[发明专利]内燃机后处理加热回路

说明书

一种具有SCR催化剂后处理系统的发动机，包括：涡轮增压器的排气通道，其与涡轮增压器的出口流体连通；以及加热回路段，其包括入口和出口。该入口和出口与排气通道流体连通，并且入口从排气通道中抽出一部分排气。发动机还包括在加热回路段上的排气压力驱动的空气放大器、电预热器、燃料喷射器、氧化催化剂、尿素喷射器和温度传感器。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月21日提交的美国临时申请号62/424,914的优先权，该临时申请的公开内容通过引用的方式并入本文。

背景技术

背景技术的第一部分涉及发动机后处理系统在低排气温度下运行的挑战。北卡罗来纳州的混合后处理系统(BATS)项目的一个发现是尿素注入和蒸发的排气温度对于(尿素)早期分解需要220℃，但整个SCR系统和大量排气温度可能会在165℃范围内冷却，并且SCR系统在低负荷和空气流动下仍具有良好的NOx还原效率。

虽然BATS解决方案适用于既有大型原动机又有较小发电机且在较高负荷和排气温度下运行的客运机车，但它并没有为大多数只有单个大型原动机的机车提供解决方案。这些大型中速发动机非常有效，并且在怠速和低负荷下花费相当多的时间，其中排气温度将低于蒸发和处理UREA液体和排气的混合物所需的220℃。

对于以天然气作为主要燃料运行的机车发动机，这种低温运行还阻碍了氧化催化剂(OC)的使用，氧化催化剂(OC)是减少一氧化碳(CO)排放并帮助减少非甲烷碳氢化合物(NMHC)排放所需的，美国环保署规定的两项标准排放量在柴油发动机转换为天然气(发动机)时会产生较高的排放量。使OC有效降低CO并开始降低NMHC的温度范围与有效SCR运行所需温度范围相同，均为200+摄氏度。

在引入以非常稀薄的空气燃料比运行的重型天然气发动机，以便提高热效率并降低NOx排放的情况下，在不同的温度范围内的类似的问题变得明显。在道路应用的排放法规中，甲烷排放没有例外(未排除对甲烷排放的限定)，因此需要减少总碳氢化合物(HC)。甲烷具有超过500℃的非常高的起燃温度，因此在有效氧化甲烷之前，OC需要处于高于400℃的温度，这构成了高效稀薄燃烧发动机的HC排放所面临的主要挑战。

有助于解决上述问题的有效解决方案是：在最小化额外的燃料消耗和复杂性的情况下，增加这些发动机上的发动机排气温度。

发明内容

作为第二发动机在较高的排气温度下运行以补偿如在第一BATS系统中的低的主发动机排气温度的替代，可以存在单独的排气加热回路，在此尿素与主发动机排气的一部分混合。在该回路中，在需要时使尿素蒸发，并开始分解过程。如果该回路中的热排气在某些运行条件下不够热，则可以通过注入跨越小氧化催化剂燃烧的燃料来局部加热。重型发动机上的典型后处理系统将原燃料和/或UREA与所有排气进行混合(dose)。在这种情况下新颖的是在添加燃料或UREA之前，总排气流的一部分被移除并被局部加热到适当的温度。这个单独的外部排气回路称为加热回路。

该系统不仅仅针对需要UREA添加的SCR系统。该系统适用于在低的排气温度下对于减少排放存在挑战的、包括OC本身或与SCR串联的任何排气后处理系统。

加热回路的第一个挑战是诱导总排气质量的正确部分通过单独的回路。最简单的技术是使用主排气动能来驱动部分排气通过回路。在主排气管道中，入口可以面向排气流，从而使用冲压空气压力(ram air pressure)驱动排气进入环路。在加热回路气体重新引入主排气流的情况下，出口可以指向主排气流的方向，从而在回路出口处产生低压区域，并进一步增加吸入和通过加热回路的排气流量。