專利名稱：用于內(nèi)燃機排氣管線的設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機排氣管線的設備。
背景技術(shù)：
環(huán)境立法要求由內(nèi)燃機(包括柴油發(fā)動機)驅(qū)動的任何車輛處理廢氣以降低排放 物的毒性水平。由柴油發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣包括諸如碳氫化合物、一氧化碳和氮氧化物等氣體以及 煙灰，煙灰據(jù)說為柴油燃料的未燃燒的顆粒物質(zhì)(PM)。為此，車輛配備有凈化裝置，諸如用于柴油發(fā)動機的選擇性催化還原(SCR)單元 和柴油顆粒過濾器(DPF)。SCR單元是廢氣凈化裝置，其能定位在排氣管線上并且有助于將氮氧化物轉(zhuǎn)化成 水和氮氣(N2)。SCR單元包括催化轉(zhuǎn)化器，其中在存在催化劑(NH3)的情況下，發(fā)生氮氧化 物(N0X)的選擇性催化還原反應。柴油顆粒過濾器具有移除廢氣中形成的未燃燒顆粒的作用。污染顆粒收集在過濾 器中，因此不排放到大氣。在稱為過濾器再生的處理中，當過濾器負荷達到預定水平時，累 積的顆粒被燃燒。對于過濾器再生操作，過濾器能在導致顆粒燃燒的溫度下加熱。對于顆 粒的完全燃燒，在DPF中循環(huán)的廢氣必須達到600°C以上的溫度。為了達到這樣的高溫，車 輛排氣管線能配備有燃料燃燒器，其將廢氣加熱到約600°C的溫度，使得煙灰能燃燒。在相對較低的溫度下(即在250°C至450°C之間)，發(fā)動機產(chǎn)生使顆粒氧化的N02。 將來的空氣立法預計使no2再生更難，因為對氮氧化物水平的管理預計更加嚴格。盡管DFP和SCR單元的組合有助于顯著地凈化廢氣，但是仍有一些問題不能解決。因為需要高溫來燃燒累積的煙灰，所以變得必須包括燃燒器，在該燃燒器中燃料 被注入并燃燒；這對車輛的能量效率來說是不利的，因為燃料沒有用于車輛的推進且總?cè)?料消耗增加。目前排氣布置的另一缺點是需要600°C及600°C以上的溫度的重復的再生操作， 這能引起SCR單元的破壞并降低其效率。

發(fā)明內(nèi)容
在本技術(shù)內(nèi)容中，本發(fā)明的目的是改進配備有去污染裝置的內(nèi)燃機的總效率。本發(fā)明的另一目的是改進定位在內(nèi)燃機的排氣管線上的去污染裝置的耐用性。本發(fā)明涉及內(nèi)燃機排氣管線的設備，其包括位于柴油顆粒過濾器上游的燃料燃燒 器和選擇性催化轉(zhuǎn)化單元。所述設備還包括第一渦輪機，第一渦輪機連接到能量回收裝置， 并在發(fā)動機排氣管線上置于柴油顆粒過濾器和SCR單元之間。本發(fā)明將渦輪機引到柴油顆粒過濾器下游和SCR單元上游。這基于至少兩個理由 而證明是非常有利的布置。首先，本發(fā)明可以將由過濾器再生釋放的熱能轉(zhuǎn)化成有用功，在 常規(guī)排氣管線中，該熱能被浪費掉。第二，SCR單元進一步實現(xiàn)進入SCR單元單元的溫度的
3降低，在常規(guī)排氣管線中，SCR單元被供給有高溫廢氣，而高溫廢氣對SCR單元單元的壽命 具有不利的影響。因此，就發(fā)動機的總輸出和SCR單元的平均壽命方面來說，根據(jù)本發(fā)明的 設備的總增益是顯著的。在本發(fā)明的實施方式中，直接位于柴油顆粒過濾器下游并直接位于選擇性催化還 原單元上游的第一渦輪機通過機械或電或液壓系統(tǒng)連接到發(fā)動機曲軸。從由燃燒器加熱的 廢氣回收的能量直接用于渦輪復合件的發(fā)動機曲軸上。在本發(fā)明的另一實施方式中，第一渦輪機通過共用的輪軸連接到壓縮機，該壓縮 機將加壓空氣輸送到發(fā)動機進氣口。因此，在渦輪增壓器中使用位于柴油顆粒過濾器下游 且由燃料燃燒器加熱的廢氣。設想排氣管線包括渦輪增壓器，渦輪增壓器由位于燃燒器上游的第二渦輪機和由 共用的輪軸連接的壓縮機組成，該壓縮機將加壓空氣輸送到發(fā)動機進氣口。渦輪增壓器提 供第一階段的增壓，而與渦輪復合件或渦輪增壓器相關的渦輪機提供第二階段的增壓。在本發(fā)明的又一實施方式中，排氣管線能包括廢氣再循環(huán)管道，該廢氣再循環(huán)管 道在所述第一渦輪機的下游連接到排氣管線。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施方式的排氣管線的設備的示意圖，圖2是本發(fā)明的另一示范性實施方式的示意圖。
具體實施例方式圖1示出配備有渦輪增壓器的內(nèi)燃機2。內(nèi)燃機2為釋放廢氣的柴油發(fā)動機；由 柴油發(fā)動機排放的廢氣包含主要為碳的柴油顆粒物質(zhì)(PM)，其在動力沖程中不燃燒。如柴油發(fā)動機上常見的，圖1的發(fā)動機配備有渦輪增壓器。渦輪增壓器可以為可 變幾何渦輪增壓器。如圖1所示，進氣通過進氣管線3傳送以供應到發(fā)動機2。進氣管線3能適當?shù)匕?括壓縮機4。在進氣管線3中設置有進氣冷卻器5，以在進氣進入發(fā)動機2之前降低進氣的溫度。在內(nèi)燃機2中形成的廢氣由排氣歧管7收集，并隨后通過排氣管線8朝向大氣傳送。排氣管線8能適當?shù)匕ㄓ蓮U氣驅(qū)動的渦輪機9 ；潤輪機9通過相應的軸10機械 地連接到壓縮機4。排氣管線8配備有包括柴油顆粒過濾器(DPF) 12和選擇性催化轉(zhuǎn)化(SCR)單元13 的去污染裝置。DPF 12包括捕集柴油顆粒物質(zhì)的陶瓷過濾器。燃料燃燒器15連接到柴油顆粒過 濾器12，該燃料燃燒器15將廢氣溫度增加到能夠使得DPF中捕集的顆粒物質(zhì)燃燒的水平 (高于600°C )。燃燒器15能適當?shù)匕ㄓ糜趪娚鋸娜剂蠂娚浔霉┙o的燃料的一個或多個 噴射器、能從空氣泵供給的額外的新鮮空氣供應部、以及啟動燃料的燃燒的點火裝置。在燃 燒器15內(nèi)，燃料能以擴散火焰或在催化劑表面處或者兩者組合地燃燒。排氣管線8可以包括一個或多個傳感器(未顯示)，一個或多個傳感器常規(guī)上通過測量DPF 12之前的背壓來監(jiān)控DPF 12中的顆粒的水平。由傳感器測量的信號被傳輸?shù)娇?制器，該控制器基于預編程序；該控制器決定什么時候啟動再生循環(huán)。具體地，當在DPF 12 上游測量的廢氣壓力降到預設值以下時，控制器開始再生循環(huán)。SCR單元13具有通過氧化/還原反應對廢氣進行凈化的作用，該氧化/還原反應 減少了氮氧化物(N0X)的不期望的排放。尿素能在廢氣進入SCR單元13之前被噴射到廢 氣8內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的排氣設備的重要方面在于，連接到能量回收裝置(在所示實施例中 為渦輪復合式能量回收裝置)17的渦輪機16置于DPF 12和SCR單元13之間。該渦輪機16主要影響排氣設備的操作。渦輪機16和連接到該渦輪機的能量回收 裝置具有顯著的組合效果，因為一方面渦輪機16降低進入SCR單元13的廢氣的溫度，另一 方面渦輪機16回收由燃燒器15提供的能量和由顆粒物質(zhì)的放熱燃燒釋放的能量的一部 分。渦輪機16兩端的溫度下降證明對作為昂貴的車輛設備件的SCR單元13的耐用性 具有有利的影響。與現(xiàn)有技術(shù)的排氣管線不同，其中在現(xiàn)有技術(shù)的排氣管線中，每當DPF 12 需要再生循環(huán)時，SCR單元13便能受到溫度峰值，這對SCR單元13的壽命來說是非常不利 的，而本發(fā)明的排氣布置可以降低進入SCR單元13的廢氣的溫度，因此，這對SCR單元的壽 命具有有利的影響。在圖1的實施例中，渦輪機16為所謂的渦輪復合組件的一部分，并且渦輪機16通 過一組級聯(lián)齒輪系和液壓聯(lián)接器連接到發(fā)動機曲軸21。渦輪機16能機械地連接到曲軸21， 但也能設想電連接或液壓連接。在該實施例中，由渦輪機回收的能量直接轉(zhuǎn)化為發(fā)動機曲 軸21上的功。在圖2所示的實施方式中，渦輪機16連接到壓縮機22。因而，該實施例提供兩個 階段的渦輪增壓。冷卻器23能適當?shù)匚挥趬嚎s機22和進氣口之間，以便降低進入發(fā)動機 的空氣的溫度。值得注意的是，圖2所示的實施例包括本發(fā)明的必要特征。也就是說，在配備有去 污染裝置的排氣管線中，本發(fā)明提供位于DPF 12下游且位于SCR單元13上游的渦輪機16。在具有廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)的車輛中，能夠設想在回收渦輪機16下游建立從排 氣管線到進氣管線的管道，以從能再循環(huán)回到發(fā)動機氣缸的低溫廢氣中獲益。進入的空氣 與再循環(huán)的廢氣限制N0X的產(chǎn)生，因為再循環(huán)的廢氣減少進入的空氣中的過量的氧的比例， 且渦輪機下游所管道輸送的廢氣具有低溫。本發(fā)明不限于上面描述和附圖顯示的示例性實施例，而是能在所附權(quán)利要求的范 圍內(nèi)進行改變。
權(quán)利要求
一種用于內(nèi)燃機(2)的排氣管線(8)的設備(1)，所述設備(1)具有選擇性催化轉(zhuǎn)化單元(13)和位于柴油顆粒過濾器(12)上游的燃料燃燒器(15)，其特征在于，所述設備還包括連接到能量回收裝置的第一渦輪機(16)，所述第一渦輪機(16)置于所述柴油顆粒過濾器(12)和所述選擇性催化轉(zhuǎn)化單元(13)之間的發(fā)動機排氣管線(8)上。
2.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所述第一渦輪機(16)經(jīng)由機械系統(tǒng)或電系 統(tǒng)或液壓系統(tǒng)連接到發(fā)動機曲軸(21)。
3.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所述第一渦輪機(16)通過共用軸聯(lián)接到壓 縮機(22)，所述壓縮機(22)將加壓空氣輸送到發(fā)動機進氣口(3)。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的設備，其特征在于，所述排氣管線(8)包括渦輪增壓 器，所述渦輪增壓器由第二渦輪機(9)和通過共用軸(10)連接的壓縮機(4)組成，所述第 二渦輪機位于所述燃燒器(15)的上游，所述壓縮機將加壓空氣輸送到發(fā)動機進氣口(3)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的設備，其特征在于，所述排氣管線包括廢氣再循環(huán) 管道，所述廢氣再循環(huán)管道在所述第一渦輪機的下游連接到所述排氣管線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機排氣管線的設備，其包括位于柴油顆粒過濾器上游的燃料燃燒器(15)和選擇性催化轉(zhuǎn)化單元。所述設備還包括渦輪機(16)，所述渦輪機(16)連接到能量回收裝置，并在排氣管線上置于柴油顆粒過濾器和SCR單元之間。首先，本發(fā)明可以將由過濾器再生所釋放的熱能轉(zhuǎn)化成有用功，在常規(guī)排氣管線中，該熱能被浪費掉。第二，渦輪機進一步實現(xiàn)進入SCR單元的溫度的降低，在常規(guī)排氣管線中，SCR單元被供給有高溫廢氣，而高溫廢氣對SCR單元的壽命具有不利的影響。
文檔編號F01N3/20GK101896698SQ200780101941
公開日2010年11月24日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者馬克·勒瓊 申請人:雷諾卡車公司