[发明专利]用于内燃机排气管线的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机排气管线的设备。

背景技术

环境立法要求由内燃机(包括柴油发动机)驱动的任何车辆处理废气以降低排放物的毒性水平。

由柴油发动机产生的废气包括诸如碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物等气体以及烟灰，烟灰据说为柴油燃料的未燃烧的颗粒物质(PM)。

为此，车辆配备有净化装置，诸如用于柴油发动机的选择性催化还原(SCR)单元和柴油颗粒过滤器(DPF)。

SCR单元是废气净化装置，其能定位在排气管线上并且有助于将氮氧化物转化成水和氮气(N₂)。SCR单元包括催化转化器，其中在存在催化剂(NH₃)的情况下，发生氮氧化物(NO_X)的选择性催化还原反应。

柴油颗粒过滤器具有移除废气中形成的未燃烧颗粒的作用。污染颗粒收集在过滤器中，因此不排放到大气。在称为过滤器再生的处理中，当过滤器负荷达到预定水平时，累积的颗粒被燃烧。对于过滤器再生操作，过滤器能在导致颗粒燃烧的温度下加热。对于颗粒的完全燃烧，在DPF中循环的废气必须达到600℃以上的温度。为了达到这样的高温，车辆排气管线能配备有燃料燃烧器，其将废气加热到约600℃的温度，使得烟灰能燃烧。

在相对较低的温度下(即在250℃至450℃之间)，发动机产生使颗粒氧化的NO₂。将来的空气立法预计使NO₂再生更难，因为对氮氧化物水平的管理预计更加严格。

尽管DFP和SCR单元的组合有助于显著地净化废气，但是仍有一些问题不能解决。

因为需要高温来燃烧累积的烟灰，所以变得必须包括燃烧器，在该燃烧器中燃料被注入并燃烧；这对车辆的能量效率来说是不利的，因为燃料没有用于车辆的推进且总燃料消耗增加。

目前排气布置的另一缺点是需要600℃及600℃以上的温度的重复的再生操作，这能引起SCR单元的破坏并降低其效率。

发明内容

在本技术内容中，本发明的目的是改进配备有去污染装置的内燃机的总效率。

本发明的另一目的是改进定位在内燃机的排气管线上的去污染装置的耐用性。

本发明涉及内燃机排气管线的设备，其包括位于柴油颗粒过滤器上游的燃料燃烧器和选择性催化转化单元。所述设备还包括第一涡轮机，第一涡轮机连接到能量回收装置，并在发动机排气管线上置于柴油颗粒过滤器和SCR单元之间。

本发明将涡轮机引到柴油颗粒过滤器下游和SCR单元上游。这基于至少两个理由而证明是非常有利的布置。首先，本发明可以将由过滤器再生释放的热能转化成有用功，在常规排气管线中，该热能被浪费掉。第二，SCR单元进一步实现进入SCR单元单元的温度的降低，在常规排气管线中，SCR单元被供给有高温废气，而高温废气对SCR单元单元的寿命具有不利的影响。因此，就发动机的总输出和SCR单元的平均寿命方面来说，根据本发明的设备的总增益是显著的。

在本发明的实施方式中，直接位于柴油颗粒过滤器下游并直接位于选择性催化还原单元上游的第一涡轮机通过机械或电或液压系统连接到发动机曲轴。从由燃烧器加热的废气回收的能量直接用于涡轮复合件的发动机曲轴上。

在本发明的另一实施方式中，第一涡轮机通过共用的轮轴连接到压缩机，该压缩机将加压空气输送到发动机进气口。因此，在涡轮增压器中使用位于柴油颗粒过滤器下游且由燃料燃烧器加热的废气。

设想排气管线包括涡轮增压器，涡轮增压器由位于燃烧器上游的第二涡轮机和由共用的轮轴连接的压缩机组成，该压缩机将加压空气输送到发动机进气口。涡轮增压器提供第一阶段的增压，而与涡轮复合件或涡轮增压器相关的涡轮机提供第二阶段的增压。

在本发明的又一实施方式中，排气管线能包括废气再循环管道，该废气再循环管道在所述第一涡轮机的下游连接到排气管线。

附图说明

图1是示出根据本发明的示范性实施方式的排气管线的设备的示意图，

图2是本发明的另一示范性实施方式的示意图。

具体实施方式

图1示出配备有涡轮增压器的内燃机2。内燃机2为释放废气的柴油发动机；由柴油发动机排放的废气包含主要为碳的柴油颗粒物质(PM)，其在动力冲程中不燃烧。

如柴油发动机上常见的，图1的发动机配备有涡轮增压器。涡轮增压器可以为可变几何涡轮增压器。

如图1所示，进气通过进气管线3传送以供应到发动机2。进气管线3能适当地包括压缩机4。在进气管线3中设置有进气冷却器5，以在进气进入发动机2之前降低进气的温度。