專利名稱：用于排氣后處理裝置的流體注射和混合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及排氣后處理裝置。更具體地，本公開有關(guān)于通過這種裝置對排放物進(jìn)行的再生、氧化或還原。
背景技術(shù)：
本節(jié)的描述僅提供與本公開相關(guān)的背景信息，可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
在即將到來的車型年中，用于高速公路柴油發(fā)動機的排氣后處理系統(tǒng)一般將包括柴油顆粒過濾器(DPF)、氮氧化物吸附器(LNT)以及選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。這些裝置中每一個所使用的基底的正常運行和/或維護需要再生氧化或還原流體(二次流體)。在大部分應(yīng)用中，DPF要求注射例如柴油等碳?xì)浠衔?HC )，用以對過濾器中捕集的煤煙進(jìn)行定期再生或氧化。SCR系統(tǒng)依靠催化劑上游的還原劑(通常是尿素)注射來進(jìn)行氮排放物的氧化物的還原。LNT要求使用富含碳?xì)浠衔锘蛞谎趸嫉呐艢膺M(jìn)行定期再生，這通常通過注射過量的柴油到排氣流中來提供。目前，用于注射這些碳?xì)淙剂虾湍蛩氐钠毡榈淖龇ㄊ菍⑺鼈冊诤筇幚硌b置上游注射排氣管中。這種注射必須在裝置上游足夠遠(yuǎn)的位置進(jìn)行，通常在上游線性距離為十倍或更多倍管道直徑的位置處，以保證注射流體的充分混合、蒸發(fā)和/或水解。
當(dāng)必須將SCR、 LNT和/或DPF系統(tǒng)組裝到有限空間中或者必須將將它們一起聯(lián)接在公共的殼體中時，傳統(tǒng)方法的缺點便顯露出來。可用的排氣管長度可能不足以對注射流體進(jìn)行充分的混合、蒸發(fā)和/或水解，或者使用充分的排氣管長度將導(dǎo)致后處理系統(tǒng)不能接受的總背壓。由于封裝的限制，在排氣管路徑中還可能設(shè)有用于注射、混合、蒸發(fā)和/或水解的后處理部件，這些部件可能會干擾后處理裝置的正常運行。
因此可見，在本領(lǐng)域內(nèi)需要一種設(shè)置，當(dāng)沒有合適長度的排氣管可用時，所述設(shè)置能夠促進(jìn)所注射的二次流體的充分混合、蒸發(fā)和/或水解。

發(fā)明內(nèi)容
本教導(dǎo)針對一種促進(jìn)車輛的排氣后處理系統(tǒng)需要的二次流體的注射、混合、蒸發(fā)和/或水解所需的輔助管道、替代性布管以及輔助裝置。示例來說并且非限制性地，這種二次流體可以是再生流體或氧化流體或還原流體。
在本發(fā)明的一個方面中，沿后處理裝置的管道平行于排氣流延伸。該管道在需要二次流體的裝置基底的上游從側(cè)部進(jìn)入后處理裝置。在注射之前或注射過程中，向管道供給壓縮空氣以實現(xiàn)比進(jìn)入排氣流的位置處的壓力高的壓力，并實現(xiàn)足以進(jìn)行二次流體的充分混合、蒸發(fā)和/或水解的流量。在混合管進(jìn)入排氣流的位置處，閥保持管道中的這種正壓。根據(jù)需要將二次流體注射到該管道中并且打開閥。
在本教導(dǎo)的第二方面中，與發(fā)動機和后處理裝置之間的主排氣管平行的一條管道或多條管道從排氣歧管或渦輪入口上游的渦輪增壓機上的位置延伸至后處理系統(tǒng)中需要所注射的二次流體的部件的剛剛上游的位置。
在本教導(dǎo)的第三方面中，排氣后處理裝置設(shè)置有延伸穿過裝置基底的中央通道或?qū)Ч埽撆艢夂筇幚硌b置包括用于排氣/二次流體的混合腔室。
通過此處提供的說明，更多的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@而易見。應(yīng)當(dāng)理解，說明和具體的示例僅用作說明目的，并不意在限制本公開的范圍。


此處所描述的附圖僅用作說明目的，并不意在以任何方式限制本公開的范圍。通過閱讀結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，本教導(dǎo)的目的和特征將變得顯而易
見，其中
圖l是在單個殼體中包括多個后處理裝置的排氣后處理系統(tǒng)的剖視圖，所述系統(tǒng)包括根據(jù)本教導(dǎo)設(shè)置的平行路徑二次流體混合系統(tǒng)；
圖2是根據(jù)本公開的原理設(shè)置的排氣后處理系統(tǒng)的第 一替代性實施方式的側(cè)視局部剖視圖3是根據(jù)本公開的原理設(shè)置的排氣后處理系統(tǒng)的第二替代性實施方式的局部剖視圖4A和4B分別是圖3的后處理裝置的側(cè)視剖視圖和端部剖視圖，示出了根據(jù)本公開的原理設(shè)置的再生流體分配構(gòu)件；
圖5是根據(jù)本公開的原理設(shè)置的排氣后處理系統(tǒng)的第三實施方式的剖視圖6是根據(jù)本公開的原理設(shè)置的替代性排氣后處理裝置的立體圖，所述排氣后處理裝置具有內(nèi)部混合腔室并移除了外罩。
具體實施例方式
下文的描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，并不意在限制本公開、應(yīng)用或使用。
參照圖1,排氣后處理系統(tǒng)100包括內(nèi)含多個元件的多用途排氣后處理裝置。向該裝置的輸入排氣用箭頭130示出，而來自該裝置的輸出排氣用箭頭132示出。該多用途后處理裝置包括第一柴油氧化催化劑或氮氧化物吸附器基底102a、選擇性催化還原基底104、第二柴油氧化催化劑或氮氧化物吸附器基底102b、柴油顆粒過濾器基底106以及第三柴油氧化催化劑或氮氧化物吸附器基底102c。這些基底中的每個均通過基底之間的間隙隔開，所述間隙用于容納將在下文討論的二次流體分配構(gòu)件。
尿素混合管106基本平行于排氣流與排氣后處理裝置并排地延伸，并且在輸入端108處接收尿素和壓縮空氣的組合，用于在導(dǎo)管106的腔把 室116中將其混合。閥120a將壓縮空氣/尿素混合物引入第一再生流體分配構(gòu)件122a中，所述第一再生流體分配構(gòu)件122a位于基底102a和104之間并且具有多個徑向定向的穿孔或孔口 123，穿孔或孔口 123用于將來自導(dǎo)管106的二次流體引導(dǎo)至基底104的輸入面。
碳?xì)浠衔锘旌瞎?10同樣基本平行于排氣流延伸并且在輸入端112處接收碳?xì)浠衔?例如柴油)和壓縮空氣的混合物，用于在導(dǎo)管110的腔室118中將其混合?？蛇x地，電熱塞或者其它的輔助加熱部件114可以延伸至混合腔室118中。閥120b用于對流到分配構(gòu)件122b中的排氣和二次流體的混合物進(jìn)行計量。導(dǎo)管106和110在需要二次流體的特定基底的上游從側(cè)部進(jìn)入后處理裝置。在注射之前或注射過程中，以足以使二次流體正?；旌?、蒸發(fā)和/或水解的流量向這些管道另外供給壓縮空氣，以實現(xiàn)比流體/排氣混合物進(jìn)入穿過所述裝置的廢氣流的位置處的壓力高的壓力。在二次流體進(jìn)入排氣流的位置，閥保持管中的這種正壓。根據(jù)需要注射二次流體并且打開閥。
這些平行管道將空氣和所注射的二次流體的混合物在所述基底的剛剛上游處排到排氣后處理裝置的基底間的腔室中，并排至一 系列孔口 ，所述一系列孔口調(diào)整為提供所需的穿過被處理的基底的面的流動模式。
其它的輔助裝置也可以結(jié)合到這種平行管道系統(tǒng)中，包括促進(jìn)二次流體的蒸發(fā)的加熱裝置、幫助LNT和/或DPF的再生的燃燒器、和/或產(chǎn)生層流或紊流或者促進(jìn)排氣和二次流體的混合的裝置。可替代地，例如106和110等導(dǎo)管可以實現(xiàn)來自后處理裝置的熱傳遞從而促進(jìn)空氣/二次流體混合物的加熱的方式物理地附連至后處理裝置的殼體罩。
在圖2的實施方式中，排氣后處理系統(tǒng)200利用輔助管道來建立將二次流體注射其中的平行的排氣流。柴油發(fā)動機202具有排空到渦輪增壓器206中的排氣歧管204。然后通過排氣管208將排氣輸送至排氣后處理裝置220的輸入端222。導(dǎo)管210基本平行于通過導(dǎo)管208的排氣流，用于同樣將排氣直接從排氣歧管204,或者可選地從渦輪增壓器206輸送至后處理裝置220的二次輸入端224。注射器212將所需的二次流體注射流經(jīng)導(dǎo)管210的排氣流中，用于在輸入端224處引入到裝置220中。然后，該混合物流經(jīng)后處理裝置220的基底226并在其輸出端228排出，從而被排氣尾管或進(jìn)一步的排氣管230接收。因此，可以看到導(dǎo)管210從排氣歧管204上的位置或者從渦輪入口上游的渦輪增壓器206延伸至后處理系統(tǒng)中剛剛位于需要所注射的二次流體的基底部件上游的位置。由于導(dǎo)管210起始于壓力遠(yuǎn)高于基底226的剛剛上游處的壓力的位置，因此能夠保證排氣流通過導(dǎo)管210、經(jīng)過注射器212并且通過導(dǎo)管210的混合長度。
在如圖3所示的另一個可能的配置中， 一條管道或多條管道在平行于通過后處理基底的氣流的路徑上輸送排氣、繞過基底并且允許足以進(jìn)行二次流體的注射以及正常的混合、蒸發(fā)和/或水解的直徑長度比。排氣后處理系統(tǒng)300包括位于排氣管304和排氣尾管332之間的后處理裝置306。排氣流通過箭頭302示出。
排氣在入口 308處進(jìn)入裝置306到達(dá)輸入腔室310。排氣從腔室310流過基底326，并且流過基本平行的導(dǎo)管312并經(jīng)過注射器316,注射器316用于將二次流體注射排氣流，如箭頭322所示。該混合物然后流入裝置306的腔室311中，并在此處流過基底328并且回流通過第二平行管314、經(jīng)過第二注射器318。如箭頭324所示，混合物流回到腔室310，用于基底326的處理。由于這種配置可以不必將氣體從壓力較高的區(qū)域輸送至壓力較低的區(qū)域，因此可以將輔助泵送裝置320制成系統(tǒng)300的一部分，從而促進(jìn)二次流體的正常流動以及充分混合、蒸發(fā)和/或水解。
參照圖4A和4B，圖2和圖3的實施方式都將排氣和所注射的二次流體的混合物排入到位于經(jīng)受處理的后處理基底部件的剛剛上游的腔室中，并穿過與腔室的外表相鄰的圓形環(huán)或螺旋環(huán)402中的一系列孔口404。在僅僅需要周期性注射的情況下(例如LNT或DPF再生)，可在系統(tǒng)中設(shè)置一個或多個閥，用于啟動和暫停通過平行管道的排氣流。
圖5示出了根據(jù)這些教導(dǎo)的原理設(shè)置的排氣后處理系統(tǒng)的第三實施方式。排氣后處理系統(tǒng)500包括具有注射器504的輸入排氣管502，注射器504用于將二次流體注射到進(jìn)入后處理裝置510的輸入端518的排氣流中。在該實施方式中，通過形成用于容納延伸穿過基底512的混合導(dǎo)管508的通道將混合腔室包含在后處理裝置510內(nèi)。在圖5所示的特定裝置中，裝置510的排氣出口 520與排氣入口位于同一端。回轉(zhuǎn)腔室516接收排氣和二次流體的混合物并且使其反向流過基底孔口本身到達(dá)輸出腔室514,從而自輸出端520排出。
圖6示出圖5所示的后處理裝置510的替代。在圖6的設(shè)置中，從位于后處理裝置基底的前表面處的腔室延伸的兩條管道穿過后處理裝置基底延伸至其后表面。這些管道中的一個輸送排氣穿過催化劑基底至其后表面，氣流在所述后表面處反向并且穿過基底本身流回。第二管道在氣流從基底的前表面出現(xiàn)后接收氣流，并且再次轉(zhuǎn)換方向使其通過基底的內(nèi)部通道流回到第二下游基底前面的腔室。 一個示例可以是DPF跟在SCR系統(tǒng)之后，其中必須在各個后處理裝置之前注射并且混合二次流體。通過在平行于穿過后處理部件的氣流的路徑上輸送排氣、繞過所述氣流并且允許足以進(jìn)行注射以及正常的混合、蒸發(fā)和/或水解的直徑長度比，圖6的設(shè)置使得能夠在通過其它方式無法實現(xiàn)的情況下正常地引入二次流體。同樣，當(dāng)僅僅需要周期性注射二次流體時，可在系統(tǒng)中設(shè)置一個或多個閥用于對排氣流關(guān)閉注射器。
圖6的裝置600接收來自排氣管602的排氣流，所述氣流通過箭頭604a指示。排氣輸入導(dǎo)管606形成用于排氣和的二次流體的第一混合腔室，二次流體通過注射器610注射到其一側(cè)上的第一隔板608限定的輸入體積中。排氣/二次流體混合物然后如箭頭604b所示地前進(jìn)，沿導(dǎo)管606向下流至位于基底616的下游面處的由第二隔板618限定的回轉(zhuǎn)腔室。排氣/二次流體混合物然后通過箭頭604c前進(jìn)，穿過基底616本身的結(jié)構(gòu)流回至限定在基底616和隔板608之間的第二注射區(qū)域，第二注射器612在所述第二注射區(qū)域進(jìn)一步注射二次流體到排氣流中，用于穿過基底616輸送到第二內(nèi)部導(dǎo)管614中，以在下游供如圖6所示位于隔板618的左側(cè)的另一個后處理裝置使用。該排氣/二次流體的輸出流通過箭頭604d示出。
根據(jù)此處本公開的原理設(shè)置的系統(tǒng)能夠在后處理系統(tǒng)的封套小并且后處理裝置的組合必須在公共的外殼中聯(lián)接在一起的情況下提供了封裝上的優(yōu)點。根據(jù)本公開的系統(tǒng)還在主排氣管的長度不足以支持二次流體的正?；旌?、蒸發(fā)和/或水解的情況下提供方便的配置。此外，在混合導(dǎo)管能夠制成與主排氣管相比具有更佳的長度直徑比和/或更直的路徑的情況下，這種系統(tǒng)提供混合物更有效的混合和均勻性。而且，提供了可回轉(zhuǎn)的輸入路徑，用于使富含二次流體的混合物進(jìn)入經(jīng)受處理的后處理部件上游的區(qū)域中。最后，本公開的系統(tǒng)能夠使用直徑較大的催化劑基底(為了更好的流動均勻性和較低的系統(tǒng)背壓)，這在很多情況下將要求基底緊靠在一起設(shè)置，因此消除了基底之間的管道以及端部錐形件等的長度，這還適于使用中排氣流與二次流體的注射以及正常混合。
已經(jīng)參照僅為示例目的闡述的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述。本發(fā)明應(yīng)當(dāng)參照適當(dāng)解釋的權(quán)利要求來理解。
權(quán)利要求
1.一種用于將二次流體應(yīng)用于車輛的后處理裝置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括混合腔室，該混合腔室聯(lián)接為用于在混合腔室入口處接收排氣流的一部分；與所述混合腔室流體連通的二次流體源；以及流體分配構(gòu)件，該流體分配構(gòu)件位于所述排氣后處理裝置上游的主排氣流導(dǎo)管中，并且聯(lián)接于所述混合腔室的輸出端，所述流體分配構(gòu)件操作為朝所述后處理裝置的上游面帶來流體流的預(yù)選模式。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述混合腔室與所述主排氣 流導(dǎo)管分開。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述混合腔室包括基本平行 于所述主排氣流導(dǎo)管延伸的導(dǎo)管。
4. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括二次流體注射器，所述二次 流體注射器用于在壓力下將從所述二次流體源接收的二次流體注射到 所述混合腔室中。
5. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括位于所述混合腔室的輸出端 中的閥，所述閥操作為選擇性地允許和禁止所述混合腔室與所述流體分 配構(gòu)件之間的流體連通。
6. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述排氣后處理裝置包括顆 粒過濾器，而所述二次流體包括過濾器再生流體。
7. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述排氣后處理裝置包括選 擇性催化還原催化轉(zhuǎn)換器，而所述二次流體包括還原劑。
8. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述排氣后處理裝置包括一 氧化二氮吸附器，而所述二次流體包括轉(zhuǎn)換器基底再生流體。
9. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述混合腔室位于所述后處理裝置的殼體內(nèi)。
10. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述混合腔室輸入端聯(lián)接于 所述車輛的排氣歧管。
11. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述流體分配構(gòu)件包括穿孔 的導(dǎo)管，所述穿孔的導(dǎo)管具有相對于所述后處理裝置的上游面定位的一 系列孔口，從而帶來預(yù)選的模式。
12. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其中，所述穿孔的導(dǎo)管是環(huán)狀的。
全文摘要
一種用于將二次流體應(yīng)用于車輛的排氣后處理裝置的系統(tǒng)，利用聯(lián)接的混合腔室來接收車輛排氣流的一部分。二次流體源聯(lián)接于所述混合腔室并且流體分配構(gòu)件位于所述排氣后處理裝置上游的中間排氣流導(dǎo)管中。所述流體分配構(gòu)件朝所述后處理裝置的上游面帶來流體流的預(yù)選模式。
文檔編號F01N3/00GK101563529SQ200780046027
公開日2009年10月21日 申請日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者特德·G·哥穆爾卡, 薩沙·哈弗坎普, 馬庫斯·舒斯特 申請人:田納科汽車營運公司