优化发动机性能以高扭矩运行的装置、方法和系统
阅读：651发布：2020-05-14
专利汇可以提供优化发动机性能以高扭矩运行的装置、方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种优化 发动机 性能以高 扭矩 运行的装置、方法和系统。一种内燃发动机系统例如 柴油发动机 可被优化以在靠近发动机的最大输出扭矩的扭矩 水 平下使用。这样的系统可以具有减轻NOx排放以满足适用的标准而不需要对排气进行后处理的排气再循环系统。该排气再循环系统可以利用控制系统、喷射器、排气、喷射器、脉冲俘获装置和/或增强其运行的其它部件。该系统可以利用与排气再循环系统相配合的 涡轮 增压 器 。该 涡轮 增压器 可包括可变几何 涡轮增压器 ，以及该涡轮增压器可以利用提供所需的 燃料 消耗和排放特性的排气泄压 阀 或其它部件。，下面是优化发动机性能以高扭矩运行的装置、方法和系统专利的具体信息内容。
1.一种内燃机系统，其特征在于，包括：
包括数个燃烧汽缸的内燃机，其中所述内燃机接收空气并产生排气；
将空气传输至内燃机的空气处理系统，其中所述空气处理系统包括：
双入口涡轮增压器，所述双入口涡轮增压器包括第一和第二进气蜗壳，每个蜗壳接收来自内燃机的排气的一部分；以及
排气阀门，该排气阀门在所述第一进气蜗壳接收之前,选择性地将部分排气转移使得所述部分排气绕过所述双入口涡轮增压器，其中所述排气阀门位于所述第一进气蜗壳上；
连接至所述内燃机以接收排气的排气后处理系统，其中所述排气后处理系统从排气中移除污染物而不依赖于任何设计成用于减少NOx的基于氨的选择性催化还原过程；以及将由所述第一进气蜗壳接收的部分排气转移至要被所述内燃机接收的空气中的排气再循环系统。
2.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述双入口涡轮增压器包括非对称涡轮增压器，使得所述第一进气蜗壳的剖面面积与所述第二进气蜗壳的剖面面积不同。
3.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述双入口涡轮增压器包括可变几何涡轮增压器，使得所述第一进气蜗壳及所述第二进气蜗壳中的一个的剖面面积是可调节的。
4.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述双入口涡轮增压器包括可变几何涡轮增压器，使得所述第一进气蜗壳和所述第二进气蜗壳两者的剖面面积都是可调节的。
5.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述排气再循环系统仅能够转移来自所述第一进气蜗壳的排气。
6.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述排气再循环系统配置成使得所述内燃机系统满足中国针对NOx的NS5排放要求，而不需要排气后处理系统以实施任何旨在减少NOx的后处理。
7.根据权利要求6所述的内燃机系统，其特征在于，所述排气后处理系统包括由柴油机氧化催化器和分流式过滤器中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，当所述内燃机在低转速、高负荷的运行条件下工作时，所述排气再循环系统提供了范围在10％至25％之间的排气再循环率。
9.根据权利要求1所述的内燃机系统，进一步包括用于控制排气再循环系统的运行的控制系统，其特征在于，所述排气再循环系统包括：
用于检测排气中的氧的氧传感器；及
用于检测要被所述内燃机接收的空气的流率的质量空气流量传感器，
其中所述氧传感器和所述质量空气流量传感器连接到所述控制系统，其中所述控制系统使用来自所述氧气传感器和所述质量空气流量传感器的数据来确定要向排气再循环系统发出的命令。
10.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述排气再循环系统包括排气喷射器，所述排气喷射器将排气注入要被所述内燃机接收的空气中。
11.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述排气再循环系统包括脉冲捕获装置，所述脉冲捕获装置阻碍排气回流到要被所述内燃机接收的空气中。
12.根据权利要求11所述的内燃机系统，其特征在于，所述脉冲捕获装置包括止回阀。
13.根据权利要求11所述的内燃机系统，其特征在于，还包括配置成使所述排气再循环系统中的排气通过冷却收缩的冷却器，且其中所述脉冲捕获装置位于所述冷却器的下游。
14.根据权利要求11所述的内燃机系统，其特征在于，还包括在所述脉冲捕获装置下游的混合装置，所述混合装置配置成用于对排气与流经进气歧管在至所述内燃机的途中的空气进行混合。
15.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述排气再循环系统包括分开的排气后处理系统，且其中所述分开的排气后处理系统的每个部分包括：
单独的冷却器；以及
阻碍排气回流到要被内燃机接收的空气中的单独的脉冲捕获装置。
16.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，所述排气再循环系统包括喷射器，所述喷射器将排气抽至要被内燃机接收的空气中。
17.根据权利要求1所述的内燃机系统，其特征在于，还包括燃料系统；所述燃料系统包括多个将燃料喷入燃烧汽缸的燃料喷射器，每个燃料喷射器包括用于在接近所述内燃机的峰值扭矩输出的扭矩水平下优化所述内燃机性能的选定的杯流率和开口率。
优化发动机性能以高扭矩运行的装置、方法和系统
技术领域
背景技术
[0002] 新兴经济体中车辆和的内燃机的使用正在增加以支持经济增长。这已导致了对柴油发动机系统的需求有所增加。然而，现有的柴油发动机系统可能没有进行精心设计以满足新兴市场所带来的经济、管理或运行需求。
[0003] 在柴油发动机系统的设计和制造中有许多需要权衡的地方。燃料的经济性、系统的成本、排放、功率、重量、可靠性、维护费用以及其他因素都可成为与发动机设计的相互关联的方面。因此，旨在满足发达市场的标准的现有发动机系统可能不能很好地适应新兴市场所带来的需求。
[0004] 存在着更密切地匹配新兴市场的需求来设计柴油发动机的需求。理想情况下，这种发动机的设计应生产成本低廉、燃料消耗和其他的如柴油机排气处理液的消耗低、可靠，且能满足新兴市场有经验的操作条件下的输出需求。
发明内容
[0005] 本申请的主题响应于现有技术的现状而形成且特别响应于现有技术中还没有通过现有的内燃机系统完全解决的问题和需求而形成。因此，本申请的主题形成为提供克服了现有技术中的内燃机系统中的至少一些缺点的内燃机装置、方法及系统。
[0006] 在一个实施例中，提供了一种内燃机系统。该内燃机系统可包括内燃机，该内燃机包括多个燃烧汽缸。该内燃机可以接收空气且产生排气。空气处理系统向内燃机发送空气。空气处理系统包括双入口涡轮增压器且包括第一和第二进气蜗壳，其中所述第一和第二进气蜗壳中的每一个都接收来自内燃机的排气的一部分。排气后处理系统被连接到所述内燃机以接收排气。排气后处理系统从排气中去除污染物而不依赖于任何设计成用于减少NOx的基于氨的选择性催化还原工艺。排气再循环系统将部分排气转移进入到要被内燃机接收的空气中。
[0007] 双入口涡轮增压器可包括非对称的涡轮增压器，使得第一进气蜗壳的剖面面积与第二进气蜗壳的剖面面积不同。此外，双入口涡轮增压器可包括可变几何涡轮增压器，使得所述第一进气蜗壳和第二进气蜗壳中的一个的剖面面积是可调节的。在可变几何涡轮增压器中，也有可能第一进气蜗壳和第二进气蜗壳两者的剖面面积都是可调节的。
[0008] 空气处理系统可包括排气阀门，该排气阀门转移部分排气使得该部分排气绕过非对称的涡轮增压器。该排气阀门可位于第一进气蜗壳和第二进气蜗壳中不提供排气再循环的那个，或者该排气阀门可位于提供排气再循环的那个。
[0009] 该排气再循环系统可以被配置成使得内燃机系统满足中国针对NOx.的FFM NS5排放要求而不需要排气后处理系统以实施任何旨在减少氮氧化物的后处理。该排气后处理系统可以包括由柴油机氧化催化剂和分流式过滤器中的任何一个。
[0010] 排气循环率取决于所涉及的特定工况点而可能有所不同。例如，当在低转速、高负荷运转时，排气再循环系统可以提供范围在10％至25％之间的排气再循环率。然而，在其他工况点，排气再循环率可能高达约30％。此外，在某些情况下，可能希望有更高的排气再循环率和更低的NOx输出，从而在典型的运行条件下允许有更好的制动燃料消耗率（BSFC）。
[0011] 内燃机可以进一步包括控制排气再循环系统的运行的控制系统。该排气再循环系统可以包括定位于检测排气中的氧气的氧气传感器和定位于检测要被内燃机接收的空气的流率的空气质量流量传感器。氧气传感器和空气质量流量传感器可以连接到控制系统。该控制系统可以使用来自氧气传感器和空气质量流量传感器的数据来确定要向排气再循环系统发出的命令。
[0012] 排气再循环系统可以包括将排气注入要被内燃机接收的空气中的排气注射器。该排气再循环系统可以包括脉冲捕获装置，脉冲捕获装置包括止回阀，该止回阀阻碍了要被内燃机接收的空气中排气的回流。脉冲捕获装置可包括例如止回阀。可包括冷却器，使得排气再循环系统中的排气通过冷却而收缩，脉冲捕获装置位于冷却器的下游。排气再循环系统可包括分离的排气后处理系统，其中分离的排气后处理系统的每个部分都包括单独的冷却器和单独的脉冲捕获装置。
[0015] 在各种实施例中，内燃机系统可提供大于20的空气燃料比。空气燃料比由空气处理系统的提供所需的空气的能力来确定。
[0016] 整个说明书中提到的特征、优点或类似语言并不意味着根据本公开的主题可以实现的所有特征和优点应该在或在任何单一的实施例中。相反，所指特征和优点的语言应被理解为意味着与实施例有关的特定的特征、优点或特性被包括在本发明公开的至少一个实施例中。因此，特征、优点和类似语言的讨论，在整个说明书中可以但并非必须指代同一个的实施例。
[0017] 本发明所公开的主题中所述的特征、结构、优点和/或特性可以在一个或多个实施例和/或实现方式中以任何合适的方式组合。在下面的描述中，提供了许多具体细节以使本发明所公开的主题的实施例的能得到充分理解。相关领域技术人员将认识到本发明所公开的主题可以在无需一个或多个特定的特征、细节、部件、材料的情况下和/或无需特定的实施例或实施方式的方法的的情况下实践。在其他实例中，在某些实施例和/或实施方式中可以认识到额外的特征和优点，这些额外的特征和优点可能不存在于所有的实施例或实现方式中。此外，在某些情况下，众所周知的结构、材料或操作没有被示出或详细描述，从而避免掩盖了本发明所公开的主题的各方面。本发明所公开的主题的特征和优点根据下面的描述和所附权利要求将变得更加显而易见，或者可通过下文所述的主题的实践来获知。
[0019] 为了使本主题的优点可被更容易地理解，上文简要描述的本发明的主题的更具体的描述将参考附图中示出的具体实施例来提供。可以理解的是这些附图仅为本发明的主题的典型实施例，因此不认为是其范围的限定，通过使用附图对本发明的主题的附加特征和细节进行描述和解释，其中：
[0020] 图1是根据一个代表性实施例的内燃机系统的示意图；以及
[0021] 图2是示出根据一个实施例的用于设计和/或制造内燃机系统的方法的流程图。
具体实施方式
[0022] 本发明提供了一种架构，其中可选择发动机系统的部件从而提供为例如中国和印度这样的新兴市场优化的系统。除了发动机系统总成本的敏感性和提供燃料和柴油机排气处理液（DEF）所需的运行成本，这些市场上有自己的在发动机系统设计过程必须考虑到的排气要求和操作条件。例如中国具有其自己的应用于内燃机的NS5的NOx标准和颗粒物的标准。
[0023] 而且，已经发现在新兴市场中的许多内燃机系统在低发动机转速下以接近其最大扭矩输出水平频繁地运行。此外，还发现在新兴市场中许多内燃机系统接受高硫和/或其他污染物的燃料。因此，提供了系统和方法，使得各种发动机系统可以被设计成在相对低的发动机转速下以高扭矩有效运行，使用具有新兴市场中存在的污染物水平的燃料，同时满足如上所述的特定市场的操作需要。
[0024] 图1是描绘内燃机系统10的一个实施例的示意图。内燃机系统10仅仅是本设计架构的应用结果的一个示例。本领域技术人员将认识到该设计架构可以用于产生各种各样的与图1中呈现的不同的发动机系统设计。
[0025] 内燃机系统10的主要部件可包括内燃机20、空气处理系统22、燃料供给系统24、排气再循环系统26、排气后处理系统28，以及控制系统30。如有需要，其他部件可以被添加和/或替代上面列出的那些。可选地，上面提出的一个或多个组件可以在替代实施例中被省略。
[0026] 内燃机20可以是已知的任何类型。在某些实施例中，内燃机20可以具有8升至12升范围内的容积。更精确地说，内燃机20可以具有9升至10升范围内的容积。然而更确切地说，内燃机20可具有9.5升的容积。然而,在其它实施例中，该内燃机可具有更小的容积，例如低至约2.8升。内燃机20可以具有多个燃烧汽缸32，其中每一个被连接到把能量传递给传动系统（例如车辆的传动系统（图未示））的输出轴（图未示）。如有需要，每个燃烧汽缸32可具有多达4个、少至两个的控制空气和/或排气流入和/或流出燃烧汽缸32的阀门。
[0027] 空气处理系统22向内燃机20供应所需压力的空气。该空气处理系统22可以包括可从内燃机20的外部接收空气的进气管线38。空气处理系统22可以包括涡轮增压器，涡轮增压器有助于在将空气传输至燃烧汽缸32之前压缩空气以使可供用于每个燃烧汽缸32的每个冲程的燃料燃烧的氧气量最大化。该涡轮增压器可包括压缩机40和涡轮增压器的涡轮机42，压缩机40运行以对进气管线38中接收的空气进行加压。涡轮机42被来自内燃机20的排气驱动，而驱动涡轮增压器的压缩机40。
[0028] 被压缩的空气可以通过冷却管线44从压缩机40输送至诸如增压空气冷却器46的冷却装置，增压空气冷却器46可冷却空气以减少其容积，从而允许额外的氧分子进入各个燃烧汽缸32。空气可通过进气歧管48从增压空气冷却器46输送至内燃机20。
[0029] 进气歧管48可由例如铝那样的材料形成。如有需要，进气歧管48可被涂覆以获得所需的性能，诸如耐腐蚀性、热传导性、热稳定性等。进气歧管48可包括用于收集碎屑和/或腐蚀产物的区域以防止这些材料流入燃烧汽缸32。附加地或可选地，进气歧管48可包括不会导致持续腐蚀的冷凝收集的低点。
[0030] 排气再循环系统26允许一些排气的至少选择性分流回到内燃机20的燃烧汽缸32。再循环排气有助于降低污染物例如排气中NOx的浓度。
[0031] 涡轮增压器可具有在本文所提供的公开内容的范围之内的各种构造。在各个实施例中，涡轮增压器包括双入口涡轮增压器。双入口涡轮增压器使用分开的排气歧管，且挑选与各个歧管相关联的汽缸从而最大限度地减少或者以其他方式降低来自其它汽缸所产生的排气脉冲的干扰。双入口涡轮增压器因此充分利用了比使用单入口涡轮增压器的情况下更多的脉冲能量。
[0032] 当双入口涡轮增压器用于与排气再循环系统26配合使用时，可以只从一个排气岐管中吸取排气用于再循环。例如，来自燃烧汽缸32的一部分的部分排气可被改路至进气端，其余排气排到涡轮机42的。还有可能是一些排气再循环（EGR）可从分开的岐管的两侧输送至进气端，在此情况下，将优选地使用两个冷却器和两个脉冲捕获装置（在下面更详细地描述）。
[0033] 当排气再循环系统26与双入口涡轮增压器配合使用时，与排气再循环系统26相关联的歧管中的压力需要足够高以驱动排气再循环到进气歧管同时保持足够高的空气燃料比。因为该排气再循环系统26将排气流抽离与排气再循环系统26相连的涡轮增压器的进气蜗壳（即进入涡轮增压器的排气通道），这有利于减小相应蜗壳的临界区域。这有助于驱动排气再循环系统，同时保持理想的空气燃料比水平，尤其是在高负荷时，发动机的低转速工况点。
[0034] 在涡轮增压器装置中与排气再循环系统相连的进气蜗壳的临界区域减小，其结果是在两个涡轮增压器蜗壳间具有不同临界区域的非对称涡轮增压器。具有减小的临界区域的蜗壳称为排气再循环蜗壳，其他蜗壳称为非排气再循环蜗壳。与其它布置相比，非对称涡轮增压器可以具有较低的成本、复杂性和重量，使得较高的排气再循环（EGR）和空气流能够在高负荷，低转速工况点传输（诸如可变几何涡轮增压器（VGT）或者二级涡轮增压器布置）。此外，非对称涡轮增压器具有与排气阀门涡轮增压器相当的成本，但非对称涡轮增压器增加了提供所需的排气再循环（EGR）和/或空气燃料比（AFR）的能力。
[0035] 如上所述，非对称构型可以在发动机低转速情况下实现更高的排气再循环（EGR）/空气燃料比（AFR）组合。在适当设计的非对称结构中，提供排气再循环（EGR）和要求的空气流所需的泵工作一般有所减小，这样的好处通常随着发动机转速的增加而增加，直到分开的涡轮机壳体的临界流量限制了流量到达过大的程度。非排气再循环蜗壳上的排气阀门将用于避免超出装置的机械限制，如涡轮增压器的轮转速。可选地，可使用连接非EGR和EGR蜗壳的平衡阀。在这种情况下，打开平衡阀将有效增加临界流量，降低了膨胀比和泵功率，从而提升了在高转速时的性能。
[0036] 在具体实施例中，涡轮增压器包括可变几何涡轮增压器（VGT）。可变几何涡轮增压器（VGT）提供了通过选择性地调节两个涡轮增压器的进气蜗壳中的一个或两个的截面积来调节涡轮机的效率的能力，从而实现所需的空气和排气再循环流量，以改善排放控制和系统性能。如果有需要，这样的可变几何涡轮增压器可具有完整的功能，包括发动机制动能力。
[0037] 在具体实施例中，涡轮增压器可以利用排气阀门58或其它旁路系统来转移来自内燃机20的一些排气以绕过涡轮机42。这样的排气阀门58可以例如通过进气歧管48流进内燃机20的空气的容积和/或离开内燃机20的排气的容积而具有控制节流阀。排气阀门58可以位于提供排气再循环的排气再循环（EGR）蜗壳或者不提供排气再循环的非排气再循环（EGR）蜗壳上。在具体实施例中，排气阀门58可同时位于这两种进气蜗壳上。
[0038] 燃料供给系统24向内燃机20供应燃料。燃料供给系统24可以包括从燃料箱（图未示）接收燃料并将燃料泵送入燃料管线52的燃料泵50，燃料供给系统24可分为用于内燃机20的各个燃烧汽缸32的多个分支。燃料管线52的每个分支可以在燃料喷射器54中终止，该燃料喷射器54将燃料喷射到对应于它的燃烧汽缸32中。
[0039] 根据一些实施例，燃料供给系统24可以在400至高达2200巴的范围内运行。在其他实施例中，燃料供给系统24可以在较低的共轨压力，例如400到1600巴的范围内运行。在各种实施例中，燃料供给系统24可以包括1600巴、1800巴或2200巴的最大共轨压力运行值。一般情况下，较高的共轨压力允许在给定排气输出NOx水平下在颗粒物排放方面忍受较高的排气再循环率。燃料喷射器54可具有锥形且磨光的喷射孔。燃料泵50可为旋转式泵等。燃料喷射器54可具有“形”成适应内燃机20在接近其峰值扭矩水平的运行的喷射速率。更具体地，每个燃料喷射器54的杯流率和开口率可以基于在或接近内燃机20的峰值扭矩输出而选择。类似地，用于高扭矩运行的引燃喷射策略也可被优化以确保符合限制烟和NOx的排放的要求。可额外地或备选地使用后喷射策略以减少由内燃机20产生的烟雾。
[0040] 内燃机20中，在燃烧汽缸32中的燃烧而产生的排气可传输到排气岐管56。如上所述，排气岐管56可传输排气来驱动涡轮42。同样如上所述，在图1的示例中，可使用例如排气阀门58的旁路以允许一些排气绕过涡轮机42。
[0041] 排气的一部分也可以通过排气再循环系统26从排气岐管56改道。如上所述，排气再循环系统26可以转移一些排气返回至内燃发动机20的燃烧汽缸32，以帮助降低排气中污染物例如NOx的浓度。因此，该排气再循环系统26可有助于提高燃料经济性和/或减少由内燃机20产生的受规管的排放物的量。在图1的示例中，排气再循环系统26可以是由不锈钢和/或其他合适的材料制成的高压循环型排气再循环系统。
[0042] 排气再循环系统26可具有与排气岐管56流体连通以接收部分排气的再循环管线60。再循环管线60可以向冷却器62输送部分排气，冷却器62可以冷却排气以使其收缩。冷却后的排气可从冷却器62向下游传递至脉冲俘获装置64，在当排气岐管56内的压力低于进气口内歧管48中的压力的周期性事件中，该俘获装置64可以防止排气朝向排气岐管56回流。
脉冲俘获装置64可采取各种形式，但在一个实施例中可包括逆止阀，如蝶阀。
脉冲俘获装置64可采取各种形式，但在一个实施例中可包括逆止阀，如蝶阀。
[0043] 冷却的排气可从脉冲捕获装置64流到脉冲俘获装置的下游的混合装置66中，混合装置66可混合排气与流过进气歧管48的空气。在某些实施例中，混合装置66可以采取形成在进气歧管48的侧壁上的简单孔口的形式，以允许被冷却的排气直接流入空气流。
[0044] 在替代实施例中，可以使用包括蝶阀的分开的排气系统。在这种布置中，单独的冷却器和单独的脉冲俘获装置（例如蝶阀）被包含在分开的排气系统的各部分）。这种布置减少了在排气中的脉冲的干扰。
[0045] 本领域技术人员将认识到脉冲俘获装置64是排气再循环系统26的可选组件。在替代实施例中，脉冲俘获装置64可被省略。
[0046] 在替代实施例中，混合装置66可以包括增强排气与空气的混合的特征。这使得能够满足排气中输出NOx的水平，同时保持低的颗粒物排放。
[0047] 这种混合增强特征可以包括排气再循环喷射器，该排气再循环喷射器可具有锥形出口、小孔口和/或其他特征，以促进排气以很高的速度和/或以湍流方式进入空气流。额外地或替代地，这种设备可以包括利用流过进气歧管48的空气的速度来抽气进入进气歧管48。
[0048] 这种喷射器可包括进气歧管48的区域，其中进气歧管48的剖面面积相对周围区域减小。在减小的剖面面积的区域内，在更高的速度和更低的压力下产生空气流。因此，如果排气在这样的减小的剖面面积引入，排气可借助于局部低压被吸入进气歧管48。这可通过使排气在较大的压力差下以较高的速度进入空气流和/或促进较高的排气再循环（EGR）流率来增强排气与空气的混合。
[0049] 排气再循环率可以以多种方式测量，包括通过使用横跨孔口的差压传感器或排气歧管56中的氧传感器和/或歧管48中的质量空气流量传感器（MAF）。这些传感器可以连接到控制系统30，随后将更详细地描述。如果有需要，该排气再循环系统26的排气再循环率可通过使用的阀门（图未示）来控制，该阀门可调节地限制吸入到排气再循环系统26中的排气流量。用于测量排气再循环（EGR）流量系统的常规排气再循环孔口的省略可实现更高的排气再循环（EGR）率或在相同排气再循环（EGR）水平下的更有效的系统操作（即在降低泵送水平下提高的排气再循环（EGR））。
[0050] 此外，该排气再循环系统26可具有除了脉冲俘获装置64和混合装置66之外的增强内燃机20的排气再循环系统的有效性的其它特征。例如，冷却器62可以被设计成向流经的排气再循环系统26的排气提供进一步的冷却。可以用可能的最大限度来提供这种冷却而不引起来自流经排气再循环系统26的排气的水分的冷凝。这可以使得NOx排放和/或燃料消耗能够进一步降低而无需增加排气再循环率。在一种布置类型中，使用单个冷却器来增加整体冷却能力。在另一布置中，可以使用两个冷却器，一个冷却器使用发动机冷却剂，另一个冷却器使用环境空气。排气再循环（EGR）还可以根据需要进一步冷却从而进一步减少NOx的排放。
[0051] 另外地或在上述情况的替代方案中，可通过使用端口和/或凸轮的设计提高排气再循环率。这样的端口和/或凸轮设计可以调节进入内燃机20的空气流量以在或接近内燃机20的峰值扭矩输出下增加排气再循环系统26的效率。因此，当内燃机20在新兴市场普遍流行的高扭矩条件下运行时，排气再循环系统26可以在较高的排气再循环率下运行。
[0052] 在某个范围的操作过程中，由排气再循环系统26提供的排气再循环率在10％到30％的范围内是有利的。更确切地说，在低转速、高负荷的操作过程中，排气再循环率在
15％至20％的范围内是有利的。再确切一些，在这样的操作过程中，排气再循环率可为约
15％。然而，较高水平的排气再循环可能发生在其他工况点，包括超过25％的排气再循环率。这样的排气再循环率可以使排气后处理系统28具有比原本可能需要的更简单的结构。
在各实施例中，目标是保持AFR的范围在约17至20的范围之内，具体地在某些实施例中高于
19。
15％至20％的范围内是有利的。再确切一些，在这样的操作过程中，排气再循环率可为约
15％。然而，较高水平的排气再循环可能发生在其他工况点，包括超过25％的排气再循环率。这样的排气再循环率可以使排气后处理系统28具有比原本可能需要的更简单的结构。
在各实施例中，目标是保持AFR的范围在约17至20的范围之内，具体地在某些实施例中高于
19。
[0053] 更具体地，没有从排气歧管56分流进入排气再循环系统26的排气可用来驱动涡轮机42，或可通过如上文所述排气阀门58绕过涡轮机42。然后排气可通过排气管线70从涡轮机42和/或排气阀门58传递到排气后处理系统28。
[0054] 排气可从排气管线70进入柴油氧化催化器72，该柴油氧化催化器72可包含一种或多种催化剂，催化剂用于氧化至少部分通过其的烃和/或一氧化碳以产生生水和/或二氧化碳。接着，排气、水和/或二氧化碳可以移至可捕获及和/或氧化微粒物质的分流式过滤器74。分流式过滤器74的一个实例可包括基本平行的通道的布置，其中备用通道堵在轮廓侧边。因此，排气可以经受旨在减轻烃、一氧化碳和颗粒物排放的后处理。
[0055] 有利的是，排气可不需要后处理，通过使用诸如基于氨的SCR的气体后处理过程来减轻氮氧化物。因此，排气后处理系统28可相对简单，且可使得内燃机系统10运行而不需要或消耗任何柴油机排气处理液（DEF）。可凭借设计内燃机系统10的其他部件的方式来获得这项优点。更具体地，排气再循环系统26的效率可以使氮氧化物的形成充分被抑制以避免需要任何排气后处理过程，例如基于氨的选择性催化还原（SCR）。在替代实施例中，排气后处理系统28可包括NOx处理，例如基于氨的选择性催化还原。
[0056] 控制系统30可被设计成控制内燃发动机系统10的运行的各个方面。如果有需要，控制系统30可向内燃机系统10的操作人员提供操作数据和/或从所述内燃机系统10的操作人员接收指令。
[0057] 控制系统30可具有车载诊断80，车载诊断80包含必要的控制电路以接收传感器的输入且对其进行处理，以确定内燃机系统10的运行。车载诊断80可以连接到各种传感器82，传感器82可位于内燃机系统10内的不同位置。图1所示的传感器82的位置仅仅是示例性的，本领域技术人员将认识到各种各样的传感器可以被用于评估内燃机系统的运行。
[0058] 这样的传感器可以包括但不限于氧传感器、质量空气流量传感器、压力传感器、温度传感器、液位传感器等等。如果有需要，设置在进气歧管48上的传感器82可以是前述的质量空气流量传感器（MAF），且位于排气歧管56上的传感器82可以是前述的氧传感器。
[0059] 除了传感器82，车载诊断80可以连接到内燃机系统10上的各种各样的控制节点。这种控制节点可以包括，例如各种控制内燃机系统10的各种部件之间的空气、排气、燃料、和/或其它流体的流量的阀。这样的阀或其它类型的控制节点可以通过车载诊断80自动控制。
[0060] 如前所述，图1仅给出了内燃机系统10的一个实例，内燃机系统1可通过本发明所提供架构的帮助进行设计。其它配置可以设计成满足针对系统成本、燃料消耗、柴油机排气处理液消耗、工作循环、输出扭矩、输出速度、排放要求及内燃机系统运行的其他方面的各种要求和/或优先要考虑的方面。
[0061] 参照图2，流程图示出了根据一个实施例的用于设计和/或制造内燃机系统的方法100。方法100的所有步骤可以参考新兴市场的要求来执行。因此，在假设内燃机系统将频繁地在高负荷和低发动机转速下工作，燃料含有较高浓度的污染物，且必须满足适用于将使用这种内燃机系统的特定国家的排放标准时，可以作出下面的选择。
[0062] 如图所示，方法100可以步骤115开始110，在步骤115中，选择并提供内燃机（例如图1中的内燃机20）。该步骤可至少部分基于所需的输出功率、速度和燃料消耗。
[0063] 一旦内燃机已被选择，方法100可进行到步骤120，其中选择和提供空气处理系统（例如图1的空气处理系统22）。可再次使用发动机系统的必要的功率和速度输出，并且特别地使用期望的扭矩曲线来选择适当的涡轮增压器、冷却器、和/或空气处理系统的其它部件切断。在步骤125中，所选择的空气处理系统可以被连接至内燃机。
[0064] 然后，方法100可以进行到步骤130，其中选择并提供所需的排气再循环系统，例如图1中的排气再循环系统26。排气再循环系统可至少部分基于述内燃机系统的述燃料消耗和排放要求来选择。较低的燃料消耗和排放可能需要使用更全面和/或高效的排气再循环系统。在步骤135中，所选择的排气再循环系统可以被连接至内燃机。
[0065] 接着，方法100可以进行到步骤140，其中选择并提供所期望的排气后处理系统，例如图1中的排气后处理系统28。排气后处理系统可基于内燃机系统的排放要求以及预先做出的其他设计决策，例如排气再循环系统的选择，来进行选择。例如，如果先前选择的排气再循环系统提供足够的NOx减排，排气后处理系统可能不需要进行NOx处理，如图1中的排气后处理系统28。在步骤145中，所选择的排气后处理系统随后可以连接至内燃机。
[0066] 随后，方法100可以进行到步骤150，其中选择并提供所期望的燃料供给系统，如图1中的燃料供给系统24。燃料供应系统可以被选择成匹配所选的内燃机的燃料需求。此外，选择该燃料供给系统时，可考虑内燃机系统的排放量和/或燃料系统要求。如在图1的描述中提到的，燃料喷射器54的设计可由其影响内燃机系统的排放量和燃料消耗。在步骤155中，所选择的燃料供给系统可随后被连接至内燃机。
[0067] 然后，方法100可以进行到步骤160，其中选择并提供所需的控制系统，例如图1的控制系统30。该控制系统可以基于各种因素，例如提供用于内燃机系统的各种部件的有效操作所需的控制量、所需的用户参与量等，来选择。因此，只有对内燃机系统的工作特性具有显著影响的控制节点可以被提供。为了减少控制系统的成本，传感器例如图1中的传感器82可以仅位于需要的地方以确定每个控制节点的所需设置。在步骤165中，所选择的控制系统可随后被连接至内燃机。方法100随后可结束190。
[0068] 贯穿本说明书提及的“一个实施例”、“实施例”，或类似的语言意味着结合实施例描述的特定的特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的“在一个实施例中，”、“在实施例中”和类似短语的出现，可以但不一定全部指的是相同的实施例。类似地，术语“实现”的使用意味着具有结合本公开的一个或多个实施例所描述的特定的特征、结构或特性的实现，但是，如果没有明确的相关性表述，该实现可以与一个或多个实施例相关。
[0069] 在上面的描述中，可以使用一定的方向性术语。在适用情况下，这些术语用于在处理相对关系时提供描述的清晰性。但是，这些术语并不旨在表示绝对的关系、位置和/或方向。另外，术语例如“包括”、“包含”、“具有”及其变型意味着“包括但不限于”，除非另有明确说明。项目的列举清单并不表示任何或全部项目是相互排斥和/或相互包容的，除非另有明确说明。术语“一”、“一个”和“该”也指“一个或多个”，除非另有明确说明。
[0070] 此外，本说明书中一个元件被“联接”或连接到另一个元件的实例可包括直接和间接的联接或连接。直接联接可以被定义为一个元件联接到并部分接触另一个元件。间接联接可被定义为两个元件之间的联接不直接接触彼此，而是在联接元件之间具有一个或多个附加的元件。另外，如本文所用，“相邻”并不一定表示接触。例如，一个元件可以相邻另一元件而不与该元件接触。
[0071] 本公开可以以其他具体形式体现而不背离其精神或本质特征。所述实施例被认为在所有方面都仅是说明性的而不是限制性的。本公开的范围因此由所附的权利要求不是由前面的描述来表明。所有在权利要求的等同物的含义和范围内的变化都在其范围之内。
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