CN103362606B - 排气后处理和排气再循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及排气后处理和排气再循环系统。在一个示例性实施方式中,内燃发动机包括构造成从所述内燃发动机接纳排气流的氧化催化剂、定位在氧化催化剂的下游以便喷射尿素流到排气流中的尿素喷射器以及混合器,所述混合器定位在所述尿素喷射器的下游以便混合排气流和尿素流从而形成排出气体和尿素的混合流。所述发动机还包括微粒过滤器和催化还原组件以及排气再循环系统,所述微粒过滤器和催化还原组件定位在所述混合器的下游以便从所述混合器接纳排气和尿素的混合流从而形成处理过的排气流,所述排气再循环系统联接到所述微粒过滤器以便接纳处理过的排气流的一部分并使所述排气流的一部分再循环从而与新鲜空气流混合而用于所述内燃发动机。

Description

排气后处理和排气再循环系统
技术领域
本发明涉及内燃发动机,更具体地涉及内燃发动机的排气后处理系统和排气再循环系统。
背景技术
内燃发动机的发动机控制模块控制供应到发动机的燃烧腔室的燃料和空气的混合物。在点燃空气/燃料混合物之后,发生燃烧并且随后燃烧气体通过排气阀排出燃烧腔室。燃烧气体通过排气歧管导向到催化转换器或其他排气后处理系统。
内燃发动机-尤其是柴油发动机的制造存在下述挑战任务:符合当前和以后用于释放氮氧化物-尤其是一氧化氮以及未燃烧和部分氧化的烃类、一氧化碳、微粒物质和其他污染物的排放标准。为了减少内燃发动机的废气排放,使用排气后处理系统来减少从发动机流出的排出气体内的管制排放物。
排气后处理系统通常包括一个或多个后处理装置-例如微粒过滤器、催化转换器、混合元件和尿素/燃料喷射器。排气流的变化例如缺乏均匀流动可能不利地影响后处理系统的性能,因此导致从所述系统释放非期望的排气组分。随着排放标准变得越来越严格,期望随着排气流进入和流过后处理系统而改进排气流的均匀性和分送以满足那些标准。可以通过加长排气的流动路径来改善排气流的均匀性,然而,现代车辆的封装限制可能妨碍具有长流动路径的设计。进一步,当加热到一定温度时,某些后处理装置能更高效地运行。因此,由于排出气体沿着长的排气流动路径流动时的较大热量以及因此产生的热损失,该路径可导致低效排气处理。相应地,多个因素影响排气后处理系统的设计。
还通过采用排气再循环(EGR)技术来减少废气排放。EGR的高效使用大体上支持了下述目标的实现:实现从发动机的高功率输出同时还实现较高的燃料效率和经济性并且实现越来越严格的发动机排放需求。然而,随着发动机变得更加复杂,各种部件的封装可使EGR系统与排气后处理系统组合的设计更有挑战性。
相应地,考虑到现代车辆的封装需求和限制,实现期望的排放减少同时改进效率可能是困难的。
发明内容
在本发明的一个示例性实施方式中,内燃发动机包括构造成从所述内燃发动机接纳排气流的涡轮增压器、接近联接到所述涡轮增压器以便从所述涡轮增压器接纳排气流的氧化催化剂以及联接到所述氧化催化剂以便从所述氧化催化剂接纳排气流以及从喷射器接纳排出流体流的第一导管。所述内燃发动机还包括混合器、微粒过滤器和催化还原组件以及排气再循环系统,所述混合器联接到所述第一导管来从所述第一导管接纳排气流和排放流体流并且形成排出气体和排放流体的混合流,所述微粒过滤器和催化还原组件接近联接到所述混合器以便从所述混合器接纳排出气体和排放流体的混合流从而形成处理过的排气流,所述排气再循环系统联接到所述微粒过滤器和催化还原组件以便接纳处理过的排气流的一部分并且使所述排气流的一部分再循环从而与新鲜空气流混合而用于所述内燃发动机,其中所述氧化催化剂、第一导管、混合器、微粒过滤器以及催化还原组件和排气再循环系统每个都定位在发动机舱中。
在本发明的另一个示例性实施方式中,用于内燃发动机的排气后处理系统包括构造成从所述内燃发动机接纳排气流的氧化催化剂、定位在所述氧化催化剂的下游以便喷射尿素流到排气流中的尿素喷射器以及混合器,所述混合器定位在所述尿素喷射器的下游以便使所述排气流与所述尿素流混合从而形成排出气体和尿素的混合流。所述发动机还包括微粒过滤器和催化还原组件以及排气再循环系统,所述微粒过滤器和催化还原组件定位在所述混合器的下游以便从所述混合器接纳排气和尿素的混合流从而形成处理过的排气流,所述排气再循环系统联接到所述微粒过滤器以便接纳处理过的排气流的一部分并且引导其与新鲜空气流混合而用于内燃发动机,其中所述氧化催化剂、尿素喷射器、混合器、微粒过滤器和排气再循环系统每个都定位在发动机舱中。
方案1. 一种内燃发动机,包括:
构造成从所述内燃发动机接纳排气流的涡轮增压器;
接近联接到所述涡轮增压器以便从所述涡轮增压器接纳排气流的氧化催化剂;
联接到所述氧化催化剂以便从所述氧化催化剂接纳排气流以及从喷射器接纳排放流体流的第一导管;
混合器,所述混合器联接到所述第一导管以便从所述第一导管接纳排气流和排放流体流并且形成排出气体和排放流体的混合流;
微粒过滤器和催化还原组件,所述微粒过滤器和催化还原组件接近联接到所述混合器以便从所述混合器接纳排出气体和排放流体的混合流从而形成处理过的排气流;以及
排气再循环系统,所述排气再循环系统联接到所述微粒过滤器和催化还原组件以便接纳处理过的排气流的一部分并且使所述排气流的一部分再循环从而与新鲜空气流混合而用于所述内燃发动机,其中所述氧化催化剂、第一导管、混合器、微粒过滤器和催化还原组件以及排气再循环系统每个都定位在发动机舱中。
方案2. 如方案1所述的内燃发动机,其中所述排气再循环系统包括冷却器,所述冷却器在所述再循环排气流与新鲜空气流混合之前冷却所述再循环排气流。
方案3. 如方案2所述的内燃发动机,其中所述再循环排气流与从所述内燃发动机排出的排气相比具有大体上较低的压力。
方案4. 如方案2所述的内燃发动机,其中所述排气再循环系统包括过滤器,所述过滤器在所述再循环排气流与新鲜空气流混合之前过滤所述再循环排气流。
方案5. 如方案1所述的内燃发动机,其中所述涡轮增压器在压缩机中接纳与再循环排气流混合的新鲜空气流并且在涡轮机中接纳来自所述内燃发动机的排气流。
方案6. 如方案1所述的内燃发动机,包括入口圆锥部,所述入口圆锥部联接到所述混合器以及微粒过滤器和催化还原组件以便将排气和排放流体的混合流从所述混合器分送穿过所述微粒过滤器和催化还原组件的接纳部分。
方案7. 如方案1所述的内燃发动机,其中所述氧化催化剂、第一导管、混合器、微粒过滤器和催化还原组件以及排气再循环系统没有定位在容纳所述内燃发动机的车辆的地板下方。
方案8. 如方案1所述的内燃发动机,其中所述排放流体流包括尿素流体流。
方案9. 一种用于内燃发动机的排气后处理系统,包括:
构造成从所述内燃发动机接纳排气流的氧化催化剂;
定位在所述氧化催化剂的下游以便喷射尿素流到排气流中的尿素喷射器;
混合器,所述混合器定位在所述尿素喷射器的下游以便混合所述排气流与所述尿素流从而形成排出气体和尿素的混合流;
微粒过滤器和催化还原组件,所述微粒过滤器和催化还原组件定位在所述混合器的下游以便从所述混合器接纳排气和尿素的混合流从而形成处理过的排气流;
排气再循环系统,所述排气再循环系统联接到所述微粒过滤器以便接纳处理过的排气流的一部分并且引导其与新鲜空气流混合从而用于内燃发动机,其中所述氧化催化剂、尿素喷射器、混合器、微粒过滤器和排气再循环系统每个都定位在发动机舱中;以及
定位在所述微粒过滤器和催化还原组件下游的地板下方的催化还原组件。
方案10. 如方案9所述的用于内燃发动机的排气后处理系统,包括涡轮增压器,所述涡轮增压器在压缩机中接纳与再循环排气流混合的新鲜空气流并且在涡轮机中接纳来自所述内燃发动机的排气流,所述氧化催化剂接近联接到所述涡轮增压器。
方案11. 如方案9所述的用于内燃发动机的排气后处理系统,其中所述排气再循环系统包括冷却器,所述冷却器在所述再循环排气流与新鲜空气流混合之前冷却所述再循环排气流。
方案12. 如方案9所述的用于内燃发动机的排气后处理系统,其中所述再循环排气流与排出所述内燃发动机的排气流相比具有大体上较低的压力。
方案13. 如方案9所述的用于内燃发动机的排气后处理系统,其中所述排气再循环系统包括过滤器,所述过滤器在所述再循环排气流与新鲜空气流混合之前过滤所述再循环排气流。
方案14. 如方案9所述的用于内燃发动机的排气后处理系统,其中所述氧化催化剂、第一导管、混合器、微粒过滤器和排气再循环系统接近联接到所述内燃发动机。
方案15. 一种内燃发动机排气后处理系统,包括:
构造成从所述内燃发动机接纳排气流的氧化催化剂;
联接到所述氧化催化剂以便从所述氧化催化剂接纳排气流以及从喷射器接纳尿素流的第一导管;
混合器,所述混合器联接到所述第一导管以便从所述第一导管接纳排气流和尿素流并且形成排出气体和尿素的混合流;
微粒过滤器和催化还原组件,所述微粒过滤器和催化还原组件联接到所述混合器以便从所述混合器接纳排出气体和尿素的混合流从而形成处理过的排气流;以及
排气再循环系统,所述排气再循环系统接纳处理过的排气流的一部分并且引导所述排气流的一部分与新鲜空气流混合而用于所述内燃发动机,其中所述氧化催化剂、尿素喷射器、混合器、微粒过滤器和催化还原组件以及排气再循环系统接近联接到所述内燃发动机。
方案16. 如方案15所述的内燃发动机排气后处理系统,其中所述排气再循环系统包括分别冷却和过滤所述再循环排气流的冷却器和过滤器。
方案17. 如方案15所述的内燃发动机排气后处理系统,其中所述氧化催化剂、尿素喷射器、混合器、微粒过滤器和催化还原组件以及排气再循环系统每个都定位在所述发动机舱中。
方案18. 如方案15所述的内燃发动机排气后处理系统,其中所述再循环排气流与排出所述内燃发动机的排气流相比具有大体上较低的压力。
方案19. 如方案15所述的内燃发动机排气后处理系统,包括涡轮增压器,所述涡轮增压器压在缩机中接纳新鲜空气流和再循环排气流并且在涡轮机中接纳来自所述内燃发动机的排气流。
本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将通过下面结合附图对本发明的详细描述而变得显而易见。
附图说明
在下面对实施方式的详细描述中,仅通过示例来呈现其他特征、优点和细节,所述详细描述参阅附图进行,附图中:
图1是包括排气后处理系统、涡轮增压器和排气再循环系统的示例性内燃发动机的若干部分的主视图;以及
图2是图1的内燃发动机的若干部分的俯视图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的,并非旨在限制本发明、其应用或用途。应当理解的是,相应的附图标记在所有附图中指代相同或相应的部件或特征。
参阅图1和2,图中示出了内燃发动机100的各个部分的示例性实施方式,在本实例中内燃发动机100是直列4缸发动机,其包括涡轮增压器102、排气后处理系统104和排气再循环(EGR)系统106。内燃发动机100包括具有多个气缸202的发动机本体200,燃烧空气和燃料的组合引入所述多个气缸202。燃烧空气/燃料的混合物被燃烧而导致活塞(未示出)在气缸202中往复运动。活塞的往复运动使曲轴(未示出)旋转以输送原动力到车辆动力系(未示出)或到发电机,或者就内燃发动机100的固定应用来说传送到这种动力的其他固定接受者(未示出)。内燃发动机100包括与气缸202流体连通的进气歧管(未示出),所述进气歧管从涡轮增压器102中的压缩机108接纳压缩空气进气204并且输送进气到多个气缸202。涡轮增压器102还包括由来自气缸202的排气流206旋转地驱动的涡轮机110。排气后处理系统104包括与涡轮增压器102流体连通的氧化催化剂112,所述涡轮增压器102通过涡轮机110从气缸202接纳排气流206。进气流204包括通过进气口109进入压缩机108的新鲜空气流208以及下面进一步描述的可选的再循环排气流。压缩机108通过压缩机叶轮(未示出)压缩进气流204,所述压缩机叶轮通过轴(未示出)旋转地联接到涡轮机110中的涡轮机叶轮(未示出)。
氧化催化剂112通过入口圆锥部114联接到涡轮增压器102的出口并且构造成处理排气流206的各种管制组分。示例性氧化催化剂112包括联接到涡轮机110的出口的入口圆锥部114,其中所述入口圆锥部包括方向挡板或偏转器以便控制排气流的流动并且分送排气流穿过催化氧化剂112的接纳部分。在一个实施方式中,方向挡板是随着排气流入氧化催化剂中而改进排气分布从而改进催化剂的氧化还原作用的横截面格栅的一部分。氧化催化剂112包括定位在罐116内的基体(未示出),其中催化剂设置在所述基体上以便氧化碳氢化合物(“HC”)和一氧化碳(“CO”)。催化氧化剂112还包括从所述装置引导排气流的出口圆锥部118。如所描绘的那样,氧化催化剂112如图所示以偏置距离20相对于从涡轮增压器102穿过入口圆锥部114的气流偏置,从而使发动机舱214内的部件具有紧凑布置。除了相对于涡轮增压器102以紧凑方式布置,氧化催化剂112接近联接到发动机本体200。如在此论述的,接近联接的部件相对而言非常接近于发动机本体200的排气端口定位,以便减小排气流路径的至少一部分的长度。进一步,接近联接的部件大体上彼此邻近或接近设置以使部件之间的排气流路径减小。所描绘的后处理构造减少了排气热损失并且减少了在发动起起动之后实现有效催化剂转换效率所需的时间。另外,由于降低的排气热损失,所述布置能够增加总体催化剂转换效率。在一些实施方式中,接近联接的部件定位在发动机舱214中而不是定位在车辆的地板下方。在其他构造中,一个或多个排气后处理装置或部件定位在车辆的地板下方。
所描绘的紧凑布置还包括微粒过滤器和催化还原组件128,所述微粒过滤器和催化还原组件128在相同排气流位置具有多个后处理功能。排气后处理系统104进一步包括导管122、尿素喷射器124和混合器126。导管122从氧化催化剂112接纳排气流并且从喷射器124接纳适当的排放流体-例如尿素(用于NOX还原)的液流。排出气体和排放流体在混合器126中混合以便改进排气后处理系统104内的排放物还原。混合器126通过适当装置或结构-例如旋转器、翼片、叶片和任何其他适当装置接纳和改善尿素流体流和排出气体的混合,从而将尿素流体微滴打破、混合和分散在排气流内。尿素流体和排出气体的混合流随后流入微粒过滤器和催化还原组件128,所述微粒过滤器和催化还原组件128包括入口圆锥部130、罐132和出口圆锥部134。入口圆锥部130使尿素和排气流能够分送穿过罐132内的一个或多个处理装置。在一个实施方式中,罐132含有柴油微粒过滤器,所述柴油微粒过滤器具有用于NOX还原目的的催化剂涂覆层。罐132的其他实施方式可包括一个或多个适当排气后处理装置-例如单个微粒过滤器或其他基体与催化剂的组合。在一个实施方式中,微粒过滤器和催化还原组件128是单个组件。如所描绘的那样,处理过的排气流206的一部分被从微粒过滤器和催化还原组件128的出口圆锥部134引导通过导管135,所述导管135是EGR系统106的一部分。处理过的排气流可以是污染物减少的排气流,以便EGR系统106使用并且选择性地用于进一步处理。如图2所示,导管210将处理过的排气流212导向到排气系统的地板下方部分。在一个实施方式中,地板下方的催化还原组件220定位在微粒过滤器和催化还原组件128的下游并且构造成进一步处理排气流212。排气后处理系统104的实施方式可包括一个或多个结构-例如沿着流动路径定位以便控制排气流动和分送排气流到诸如穿过过滤器或催化剂和基体的面的装置中的方向挡板。
在一个实施方式中,EGR系统106包括过滤器136、冷却器138、导管140和阀142。再循环排气流从处理过的排气的一部分导出,其中过滤器136接纳所述再循环排气流并且从所述气体去除选定的污染物和/或颗粒。冷却器138是在与新鲜空气流208混合之前使用流体-例如冷却流体或水来从再循环排气流去除热量以改进发动机燃烧的适当热交换装置。如所描绘的那样,通过从微粒过滤器和催化还原组件128流出的处理过的排气的一部分来供应再循环排气。相应地,再循环排气流在转移到EGR系统106之前具有大体上数量减少的排气组分和/或颗粒。因此,由于所供应的再循环排气流中的污染物实质性地减少,内燃发动机100的构造可以新鲜空气流208和再循环排气流的受控混合物来运转。
在某些实施方式中,排气后处理系统104的构造使热量转移到诸如氧化催化剂112、混合器126以及微粒过滤器和催化还原组件128的装置。从排出气体的热量转移还冷却再循环排气流,从而减小冷却器138的大小。阀142是控制再循环排气和新鲜空气流208进入涡轮增压器102的适当阀。在一个实施方式中,阀142是控制流体流动的三通阀。如所描绘的那样,阀142与控制器213信号连通。控制器213和阀142基于任何给定时间的特定发动机运转状况来调节到涡轮增压器102并且随后到气缸202的再循环排气的容积量。控制器213收集来自传感器的关于内燃发动机100运转的信息-例如温度(进气系统、排气系统、发动机冷却剂、环境等)、压力、排气系统状况、驾驶员需求,并因此可调节穿过阀142与新鲜空气208混合从而形成进气流204的再循环排气的流量。如在此使用的,术语控制器意指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件程序或固件程序的处理器(共享的、专用的或群组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他适当部件。因此,根据控制器213指令的再循环排出气体的量,进气流204可包括新鲜空气208和再循环排气的连续可变组合。
所描绘的内燃发动机100的布置包括每个都定位在发动机舱214内的发动机本体200、涡轮增压器102、排气后处理系统104和EGR系统106。通过将排气后处理系统104和EGR系统106的部件接近联接到内燃发动机100,所述改进的封装提供了改进的效率和排放物减少。涡轮增压器102、氧化催化剂112、尿素喷射器124、导管122、混合器126以及微粒过滤器和催化还原组件128的布置和接近联接提供了排气流的减少的热损失。与具有定位在车辆地板下方(其中更长的地板下方排气路径在通过后处理装置处理之前导致热损失)的排气后处理部件的系统相比,排气流的热损失较低。相应地,减少的排气流热损失改进了后处理装置的加热,其中所述后处理装置在加热到较高温度时能更有效地去除目标组分。具体地,诸如氧化催化剂112和催化还原组件128的后处理装置的实施方式在快速地加热到阈值运转温度时更有效地运转。因此,排气后处理系统104的接近联接布置通过缩短排气流动路径而减少了热损失,从而改进了排放物的还原效率。
另外,EGR系统106布置成从发动机舱214内的排气后处理系统104接纳再循环排气流。与接近于发动机本体200的排气流206的压力相比,排气后处理系统104以更低的压力供应处理过的排气流。用作再循环排气的相对低压排气流还具有减少管制组分和/或颗粒的特征,因此改进了再循环排气被引导至气缸用于燃烧时的燃烧性能。示例性内燃发动机100的构造改进了封装同时减少了排放物并且改善了性能。
虽然已经参照示例性实施方式描述了本发明,但是所属领域技术人员将会理解的是,在不偏离本发明的范围的情况下,可对本发明做出各种改变并且可用等同元件来代替本发明的元件。另外,在不偏离本发明的实质范围的情况下,可以对本发明作出多种改型以使特定情形或材料适用于本发明的教导。因此,本发明将不局限于所公开的特定实施方式,相反,本发明将包括落入本申请的范围内的所有实施方式。

Claims (19)

1.一种内燃发动机,包括:
构造成从所述内燃发动机接纳排气流的涡轮增压器;
接近联接到所述涡轮增压器以便从所述涡轮增压器接纳排气流的氧化催化剂;
联接到所述氧化催化剂以便从所述氧化催化剂接纳排气流以及从喷射器接纳排放流体流的第一导管;
混合器,所述混合器联接到所述第一导管以便从所述第一导管接纳排气流和排放流体流并且形成排出气体和排放流体的混合流;
微粒过滤器和催化还原组件,所述微粒过滤器和催化还原组件接近联接到所述混合器以便从所述混合器接纳排出气体和排放流体的混合流从而形成处理过的排气流;以及
排气再循环系统,所述排气再循环系统联接到所述微粒过滤器和催化还原组件以便接纳处理过的排气流的一部分并且使所述排气流的一部分再循环从而与新鲜空气流混合而用于所述内燃发动机,其中所述氧化催化剂、第一导管、混合器、微粒过滤器和催化还原组件以及排气再循环系统每个都定位在发动机舱中。
2.如权利要求1所述的内燃发动机,其中所述排气再循环系统包括冷却器,所述冷却器在所述再循环排气流与新鲜空气流混合之前冷却所述再循环排气流。
3.如权利要求2所述的内燃发动机,其中所述再循环排气流与从所述内燃发动机排出的排气相比具有大体上较低的压力。
4.如权利要求2所述的内燃发动机,其中所述排气再循环系统包括过滤器,所述过滤器在所述再循环排气流与新鲜空气流混合之前过滤所述再循环排气流。
5.如权利要求1所述的内燃发动机,其中所述涡轮增压器在压缩机中接纳与再循环排气流混合的新鲜空气流并且在涡轮机中接纳来自所述内燃发动机的排气流。
6.如权利要求1所述的内燃发动机,包括入口圆锥部,所述入口圆锥部联接到所述混合器以及微粒过滤器和催化还原组件以便将排气和排放流体的混合流从所述混合器分送穿过所述微粒过滤器和催化还原组件的接纳部分。
7.如权利要求1所述的内燃发动机,其中所述氧化催化剂、第一导管、混合器、微粒过滤器和催化还原组件以及排气再循环系统没有定位在容纳所述内燃发动机的车辆的地板下方。
8.如权利要求1所述的内燃发动机,其中所述排放流体流包括尿素流体流。
9.一种用于内燃发动机的排气后处理系统,包括:
构造成从所述内燃发动机接纳排气流的氧化催化剂;
定位在所述氧化催化剂的下游以便喷射尿素流到排气流中的尿素喷射器;
混合器,所述混合器定位在所述尿素喷射器的下游以便混合所述排气流与所述尿素流从而形成排出气体和尿素的混合流;
微粒过滤器和催化还原组件,所述微粒过滤器和催化还原组件定位在所述混合器的下游以便从所述混合器接纳排气和尿素的混合流从而形成处理过的排气流;
排气再循环系统,所述排气再循环系统联接到所述微粒过滤器以便接纳处理过的排气流的一部分并且引导其与新鲜空气流混合从而用于内燃发动机,其中所述氧化催化剂、尿素喷射器、混合器、微粒过滤器和排气再循环系统每个都定位在发动机舱中;以及
定位在所述微粒过滤器和催化还原组件下游的地板下方的催化还原组件。
10.如权利要求9所述的用于内燃发动机的排气后处理系统,包括涡轮增压器,所述涡轮增压器在压缩机中接纳与再循环排气流混合的新鲜空气流并且在涡轮机中接纳来自所述内燃发动机的排气流,所述氧化催化剂接近联接到所述涡轮增压器。
11.如权利要求9所述的用于内燃发动机的排气后处理系统,其中所述排气再循环系统包括冷却器,所述冷却器在所述再循环排气流与新鲜空气流混合之前冷却所述再循环排气流。
12.如权利要求9所述的用于内燃发动机的排气后处理系统,其中所述再循环排气流与排出所述内燃发动机的排气流相比具有大体上较低的压力。
13.如权利要求9所述的用于内燃发动机的排气后处理系统,其中所述排气再循环系统包括过滤器,所述过滤器在所述再循环排气流与新鲜空气流混合之前过滤所述再循环排气流。
14.如权利要求9所述的用于内燃发动机的排气后处理系统,其中所述氧化催化剂、第一导管、混合器、微粒过滤器和排气再循环系统接近联接到所述内燃发动机。
15.一种内燃发动机排气后处理系统,包括:
构造成从所述内燃发动机接纳排气流的氧化催化剂;
联接到所述氧化催化剂以便从所述氧化催化剂接纳排气流以及从喷射器接纳尿素流的第一导管;
混合器,所述混合器联接到所述第一导管以便从所述第一导管接纳排气流和尿素流并且形成排出气体和尿素的混合流;
微粒过滤器和催化还原组件,所述微粒过滤器和催化还原组件联接到所述混合器以便从所述混合器接纳排出气体和尿素的混合流从而形成处理过的排气流;以及
排气再循环系统,所述排气再循环系统接纳处理过的排气流的一部分并且引导所述排气流的一部分与新鲜空气流混合而用于所述内燃发动机,其中所述氧化催化剂、尿素喷射器、混合器、微粒过滤器和催化还原组件以及排气再循环系统接近联接到所述内燃发动机。
16.如权利要求15所述的内燃发动机排气后处理系统,其中所述排气再循环系统包括分别冷却和过滤所述再循环排气流的冷却器和过滤器。
17.如权利要求15所述的内燃发动机排气后处理系统,其中所述氧化催化剂、尿素喷射器、混合器、微粒过滤器和催化还原组件以及排气再循环系统每个都定位在所述发动机舱中。
18.如权利要求15所述的内燃发动机排气后处理系统,其中所述再循环排气流与排出所述内燃发动机的排气流相比具有大体上较低的压力。
19.如权利要求15所述的内燃发动机排气后处理系统,包括涡轮增压器,所述涡轮增压器压在缩机中接纳新鲜空气流和再循环排气流并且在涡轮机中接纳来自所述内燃发动机的排气流。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2961713A1 (en) * 2014-10-06 2016-04-14 Yanmar Co., Ltd. Engine device
DE102014118813A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Tenneco Gmbh AGR-System mit Partikelfilter für Ottomotor
DE102016219548B4 (de) 2015-11-04 2023-12-14 Ford Global Technologies, Llc Ammoniak-Schlupf-Detektion
JP6361704B2 (ja) * 2016-07-26 2018-07-25 マツダ株式会社 エンジンの排気構造
CN112648046B (zh) * 2021-01-04 2022-04-12 东风汽车股份有限公司 一种紧布置发动机尾气处理系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1813120A (zh) * 2003-05-09 2006-08-02 排放技术有限公司 微粒捕集器的再生
CN201963379U (zh) * 2009-12-23 2011-09-07 福特环球技术公司 用于涡轮增压内燃发动机的排放控制系统
CN102287250A (zh) * 2010-03-30 2011-12-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于涡轮增压内燃机的紧密联接的排气后处理设备

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10020170C1 (de) * 2000-04-25 2001-09-06 Emitec Emissionstechnologie Verfahren zum Entfernen von Rußpartikeln aus einem Abgas und zugehöriges Auffangelement
US6301888B1 (en) * 1999-07-22 2001-10-16 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The Environmental Protection Agency Low emission, diesel-cycle engine
US6474060B2 (en) * 1999-11-17 2002-11-05 Southwest Research Institute Exhaust gas recirculation filtration system
FR2810370B1 (fr) * 2000-06-16 2002-09-20 Ecia Equip Composants Ind Auto Procede de nettoyage d'un filtre a particules dans un ensemble de filtrage et regeneration, ensemble pour la mise en oeuvre de ce procede et elements pour cet ensemble
US6568179B2 (en) * 2001-03-01 2003-05-27 Engelhard Corporation Apparatus and method for vehicle emissions control
SE520972C2 (sv) 2001-12-06 2003-09-16 Stt Emtec Ab Anordning för att vid en förbränningsmotor rena dess avgaser
WO2003054364A2 (en) 2001-12-20 2003-07-03 Johnson Matthey Public Limited Company Method and apparatus for filtering partriculate matter and selective catalytic reduction of nox
US7178492B2 (en) * 2002-05-14 2007-02-20 Caterpillar Inc Air and fuel supply system for combustion engine
JP2004239109A (ja) * 2003-02-04 2004-08-26 Hino Motors Ltd エンジンの排ガス浄化装置
JP4509495B2 (ja) * 2003-05-21 2010-07-21 三菱ふそうトラック・バス株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US6938412B2 (en) * 2003-08-07 2005-09-06 General Motors Corporation Removing nitrogen oxides during a lean-burn engine cold start
US20070068141A1 (en) 2005-06-15 2007-03-29 Opris Cornelius N Exhaust treatment system
JP2007231918A (ja) * 2006-03-03 2007-09-13 Toyota Motor Corp 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置
US7591131B2 (en) * 2006-11-30 2009-09-22 Caterpillar Inc. Low pressure EGR system having full range capability
US20080155972A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-03 James Joshua Driscoll Exhaust treatment system
US7805926B2 (en) * 2007-04-30 2010-10-05 Caterpillar Inc Exhaust treatment system having an acidic debris filter
US8105542B2 (en) * 2007-06-19 2012-01-31 Hino Motors, Ltd. Engine exhaust gas purifier
US8151558B2 (en) * 2008-01-31 2012-04-10 Caterpillar Inc. Exhaust system implementing SCR and EGR
DE102009014361A1 (de) 2009-03-21 2010-09-23 Daimler Ag Abgasbehandlungseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung
US8409515B2 (en) * 2009-07-14 2013-04-02 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas treatment system
US9062633B2 (en) * 2009-08-01 2015-06-23 Electro-Motive Diesel, Inc. Pressure balanced exhaust gas recirculation assembly for a locomotive two-stroke uniflow scavenged diesel engine
CN102667083B (zh) * 2009-12-08 2015-03-25 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化系统
JP5630025B2 (ja) * 2010-01-25 2014-11-26 いすゞ自動車株式会社 ディーゼルエンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法
US8276366B2 (en) * 2010-03-30 2012-10-02 GM Global Technology Operations LLC Closely coupled exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine having twin turbochargers
KR20130143052A (ko) * 2010-10-18 2013-12-30 보르그워너 인코퍼레이티드 터보차저 egr 모듈
KR20120052512A (ko) * 2010-11-16 2012-05-24 대동공업주식회사 농업용 작업차량의 배기가스 후처리장치의 취부구조
KR101425872B1 (ko) * 2011-01-11 2014-08-05 대동공업주식회사 디젤엔진 배기가스 후처리 장치
DE102011017779B4 (de) * 2011-04-29 2021-10-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung des Niederdruck-Abgasrückführungsmassenstroms in dem Luftsystem einer Brennkraftmaschine
US20130061579A1 (en) * 2011-09-14 2013-03-14 Adam J. Kotrba Exhaust Gas Aftertreatment System For Engines Equipped With Exhaust Gas Recirculation
US8857154B2 (en) * 2012-01-23 2014-10-14 Southwest Research Institute Exhaust aftertreatment for NOx-containing exhaust from an internal combustion engine
US8899016B2 (en) * 2012-03-15 2014-12-02 Southwest Research Institute Integrated WGS/ECD exhaust treatment device for internal combustion engine having an EGR loop

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1813120A (zh) * 2003-05-09 2006-08-02 排放技术有限公司 微粒捕集器的再生
CN201963379U (zh) * 2009-12-23 2011-09-07 福特环球技术公司 用于涡轮增压内燃发动机的排放控制系统
CN102287250A (zh) * 2010-03-30 2011-12-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于涡轮增压内燃机的紧密联接的排气后处理设备

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Publication number Publication date
DE102013205575A1 (de) 2013-10-10
US20130263593A1 (en) 2013-10-10
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US9003792B2 (en) 2015-04-14

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