发动机系统的制作方法
【专利摘要】一种发动机系统，能有效地减少从发动机的排气管排出的废气中的氮氧化物的量。本实用新型的发动机系统包括：具有汽缸的发动机，以及将在发动机的所述汽缸中产生的废气排出的排气管。本实用新型的发动机系统还包括：尿素存储箱，该尿素存储箱存储尿素；喷嘴，该喷嘴设置在所述汽缸内，并经由喷射控制阀而与所述尿素存储箱连通。根据本实用新型的发动机系统，由于利用喷嘴朝汽缸的内部喷射尿素，因此能利用汽缸内的高温使喷射出的尿素液体瞬间雾化，使尿素与废气充分混合，藉此，尿素与废气中含有的氮氧化物之间的化学反应更充分，能有效减少从排气管排出的废气中的氮氧化物的量。
【专利说明】发动机系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种发动机系统。
【背景技术】
[0002] 随着车辆数量越来越多，使用范围越来越广，车辆废气对世界环境造成的危害也 越来越大。
[0003] 为减小车辆废气对环境造成的污染，通常采用的方法是使发动机排出的废气再循 环（EGR)或利用安装在排气管上的净化器中的催化剂对废气进行处理，不过，在使废气再 循环时，不能有效地减少废气中含有的各种氮氧化物的排放量，而在利用催化剂对废气进 行处理时，容易因催化剂而造成二次污染。
[0004] 另外，为解决废气排放问题，在专利文献1中公开了对发动机下游侧的排气管喷 射尿素的技术，但专利文献1公开的技术存在尿素与废气不能充分混合而无法很好地消除 废气中的氮氧化物的问题。
[0005] 专利文献1 :日本特开2011-052610号公报 实用新型内容
[0006] 本实用新型是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能有效地减少从排气 管排出的废气中的氮氧化物的量的发动机系统和发动机系统的控制方法。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型第一方面的发动机系统包括：具有汽缸的发动机，以 及将在所述发动机的所述汽缸中产生的废气排出的排气管，此外，发动机系统还包括：尿素 存储箱，该尿素存储箱存储尿素；喷嘴，该喷嘴经由喷射控制阀而与所述尿素存储箱连通， 以朝所述汽缸的内部喷射尿素。
[0008] 根据本实用新型第一方面的发动机系统，可利用喷嘴朝汽缸的内部喷射尿素，因 此，能利用汽缸内的高温使喷射出的尿素液体瞬间雾化，使尿素与废气充分混合，藉此，尿 素与废气中含有的氮氧化物之间的化学反应更充分，能有效减少从排气管排出的废气中的 氮氧化物的量。
[0009] 本实用新型第二方面的发动机系统是在本实用新型第一方面的发动机系统的基 础上，所述发动机系统还包括控制部，该控制部根据所述发动机的运转状况对所述喷射控 制阀的开闭进行控制。
[0010] 根据本实用新型第二方面的发动机系统，可根据发动机的运转状况对喷射控制阀 的开闭时间、阀开度进行控制，有助于将合适量的尿素朝发动机的汽缸内喷出，因此，能更 有效地减少在汽缸中产生的氮氧化物的量，且能提高尿素的利用率，降低成本。
[0011] 本实用新型第三方面的发动机系统是在本实用新型第一方面的发动机系统的基 础上，所述发动机系统还包括加压泵，该加压泵设置在所述尿素存储箱与所述喷嘴之间，以 将所述尿素存储箱内的尿素加压后朝所述喷嘴输送。
[0012] 根据本实用新型第三方面的发动机系统，即使在尿素存储箱内的尿素量减少而不 易向喷嘴输送尿素的情况下，也能可靠地将尿素存储箱内的尿素输送至喷嘴并朝汽缸内喷 射尿素，从而能更有效地减少在汽缸中产生的氮氧化物的量。
[0013] 本实用新型第四方面的发动机系统是在本实用新型第一方面的发动机系统的基 础上，所述发动机系统还包括第一分岔管、尿素回收箱和尿素补充管，所述第一分岔管从所 述排气管的第一分岔部分岔出，并与所述尿素回收箱连通，所述尿素补充管将所述尿素回 收箱与所述尿素存储箱连通。
[0014] 根据本实用新型第四方面的发动机系统，通过设置第一分岔管、尿素回收箱和尿 素补充管，能将从排气管排出的废气中含有的未反应的氨气予以回收利用，并且，能将过 浓燃烧时废气经过催化剂而合成的氨气予以回收利用，因此，能提高尿素的利用率，节省成 本。此外，通过回收废气中产生的氨气和未来得及反应的尿素物质，能避免二次污染。
[0015] 本实用新型第五方面的发动机系统是在本实用新型第四方面的发动机系统的基 础上，在所述尿素补充管的中途设置有过滤器。
[0016] 根据本实用新型第五方面的发动机系统，能利用过滤器对从尿素回收箱向尿素存 储箱输送的尿素进行过滤，以将干净的尿素输送至尿素存储箱，有助于提高利用尿素来分 解汽缸内的氮氧化物的效率。
[0017] 本实用新型第六方面的发动机系统是在本实用新型第四方面的发动机系统的基 础上，在所述尿素补充管的中途设置有尿素回收泵。
[0018] 根据本实用新型第六方面的发动机系统，能利用尿素回收泵加快尿素回收箱中的 尿素向尿素存储箱的输送，有助于提高利用尿素来分解汽缸内的氮氧化物的效率。
[0019] 本实用新型第七方面的发动机系统是在本实用新型第四方面的发动机系统的基 础上，还包括：尿素回收泵，该尿素回收泵设置在所述尿素补充管的中途；尿素存储箱液位 传感器，该尿素存储箱液位传感器对所述尿素存储箱中的液位进行检测；以及控制部，该控 制部根据所述发动机的运转状况对所述喷射控制阀的开闭进行控制，所述控制部根据所述 尿素存储箱液位传感器检测到的液位信息对所述尿素回收泵的运转进行控制。
[0020] 根据本实用新型第七方面的发动机系统，能及时地将尿素回收箱所回收的尿素补 充到尿素存储箱中，减少因尿素存储箱内的尿素量不足而无法朝发动机的汽缸内喷射尿素 的情况。
[0021] 本实用新型第八方面的发动机系统是在本实用新型第四方面的发动机系统的基 础上，还包括：第二分岔管，该第二分岔管从所述排气管的比所述第一分岔部靠废气排出方 向下游侧的第二分岔部分岔出，并与所述尿素回收箱连通；废气截取阀，该废气截取阀在所 述排气管上设置于所述第一分岔部与所述第二分岔部之间的部分；废气释放阀，该废气释 放阀设置在所述第二分岔管的中途；以及控制部，该控制部根据发动机的运转状况对所述 喷射控制阀的开闭进行控制，在利用所述喷嘴喷射尿素的时间小于规定时间时，所述控制 部关闭所述废气截取阀并打开所述废气释放阀，而在利用所述喷嘴喷射尿素的时间为所述 规定时间以上时，所述控制部打开所述废气截取阀并关闭所述废气释放阀。
[0022] 根据本实用新型第八方面的发动机系统，能更有效地避免氮氧化物被排放到大气 中。
[0023] 本实用新型第九方面的发动机系统是在本实用新型第一方面的发动机系统的基 础上，所述发动机系统还包括控制部，该控制部根据图表对所述喷射控制阀的开闭进行控 制，所述图表表示在规定空燃比条件下所述发动机的负载、转速与所述喷射控制阀的打开 时间之间的关系。
[0024] 根据本实用新型第九方面的发动机系统，通过实验等预先获得表示规定空燃比条 件下发动机的负载、转速与喷射控制阀的打开时间之间的关系的图表，能方便地对喷射控 制阀的打开时间进行控制，简化控制。
[0025] 本实用新型第十方面的发动机系统是在本实用新型第九方面的发动机系统的基 础上，所述发动机系统还包括空燃比传感器，该空燃比传感器对所述发动机的空燃比进行 检测，所述控制部根据所述空燃比传感器检测出的实际空燃比与所述规定空燃比之间的差 异，对所述喷射控制阀的打开时间进行修正。
[0026] 根据本实用新型第十方面的发动机系统，通过根据实际空燃比与规定空燃比之间 的差异对喷射控制阀的打开时间进行修正，能将更合适的量的尿素朝汽缸内喷射，在提高 尿素的利用率、降低成本的同时，能减少从排气管排出的废气中的氮氧化物的量。
[0027] 本实用新型第十一方面的发动机系统的控制方法对本实用新型第一方面的发动 机系统进行控制，其特征在于，根据所述发动机的运转状况对所述喷射控制阀的开闭进行 控制。
[0028] 根据本实用新型第十一方面的发动机系统的控制方法，通过根据发动机的运转状 况对喷射控制阀的开闭时间、阀开度进行控制，有助于将合适量的尿素朝发动机的汽缸内 喷出，因此，能有效地减少在汽缸中产生的氮氧化物的量，且能提高尿素的利用率，降低成 本。
[0029] 本实用新型第十二方面的发动机系统的控制方法是在本实用新型第十一方面的 发动机系统的控制方法的基础上，根据废气的温度和所述发动机的转速和负载，对所述喷 射控制阀的开闭进行控制。
[0030] 根据本实用新型第十二方面的发动机系统的控制方法，通过根据废气的温度和发 动机的转速和负载这多个参数对喷射控制阀的开闭进行控制，能将更合适的量的尿素朝汽 缸内喷射，有助于提高尿素的利用率，节省成本。
[0031] 本实用新型第十三方面的发动机系统的控制方法是在本实用新型第十一方面的 发动机系统的控制方法的基础上，根据图表对所述喷射控制阀的开闭进行控制，所述图表 表示在规定空燃比条件下所述发动机的负载、转速与所述喷射控制阀的打开时间之间的关 系。
[0032] 根据本实用新型第十三方面的发动机系统的控制方法，通过实验等预先获得表示 规定空燃比条件下发动机的负载、转速与喷射控制阀的打开时间之间的关系的图表，能方 便地对喷射控制阀的打开时间进行控制，简化控制。
[0033] 本实用新型第十四方面的发动机系统的控制方法是在本实用新型第十一方面的 发动机系统的控制方法的基础上，对所述发动机的实际空燃比进行检测，根据检测出的实 际空燃比与所述规定空燃比之间的差异，对所述喷射控制阀的打开时间进行修正，并以修 正后的所述喷射控制阀的打开时间朝所述汽缸的内部喷射尿素。
[0034] 根据本实用新型第十四方面的发动机系统的控制方法，通过根据实际空燃比与规 定空燃比之间的差异对喷射控制阀的打开时间进行修正，能将更合适的量的尿素朝汽缸内 喷射，在提高尿素的利用率、降低成本的同时，能减少从排气管排出的废气中的氮氧化物的 量。
[0035] 根据本实用新型的发动机系统和发动机系统的控制方法，利用喷嘴朝汽缸的内部 喷射尿素，因此，能利用汽缸内的高温使喷射出的尿素液体瞬间雾化，使尿素与废气充分混 合，藉此，尿素与废气中含有的氮氧化物之间的化学反应更充分，能有效减少从排气管排出 的废气中的氮氧化物的量。
【专利附图】
【附图说明】
[0036] 图1是表示本实用新型实施方式1的发动机系统的示意图。
[0037] 图2是表示本实用新型实施方式1的变形例的发动机系统的示意图。
[0038] 图3是表示本实用新型实施方式2的发动机系统的示意图。
[0039] 图4是表示本实用新型实施方式2的变形例的发动机系统的示意图。
[0040] 图5是表示本实用新型实施方式3的发动机系统的示意图。
[0041] 图6是表示本实用新型实施方式3的发动机系统的控制的一例的流程图。
[0042] 图7是表示本实用新型实施方式3的发动机系统的控制的一例中的尿素喷射处理 的流程图。
【具体实施方式】
[0043] 以下，参照附图对本实用新型的发动机系统的各实施方式进行说明。
[0044] (1)实施方式1
[0045] 下面，参照图1对本实用新型实施方式1的发动机系统进行说明。
[0046] 如图1所不，发动机系统包括：具有汽缸11的发动机10,以及将在发动机10的汽 缸11中产生的废气排出的排气管20。此处，在排气管20的中途连接有用于对废气中的有 害物质进行催化处理的净化器21，不过，该净化器21不是必须的。
[0047] 此外，发动机系统还包括：尿素存储箱30,该尿素存储箱30存储尿素；喷嘴40,该 喷嘴40经由喷射控制阀50而与尿素存储箱30连通，以朝汽缸11的内部喷射尿素。
[0048] 此外，发动机系统还可包括控制部（例如E⑶控制单元），以便根据发动机10的运 转状况（例如负载和转速等）对喷射控制阀50的开闭进行控制，以利用喷嘴40朝汽缸11 内喷射合适量的尿素。
[0049] 在本实施方式中，在发动机10内气体燃烧之后，利用喷嘴40朝汽缸11内喷射尿 素，藉此，能在汽缸11内形成氨液并使其与氮氧化物进行化学反应（具体的化学反应过程 为：N0+N0 2+2NH3 - 2N2+3H20,4N0+02+4NH3 - 4N2+6H20,2N02+02+4NH 3 - 3N2+6H20)，从而能将 汽缸11内的氮氧化物分解为无害的氧气和氮气。
[0050] 根据本实施方式，由于利用喷嘴40朝汽缸11内喷射尿素，因此能利用汽缸11内 的高温使喷射出的尿素液体瞬间雾化，使尿素与废气充分混合，因此，尿素与废气中含有的 氮氧化物之间的化学反应更充分，从而能有效减少从排气管20排出的废气中的氮氧化物 的量。
[0051] 此外，根据本实施方式，通过朝汽缸11内喷射的尿素，尿素因雾化而吸收汽缸内 的热量，降低燃烧温度，因此，能从根本上减少氮氧化物的生成量。
[0052] 此外，根据本实施方式，通过朝汽缸11内喷射尿素，尿素因雾化而吸收汽缸内的 热量，使汽缸内的温度降低，因此，能减少爆震的产生。藉此，还能增大点火角，提高发动机 10的输出扭矩，提高燃料利用率。
[0053] (1 - 1)实施方式1的变形例
[0054] 在上述实施方式1中，如图2所示，也可在尿素存储箱30与喷嘴40之间设置将尿 素存储箱30内的尿素加压后朝喷嘴40输送的加压泵60。
[0055] 藉此，即使在尿素存储箱30内的尿素量减少而不易向喷嘴40输送尿素的情况下， 也能可靠地将尿素存储箱30内的尿素输送至喷嘴40并朝汽缸11内喷射尿素，从而能更有 效地减少在汽缸11中产生的氮氧化物的量。
[0056] (2)实施方式2
[0057] 下面，参照图3对本实用新型实施方式2的发动机系统进行说明。此处，对与上述 实施方式1相同的部分标注相同的符号，并省略其详细说明。
[0058] 在本实施方式中，如图3所示，发动机系统除了与上述实施方式1 一样包括发动机 10、排气管20、尿素存储箱30、喷嘴40、喷射控制阀50和未图不的控制部之外，还包括第一 分岔管FC1、尿素回收箱70和尿素补充管BC，其中，第一分岔管FC1从排气管20的第一分 岔部B1分岔出，并与尿素回收箱70连通，尿素回收箱70对从排气管20的第一分岔部B1 输送来的废气中的尿素进行回收，尿素补充管BC将尿素回收箱70与尿素存储箱30连通。
[0059] 根据本实施方式，能起到与上述实施方式1基本相同的效果。
[0060] 此外，在本实施方式中，通过设置第一分岔管FC1、尿素回收箱70和尿素补充管 BC，能将从排气管20排出的废气中含有的未反应的氨气予以回收利用，并且，能将过浓燃 烧时废气经过催化剂而合成的氨气予以回收利用，因此，能提高尿素的利用率，节省成本。 此外，通过回收废气中产生的氨气和未来得及反应的尿素物质，能避免二次污染。
[0061] (2 - 1)实施方式2的变形例
[0062] 在上述实施方式2中，如图4所示，在尿素补充管BC的中途，也可设置过滤器80 和尿素回收泵90,尿素回收泵90将尿素回收箱70所回收的尿素朝着所述尿素存储箱30加 压输送。
[0063] 藉此，能利用过滤器80对从尿素回收箱70向尿素存储箱30输送的尿素进行过 滤，以将干净的尿素输送至尿素存储箱30,并且，能利用尿素回收泵90加快尿素回收箱70 中的尿素向尿素存储箱30的输送。
[0064] 此外，在本变形例中，是在尿素补充管BC的中途同时设置了过滤器80和尿素回收 泵90,但并不局限于此，也可在尿素补充管BC的中途仅设置过滤器80和尿素回收泵90中 的一方。除此之外，过滤器80和尿素回收泵90的位置关系也不局限于图4所示的情况，例 如也可将过滤器80设置在比尿素回收泵90更靠近尿素存储箱30的位置。
[0065] 此外，在本变形例中，也可像上述实施方式1的变形例那样，在尿素存储箱30与喷 嘴40之间设置将尿素存储箱30内的尿素加压后朝喷嘴40输送的加压泵。
[0066] (3)实施方式3
[0067] 下面，参照图5对本实用新型实施方式3的发动机系统进行说明。此处，对与上述 实施方式1、2及其变形例相同的部分标注相同的符号，并省略其详细说明。
[0068] 在本实施方式中，如图5所不，发动机系统除了与上述实施方式2的变形例一样包 括发动机10、排气管20、尿素存储箱30、喷嘴40、喷射控制阀50、未图示的控制部、第一分岔 管FC1、尿素回收箱70、尿素补充管BC、过滤器80和尿素回收泵90之外，还包括第二分岔 管FC2、废气截取阀VI和废气释放阀V2,其中，第二分岔管FC2从排气管20的比第一分岔 部B1靠废气排出方向下游侧的第二分岔部B2分岔出，并与尿素回收箱70连通，废气截取 阀VI在排气管20上设置于第一分岔部B1与第二分岔部B2之间的部分，废气释放阀V2设 置在第二分岔管FC2的中途。
[0069] 此外，在本实施方式中，如图5所示，发动机系统还包括尿素存储箱液位传感器 S1、空燃比传感器S2和尿素回收箱液位传感器S3,其中，尿素存储箱液位传感器S1对尿素 存储箱30中的液位（即尿素量）进行检测，空燃比传感器S2对发动机10的空燃比进行检 测，尿素回收箱液位传感器S3对尿素回收箱70中的液位（即尿素量）进行检测。
[0070] 在本实施方式中，控制部可根据尿素存储箱液位传感器S1检测到的液位信息对 尿素回收泵90的运转进行控制，或者根据尿素存储箱液位传感器S1和尿素回收箱液位传 感器S3检测到的液位信息对尿素回收泵90的运转进行控制。
[0071] 此外，在本实施方式中，控制部可根据发动机的运转状况（例如负载和转速）以及 空燃比传感器S2检测到的空燃比对喷射控制阀50的开闭（即对喷嘴40的喷射）进行控 制。不过，并不局限于此，控制部也可根据废气的温度和发动机的运转状况（例如负载和转 速）对喷射控制阀50的开闭进行控制，还可根据废气的温度、发动机的运转状况（例如负 载和转速）和空燃比传感器S2检测到的空燃比对喷射控制阀50的开闭进行控制。
[0072] 此外，在本实施方式中，在利用喷嘴40朝发动机10的汽缸11内喷射尿素时，控制 部可根据喷射时间对废气截取阀VI和废气释放阀V2的开闭进行控制。
[0073] 下面，根据图6和图7并结合图5,对本实施方式的发动机系统的控制的一例进行 说明。
[0074] 首先，根据图6对主控制流程进行说明。
[0075] 在步骤ST1中，车辆启动，然后，在步骤ST2中，对冷却水温度进行检测。
[0076] 当在步骤ST2中检测到的冷却水温度达到暖机温度（图6的例子中是80°C )时 (步骤ST3 :是），转移到步骤ST4,利用尿素存储箱液位传感器S1对尿素存储箱30中的液 位进行检测，另一方面，当在步骤ST2中检测到的冷却水温度未达到暖机温度时（步骤ST3 : 否），则返回至步骤ST2,继续对冷却水温度进行检测。
[0077] 当在步骤ST4中检测到的尿素存储箱30中的液位处在喷射范围液位内时（步骤 ST5 :是），转移到步骤ST7,执行尿素喷射处理，另一方面，当在步骤ST4中检测到的尿素存 储箱30中的液位并不处在喷射范围液位内时（步骤ST5 :否），转移到步骤ST6,启动尿素回 收泵90,以将尿素回收箱70所回收的尿素补充到尿素存储箱30中，然后返回至步骤ST5。
[0078] 在执行完步骤ST7之后，停机结束。
[0079] 接着，根据图7对尿素喷射处理流程进行说明。
[0080] 在步骤ST11中，利用空燃比传感器S2对发动机10的实际空燃比进行检测。
[0081] 当在步骤ST11中检测到的实际空燃比等于规定空燃比（图7的例子中为14. 7) 时（ST12 :是），转移到步骤ST13,根据预先通过实验等获得的表示在上述规定空燃比条件 下发动机的负载、转速与喷射控制阀50的打开时间（即喷嘴40的喷射时间）之间的关系 的图表获得喷嘴40的喷射时间，并以该喷射时间朝发动机10的汽缸11内喷射尿素，另一 方面，当在步骤ST11中检测到的实际空燃比不等于上述规定空燃比时（ST12 :否），转移到 步骤ST14,先根据实际空燃比对利用喷嘴40朝发动机10的汽缸11内喷射的尿素喷射量 (喷射时间）进行修正（ST14)，然后转移到步骤ST13,根据预先通过实验等获得的上述图 表，以修正后的喷射时间利用喷嘴40朝发动机10的汽缸11内喷射尿素。
[0082] 然后，转移到步骤ST15,对根据预先通过实验等获得的上述图表获得喷嘴40的喷 射时间是否小于规定时间（图7的例子中为0. 1秒）进行判断，当判断为喷射时间小于规 定时间时（ST15 :是），转移至步骤ST16,打开废气截取阀VI并关闭废气释放阀V2,另一方 面，当判断为喷射时间为规定时间以上时（ST15 :否），转移至步骤ST17,关闭废气截取阀VI 并打开废气释放阀V2,然后返回至步骤ST12。
[0083] 下面的表1是上面提到的图表的一例，其表不空燃比为14. 7时的发动机的负载、 转速与喷射控制阀的打开时间之间的关系，其中，最左侧的一列表示发动机的负载（单位： 牛），最上侧的一行表示发动机的转速（单位：转/分钟），除最左侧的一例和最上侧的一行 之外表示喷射控制阀的打开时间、即喷嘴的喷射时间（单位：）。
[0084] [表 1]
[0085]
【权利要求】
1. 一种发动机系统，包括：具有汽缸的发动机，以及将在所述发动机的所述汽缸中产 生的废气排出的排气管，其特征在于，包括： 尿素存储箱，该尿素存储箱存储尿素； 喷嘴，该喷嘴经由喷射控制阀而与所述尿素存储箱连通，以朝所述汽缸的内部喷射尿 素。
2. 如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于， 所述发动机系统还包括加压泵，该加压泵设置在所述尿素存储箱与所述喷嘴之间，以 将所述尿素存储箱内的尿素加压后朝所述喷嘴输送。
3. 如权利要求1所述的发动机系统，其特征在于， 所述发动机系统还包括第一分岔管、尿素回收箱和尿素补充管， 所述第一分岔管从所述排气管的第一分岔部分岔出，并与所述尿素回收箱连通， 所述尿素补充管将所述尿素回收箱与所述尿素存储箱连通。
4. 如权利要求3所述的发动机系统，其特征在于， 在所述尿素补充管的中途设置有过滤器。
5. 如权利要求3所述的发动机系统，其特征在于， 在所述尿素补充管的中途设置有尿素回收泵。
【文档编号】F01N3/28GK204113404SQ201420569496
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】吴敬明 申请人:日立汽车系统(苏州）有限公司