Способ и устройство для холодного пуска двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к способу и устройству для холодного пуска двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: способ снижения выбросов вредных веществ при холодном пуске двигателя внутреннего сгорания, снабженного системой последующей обработки отработавших газов, содержащей по меньшей мере один блок дизельного катализатора окисления (ДКО), по меньшей мере один сажевый фильтр (СФ) для дизельного двигателя и блок селективного каталитического восстановления (СКВ), включающий: нагрев блока ДКО перед холодным пуском двигателя внутреннего сгорания; запуск двигателя внутреннего сгорания и управление его работой для обеспечения заданного предельного уровня выбросов NO_x, когда блок ДКО нагрет до заданной температуры; оптимизацию расхода топлива при заданном суммарном уровне вредных выбросов, когда СФ и блок СКВ нагреты до заданной температуры. Устройство для снижения выбросов вредных веществ при холодном пуске дизельного двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом изобретения является снижение расхода топлива с одновременным уменьшением выбросов вредных веществ. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для холодного пуска двигателя внутреннего сгорания в соответствии с ограничительными частями независимых пунктов формулы изобретения.

Уровень техники

Достоинством транспортных средств, на которых установлен дизельный двигатель или иной двигатель, работающий на обедненной смеси, является экономия горючего, однако в связи с высоким содержанием кислорода в отработавших газах для таких двигателей необходимо снижать выбросы оксидов азота (NO_x). В этой области хорошо известны катализаторы с избирательным каталитическим восстановлением (СКВ), которые обеспечивают непрерывное удаление NO_x путем активной подачи в смесь отработавших газов, поступающих в катализатор, восстановителя, такого как мочевина, который отличается высокой эффективностью преобразования NO_x.

Однако для систем последующей обработки отработавших газов (ПООГ) необходимо нагревать их до определенной рабочей температуры, прежде чем эти системы становятся активными. Поэтому выброс значительной части вредных веществ в атмосферу при движении транспортного средства происходит в краткие периоды холодного пуска двигателя.

Для снижения уровня выбросов вредных веществ при холодном пуске двигателя требуется минимизировать время, необходимое для разогрева системы последующей обработки отработавших газов до ее рабочей температуры. Обычно это осуществляют путем повышения нагрузки на двигатель при холодном пуске. Однако при более высокой нагрузке расходуется больше топлива, что может приводить к повышению количества вырабатываемых вредных веществ и, соответственно, к более высоким уровням их выброса.

Раскрытие изобретения

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание способа холодного пуска двигателя внутреннего сгорания, который обеспечивает снижение расхода топлива с одновременным уменьшением выбросов вредных веществ.

Указанная цель изобретения достигается с использованием признаков независимых пунктов формулы изобретения. Другие пункты формулы изобретения и описание раскрывают предпочтительные варианты осуществления изобретения.

В первом варианте осуществления изобретения предлагается способ снижения выбросов вредных веществ при холодном пуске двигателя внутреннего сгорания, снабженного системой последующей обработки отработавших газов, содержащей по меньшей мере один блок дизельного катализатора окисления (ДКО), по меньшей мере один сажевый фильтр (СФ) для дизельного двигателя и блок селективного каталитического восстановления (СКВ). Предлагаемый в изобретении способ включает: нагрев блока ДКО перед холодным пуском двигателя внутреннего сгорания; запуск двигателя внутреннего сгорания и управление его работой для обеспечения заданного предельного уровня выбросов NO_x, когда блок ДКО нагрет до заданной температуры; оптимизацию расхода топлива на заданном суммарном уровне вредных выбросов, когда СФ и блок СКВ нагреты до заданной температуры.

В другом варианте нагрев блока ДКО перед холодным пуском двигателя внутреннего сгорания выполняют прокручиванием коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания с помощью электрического устройства, причем топливо в двигатель не подается, и задают такой режим работы двигателя, в котором температура воздуха, выходящего из цилиндра через выпускной клапан, выше температуры воздуха, входящего в цилиндр через впускной клапан.

Достоинство такого варианта заключается в том, что нагрев может быть осуществлен с помощью только встроенных устройств, например, в гибридных транспортных средствах таким средством, обеспечивающим прокручивание коленчатого вала двигателя, может быть источник электроэнергии, и заданный режим двигателя внутреннего сгорания может заключаться в изменении моментов закрытия и открытия выпускного клапана.

В другом варианте заданный предельный уровень выбросов NO_x достигается путем использования режима сгорания смеси с компрессионным воспламенением однородной горючей смеси (КВОГС).

Достоинство такого варианта заключается в том, что двигатель может работать при сравнительно низких температурах системы ПООГ, и тем не менее будут выполняться действующие нормы по уровням выбросов вредных веществ.

Еще в одном варианте заданный предельный уровень выбросов NO_x достигается путем использования по меньшей мере 50% рециркуляции отработавших газов.

Достоинство такого варианта заключается в том, что система рециркуляции отработавших газов может использоваться для регулирования уровня выбросов NO_x и одновременно для снижения температуры сгорания в режиме КВОГС или компрессорное воспламенение частично однородной горючей смеси (КВОЧГС).

В другом варианте нагрев блока ДКО осуществляют при движении транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания.

Достоинство такого варианта заключается в том, что нагрев необязательно должен осуществляться на стоящем транспортном средстве, что позволяет сэкономить время.

Другое достоинство заключается в том, что момент движения транспортного средства может использоваться в качестве другого источника энергии для средства нагрева блока ДКО.

В другом варианте нагрев блока ДКО осуществляют, когда транспортное средство, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания, стоит.

Достоинство такого варианта заключается в том, что нагрев не зависит от режима движения транспортного средства.

Еще в одном варианте заданный режим заключается в управлении выпускным клапаном для осуществления торможения путем дросселирования системы выпуска отработавших газов.

Достоинство такого варианта заключается в том, что для нагрева системы ПООГ могут использоваться существующие технические средства, и нагрев не будет зависеть от режима движения транспортного средства.

В другом варианте предлагаемый способ включает также следующие стадии: обеспечение улавливателя углеводородов, улавливателя NO_x и перепускного канала с клапаном между блоком ДКО и СФ; удерживание клапана перепускного канала в закрытом состоянии, пока блок ДКО не будет нагрет до заданной температуры; открытие клапана перепускного канала, когда температура блока ДКО достигнет заданной температуры и будет превышать ее; закрытие клапана перепускного канала, когда оператор задает режим работы двигателя, при котором уровень выбросов NO_x превышает заданную величину, когда температура блока СКВ ниже заданной температуры.

Достоинство такого варианта заключается в том, что управление отработавшими газами и, соответственно, регулирование их температуры может осуществляться в системе ПООГ либо средствами только самой системы, либо в сочетании с другим источником нагрева.

Во втором варианте осуществления изобретения предлагается устройство для снижения выбросов вредных веществ при холодном пуске двигателя внутреннего сгорания, снабженного системой последующей обработки отработавших газов, содержащей по меньшей мере один блок дизельного катализатора окисления (ДКО), по меньшей мере один сажевый фильтр (СФ) для дизельного двигателя и блок селективного каталитического восстановления (СКВ). Это устройство содержит также улавливатель углеводородов, улавливатель NO_x и перепускной канал с клапаном между блоком ДКО и СФ.

Достоинство этого варианта заключается в том, что регулирование температуры различных блоков системы последующей обработки отработавших газов может осуществляться в самом блоке.

В другом варианте улавливатель углеводородов и улавливатель NO_x выполнены в форме отдельных блоков.

Достоинство такого варианта заключается в том, что работа одного улавливателя может оптимизироваться независимо от другого улавливателя.

В другом варианте материал улавливателя NO_x наносят на материал улавливателя углеводородов.

Достоинство такого варианта заключается в том, что улавливатели могут быть компактными и будут занимать мало места, что, в свою очередь, снижает общие размеры системы последующей обработки отработавших газов.

В третьем варианте осуществления изобретения предлагается устройство для снижения выбросов вредных веществ при холодном пуске двигателя внутреннего сгорания, снабженного системой последующей обработки отработавших газов, содержащей по меньшей мере один блок дизельного катализатора окисления (ДКО), по меньшей мере один сажевый фильтр (СФ) для дизельного двигателя и блок селективного каталитического восстановления (СКВ), содержащее также: средство нагрева блока ДКО перед холодным пуском двигателя внутреннего сгорания; средство запуска двигателя внутреннего сгорания и управления его работой для обеспечения заданного предельного уровня выбросов NO_x, когда блок ДКО нагрет до заданной температуры; средство оптимизации расхода топлива при заданном суммарном уровне вредных выбросов, когда СФ и блок СКВ нагреты до заданной температуры.

В другом варианте средство нагрева блока ДКО перед холодным пуском двигателя внутреннего сгорания представляет собой электрическое устройство, обеспечивающее прокручивание коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, причем топливо в двигатель не подается, и задается такой режим, в котором температура воздуха, выходящего из цилиндра через выпускной клапан, выше температуры воздуха, входящего в цилиндр через впускной клапан.

Достоинство такого варианта заключается в том, что нагрев может быть осуществлен с помощью только встроенных устройств, например, в гибридных транспортных средствах средством, обеспечивающим прокручивание коленчатого вала двигателя, может быть источник электроэнергии, и заданный режим двигателя внутреннего сгорания может заключаться в изменении моментов закрытия и открытия выпускного клапана.

В другом варианте устройство содержит также между блоком ДКО и СФ улавливатель углеводородов, улавливатель NO_x и перепускной канал с клапаном, средство для удерживания клапана перепускного канала в закрытом состоянии, пока блок ДКО не будет нагрет до заданной температуры, открытие клапана перепускного канала, когда температура блока ДКО достигнет заданной температуры и будет превышать ее, закрытие клапана перепускного канала, когда оператор задает режим работы двигателя, в котором уровень выбросов NO_x превышает заданную величину, когда температура блока СКВ ниже заданной температуры.

Достоинством настоящего варианта является то, что температуру в системе рециркуляции отработавших газов можно регулировать с использованием клапанов этой системы и выпускного клапана независимо друг от друга для получения необходимой температуры наиболее эффективным образом.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение вместе с вышеупомянутыми и другими его целями и достоинствами можно будет лучше всего понять из нижеприведенного подробного описания вариантов осуществления изобретения, которые не ограничивают его объем, со ссылками на чертежи, на которых схематично показано:

на фиг.1 - блок-схема алгоритма осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа холодного пуска двигателя внутреннего сгорания;

на фиг.2 - общий вид предлагаемой в настоящем изобретении системы последующей обработки отработавших газов.

Одинаковые или сходные элементы указываются на чертежах одинаковыми ссылочными номерами. Чертежи являются всего лишь схематическими иллюстрациями, не предназначенными для точного отображения конкретных характеристик изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг.1 приведена блок-схема алгоритма осуществления предлагаемого в настоящем изобретении способа холодного пуска двигателя внутреннего сгорания.

Предлагаемый в изобретении способ обеспечивает снижение выбросов вредных веществ при холодном пуске двигателя внутреннего сгорания, снабженного системой последующей обработки отработавших газов, содержащей по меньшей мере один блок дизельного катализатора окисления (ДКО), по меньшей мере один сажевый фильтр (СФ) для дизельного двигателя и блок селективного каталитического восстановления (СКВ).

На первой стадии 110 перед холодным пуском двигателя внутреннего сгорания осуществляется нагрев блока ДКО.

Такой нагрев блока ДКО перед холодным пуском двигателя внутреннего сгорания может быть выполнен прокручиванием коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания с помощью электрического устройства, причем топливо в двигатель не подается, и задается такой режим, в котором температура воздуха, выходящего из цилиндра через выпускной клапан, выше температуры воздуха, входящего в цилиндр через впускной клапан.

Упомянутый режим двигателя внутреннего сгорания может заключаться в регулировке момента открытия выпускного клапана, так чтобы он открывался раньше, чем в нормальном режиме движения, аналогично режиму торможения двигателем, различные варианты которого подробно описаны, например, в документах WO 9425740, WO 9629508, WO 9722789.

Такой нагрев блока ДКО может быть выполнен, когда транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания двигается или стоит на месте.

Электрическое устройство, с помощью которого коленчатый вал двигателя прокручивается без его запуска, может представлять собой электродвигатель, такой как, например, используется на гибридных транспортных средствах. Такой электродвигатель гибридного транспортного средства может прокручивать коленчатый вал двигателя, когда транспортное средство стоит, а также при его движении в переднем или в заднем направлении. Другим примером такого электродвигателя является двигатель стартера, имеющий повышенную мощность по сравнению с обычными стартерными двигателями, которые используются только для запуска двигателя. Такой стартерный двигатель способен прокручивать коленчатый вал двигателя в течение продолжительного времени, однако его мощность существенно ниже мощности электродвигателя, который может обеспечивать движение гибридного транспортного средства. Такой стартерный двигатель, мощность которого немного выше мощности обычного стартерного двигателя, может прокручивать коленчатый вал двигателя, когда транспортное средство стоит, пока температура блока ДКО не достигнет заданной величины.

Могут использоваться и другие возможности вместе с указанным прокручивание коленчатого вала двигателя без подачи топлива вместе с торможением двигателем за счет дросселирования системы выпуска отработавших газов, которое может представлять собой: закрытие лопаток турбины турбонаддува с изменяемой геометрией, в результате чего повышается противодавление в системе выпуска отработавших газов; открытие клапана устройства рециркуляции отработавших газов (РОГ). Оптимальная точка открытия клапана РОГ зависит от типа двигателя и является функцией давления отработавших газов, плотности воздуха, температуры окружающей среды, электрической мощности и т.п. Другим средством повышения температуры является дросселирование системы всасывания двигателя, регулирование которого может осуществляться на стадии нагрева системы ПООГ. Также может использоваться электрический нагрев всасываемого воздуха и/или отработавших газов и/или блока ДКО, или же для нагрева блока ДКО может использоваться топливный элемент или горелка, использующие топливо, на котором работает двигатель транспортного средства.

На второй стадии 120, после достижения нагрева блока ДКО до заданной температуры, осуществляется запуск двигателя внутреннего сгорания и снижение выбросов NO_x до заданного уровня. Каталитическая реакция в блоке ДКО может начинаться при температуре примерно 200°С, и максимальная величина температуры каталитической реакции может составлять примерно 300-400°С. Таким образом, вышеупомянутая заданная температура для блока ДКО может быть установлена в интервале 200-400°С. В соответствии с известной практикой измерений может осуществляться измерение температуры блока ДКО, и если она ниже заданной температуры, то нагрев блока ДКО продолжается, и запуск двигателя задерживается.

Для обеспечения заданной предельной величины выбросов NO_x может использоваться один из двух режимов сгорания топлива: КВОГС (компрессионное воспламенение однородной горючей смеси) или КВОЧГС (компрессионное воспламенение частично однородной горючей смеси). Разница между режимами КВОГС и КВОЧГС заключается в процессе смешивания топлива и воздуха перед воспламенением горючей смеси. Поскольку температуры СФ и/или блока СКВ еще не достигли их рабочих диапазонов, то двигатель должен сначала работать в таком режиме, в котором выбросы NO_x и частиц сажи минимальны. Степень рециркуляции отработавших газов (РОГ) в режиме КВОЧГС может составлять 50-70%. При такой высокой величине РОГ момент зажигания задерживается, и больше времени отводится на смешивание топлива с воздухом. Высокая величина РОГ вместе с соответствующей точкой впрыска топлива могут обеспечивать достаточно низкую температуру сгорания смеси, так что при этом NO_x и сажа возникают в сравнительно небольших количествах.

На третьей стадии 130 двигатель работает в таком режиме, чтобы расход топлива был минимальным при заданном общем уровне вредных выбросов, когда температуры СФ и блока СКВ достигли заданных величин.

Заданная температура может быть выбрана в рабочем диапазоне температур СФ: от 200°С до 700°С. При температурах ниже 200°С частицы сажи не будут превращаться в СО₂, а при температурах выше 700°С срок службы СФ будет существенно сокращаться. Для блока СКВ заданная температура может быть выбрана в интервале температур, указанном для СФ. Пока температура ниже заданных температур СФ и/или блока СКВ, двигатель работает в режиме КВОГС или КВОЧГС, и если оператору необходимо увеличить нагрузку, которая не может быть получена в этих режимах, то необходимая дополнительная мощность может быть обеспечена электродвигателем.

В некоторых случаях работы двигателя при оптимизации расхода топлива необходимо учитывать предельные величины выбросов вредных веществ, установленные законодательством.

Могут использоваться и другие возможности регулирования температуры системы ПООГ, в частности: обеспечение улавливателя углеводородов, улавливателя NO_x и перепускного канала с клапаном между блоком ДКО и СФ; удерживание клапана перепускного канала в закрытом положении, пока блок ДКО не будет нагрет до заданной температуры; открытие клапана перепускного канала, когда блок ДКО будет нагрет до заданной температуры и выше; закрытие клапана перепускного канала, когда оператору потребуется, чтобы двигатель работал с величиной выбросов NO_x, превышающей заданную величину, когда температура блока СКВ ниже заданной величины.

На фиг.2 приведен общий вид предлагаемой в изобретении системы 100 последующей обработки отработавших газов (ПООГ). Такая система ПООГ сообщается с двигателем внутреннего сгорания (не показан), например, с дизельным двигателем.

Система ПООГ 100 содержит впускное отверстие 112, блок ДКО 115, улавливатель 125 углеводородов, улавливатель 135 NO_x, перепускной канал с клапаном 145, СФ 155, форсунку 165 подачи восстановителя, блок СКВ 175, катализатор 185 очистки и выходное отверстие 187.

Блок ДКО 115 непосредственно сообщается с двигателем внутреннего сгорания. Блок ДКО 115 в рассматриваемом варианте расположен по потоку перед улавливателем 125 углеводородов, улавливателем NO_x 135, СФ 155, блоком СКВ 175 и катализатором 185 очистки. В блоке ДКО 115 могут происходить следующие реакции:

Температура блока ДКО 115 зависит, среди прочего, от материала катализатора, содержания НС, СО и О₂, а также от массового потока. Каталитические реакции в блоке ДКО 115 могут начинаться при температуре примерно 200°С, и для реакции (1) максимальная величина температуры каталитического преобразования может составлять примерно 300-400°С. После достижения максимальной температуры реакция может ослабевать, причем степень ослабевания зависит от состояния равновесия, где обратная реакция

в большей степени зависит от температуры, чем реакция (1).

Блок ДКО 115 обычно выполнен в форме монолитной структуры из кордиерита или металла. Такая монолитная структура может быть покрыта каталитическим материалом в форме оксида основного металла и благородного металла, такого как платина и/или палладий.

Улавливатель углеводородов может быть выполнен из цеолита, поглощающего большие количества углеводородов. Цеолит может иметь поверхность с обменными ионами, причем такими ионами могут быть ионы платины, меди или железа. Если на поверхности цеолита имеются ионы платины, меди или железа, то при повышении температуры может быть окислено большое количество углеводородов. Если поверхность цеолита не содержит таких ионов, то есть окисляющих ионов металлов, и сам по себе цеолит не обладает окисляющей способностью, то при повышении температуры будет выделяться большое количество адсорбированных углеводородов. Степень адсорбции углеводородов и степень их окисления или десорбции зависит от температуры и выбранного материала.

Улавливатель NO_x также может быть выполнен из цеолита, который в этом случае адсорбирует или десорбирует NO_x. Улавливатель NO_x также может состоять из оксида металла, например, из оксида церия или оксида бария, которые могут формировать нитриты и нитраты, разлагающиеся при высоких температурах, в результате чего выделяются NO_x. Улавливатель NO_x адсорбирует NO_x при температурах, не превышающих определенной величины, и выделяет NO_x при повышенных температурах. На поверхность улавливателя NO_x может быть нанесено некоторое количество платины для повышения скорости формирования нитритов.

Клапан 145 перепускного канала будет закрыт, пока температура блока ДКО не достигнет заданной температуры, например, 250°С. Так как клапан 145 закрыт, то углеводороды захватываются улавливателем 125, и NO_x захватываются улавливателем 135. Когда блок ДКО 115 будет нагрет до заданной температуры, клапан 145 открывается, и углеводороды окисляются в блоке ДКО. Когда клапан открыт, горячие отработавшие газы будут нагревать СФ 155 и блок СКВ 175. На стадии нагрева СФ и блока СКВ двигатель работает в режиме выброса малых количеств NO_x, например, в режиме КВОГС или КВОЧГС, когда это возможно. Если водитель задает уровень мощности, который не может быть обеспечен двигателем без превышения определенного предельного уровня выбросов NO_x, то клапан перепускного канала будет закрыт, и в этих условиях NO_x будут захватываться улавливателем 135. Когда позднее водитель задаст уровень мощности, который может быть обеспечен двигателем без превышения определенного предельного уровня выбросов NO_x, клапан 145 перепускного канала снова открывается. Когда СФ и блок СКВ будут нагреты в достаточной степени, как это было указано выше, режим сгорания смеси в двигателе переключается с КВОГС или КВОЧГС на обычный режим для всех мощностей двигателя, и клапан перепускного канала в этих условиях будет всегда открыт. В этом обычном режиме работы, когда расход топлива минимизируется с учетом установленных законодательством предельных норм вредных выбросов, улавливатель углеводородов и улавливатель NO_x нагреваются до определенной температуры, при которой захваченные углеводороды и NO_x могут высвобождаться. Углеводороды будут выжигаться в улавливателе углеводородов или в СФ (если фильтр на это рассчитан). NO_x из улавливателя 135 будут восстанавливаться в нагретом блоке СКВ.

Если улавливатель NO_x и улавливатель углеводородов содержат платину, и блок СКВ находится в диапазоне своих рабочих температур, то улавливатель NO_x может использоваться для регулирования отношения NO₂/NO_x. Если отношение NO₂/NO_x становится слишком низким после СФ, то клапан 145 перепускного канала может быть закрыт, так чтобы вырабатывалось больше NO₂. В этом случае будет повышаться активность блока СКВ, и углеводороды будут лучше выжигаться в СФ. Однако необходимо обеспечивать, чтобы улавливатель 135 не заполнялся полностью NO_x, когда двигатель выключается.

В СФ 155 может происходить следующая реакция:

На температуру СФ 155 может влиять толщина слоя отложений сажи, и эта температура может падать примерно до 200°С, однако фильтр действует эффективно при температуре, превышающей 250°С. При температурах, превышающих примерно 700°С, может существенно снижаться срок службы СФ 155 и катализаторов, находящихся по потоку за СФ 155.

СФ 155 может быть сформирован из пористых форм кордиерита, карбида кремния или спеченного порошка металла. Полученная пористая матрица может быть покрыта каталитическим материалом в форме оксида основного металла и благородного металла, такого как платина и/или палладий. В этом случае в СФ будут происходить реакции 1-5.

Если в СФ 155 накопилось слишком много сажи, что может быть результатом слишком низкой температуры и/или слишком низкого отношения NO_x/сажа отработавших газов, то можно использовать средство нагрева, расположенное по потоку перед СФ 155, для его нагрева до соответствующей рабочей температуры. Могут использоваться самые разные средства нагрева. В одном из вариантов температура СФ 155 может быть повышена при необходимости путем дополнительного впрыска дизельного топлива в один или несколько цилиндров двигателя внутреннего сгорания и/или путем дополнительного впрыска дизельного топлива в систему выпуска отработавших газов по потоку перед блоком ДКО 115.

Тепло вырабатывается в этом случае за счет окисления топлива в блоке ДКО 115 в соответствии с уравнением (4).

Наименьшая температура, при которой будет происходить реакция (4), зависит от состава катализатора, а также зависит, среди прочего, от содержания углеводородов. Реакция может начинаться при температуре 200°С, и температура на выходе блока ДКО 115 будет достигать в этом случае примерно 350°С, и может начинаться при температуре 280°С, причем температура на выходе в этом случае может достигать максимальной величины, 600°С.

Состав каталитического материала и/или температура блока ДКО 115 влияет на то, какая из реакций (1), (4) будет преобладающей. Можно оптимизировать условия для преобладания реакции (4), если целью блока ДКО 115 является повышение температуры отработавших газов, и можно оптимизировать условия для преобладания реакции (1), если целью блока ДКО 115 является получение NO₂.

Другим средством нагрева может быть электрический нагреватель катализатора.

В СФ 155 может происходить следующая реакция:

Когда реакция (6) протекает достаточно интенсивно, температура превышает 550°С, или же она может понижаться, если фильтр покрыт катализатором, или же топливо добавляется с катализатором, до температуры примерно 450°С. При пониженных температурах может понадобиться добавлять к топливу каталитический материал, который адсорбируется частицами сажи.

Блок СКВ 175 в рассматриваемом варианте расположен по потоку за СФ 155. В блоке СКВ 175 могут происходить следующие реакции:

Поскольку реакция (8) из вышеуказанных реакций имеет наибольшую скорость, и чтобы предотвращать реакцию (10), необходимо поддерживать отношение NO/NO₂ на уровне примерно 50:50.

Реакция (8) может эффективно протекать при температуре блока СКВ 175 примерно 200°С и выше, однако она может начинаться при более низких температурах, однако, чем ниже температура, тем медленнее протекает реакция. Начальная температура для реакции (7) в блоке СКВ 175 может составлять примерно 250°С. Начальные температуры и диапазоны рабочих температур зависят от выбранного каталитического материала в блоке СКВ 175.

Блок СКВ 175 может быть выполнен в форме монолитной структуры из кордиерита или металла. Такая структура может быть покрыта оксидом ванадия поверх оксида титана, содержащего некоторое количество оксида вольфрама, или покрытия, содержащего цеолит. Цеолит может содержать некоторое количество антиионов железа или меди или других подходящих антиионов. Существуют также катализаторы из оксида ванадия, которые экструдируют в монолитные структуры, то есть катализатор и структура выполнены из одного материала.

В варианте, схема которого приведена на фиг.2, инжектор 165 расположен между СФ 155 и блоком СКВ 175. Инжектор 165 подает восстановитель по потоку перед блоком СКВ 175. В качестве восстановителя может использоваться мочевина, аммиак, абсорбированный в воде, карбонат аммония или хлористые соли металлов, которые могут адсорбировать аммиак.

Катализатор 185 очистки не является обязательным компонентом и используется для извлечения излишка аммиака посредством реакции (11), но могут также протекать и реакции 7-10. Катализатор может содержать оксид металла и благородный металл, который наносится на структуру, которая аналогична структуре, на которую наносится катализатор СКВ, или даже на ту же самую структуру.

Изобретение может быть применено в любом двигателе внутреннего сгорания, работающем на обедненной смеси, таком как дизельный двигатель, двигатель, работающий на двухкомпонентном топливе (или многокомпонентном топливе) с одним или несколькими цилиндрами.

Двигатель внутреннего сгорания может быть установлен на транспортном средстве, таком как грузовик, автомобильный тягач, автобус, легковой автомобиль, колесный автопогрузчик, строительные машины, катера, стационарные энергетические установки и т.п.

Изобретение не должно считаться ограниченным вышеописанными вариантами его осуществления, более того, в пределах объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой, могут быть предложены и другие варианты, а также их модификации.

1. Способ снижения выбросов вредных веществ при холодном пуске двигателя внутреннего сгорания, снабженного системой последующей обработки отработавших газов, содержащей по меньшей мере один блок дизельного катализатора окисления (ДКО), по меньшей мере один сажевый фильтр (СФ) для дизельного двигателя и блок селективного каталитического восстановления (СКВ), включающий стадии, на которых:
нагревают блок ДКО перед холодным пуском двигателя внутреннего сгорания, запускают двигатель внутреннего сгорания и управляют его работой для обеспечения заданного предельного уровня выбросов NO_x, когда температура блока ДКО достигла заданной, оптимизируют расход топлива при заданном суммарном уровне вредных выбросов, когда температура СФ и блока СКВ достигла заданной.

2. Способ по п.1, в котором нагрев блока ДКО перед холодным пуском двигателя внутреннего сгорания выполняют прокручиванием коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания с помощью электрического устройства, и при этом топливо в двигатель не подается и задается режим, в котором температура воздуха, выходящего через выпускной клапан цилиндра, выше температуры воздуха, входящего через впускной клапан цилиндра.

3. Способ по п.1 или 2, в котором заданный предельный уровень выбросов NO_x достигается путем использования режима сгорания смеси с компрессионным воспламенением однородной горючей смеси.

4. Способ по п.1 или 2, в котором заданный предельный уровень выбросов NO_x достигается путем использования по меньшей мере 50% рециркуляции отработавших газов.

5. Способ по п.1 или 2, в котором нагрев блока ДКО осуществляют при движении транспортного средства, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания.

6. Способ по п.1 или 2, в котором нагрев блока ДКО осуществляют, когда транспортное средство, на котором установлен двигатель внутреннего сгорания, стоит.

7. Способ по п.2, в котором указанный режим представляет собой управление выпускным клапаном для осуществления торможения путем дросселирования системы выпуска отработавших газов.

8. Способ по п.1 или 2, в котором дополнительно: обеспечивают улавливатель углеводородов, улавливатель NO_x и перепускной канал с клапаном между блоком ДКО и СФ, предназначенный для прохождения потока в обход улавливателя углеводородов и улавливателя NO_x, удерживают клапан перепускного канала в закрытом положении, пока блок ДКО не будет нагрет до заданной температуры, открывают клапан перепускного канала, когда температура блока ДКО достигнет заданной температуры и выше ее, закрывают клапан перепускного канала, когда оператор задает режим работы двигателя, в котором уровень выбросов NO_x превышает заданную величину при температуре блока СКВ ниже заданной температуры.

9. Устройство для снижения уровня выбросов вредных веществ при холодном пуске дизельного двигателя внутреннего сгорания, снабженного системой последующей обработки отработавших газов, содержащей по меньшей мере один блок дизельного катализатора окисления (ДКО), по меньшей мере один сажевый фильтр (СФ) для дизельного двигателя, расположенный по потоку после блока ДКО, и блок селективного каталитического восстановления (СКВ), расположенный по потоку после СФ, отличающееся тем, что оно содержит также улавливатель углеводородов, улавливатель NO_x и перепускной канал с клапаном между блоком ДКО и СФ, обеспечивающий прохождение потока в обход улавливателя углеводородов и улавливателя NO_x.

10. Устройство по п.9, в котором улавливатель углеводородов и улавливатель NO_x представляют собой отдельные блоки.

11. Устройство по п.9, в котором материал улавливателя NO_x покрыт материалом улавливателя углеводородов.

12. Устройство для снижения выбросов вредных веществ при холодном пуске двигателя внутреннего сгорания, снабженного системой последующей обработки отработавших газов, содержащей по меньшей мере один блок дизельного катализатора окисления (ДКО), по меньшей мере один сажевый фильтр (СФ) для дизельного двигателя и блок селективного каталитического восстановления (СКВ), и дополнительно содержащее: средство нагрева блока ДКО перед холодным пуском двигателя внутреннего сгорания, средство запуска двигателя внутреннего сгорания и управления его работой для обеспечения заданного предельного уровня выбросов NO_x, когда температура блока ДКО достигнет заданной, средство оптимизации расхода топлива при заданном суммарном уровне вредных выбросов, когда температура СФ и блока СКВ достигнет заданной.

13. Устройство по п.12, в котором средство нагрева блока ДКО перед холодным пуском двигателя внутреннего сгорания представляет собой электрическое устройство, обеспечивающее прокручивание коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, и при этом топливо в двигатель не подается и задается режим, в котором температура воздуха, выходящего через выпускной клапан цилиндра, выше температуры воздуха, входящего через впускной клапан цилиндра.

14. Устройство по п.12 или 13, содержащее между блоком ДКО и СФ улавливатель углеводородов, улавливатель NO_x и перепускной канал с клапаном, обеспечивающий прохождения потока в обход улавливателя углеводородов и улавливателя NO_x, средство удерживания клапана перепускного канала в закрытом положении, пока температура блока ДКО не достигнет заданной, средство открытия клапана перепускного канала, когда температура блока ДКО достигнет заданной температуры и выше ее, средство закрытия клапана перепускного канала, когда оператор задает режим работы двигателя, при котором уровень выбросов NO_x превышает заданную величину при температуре блока СКВ ниже заданной температуры.