专利名称：用于添加碳氢化合物至内燃机排放物的紧凑型系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，尤其涉及此类机器的排放物后处理。
背景技术：
几十年前，美国颁布的环境保护法已强制对日益增长的内燃机排放物加以限 制，柴油机的高效和耐久性使之成为商业、工业、农业的良好选择，因为降低了 排放物的极限，用柴油机满足标准变的日益困难。
最新的标准要求柴油机微粒过滤器(DPF)移除柴油机排出的微粒物质，在 它传送至周围环境之前。尽管这些过滤器在移除排出的微粒物质方面确实起着有 效的作用，但它们需要周期性清洁，这就需要提高排气温度至大约600° C，在该 温度下过滤器捕集的碳微粒燃烧，使过滤器变得清洁。因为柴油机固有的效率， 它的排气温度明显低于600。 C，所以必须提供暂时提排放物温度方法。达到增高 的温度的更好方法是可使碳氢化合物穿过催化转化器，以增强排气混合物温度至 要求的程度。 -
有两种添加必要的碳氢化合物至排气装置的基本方法， 一种是利用内燃机控 制器在不燃烧时将额外的燃料注射至内燃机气缸，，让燃料与正常燃烧产物排出一 并流到催化转化器。尽管这种方法提供碳氢化合物和排气流的混合，但是它通常 带来不需要的燃料泄露至内燃机润滑油里，导致不利的结果。
第二种添加碳氢化合物至排气的方法是，注射燃料喷雾至主要内燃机和诸如 使用的涡轮增压机的中间部件的排气流下流。这种方法避免了燃油稀释在内燃机 润滑剂里的问题。然而，它产生了新的问题，在穿过催化转化器之前，必须提供 充足的时间和距离以确保碳氢化合物完全混合在排气流中。典型地，认为需要长 达1米以进行充分混合。在很多情况下，在催化转化器之前很难容纳内燃机装置 的这样一米长的排气管。
因此，本领域需要一种用来添加碳氢化合物至内燃机的排气流而无油稀释问 题的紧凑型系统。 发明内容一方面，本发明涉及一种内燃机系统，其包括一吸气、消耗燃料的内燃机， 用于产生功率输出并具有进气系统和排放系统以接收燃烧产物； 一涡轮机，具有 至少一涡轮，燃烧产物穿过该涡轮，引入排放气体至具有至少一催化剂的后处理 系统；提供一装置以周期性引入碳氢化合物靠近涡轮增压器涡轮，以使涡轮的热 量蒸发所述碳氢化合物，从而使进入排放物处理系统的所述燃烧产物大体上立即 可与催化剂相互反应。
另一方面，本发明涉及一种添加碳氢化合物至吸气、消耗燃料的内燃机的排 气物的方法，所述内燃机具有至少一接收来自所述内燃机的所述排放物的涡轮。 该方法需要步骤周期性的引入碳氢化合物靠近涡轮并进入所述排放物以蒸发所 述碳氢化合物，并在所述涡轮之后使包括所述蒸发的碳氢化合物的所述排放物与 催化剂立即反应，以增加所述排放物温度。
图1是本发明实施例所述内燃机系统的示意图。 图2是图1中所示内燃机系统的一部分的高度放大的局部示意图。 具体实施方案
参考图1，内燃机系统包括内燃机10，在此阐示为一压縮点火内燃机，其中 压縮的热量用来点燃计量供送给所述内燃机10的燃料，由电子控制组件(ECU) 17来控制燃料供送的时间和数量。如此处所述，ECU17用来控制排放物后处理系 统及稍后所描述的所述内燃机的控制。然而很明显，对于本领域的技术人员而言， 可能使用多重ECU来控制所述内燃机系统内的不同功能。
来自所述内燃机10的燃烧产物通过所述排气管线11排至一涡轮增压器，通 常引用数字符号13表示，所述涡轮增压器13是公知的部件，其利用来自内燃机 10的排放物的其它未使用的能量来增压空气，以通过吸入管线15运送至内燃机 的进气口。已经穿过涡轮增压器13的排放产物被运送至排气管线19，在被释放 直大气之前，它们穿过催化剂21和柴油机微粒过滤器23。
如前所述，柴油机过滤器23收集内燃机10排放出的含碳微粒。这些微粒聚 集在过滤介质上，因此需要进行周期性地清洁或再生。这种再生包括提高柴油机 微粒过滤器上游的排气管线19内的温度至约600。 C，在该温度下碳微粒烧掉并清洁过滤器以继续柴油机微粒的收集。所述催化剂21在选择性的提升排放物温度 方面起着重要的作用，当加入额外的碳氢化合物至排气管线19时，促进化学反应
以提高温度至大约所需的600° C。
根据本发明，提供一个用来添加碳氢化合物的紧凑型系统，所述涡轮增压器 13对该有效系统起着重要作用，所述涡轮增压器13是一具体形式的涡轮机，其 中离心式压縮机由离心式涡轮驱动，以增压内燃机进气口空气至高于大气压力。 然而很明显，对于本领域的技术人员来说，涡轮机可以使用其它形式叶轮和压缩 机。此外，应当注意，涡轮机可包括一涡轮，在涡轮复合式内燃机的情况下，排 放的气体穿过动力涡轮机，以重新得到一些用于内燃机输出功率的排气能量。
所述涡轮增压器13的特征在于用作涡轮增压器的结构连接器的中心轴承箱 2。轴承箱2具有浮动套筒轴承4和6至轴颈中心轴8。中心轴8—端被固定至涡 轮9，压缩机叶轮12固定在中心轴的另一端。压縮机叶轮12通过进气口 14接收 空气，并增压空气以输送到扩散管16和蜗壳18，随后输送至连接内燃机进气口 15的出口 20。
涡轮9位于涡轮外壳26的内部，所述涡轮外壳包括连接内燃机排气管线11 的法兰22。外壳26包括环形进口 28，其指引来自管线11的燃烧产物及径向朝内 穿过涡轮9上的叶片，以产生驱动压縮机12的旋转输出。
润滑剂施用于涡轮轴8的轴承4和6，通常，同样的润滑剂通过进口端30和 通道32及34供应给所述内燃机10。穿过轴承4和6的润滑剂在所述轴承与外壳 2及所述轴8之间形成薄膜。穿过通道32和34及轴承4和6外部的润滑剂被排 入位于外壳2内的小室36中，并最终排至连接内燃机的机油箱的出口 38，以重 新用于润滑内燃机10及涡轮增压器13。润滑剂不仅提供用于轴颈轴8的方法， 而且还有冷却功能，其通过出口 38将过多地热量带离外壳2，输至内燃机机油箱， 在那里被适当地冷却以被内燃机利用。
为与催化剂21相作用目的而通到系统的碳氢化合物以燃料供应40开始。通 常供应给内燃机10。燃料通过管线42及阀门44至管线46，所述管线46连接所 述外壳2内的通道48。通道48，如放大的详细图2所示，随电路至出口50，所 述出口 50位于为轴8的密封装置52和为涡轮9的中枢56之间，热屏58延伸至 中枢56和外壳2之间，并有一高温密封59位于热屏58和邻近出口 50的外壳42之间。从位于密封52和中枢56之间的所述出口 50排出的燃料通过离心力排斥中 枢56的后端面60，它被加热及汽化并进入由涡轮机叶片产生的空气流中，在那 里它完全和排气流混合直到它进入所述管线19。
通过阀门44至通道48的燃料传送由延伸至ECU17的信号线64控制，所述 ECU17响应来自检测内燃机10排放物的线路66和检测柴油机微粒过滤器23进 口温度的线路68的不同信号输入，并通过信号线70检测线路42中压力。
在操作中，排放物后处理系统被程序控制，以根据选择的操作参数周期性间 隔地再生所述柴油机微粒过滤器。当此操作必要时，ECU17发送信号至阀门44， 所述阀门44允许燃料通道由燃料供应40穿过通道48至出口 50，并沿涡轮轴8 通过并在毂56后部60上。毂56的热量导致燃料蒸发，同时离心力使所述蒸发的 流体向外，进入穿过涡轮叶片的空气流通道，并在进入排气管19之前被充分混合。 虽然在图1的示意图中排气管19具有有限的长度，实际上它具有用于与催化剂 21混合以增加排放物的直接可获得值。燃料穿过管线48的输送确保它不会结焦， 因为涡轮增压器的中部外壳2是一个有效的吸热设备和散热剂源，由于持续的润 滑剂流。因此，如果结焦不被消除，则结焦被最小化。流体从图示1所示的高位 进入外壳2，当流体中断时重力帮助确保所有燃料从通道48排出。这种布置的益 处是一紧凑型系统，具有大致直接可获得碳氢化合物与催化剂之间相互反应，而 没有内燃机10的润滑剂稀释问题。
以优选的实施例对本发明进行了描述，然而，应当理解的是，除了此处具体 表示和描述的，本发明还可以其它方式实施而不脱离所附权利要求限定的本发明 的范围。
权利要求
1、一种内燃机系统，包括一吸气、消耗燃料的内燃机，用于产生功率输出，并具有进气系统和用于接收燃烧产物的排放系统；一涡轮机，其具有至少一涡轮，燃烧产物穿过该涡轮；一排放物后处理系统，其接收来自所述涡轮的燃烧产物，并具有至少一催化剂；及一装置，其周期性引入碳氢化合物靠近所述的涡轮增压器涡轮，以使涡轮的热量蒸发所述碳氢化合物，从而使进入所述排放物后处理系统的所述燃烧产物大体上立即与催化剂相互反应。
2、 根据权利要求l所述的内燃机系统，其特征在于所述涡轮在一外壳内旋 转，且所述碳氢化合物通过所述外壳被引入。
3、 根据权利要求2所述的内燃机系统，其特征在于所述涡轮外壳具有一位 于所述外壳内的润滑的轴承系统，所述碳氢化合物通过所述外壳被引入至所述涡 轮。
4、 根据权利要求l所述的内燃机系统，其特征在于所述涡轮机包括一由所 述涡轮驱动的压缩机。
5、 根据权利要求4所述的内燃机系统，其特征在于所述压縮机和涡轮同轴， 所述外壳具有一用于所述轴的轴承系统，所述轴承系统包含一润滑系统，其中所 述碳氢化合物通过所述轴承箱被引入。
6、 根据权利要求l所述的内燃机系统，其特征在于所述内燃机具有一燃料 系统，所述碳氢化合物由该燃料系统导出。
7、 根据权利要求6所述的内燃机系统，其特征在于所述内燃机具有一用于 燃料由所述燃料系统至邻近的所述涡轮的通道，及具有一设置在所述通道中以控 制燃料流量的阀门。
8、 根据权利要求7所述的内燃机系统，其特征在于所述内燃机燃料系统具 有一电子控制组件，且所述的阀门由该电子控制组件控制。
9、 根据权利要求8所述的内燃机系统，其特征在于所述电子控制组件驱使所述阀门响应来自所述排放物后处理系统的信号。
10、 根据权利要求2所述的内燃机系统，其特征在于所述涡轮包括一轴和 固定在所述轴上的叶轮，所述涡轮机包括一位于所述轴和轴承箱之间的轴承系统， 所述涡轮机具有一位于所述轴、所述外壳及所述叶轮之间的密封垫，所述涡轮机 还包括一邻近所述外壳后壁的挡热板，其中所述碳氢化合物的通道延伸穿过所述 轴承箱至一位于所述轴的密封垫与所述涡轮叶轮之间的开口。
11、 根据权利要求10所述的内燃机系统，还包括一位于所述挡热板和所述轴 承箱之间的密封垫。
12、 根据权利要求10所述的内燃机系统，所述通道从碳氢化合物源向下延伸 至所述开口。
13、 一种添加碳氢化合物至一吸气、消耗燃料的内燃机的排放物的方法，所 述内燃机具有至少一接收来自所述内燃机的所述排放物的涡轮，所述方法包括以下步骤.-周期性引入碳氢化合物靠近所述的涡轮并进入所述排放物中，以蒸发所述碳 氢化合物；及在所述涡轮机之后大体立即使带有蒸发的碳氢化合物的所述排放物与催化剂 相互反应，以增加所述排放物的温度。
14、 根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述涡轮在一外壳内可旋转， 所述碳氢化合物通过所述外壳被引入。
15、 根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述涡轮包括一轴和固定在 该所述轴上的叶轮，所述碳氢化合物被引入至所述轴，并通过离心力在所述叶轮 上向外流动。
16、 根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述碳氢化合物从一高于所 述轴的源被引入至所述轴。
17、 根据权利要求13所述的方法，其特征在于 一柴油机微粒过滤器接收来 自所述催化剂的排放物的输出，所述碳氢化合物根据来自所述柴油机微粒过滤器 的信号被引入。
全文摘要
一种用于添加碳氢化合物至内燃机排放物的紧凑型系统，该紧凑型系统用于将碳氢化合物以内燃机燃料的形式引入至靠近涡轮轴的涡轮机的轴承箱，通过离心力所述碳氢化合物被向外导引并通过叶轮的热量被蒸发，因此在涡轮之后，所述碳氢化合物大体立即与催化剂相互反应以提高所述排放物流的温度，以再生一柴油机微粒过滤器。
文档编号F01N3/10GK101307707SQ20081009432
公开日2008年11月19日 申请日期2008年4月28日 优先权日2007年5月15日
发明者理查德·爱德华·温泽 申请人:迪尔公司