量流量传感器可以连接到控制系统。该控制系统可以使用来自氧气传感器和空气质量流量传感器的数据来确定要向排气再循环系统发出的命令。
[0012]排气再循环系统可以包括将排气注入要被内燃机接收的空气中的排气注射器。该排气再循环系统可以包括脉冲捕获装置，脉冲捕获装置包括止回阀，该止回阀阻碍了要被内燃机接收的空气中排气的回流。脉冲捕获装置可包括例如止回阀。可包括冷却器，使得排气再循环系统中的排气通过冷却而收缩，脉冲捕获装置位于冷却器的下游。排气再循环系统可包括分离的排气后处理系统，其中分离的排气后处理系统的每个部分都包括单独的冷却器和单独的脉冲捕获装置。
[0013]排气再循环系统可包括喷射器，喷射器将排气抽至要被内燃机接收的空气中。喷射器基于文丘里原理运行，空气通过收缩以增加速度并降低压力后经过其中，从而将排气再循环气流抽至气流中。
[0014]内燃机系统还可包括燃料系统。燃料系统可包括多个将燃油喷入燃烧汽缸的燃料喷射器。每个燃料喷射器可以具有用于在接近内燃机的扭矩输出的峰值的扭矩水平下优化内燃机性能的选定的杯流率和开口率。
[0015]在各种实施例中，内燃机系统可提供大于20的空气燃料比。空气燃料比由空气处理系统的提供所需的空气的能力来确定。
[0016]整个说明书中提到的特征、优点或类似语言并不意味着根据本公开的主题可以实现的所有特征和优点应该在或在任何单一的实施例中。相反，所指特征和优点的语言应被理解为意味着与实施例有关的特定的特征、优点或特性被包括在本发明公开的至少一个实施例中。因此，特征、优点和类似语言的讨论，在整个说明书中可以但并非必须指代同一个的实施例。
[0017]本发明所公开的主题中所述的特征、结构、优点和/或特性可以在一个或多个实施例和/或实现方式中以任何合适的方式组合。在下面的描述中，提供了许多具体细节以使本发明所公开的主题的实施例的能得到充分理解。相关领域技术人员将认识到本发明所公开的主题可以在无需一个或多个特定的特征、细节、部件、材料的情况下和/或无需特定的实施例或实施方式的方法的的情况下实践。在其他实例中，在某些实施例和/或实施方式中可以认识到额外的特征和优点，这些额外的特征和优点可能不存在于所有的实施例或实现方式中。此外，在某些情况下，众所周知的结构、材料或操作没有被示出或详细描述，从而避免掩盖了本发明所公开的主题的各方面。本发明所公开的主题的特征和优点根据下面的描述和所附权利要求将变得更加显而易见，或者可通过下文所述的主题的实践来获知。
[0018]简要
【附图说明】
[0019]为了使本主题的优点可被更容易地理解，上文简要描述的本发明的主题的更具体的描述将参考附图中示出的具体实施例来提供。可以理解的是这些附图仅为本发明的主题的典型实施例，因此不认为是其范围的限定，通过使用附图对本发明的主题的附加特征和细节进行描述和解释，其中:
[0020]图1是根据一个代表性实施例的内燃机系统的示意图；以及
[0021]图2是示出根据一个实施例的用于设计和/或制造内燃机系统的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022]本发明提供了一种架构，其中可选择发动机系统的部件从而提供为例如中国和印度这样的新兴市场优化的系统。除了发动机系统总成本的敏感性和提供燃料和柴油机排气处理液(DEF)所需的运行成本，这些市场上有自己的在发动机系统设计过程必须考虑到的排气要求和操作条件。例如中国具有其自己的应用于内燃机的NS5的NOx标准和颗粒物的标准。
[0023]而且，已经发现在新兴市场中的许多内燃机系统在低发动机转速下以接近其最大扭矩输出水平频繁地运行。此外，还发现在新兴市场中许多内燃机系统接受高硫和/或其他污染物的燃料。因此，提供了系统和方法，使得各种发动机系统可以被设计成在相对低的发动机转速下以高扭矩有效运行，使用具有新兴市场中存在的污染物水平的燃料，同时满足如上所述的特定市场的操作需要。
[0024]图1是描绘内燃机系统10的一个实施例的示意图。内燃机系统10仅仅是本设计架构的应用结果的一个示例。本领域技术人员将认识到该设计架构可以用于产生各种各样的与图1中呈现的不同的发动机系统设计。
[0025]内燃机系统10的主要部件可包括内燃机20、空气处理系统22、燃料供给系统24、排气再循环系统26、排气后处理系统28，以及控制系统30。如有需要，其他部件可以被添加和/或替代上面列出的那些。可选地，上面提出的一个或多个组件可以在替代实施例中被省略。
[0026]内燃机20可以是已知的任何类型。在某些实施例中，内燃机20可以具有8升至12升范围内的容积。更精确地说，内燃机20可以具有9升至10升范围内的容积。然而更确切地说，内燃机20可具有