[发明专利]用于排气再循环和热回收的方法和系统

说明书

本发明涉及用于排气再循环和热回收的方法和系统，提供了用于单个热交换器的方法和系统，该单个热交换器在一种或多种排气催化剂的上游耦连到主排气通道或耦连在两种排气催化剂之间以用于排气热回收和排气再循环(EGR)冷却。在一个示例中，在所述热交换器的预催化剂配置中，在排气热回收期间，排气的一部分可以被引导通过所述热交换器，而排气的剩余部分可以被直接引导到所述排气催化剂，并且可以在每个汽缸的基础上调整燃料加注以保持所述排气催化剂处的目标排气空燃比。

技术领域

本发明大体涉及用于排气热回收和排气再循环(EGR)冷却的针对单个热交换器的方法和系统。

背景技术

排气后处理装置(诸如耦连到内燃发动机的排气的排气催化剂)减少燃烧衍生物，诸如一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物。为了最佳性能效率，催化剂的温度需要保持在比催化剂的起燃温度更高的温度。为此，发动机可以被配置有用于从排气回收热量的排气热回收系统。排气热量可以用于在冷发动机条件期间加热排气催化剂、以及用于加热发动机冷却剂，所述发动机冷却剂将热量传递到发动机部件和车厢，由此改善发动机效率。发动机还可以被配置有排气再循环能力，其中排气再循环到进气歧管以便减少排气NOx排放并且改善燃料经济性。排气再循环(EGR)冷却器可以耦连到EGR系统，以便在再循环排气被递送到进气歧管之前降低其温度。

提供了用于协调对排气催化剂的供热、排气热回收和EGR冷却的各种方法。在一个示例中，如US 8,240,294所示，Surnilla等人公开了一种具有高压EGR(HP-EGR)系统的发动机系统，所述高压EGR系统在排气涡轮和排气催化剂的上游将来自排气歧管的排气供应到进气压缩机下游的进气歧管。HP-EGR冷却器可以耦连到HP-EGR系统，以便在排气递送到发动机进气歧管之前使其冷却。在冷起动条件期间，排气的一部分可以通过HP-EGR冷却器再循环，并且发动机冷却剂可以循环通过冷却器以便回收排气热量并使发动机冷却剂变暖。通过发动机冷却剂回收的热量可用于加热发动机系统部件。为了增加热回收量，可以增加再循环到进气歧管的HP-EGR的量。相应地，可以调整发动机操作参数，以便在HP-EGR的量增加的情况下保持燃烧稳定性。

然而，本文的发明人已经认识到有关以上方法的潜在缺点。作为一个示例，通过在催化剂上游收集排气热量，发动机冷起动排放可能由于用作散热器的HP-EGR冷却器而增加。特别地，在发动机冷起动期间，可以在HP-EGR冷却器处去除发动机排气热，从而降低在下游排气催化剂处接收的排气热量。因此，这可以延迟催化剂起燃。另外，当通过预催化剂冷却器引导排气时，在到达排气催化剂的目标空燃比扰动中可能存在不期望的变化。在可替代的发动机配置中，可以在排气催化剂下游回收排气热，使得排气热可以首先用于催化剂加热。然而，在这种方法中，催化剂可用作散热器，并且从催化剂下游的排气回收的热可能不足以用于发动机冷却剂加热。此外，由于延长的冷却剂管线，回收的热可能会有损失。此外，如果通过使排气从催化剂下游再循环来提供EGR，则在催化剂下游，排气系统中的减小的背压可能不利地影响到进气歧管的EGR流。虽然可以使用两个分离的热交换器，一个热交换器用于催化剂下游的排气热回收并且一个热交换器用于催化剂上游的EGR冷却，但多个热交换器的存在增加了成本和复杂性。

发明内容

本文的发明人已经确认了一种方法，通过所述方法，可以至少部分地解决上述问题。一个示例性发动机方法包括：使排气的第一部分通过旁路通道中的热交换器流动到上游排气催化剂中；使排气的第二剩余部分通过与所述旁路通道平行布置的主排气通道流动到上游排气催化剂中；以及根据所述第一部分相对于所述第二部分而在每个汽缸的基础上调整燃料加注，以便在上游催化剂处提供目标排气空燃比。以此方式，通过将组合的排气热交换器和EGR冷却器定位在催化剂上游的排气旁路中，可以在催化剂加热期间绕过热交换器，并且在催化剂起燃之后，热交换器可用于排气热回收和/或EGR冷却。