Настоящее изобретение относится к способу повышения температуры отработавшего газа (ОГ) в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, в частности, автомобильного двигателя, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к устройству и двигателю внутреннего сгорания для осуществления такого способа, согласно ограничительной части пункта 11.
Для снижения количества углеродсодержащих твердых частиц в автомобилях обычно используются так называемые пылеуловители или пылевые фильтры. Типичная пылеулавливающая установка для автомобилей известна, например, из EP 1072765 A2. Такие пылеуловители отличаются от пылевых фильтров тем, что поток ОГ проводится вдоль структур пылеуловителя, тогда как в случае пылевых фильтров отработавший газ должен течь через фильтрующую среду. Вследствие такого различия пылевые фильтры склонны забиваться, что повышает противодавление отработавшего газа, то есть возникает нежелательное повышение давления на выходе ОГ из двигателя внутреннего сгорания, что, в свою очередь, снижает мощность двигателя и имеет следствием повышенный расход топлива двигателем. Один пример такого противопылевого фильтровального устройства известен из EP 0341832 A2.
В обоих вышеописанных устройствах катализатор окисления, находящийся по потоку до пылеуловителя или пылевого фильтра, окисляет моноксид азота (NO) в отработавшем газе с помощью также присутствующего остаточного кислорода (O2) до диоксида азота (NO2), а именно согласно следующему уравнению:
2NO+O2<->2NO2
Следует обратить внимание, что равновесие вышеуказанной реакции при высоких температурах сдвинуто в сторону NO. Это, в свою очередь, имеет следствием, что достижимое содержание NO2 при высоких температурах из-за этого термодинамического ограничения лимитировано.
В свою очередь, NO2 в пылевом фильтре реагирует с углеродсодержащими тонкодисперсными частицами с образованием CO, CO2, N2 и NO. Таким образом, с помощью сильного окислителя NO2 происходит непрерывное удаление отложившихся тонкодисперсных частиц, так что от циклов регенерации, которые с большими затратами должны проводиться при других устройствах, можно отказаться. В этой связи говорят о пассивной регенерации, согласно следующим уравнениям:
2NO2+C->2NO+CO2
NO2+C->NO+CO
2C+2NO2->N2+2CO2
Помимо NO2, на платиновых катализаторах окисления NO из содержащейся в топливно-масляной смеси и/или моторном масле серы образуется также SO3. SO3 и NO2 конденсируются на холодных местах в выпускном тракте с образованием коррозионно-активной серной, соответственно азотной кислоты, так что система выпуска ОГ вплоть до пылевого фильтра должна быть выполнена из высококачественной стали, чтобы избежать коррозии.
Если не удается достичь полного окисления отложившегося в пылевом фильтре углерода с помощью NO2, то содержание углерода непрерывно повышается и вместе с этим повышается противодавление ОГ. Чтобы не допустить этого, в настоящее время пылевые фильтры все чаще снабжают каталитическим покрытием для окисления NO (EP 0341832 A2). При этом речь идет конкретно о платиновых катализаторах. Однако недостаток этого способа состоит в том, что образованный на пылевом фильтре оксид NO2 может служить только для окисления частиц, которые были выделены ниже по потоку от каталитически активного слоя для окисления NO, то есть внутри фильтрующей среды. Если, напротив, на поверхности фильтра и, таким образом, на каталитически активном слое образуется слой осажденных частиц, так называемый фильтровальный осадок, то катализатор окисления NO на стороне пылевого фильтра находится за фильтровальным осадком, так что осажденные там частицы сажи больше не могут окисляться с помощью NO2 из нанесенного на пылевой фильтр катализатора окисления NO. К этому надо добавить, что, в принципе, вклад в рабочие характеристики системы вносит только слой катализатора, нанесенный на стороне неочищенного газа, так как NO2, образованный катализом на стороне очищенного газа, больше не может вступать в контакт с сажей, отделенной на стороне неочищенного газа и внутри фильтровального материала.
Следующая проблема покрытия пылевого фильтра состоит в том, что геометрические поверхности фильтра заметно меньше, чем у применяющихся обычно подложек катализатора. Причина этого в том, что фильтр требует относительно больших свободных сечений и тем самым свободного объема на стороне неочищенного газа, чтобы разместить сажу и золу моторного масла. Если используются керамические подложки фильтра, то их делают с низкой плотностью ячеек от 50 cpsi до 200 cpsi (cpsi = ячеек на квадратный дюйм), т.е. 8-31 ячеек на см2. Напротив, чистые катализаторы обычно выполняют с плотностью ячеек от 400 cpsi до 900 cpsi (62-140 ячеек на см2). В результате увеличения густоты ячеек с 50 до 900 cpsi геометрическая поверхность увеличивается с 1 м2/г до 4 м2/г, благодаря чему становится возможным существенно повысить конверсию на катализаторе.
По этим причинам, несмотря на каталитическое покрытие фильтра, нельзя отказаться от катализатора окисления NO перед пылевым фильтром, так что получается относительно большой объем конструкции. Это имеет место даже тогда, когда катализатор окисления NO и пылевой фильтр конструктивно образуют единый модуль, в котором входная область пылевого фильтра выполнена как катализатор окисления NO, как это описано, например, в DE 10327030 A1.
Хотя благодаря этим мерам окисление сажи еще вполне возможно до температур 250°C, имеются случаи применения, в которых не достигаются даже эти температуры отработавшего газа, и поэтому не может гарантироваться надежная работа пылевого фильтра. Это бывает обычно у двигателей со слабой нагрузкой, установленных в автомобилях, например, легковых автомобилях, рейсовых автобусах или мусоровозах, которые, кроме того, имеют высокую долю холостого хода. Поэтому в таких случаях специально применяется вторая возможность регенерации пылевого фильтра, при которой температуру ОГ активно повышают. Это осуществляют обычно посредством добавления углеводородов (HC) до катализаторов, в частности, до катализаторов окисления HC. В результате этой экзотермической реакции или окисления углеводородов на катализаторах достигается заметное повышение температуры.
Если этим удается повысить температуру выше 600°C, происходит окисление или выжигание отделенного в пылевом фильтре углерода с помощью кислорода, согласно нижеследующему уравнению:
C+O2->CO2
Правда, при этой так называемой активной регенерации фильтра возникает опасность, что из-за экзотермического сгорания углеродсодержащей сажи произойдет сильное повышение температуры, до 1000°C, что в большинстве приведет к повреждению пылевого фильтра и/или находящихся дальше катализаторов. Так как, кроме того, повышенная температура должна поддерживаться несколько минут, чтобы обеспечить количественное окисление частиц сажи, потребность в углеводородах является довольно значительной, что ухудшает кпд двигателя внутреннего сгорания, так как в качестве источника углеводородов обычно используется топливо.
Простая комбинация этих двух типов регенерации, путем добавления углеводородов перед катализаторами окисления NO, не ведет к цели.
Из-за повышения температуры выше 600°C на катализаторе окисления NO вследствие термодинамических ограничений NO2 больше не образуется. Кроме того, высокое количество углеводородов препятствует окислению NO, в результате, происходит сильное снижение образования NO2. Это ведет к тому, что частицы должны окисляться только с помощью кислорода, так как в этой фазе нет доступного NO2, что увеличивает продолжительность регенерации.
В то же время катализаторы окисления NO намного менее стойки к термическим повреждениям, чем катализаторы окисления углеводородов, так как при температурах выше 550°C возникает необратимое спекание активных компонентов и тем самым снижение активности в окислении NO.
Наряду с этими каталитическими горелками могут также применяться обычные горелки с открытым пламенем или пористые горелки, однако здесь возникает тот недостаток, что для их работы необходимо внешнее снабжение воздухом, так как они, в отличие от каталитической горелки, могут работать только при достаточно высоком избытке воздуха. Это снабжение воздухом обеспечивается обычно с помощью компрессоров или воздуходувок.
Способ соответствующего изобретению типа описан, например, в EP 1253300A1, где горелка, заправляемая по мере необходимости топливом и воздухом, повышает температуру отработавшего газа выше по потоку от предусмотренного в выпускном тракте устройства очистки ОГ, например, с пылевым фильтром и/или катализаторами, до значения, которое лежит выше его точки начала температурного скачка. Горелка активируется, в частности, в таких рабочих режимах, как холостой ход или низкая нагрузка двигателя внутреннего сгорания, когда температура ОГ является слишком низкой для эффективной конверсии нежелательных компонентов ОГ. Это является критическим, например, для автомобилей, которые часто работают в условиях холостого хода, или при езде на очень короткие расстояния.
Подводимый к горелке воздух может отбираться известным способом с помощью воздуходувки, или из линии воздуха для горения, снабжающей двигатель внутреннего сгорания, или, в случае двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, из нагнетательной линии. Однако при этом нужно обеспечить то, чтобы давление подводимого к горелке воздуха было выше, чем давление ОГ в выпускном трубопроводе; но это может быть не так при некоторых рабочих режимах двигателя внутреннего сгорания, по меньшей мере при снабжении через нагнетательную линию.
Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ указанного типа, который позволяет конструктивно простыми средствами при всех рабочих режимах двигателя внутреннего сгорания достичь надежной регенерации устройства очистки ОГ, соответственно, эффективного превращения нежелательных компонентов ОГ. Кроме того, следует предоставить предпочтительное устройство и двигатель внутреннего сгорания для осуществления этого способа.
Эта задача решена с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Выгодные усовершенствования и выполнения являются предметом зависимых пунктов.
Согласно пункту 1, предлагается способ повышения температуры отработавшего газа в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, в частности, для автомобиля, с последовательно подключенным устройством очистки ОГ, при котором предусмотрено при необходимости подключаемое нагревательное устройство, которое в тех фазах, в которых давление наддува настолько высоко, чтобы через нагревательное устройство могло течь определенное (заданное) и/или достаточное количество наддувочного воздуха, снабжается воздухом из нагнетательной линии двигателя внутреннего сгорания, причем воздух, нагретый в нагревательном устройстве, вводится в выпускной тракт выше по потоку от устройства очистки ОГ. Согласно изобретению предлагается, чтобы при других рабочих режимах, соответственно, по меньшей мере при рабочих режимах двигателя внутреннего сгорания, в которых давление наддува не настолько высоко, чтобы через нагревательное устройство могло течь определенное и/или достаточное количество наддувочного воздуха, в нагревательное устройство подавался определенный (заданный) поток отработавшего газа из выпускного тракта двигателя внутреннего сгорания. Особенно предпочтительно при этом, чтобы поток отработавшего газа мог ответвляться из линии ОГ выше по потоку работающей на ОГ турбины.
Таким образом, согласно изобретению предлагается, чтобы в рабочих режимах двигателя внутреннего сгорания с заданно пониженным давлением наддува нагревательное устройство подсоединялось к линии ОГ двигателя внутреннего сгорания, предпочтительно выше по потоку от работающей на ОГ турбины, чтобы и в рабочих режимах с недостаточным давлением наддува в любое время была возможность подводить воздух к нагревательному устройству. Отдельной воздуходувки для этого не требуется.
В частности, работающий при избытке воздуха двигатель внутреннего сгорания с непосредственным впрыском (дизельный или бензиновый двигатель), например, в режимах холостого хода, неполной нагрузки и т.д., содержит достаточно кислорода (лямбда >1), чтобы достичь желаемого повышения температуры в отработавшем газе и чтобы можно было осуществить, например, оптимальную регенерацию фильтра твердых частиц, соответственно, поддерживать улучшенное преобразование нежелательных компонентов ОГ.
В выгодном усовершенствовании в случае многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания по меньшей мере один цилиндр, соответственно, его отдельная линия могут быть соединены с нагревательным устройством через исполнительный элемент. Исполнительный элемент предпочтительно может быть простым запорным клапаном, например, дроссельной заслонкой, который по потребности соединяет линию ОГ с нагревательным устройством. Это же относится в известных случаях к линии подвода воздуха, которая подсоединяется к нагнетательной линии двигателя внутреннего сгорания.
Далее, в определенных рабочих режимах двигателя внутреннего сгорания может быть выгодным, если подвод топлива к по меньшей мере одному цилиндру двигателя внутреннего сгорания при активированном исполнительном элементе частично или полностью прекращается. Для мощности двигателя внутреннего сгорания это несущественно, так как в таких рабочих режимах, как холостой ход или неполная нагрузка, регулярной мощности привода и так не требуется; и, таким образом, можно целенаправленно влиять на подвод кислорода к нагревательному устройству.
В качестве нагревательного устройства предпочтительно применяется горелка, известным образом заправляемая топливом, например, горелка с открытым пламенем, пористая горелка или каталитическая горелка, подвод к которой рабочей среды, в частности, подвод топлива, регулируется в зависимости от рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания и/или λ-зонда ниже по потоку от горелки и/или λ-зонда ниже по потоку от двигателя внутреннего сгорания и/или расходомера массы воздуха ниже по потоку от горелки. Но при необходимости нагревательное устройство могло бы также электрически приводиться в действие и нагревать подведенный и введенный в выпускной тракт воздух.
В одном особенно выгодном выполнении в выпускной коллектор нескольких цилиндров двигателя внутреннего сгорания может быть введен дроссельный клапан, регулирующий расход в линии ОГ упомянутого по меньшей мере одного цилиндра. Дроссельный клапан (например, дроссельная заслонка) может более или менее регулировать выходной поток упомянутого по меньшей мере одного цилиндра вплоть до его полного перекрытия, так что цилиндр по типу компрессора направляет отрегулированный по давлению отработавший газ непосредственно в нагревательное устройство. Таким образом, можно конструктивно простым образом осуществить регулируемую по массе воздуха, расходу или давлению нагрузку нагревательного устройства.
Кроме того, в соединительной линии между нагнетательной линией и нагревательным устройстве также можно предусмотреть регулирующий клапан, в частности, дроссельный клапан, чтобы создать дополнительный параметр регулирования для нагружения нагревательного устройства воздухом.
В качестве регулировочной величины для настройки исполнительных элементов и дроссельных клапанов для снабжения воздухом нагревательного устройства, соответственно, для управления скоростью преобразования в устройстве очистки ОГ, можно использовать по меньшей мере давление наддува и/или давление отработавшего газа и/или разницу между ними и/или коэффициент избытка воздуха в отработавшем газе ниже по потоку от камер сгорания двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, можно регистрировать число оборотов двигателя и/или объем (количество) впрыскиваемого топлива и/или массовый поток воздуха через двигатель и/или нагревательное устройство и учитывать с помощью регулирующей техники эти величины для управления подводом воздуха к нагревательному устройству.
Для этого может быть выгодным, если по меньшей мере один работающий на ОГ турбонагнетатель двигателя внутреннего сгорания имеет турбину с переменной геометрией и изменение геометрии используется как регулировочный параметр для управления подводом воздуха к нагревательному устройству. Так как положение регулирующего звена работающей на ОГ турбины сигнализирует о ее производительности и давлении перед работающей на ОГ турбиной, это может с выгодой применяться для управления подводом воздуха к нагревательному устройству в качестве регулировочного параметра.
Согласно пункту 11, предлагается устройство для осуществления способа повышения температуры отработавшего газа в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом или с наддувом ОГ, в частности, для автомобиля, работающего предпочтительно на бензине или дизельном топливе с непосредственным впрыском топлива в камеры сгорания, которое содержит по меньшей мере один работающий на ОГ турбонагнетатель, работающая на ОГ турбина которого соединена с выпускным трактом двигателя внутреннего сгорания выше по потоку от устройства очистки ОГ, в частности, от катализатора окисления и/или сажевого фильтра и/или катализатора селективного окисления. Компрессор работающего на ОГ турбонагнетателя подает наддувочный воздух по нагнетательной линии к камерам сгорания. Кроме того, выше по потоку от устройства очистки ОГ предусмотрено нагревательное устройство для повышения при необходимости температуры отработавшего газа путем подвода воздуха из нагнетательной линии, которое дополнительно подсоединяется через регулируемый исполнительный элемент и линию ОГ к выпускному тракту, в частности, подсоединяется к выпускному тракту выше по потоку от работающей на ОГ турбины.
При этом в линии ОГ, ведущей к нагревательному устройству, и при необходимости в линии подвода надувочного воздуха к нагревательному устройству предусмотрен регулирующий массовый расход дроссельный клапан, с помощью которого можно особенно простым, с точки зрения конструкции и техники регулирования, образом регулировать подвод воздуха к нагревательному устройству.
Кроме того, расположенный на стороне выпуска дроссельный клапан можно поместить в выпускном коллекторе ниже по потоку от отдельной линии упомянутого по меньшей мере одного цилиндра двигателя внутреннего сгорания и, таким образом, целенаправленно регулировать расход ОГ, соответственно, устанавливать массовый поток ОГ в любом количестве. Упомянутый по меньшей мере один работающий на ОГ турбонагнетатель может иметь работающую на ОГ турбину с переменной геометрией.
Наконец, исполнительные элементы и/или дроссельные клапаны могут быть подсоединены к электронному контроллеру двигателя, посредством которого исполнительные элементы и/или дроссельные клапаны настраиваются в соответствии со специфическим для двигателя параметром (число оборотов двигателя, температуры, давление наддува и т.д.) и, при необходимости, в соответствии со специфическим для поездки параметром (например, уровень нагрузки, режим холостого хода, режим принудительного холостого хода и т.д.). Электронный контроллер двигателя предпочтительно может быть уже имеющимся в автомобиле контроллером двигателя, который благодаря уже имеющимся управляющим параметрам следует соответственно модифицировать, например, лишь в отношении дозировки топлива.
Один пример осуществления изобретения подробнее поясняется далее на приложенной фигуре. Фигура показывает многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с работающим на ОГ турбонагнетателем, нагнетательной линией, выпускным трактом с устройством очистки ОГ и горелкой для повышения температуры отработавшего газа выше по потоку от устройства очистки ОГ.
Конкретно, на единственной фигуре показан четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания 1 с турбонаддувом отработавшего газа для автомобиля или автомобиля промышленного назначения, который может быть, например, дизельным двигателем и который, если не описано иное, имеет известную конструкцию.
Двигатель внутреннего сгорания 1 снабжается воздухом для горения по нагнетательной линии 2, причем нагнетательная линия 2 подсоединена к компрессору 3 работающего на ОГ турбонагнетателя 4. Компрессор 3 известным образом всасывает через воздушный фильтр окружающий воздух и нагнетает его в непоказанные камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания 1.
Компрессор 3 приводится в действие работающей на ОГ турбиной 5 известной конструкции, которая имеет, например, переменную геометрию (регулируемые направляющие лопатки) и которая включена в выпускной тракт двигателя внутреннего сгорания 1.
Выпускной тракт состоит из выпускного коллектора 6, соединенного со стороны выпуска с камерами сгорания двигателя внутреннего сгорания и, как показано, из выходящего из работающей на ОГ турбины 5 линии 7 ОГ.
В линию 7 ОГ встроено устройство 8 очистки ОГ, в данном примере осуществления с расположенными в направлении потока ОГ катализатором окисления DOC, сажевым фильтром DPF и SCR-катализатором для снижения уровня NOx. Дальнейшая часть выпускного тракта не показана.
Выше по потоку от устройства 8 очистки ОГ с линией 7 ОГ соединена нагревательная линия 9, по которой воздух, нагретый в нагревательном устройстве (здесь: горелке 10), может подаваться для определенного повышения температуры ОГ к двигателю внутреннего сгорания 1.
В горелку 10 впрыскивается, например, топливо, в зависимости от подводимой массы воздуха. Для подвода воздуха горелка 10 соединена через подводящую линию 11 с нагнетательной линией 2. Кроме того, в подводящей линии 11 предусмотрен регулируемый дроссельный клапан 12 (например, дроссельная заслонка), с помощью которого можно регулировать расход.
К горелке 10 присоединена, кроме того, линия 13 ОГ, которая ответвляется от сборной линии 6a выпускного коллектора 6. В сборной линии 6a, например, между двумя последними, выходящими из цилиндров двигателя внутреннего сгорания 1 отдельными линиями 6b, установлен дроссельный клапан 14 (например, дроссельная заслонка), с помощью которого можно в большей или меньшей степени отделять последний цилиндр двигателя внутреннего сгорания 1, соответственно, его отработавший газ от остального, ведущего к работающей на ОГ турбине 5 выпускного тракта.
Кроме того, в линии 13 ОГ, ведущей к горелке 10, предусмотрен исполнительный элемент 15, посредством которого эту линию ОГ можно отсечь.
При стандартной работе двигателя внутреннего сгорания 1 при повышенной отдаче мощности температура отработавшего газа выше по потоку от устройства 8 очистки ОГ превышает его точку начала температурного скачка (например, 450°C), то есть она достаточно высока, чтобы вызвать желаемое превращение компонентов ОГ. Дроссельный клапан 12 в линии 11 подвода воздуха и исполнительный элемент 15 в линии 13 ОГ закрыты, и подвод топлива к горелке 10 приостановлен.
Если температуру ОГ нужно повысить при достаточно высоком давлении наддува в нагнетательной линии 2 (например, при непрогретом двигателе внутреннего сгорания 1), то дроссельный клапан 12 настроен так, чтобы впрыскивать в горелку 10 топливо в зависимости от подводимого количества массы воздуха и тем самым проводить нагретый воздух по нагревательной линии 9 выше по потоку устройства 8 очистки ОГ в линию 7 ОГ. Подвод воздуха из нагнетательной линии 2 можно регулировать до тех пор, пока давление наддува будет выше давления ОГ в линии 7 ОГ.
Однако в области низкой нагрузки, например, на холостом ходу, при пониженной неполной нагрузке или в режиме принудительного холостого хода двигателя внутреннего сгорания 1, давление наддува в нагнетательной линии 2 меньше, чем давление ОГ в линии 7 ОГ, так что через подводящую линию 11 нельзя подвести воздух к горелке 10, чтобы удерживать на требуемом уровне или повышать температуру ОГ.
В этом случае при закрытом дроссельном клапане 12 в подводящей линии 11 открывается запорный клапан 15 в линии 13 ОГ, кроме того, дроссельный клапан 14 настроен так, чтобы некоторое количество ОГ в последнем (на чертеже правом) цилиндре двигателя внутреннего сгорания 1 подводилось к горелке 10 и сжигалось в ней с топливом, и нагретый таким образом газ проводился в линию 7 ОГ.
Кроме того, в этих рабочих режимах двигателя внутреннего сгорания 1 может снижаться или полностью прекращаться подача топлива в этот последний цилиндр через систему впрыска топлива (не показана), чтобы тем самым целенаправленно влиять на содержание кислорода (коэффициент избытка воздуха) в отработавшем газе или, при необходимости, подавать также чистый воздух к горелке 10 (тогда цилиндр работает как компрессор).
Управление исполнительным элементом 15 в линии 13 ОГ и дроссельными клапанами 12, 14 в подводящей линии 11 и сборной линии 6a выпускного коллектора 6 может осуществляться через электронный контроллер 16 двигателя (только обозначенный), который осуществляет их настройку (указано стрелками) в соответствии со специфическим для двигателя параметром, как, например, число n оборотов, температуры T (двигателя, отработавшего газа и т.д.), степени р сжатия в нагнетательной линии 2 и в выпускном тракте 6, 7, и/или в соответствии со специфическим для поездки параметром, как, например, требование по нагрузке α через педаль газа или режим принудительного холостого хода S и т.д., и/или в соответствии с параметром, относящимся к нейтрализации ОГ, как, например, температура катализатора, количество NOx, противодавление ОГ и т.д.
Соответствующим образом модифицированный контроллер 16 известным образом регулирует, кроме того, дозированное введение топлива в двигатель внутреннего сгорания 1 и горелку 10, причем в подводящих линиях до компрессора 3 и в подводящей линии 11 или линии 13 ОГ можно предусмотреть соответствующий расходомер массы воздуха, и/или в нагревательной линии 9 можно предусмотреть дополнительные λ-зонды (не показаны).
Изобретение не ограничено представленным примером осуществления. Так, возможны известные специалисту модификации, относящиеся как к устройству 8 очистки ОГ, так и к двигателю внутреннего сгорания, в отношении цилиндров, наддувочной системы (например, двойной турбонаддув) и т.д.
Список позиций для ссылок
1 двигатель внутреннего сгорания
2 нагнетательная линия
3 компрессор
4 работающий на ОГ турбонагнетатель
5 работающая на ОГ турбина
6 выпускной коллектор
6a сборная линия
6b отдельные линии
7 линия ОГ
8 устройство очистки ОГ
9 нагревательная линия
10 горелка
11 подводящая линия
12 дроссельный клапан
13 линия ОГ
14 дроссельный клапан
15 исполнительный элемент
16 электронный контроллер двигателя
DOC катализатор окисления
DPF сажевый фильтр
SCR катализатор селективного каталитического восстановления
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Способ повышения температуры отработавшего газа (ОГ) осуществляется в выпускном тракте двигателя (1) внутреннего сгорания с турбонаддувом, с последовательно подсоединенным устройством (8) очистки ОГ и с подсоединяемым при необходимости нагревательным устройством (10). Нагревательное устройство (10) в тех фазах, в которых давление наддува настолько высоко, что в нагревательное устройство (10) может перетекать определенное количество наддувочного воздуха, снабжают воздухом из нагнетательной линии (2) двигателя (1) внутреннего сгорания. Воздух, нагретый в нагревательном устройстве (10), вводят в выпускной тракт выше по потоку от устройства (8) очистки ОГ. В рабочих режимах двигателя внутреннего сгорания, в которых давление наддува не настолько высоко, что в нагревательное устройство (10) может перетекать определенное количество наддувочного воздуха, в нагревательное устройство (10) подают определенный поток ОГ из выпускного тракта двигателя (1) внутреннего сгорания. Поток ОГ ответвляют из линии (13) ОГ выше по потоку от работающей на ОГ турбины (5). В случае выполнения двигателя (1) внутреннего сгорания многоцилиндровым по меньшей мере один цилиндр соединяют с нагревателем (10) через исполнительный элемент (15). В сборной линии (6a) ОГ многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания установлен дроссельный клапан (14), регулирующий расход линии (13) ОГ по меньшей мере одного цилиндра, таким образом, что отработавший газ или чистый воздух по меньшей мере одного цилиндра отделен от остального проходящего к работающей на ОГ турбине (5) выпускного тракта. Раскрыты устройство для осуществления способа повышения температуры ОГ в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания, двигатель внутреннего сгорания и автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Технический результат заключается в повышении надежности регенерации устройства очистки ОГ. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
1. Способ повышения температуры отработавшего газа (ОГ) в выпускном тракте двигателя (1) внутреннего сгорания с турбонаддувом, с последовательно подсоединенным устройством (8) очистки ОГ, с подсоединяемым при необходимости нагревательным устройством (10), которое в тех фазах, в которых давление наддува настолько высоко, что в нагревательное устройство (10) может перетекать определенное и/или достаточное количество наддувочного воздуха, снабжают воздухом из нагнетательной линии (2) двигателя (1) внутреннего сгорания, причем воздух, нагретый в нагревательном устройстве (10), вводят в выпускной тракт выше по потоку от устройства (8) очистки ОГ, причем, по меньшей мере, в рабочих режимах двигателя внутреннего сгорания, в которых давление наддува не настолько высоко, что в нагревательное устройство (10) может перетекать определенное и/или достаточное количество наддувочного воздуха, в нагревательное устройство (10) подают определенный поток ОГ из выпускного тракта двигателя (1) внутреннего сгорания, причем поток ОГ ответвляют из линии (13) ОГ выше по потоку от работающей на ОГ турбины (5), отличающийся тем, что в случае многоцилиндрового двигателя (1) внутреннего сгорания по меньшей мере один цилиндр соединяют с нагревателем (10) через исполнительный элемент (15), причем в сборной линии (6a) ОГ многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания установлен дроссельный клапан (14), регулирующий расход линии (13) ОГ упомянутого по меньшей мере одного цилиндра, таким образом, что отработавший газ или чистый воздух упомянутого по меньшей мере одного цилиндра отделен от остального проходящего к работающей на ОГ турбине (5) выпускного тракта.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочие режимы двигателя внутреннего сгорания, в которых давление наддува не настолько высоко, чтобы в нагревательное устройство (10) могло течь определенное и/или достаточное количество наддувочного воздуха, являются фазой низкой нагрузки и/или фазой холостого хода и/или фазой принудительного холостого хода двигателя (1) внутреннего сгорания.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подвод топлива к упомянутому по меньшей мере одному цилиндру двигателя (1) внутреннего сгорания частично или полностью перекрывают при активированном исполнительном элементе (15).
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве нагревательного устройства применяют заправляемую топливом горелку (10), подвод топлива к которой регулируется в зависимости от рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания и/или λ-зонда ниже по потоку от горелки (10) и/или расходомера массы воздуха выше по потоку от горелки (10) и/или в зависимости от рабочих параметров системы нейтрализации ОГ.
5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в подводящей линии между нагнетательной линией (2) и нагревательным устройством (10) предусмотрен регулирующий клапан.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что регулирующий клапан представляет собой дроссельный клапан (12).
7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве регулировочного параметра для настройки по меньшей мере одного исполнительного элемента (15) и/или по меньшей мере одного дроссельного клапана (12, 14) для снабжения воздухом нагревательного устройства (10) используется, по меньшей мере, давление наддува и/или давление ОГ и/или разность давлений между ними и/или коэффициент избытка воздуха в отработавшем газе ниже по потоку от камер сгорания и/или коэффициент избытка воздуха ниже по потоку от нагревательного устройства (10) двигателя (1) внутреннего сгорания.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что регистрируют, кроме того, число (n) оборотов двигателя и/или количество впрыскиваемого топлива и/или массовый расход воздуха через двигатель и/или нагревательное устройство (10) и учитывают для управления подводом воздуха к нагревательному устройству (10).
9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что упомянутый по меньшей мере один работающий на ОГ турбонагнетатель (4) двигателя (1) внутреннего сгорания имеет переменную геометрию турбины, и тем, что ее регулировка используется как регулировочный параметр для управления подводом воздуха к нагревательному устройству (10).
10. Устройство для осуществления способа повышения температуры ОГ в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом для осуществления способа по одному из предыдущих пунктов, с по меньшей мере одним работающим на ОГ турбонагнетателем (4), работающая на ОГ турбина (5) которого подсоединена к выпускному тракту (6, 7) двигателя (1) внутреннего сгорания выше по потоку от устройства (8) очистки ОГ, а компрессор (3) которого доставляет наддувочный воздух через нагнетательную линию (2) к камерам сгорания, а также с предусмотренным выше по потоку от устройства (8) очистки ОГ нагревательным устройством (10) для повышения при необходимости температуры ОГ путем подвода воздуха из нагнетательной линии (2), причем нагревательное устройство (10) через регулируемый исполнительный элемент (15) и линию (13) ОГ дополнительно соединено с выпускным трактом (6) двигателя (1) внутреннего сгорания (1), отличающееся тем, что в линии (13) ОГ, ведущей к нагревательному устройству (10), предусмотрен дроссельный клапан (14), регулирующий массовый расход, причем расположенный на стороне выпуска дроссельный клапан (14) расположен в сборной линии (6a) ОГ ниже по потоку от отдельной линии (6b) по меньшей мере одного цилиндра двигателя (1) внутреннего сгорания, так, что упомянутый по меньше мере один цилиндр, соответственно, его отработавший газ или чистый воздух имеет возможность отделяться от остального проходящего к работающей на ОГ турбине (5) выпускного тракта.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что упомянутый по меньшей мере один работающий на ОГ турбонагнетатель (4) имеет работающую на ОГ турбину (5) с переменной геометрией, и/или тем, что исполнительные элементы (15) и/или дроссельные клапаны (12, 14) подключены к электронному контроллеру (16) двигателя, посредством которого исполнительные элементы (15) и/или дроссельные клапаны (14) настроены в соответствии со специфическими для двигателя параметрами и/или в соответствии со специфическими для нейтрализации ОГ параметрами, и/или в соответствии со специфическими для поездки параметрами.
12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что нагревательное устройство (10) соединено с выпускным трактом двигателя внутреннего сгорания (1) выше по потоку от работающей на ОГ турбины (5).
13. Двигатель (1) внутреннего сгорания для осуществления способа по одному из пп.1-9.
14. Автомобиль с двигателем (1) внутреннего сгорания для осуществления способа по одному из пп.1-9.
| DE 102008032604 A1, 14.01.2010 | |||
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИГАЛОГЕНИДОВ ГАЛОИДВИНИЛ-ФОСФИНА | 0 |
|
SU306630A1 |
| Изложница с суживающимся книзу сечением и с вертикально перемещающимся днищем | 1924 |
|
SU2012A1 |
| JP S6079114 A, 04.05.1985 | |||
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРА ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ, РАСПОЛОЖЕННОГО В ВЫХЛОПНОМ КАНАЛЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2009 |
|
RU2423613C2 |
