废气气流分配系统 |
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| 申请号 | CN201380048591.3 | 申请日 | 2013-09-18 | 公开(公告)号 | CN104718355B | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 天纳克汽车经营有限公司; | 发明人 | 爱德华·C·希尔; 海德·凯尼; 约翰·哈丁; 马诺伊·K·桑帕斯; | ||||
| 摘要 | 一种用于处理由引擎产生的废气的废气后处理系统，其包括与引擎连通的废气通道；用于将废气处理 流体 投入到废气通道中的 喷嘴 ，混合装置位于喷嘴下游，该混合装置可操作地将废气处理流体和废气相混合；位于混合装置的下游的不规则形状废气处理基底；以及位于混合装置和不规则形状废气处理基底之间的分散装置。分散装置包括多个分散部件，每个分散部件都可操作地将流过分散装置的废气流引导为多个不同的方向，以将废气分散为大体上流动遍及不规则形状废气处理基底的整个表面。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种废气后处理系统，其包含： |
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| 说明书全文 | 废气气流分配系统[0001] 相关申请的交叉参考 [0002] 本申请要求提交于2013年9月17日的美国实用新型申请第14/028,645号的优先权，并且要求提交于2012年9月18日的美国临时申请第61/702,507号的利益。上述申请的全部公开都通过引用被引入此处。 [0003] 领域 [0004] 本发明涉及一种废气气流分配系统。 [0005] 背景 [0006] 本节提供涉及本发明的背景信息，该背景信息不一定为现有技术。 [0007] 排放法规要求规定引擎具有废气后处理系统，以消除或至少大体上最小化排放，例如颗粒物和NOx的排放。为了消除或减少颗粒物和NOx的排放，废气后处理系统可以包括废气处理构件，诸如颗粒过滤器(例如，柴油颗粒过滤器(DPF))、选择性催化还原(SCR)构件和柴油氧化催化(DOC)构件。 [0008] SCR构件和DOC构件通常与将还原剂喷射到废气流中的还原剂喷射系统一起工作，以在废气进入SCR构件或DOC构件之前处理废气。就SCR而言，包括尿素的还原剂溶液在进入SCR构件之前被喷射到废气流中。就DOC而言，诸如柴油的碳氢化合物还原剂在进入DOC构件之前被喷射到废气流中。 [0009] 由于装配限制，诸如SCR构件或DOC构件的废气处理构件可以被不规则地成形。由于废气处理构件的不规则形状，因此难以确保还原剂废气混合物均匀分散遍及不规则形状废气处理构件的催化剂涂覆的基底的整个表面。 [0010] 概述 [0011] 本节提供本发明的总体概述，并且不是其全范围或其全部特征的全面公开。 [0012] 本发明提供一种废气后处理系统，其包括废气通道、与废气通道连通的不规则形状废气处理构件、以及在废气处理装置的上游位置设置在废气通道中的分散装置。分散装置包括多个分散部件，每个分散部件都可操作地将流过分散装置的废气流引导为多个不同的方向，以将废气分散为大体上流动遍及不规则形状废气处理构件的整个表面。 [0013] 本发明还提供一种用于处理由引擎产生的废气的废气后处理系统，其包括与引擎连通的废气通道；用于将废气处理流体投入到废气通道中的喷嘴，混合装置位于喷嘴下游，该混合装置可操作地将废气处理流体和废气相混合；位于混合装置的下游的不规则形状废气处理基底；以及位于混合装置和不规则形状废气处理基底之间的分散装置。分散装置包括多个分散部件，每个分散部件都可操作地将流过分散装置的废气流引导为多个不同的方向，以将废气分散为大体上流动遍及不规则形状废气处理基底的整个表面。 [0014] 最后，本发明提供一种用于处理由引擎产生的废气的废气后处理系统，其包括与引擎连通的废气通道；用于将废气处理流体投入到废气通道中的喷嘴；位于喷嘴下游的混合装置，该混合装置可操作地将废气处理流体和废气相混合；位于混合装置的下游的不规则形状废气处理基底，该不规则形状废气处理基底包括至少第一凸角、第二凸角和第三凸角；以及位于混合装置和不规则形状废气处理基底之间的锥形分散装置。该分散装置包括多个穿孔，该多个穿孔用于将流过分散装置的废气流引导为多个不同方向，以将废气分散为大体上流动遍及不规则形状废气处理基底的整个表面。多个穿孔包括直接支配一部分废气朝向第一凸角流动的第一穿孔、直接支配一部分废气朝向第二凸角流动的第二穿孔和直接支配一部分废气朝向第三凸角流动的第三穿孔。 [0015] 进一步的适用范围将从这里所提供的描述中变得显而易见。本概述中的描述和具体例子仅为说明目的，并非旨在限制本发明的范围。 [0017] 这里所描述的附图仅用于所选实施方式的说明目的而非所有可行实施，并非旨在限制本发明的范围。 [0018] 图1是根据本发明的原理的废气后处理的示意图； [0019] 图2是示出根据本发明的原理的废气管路的部分的立体图； [0020] 图3是示出图2中所示的废气管路的部分的侧视立体图； [0021] 图4是设置在废气管路的部分中的分散装置的侧视立体图； [0022] 图5是设置在废气管路的部分中的分散装置的轴向立体图； [0023] 图6是图4和图5所示的分散装置的立体图； [0024] 图7是图6所示的分散装置的侧视立体图； [0025] 图8是图7所示的分散装置的轴向立体图； [0026] 图9A至图9E示出图6至图8所示的分散装置的多个立体图； [0027] 图10示出根据本发明的原理的另一个示例性分散装置； [0028] 图11示出图10所示的分散装置的轴向立体图； [0029] 图12示出设置在废气管路中的、图11所示的分散装置的轴向立体图； [0030] 图13示出设置在废气管路中的、根据本发明的原理的另一个示例性分散装置的立体图； [0031] 图14示出图13所示的、设置在废气管路中的分散装置的侧视立体图； [0032] 图15是图14所示的、设置在废气管路中的分散装置的轴向立体图； [0033] 图16是图13所示的分散装置的侧视立体图； [0034] 图17是图16所示的分散装置的立体图； [0035] 图18是图17所示的分散装置的轴向立体图；并且 [0036] 图19A至图19E示出图13至图18所示的分散装置的多个立体图。 [0037] 贯穿附图的若干视图的对应的附图标记表示对应的部分。 [0038] 详细描述 [0039] 参考附图，现在将更充分地描述示例实施方式。 [0040] 图1示意地示出了根据本发明的废气系统10。废气系统10至少包括与燃料源14连通的引擎12，燃料源14一旦消耗，将产生废气气体，该废气气体被排入具有废气后处理系统18的废气通道16中。引擎12的下游可以设置DOC构件20、DPF构件22和SCR构件24。虽然本发明不需要，但废气后处理系统18可以进一步包括诸如燃烧器26的构件，以增加穿过废气通道16的废气气体的温度。增加废气气体的温度有利于实现在寒冷天气条件下并且在引擎12启动时的、在DOC构件20和SCR构件24中的催化剂的点火，以及在需要时引发DPF22的再生。 为了提供燃料给燃烧器26，燃烧器可以包括连通燃料源14的进料管路27。 [0041] 为了帮助减少由引擎12产生的排放，废气后处理系统18可以包括用于将废气处理流体周期地喷射到废气流中的喷嘴28和喷嘴30。如图1所示，喷嘴28可以位于DOC20的上游，并且可操作地喷射碳氢化合物废气处理流体，该碳氢化合物废气处理流体至少帮助减少废气流中的NOx，以及升高用于DPF22的再生的废气温度。在这方面，喷嘴28通过进料管路32而与燃料源14流体连通，以将诸如柴油的碳氢化合物喷射到DOC20上游的废气通道16中。喷嘴28还可以通过回流管路33而与燃料源14连通。回流管路33容许任何未被喷射进废气流中的碳氢化合物回流到燃料源14中。穿过进料管路32、喷嘴28和回流管路33的碳氢化合物的液流还帮助冷却喷嘴28，以使喷嘴28不会过热。尽管附图中未示出，但是喷嘴28可以被配置为包括冷却外套，该冷却外套传递冷却剂围绕喷嘴28以冷却喷嘴28。 [0042] 喷嘴30可以被用于将诸如尿素的废气处理流体喷射到位于SCR24上游位置的废气通道16中。喷嘴30通过进料管路36与还原剂箱34连通。喷嘴30还通过回流管路38与箱34连通。回流管路38容许任何未被喷射到废气流中的尿素回流到箱34中。与喷嘴28相似，穿过进料管路36、喷嘴30和回流管路38的尿素的液流也帮助冷却喷嘴30，以使喷嘴30不会过热。应该理解的是，除了所列出的还原剂以外的还原剂也可以被用于减少废气的NOx含量。废气处理装置的不同的相对位置也在本发明的范围内。 [0043] 图2至图5示出了废气通道16的部分40。部分40可以包括连接在一起以限定部分40的多个管和/或配件42、44和46。进口部分42可紧接地位于引擎12的下游，喷嘴壳体48被设置在此处。为了将喷嘴28或喷嘴30安装至喷嘴壳体48，喷嘴壳体48可包括用于接收喷嘴28或喷嘴30的孔50。壳体48可以相对于进口部分42倾斜，以彻底地确保由喷嘴30喷入废气流中的液滴的均匀分散。应该理解的是，虽然下面的描述将普遍指的是来自喷嘴30的尿素废气处理流体的喷射，并且指的是SCR废气处理构件24的使用，但本发明不应该被限制于此。特别地，应该理解的是，在不超出本发明的范围的情况下，废气处理流体可以是碳氢化合物废气处理流体，并且废气处理构件可以是催化剂涂覆的DPF20或DOC22。 [0044] 在进口部分42中、喷嘴壳体48的下游，可以设置混合装置52。混合装置52用于创造穿过进口部分42的废气的湍流。在这方面，混合装置52可以包括多个盘54，其具有被不同定向的薄片56。每个盘54都可以被安装到环形凸缘58，环形凸缘58可被焊接到进口部分42的内表面60。在废气气流穿过混合装置52时，薄片56将废气气流偏转为不同方向，以创造湍流。通过创造废气流的涡流，由喷嘴30喷射到废气流中的废气处理流体可以被均匀地分散到废气流中。喷嘴30可被定向为从喷嘴30射出的液滴被引导为朝向混合装置52，以落到混合装置的一部分上。或者，液滴可在混合装置52的上游位置被喷射到废气中。 [0045] 在废气流穿过混合装置52后，废气和废气处理流体的混合物穿过部分40的中间部分44。中间部分44对于本发明来说并非所需的，但从容许废气处理流体和废气流进一步地在其中掺合和反应的角度来看，中间部分44可以是所需的。最好如图3所示，中间部分44包括径向扩张的第一部分45、用于支撑DOC20或DPF22的壳体47和径向缩小的第二部分49。在穿过中间部分44后，废气流进入部分40的出口部分46。 [0046] 根据本发明，分散装置62可以被设置在出口部分46中。出口部分46可以被紧接地设置在诸如SCR24的废气处理构件的上游。如将在下面更详细地描述的，废气处理构件24可以被不规则地成形，以考虑在将废气后处理系统18安装到需要废气后处理的车辆、船用引擎或固定式引擎应用上时的组装限制。最好如图5所示，SCR24包括大体三角形的基底64。即，基底64包括三个凸角66、凸角68和凸角70。进一步，最好如图2所示，出口部分46的管72偏离基底64的中心74。管72可以由于安装废气后处理系统18所需的装配制约而偏离中心 74。 [0047] 因为管72偏离基底64的中心74，并且因为基底64是不规则形状(例如，三角形)，所以废气流的均匀气流可能不会落到基底64的整个表面上。因此，不是基底64的整个表面被用作处理废气流以减少废气气体的对环境有害的成分。分散装置62帮助使废气处理流体和废气的混合物分散遍及基底64的整个表面。 [0048] 最好如图6至图9E所示，分散装置62包括第一端部76和第二端部78。废气气体会从第一端部76穿过分散装置62到第二端部78。在第一端部76形成柱状环80，柱状环80可被焊接于出口部分46的内表面82，以将分散装置62固定于出口部分46。可以围绕柱状环80的圆周设置多个切口84。切口84容许在第一端部76处进入分散装置62的一部分废气气体相对于柱状环80径向地向外分散。通过容许一部分废气气体穿过切口84漏出分散装置62，在废气系统10中的背压减小。 [0049] 未穿过切口84离开分散装置62的剩余部分废气气体在第二端部78处离开分散装置62。在第二端部78处可以形成多个偏转部件86。偏转部件86被形成为相对于柱状环80径向地向外平滑扩张。 [0050] 如上所述，不规则形状的基底64可以被设计为具有三个凸角66、凸角68和凸角70。偏转部件86的数量通常等于基底64的凸角的数量。在这方面，偏转部件86每个都被设计为将穿过分散部件62的废气气流引导为朝向基底64的每个凸角66、凸角68和凸角70。例如，第一偏转部件88可以可操作地使废气气体朝向凸角66偏转；第二偏转部件90可以可操作地使废气气体朝向凸角68偏转；并且第三偏转部件92可以可操作地使废气气体朝向凸角70偏转。通过以这种方式使废气偏转，废气处理流体和废气气体的混合物可以更可靠地落到基底64的整个表面上。然而，应该理解的是，在不超出本发明的范围的情况下，只要废气气体被更有效地偏转以遍及基底64的整个表面，则可以使用任意数量的偏转部件86。 [0051] 如图5所示，且如上所述，管72可以偏离基底64的中心74。因为分散装置62被安装在偏离的管72内，所以偏转部件90可能不足以单独地使废气气体朝向凸角68偏转。为了进一步帮助偏转部件90将废气气体朝向离分散装置62最远的凸角68偏转足够的量，分散装置62还可以包括被设置在偏转部件86的上游的径向向内延伸的凸缘94。 [0052] 径向向内延伸的凸缘94朝向分散装置62的纵向轴线径向地向内延伸，并且被形成于柱状环80的、使得废气气体朝向离分散装置62最远的凸角68偏转的位置。尽管本发明不需要，但是径向向内延伸的凸缘94可以包括以与切口84相同的方式工作的多个孔或狭槽96。即，狭槽96容许一部分废气气体径向向外漏出分散装置62，以减小废气系统10中的背压。 [0053] 图10至图12示出了根据本发明的原理的另一种分散装置100。与分散装置62类似，分散装置100包括柱状环80，以用于将分散装置100焊接到出口部分46的内表面82。柱状环80的下游为径向向内延伸的凸缘102。径向向内延伸的凸缘102与径向向内延伸的凸缘94不同在于，该凸缘102不包括狭槽96。尽管如此，径向向内延伸的凸缘102的功能与凸缘94的功能相同。即，凸缘102位于柱状环80的、使最大量的废气气体朝向离分散装置100最远的基底 64的表面偏转的位置。特别地，使用图2作为例子，凸缘102被设置为使废气气体朝向基底64的凸角68偏转。 [0054] 凸缘102的下游可以设置多个切口84，切口84容许废气气体径向地从分散装置100漏出，并且减小废气系统10中的背压。在切口84的下游设置偏转部件104。与分散装置62的、从柱状环80径向向外延伸的偏转部件86相比，偏转部件104以类似于径向向内延伸的凸缘102的方式径向向内延伸。当废气气体接近偏转部件104时，废气气体会被径向地向外偏转以穿过对应于每个偏转部件104的开口106。每个偏转部件104都可与基底64的凸角66、凸角 68和凸角70相对应，并且引导废气朝向基底64的凸角66、凸角68和凸角70流动。 [0055] 为了进一步帮助引导废气气体朝向分别的凸角66、凸角68和凸角70，可单独地调整每个偏转部件86或偏转部件104。更特别地，例如，每个偏转部件86或偏转部件104径向向外或向内延伸的量都可被调节为捕获更大或更小量的废气气流。这可以有利的使更大量的气流朝向离分散装置62或分散装置100最远的凸角偏转，或可以有利于使更小量的废气气流偏转到特定的凸角。为了使更大量的废气气流偏转，偏转部件86或偏转部件104可以比其他偏转部件86或偏转部件104径向地向外或向内延伸更大的范围。相反地，如果期望更小量的废气气流，则偏转部件86或偏转部件104可以比其他偏转部件86或偏转部件104径向地向外或向内延伸更小的范围。在引擎废气穿过分散装置62和分散装置100时，进一步帮助废气处理流体和引擎废气的混合的其他替代方法是略微地扭转一个或每个偏转部件86或偏转部件104。即，并非简单地将偏转部件86或偏转部件104从环80径向地向内或径向地向外地定向，而是偏转部件86或偏转部件104中的至少一个可以被略微地扭转，以改变偏转部件86或偏转部件104的取向。 [0056] 单独地调整每个偏转部件86或偏转部件104的另一方法是按需增加每个偏转部件86或偏转部件104的表面面积。例如，如果需要较大量的废气流动到特定的位置，则偏转部件86或偏转部件104的尺寸可以增加。相反地，如果在特定的位置处期望较小量的废气气流，则偏转部件104的尺寸可以减小。例如，最好如图8所示，能够看出最大的偏转部件86是第二偏转部件90。这是因为偏转部件90负责使废气气体朝向离分散装置62最远的凸角68偏转。因为凸角66和凸角70在具有分散到其上的废气气体方面不需要与凸角68一样的协助，所以第一偏转部件88和第三偏转部件92不需要与第二偏转部件90一样大。 [0057] 现在参考图13至图19，说明另一种示例分散装置200。与分散装置62和分散装置100相似，分散装置200包括位于其第一端部204的柱状安装环202。在第二端部206形成锥形偏转装置208。偏转装置208包括多个穿孔210，该多个穿孔210容许废气气体流过偏转装置 208，以从偏转装置208被径向地向外分散。通过径向向外地从偏转装置208径向地分散废气气体，废气气体会更容易地大体落到基底64的整个表面上。 [0058] 为了进一步帮助引导穿过偏转装置208的废气气体，每个穿孔210都可以被定向为特定的方向。例如，为了帮助使废气气体朝向第一凸角66偏转，形成在上表面212上的每个穿孔210都可以被定向为凸角66所在的大概方向。相似地，形成在偏转装置208的下侧表面214上的穿孔210可以被定向为朝向凸角70，而形成在偏转装置208的、与下侧表面214相对的侧面216上的穿孔210可以被定向为朝向凸角68。无论如何，应该被理解的是，每个穿孔 210都可以被定向为废气气流所被期望引导到的特定方向。 [0059] 在每个上述的实施方式中，能够看出，出口部分46包括形成在其中的凹部51。凹部51被用于在废气气流进入分别的分散装置62、分散装置100或分散装置200之前为废气气流提供附加湍流。凹部51的长度可变，但可使用足以为废气流提供充足的湍流的任何长度。考虑到凹部51，每个分散装置62、分散装置100和分散装置200都可以包括形成在其中的孔 300，孔300容许每个分散装置62、分散装置100和分散装置200都以覆叠凹部51的方式被安装。 [0060] 以说明和描述的目的提供了上述实施方式的描述。这并非旨在穷尽本发明或限制本发明。特定实施方式的单个构件或特征通常不被限制于所述特定实施方式，但是，即使没有具体地示出或描述，在适用的情况下，它们可互换且可以被用于所选的实施方式中。上述也可以以许多方式变化。该变化并不被认为是偏离本发明，并且所有这些修改都被包括在本发明的范围内。 |
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