用于內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型大體來說涉及排氣后處理系統(tǒng)。更具體地，本實(shí)用新型涉及用于內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)的輔助冷卻劑箱。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機(jī)的排氣可含有對環(huán)境不利的物質(zhì)，如氮氧化物(NOx)、顆粒物等。這些年來，已經(jīng)在汽車行業(yè)和非公路用車行業(yè)內(nèi)做出了努力以減少排氣中不利物質(zhì)的排放。這已經(jīng)通過燃燒過程的改進(jìn)和在排放到大氣之前的排氣處理得以實(shí)現(xiàn)。一種NOx排放物的催化還原合理使用選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)可以包括還原劑箱、還原劑噴射器以及催化室。還原劑箱可以存儲(chǔ)還原劑并將還原劑供應(yīng)到還原劑噴射器用于催化還原。催化還原可以涉及將還原劑通過還原劑噴射器引入廢氣流。還原劑通?？梢允且喊痹?，例如尿素水溶液。還原劑噴射器可以位于催化室的上游，所述催化室可包含SCR催化劑。SCR催化劑通?？梢园ù呋瘎┓勰┑幕旌衔?，所述催化劑粉末例如氧化鈦，氧化釩以及氧化鎢。在此過程中，SCR催化劑促進(jìn)還原劑(例如氨)和NOx之間的反應(yīng)，以產(chǎn)生水和氮?dú)猓瑥亩鴱呐艢庵腥コ齆Ox。
[0003]在運(yùn)行期間，還原劑噴射器可能變得過熱，這可能有損于還原劑噴射器的性能。因此，可以提供冷卻裝置以防止還原劑噴射器變熱。但是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被斷開或關(guān)閉時(shí)，由于到還原劑噴射器的冷卻劑流停止，還原劑噴射器可能要經(jīng)歷熱吸收。還原劑噴射器的高溫可以導(dǎo)致冷卻劑在還原劑噴射器中局部沸騰。冷卻劑通道內(nèi)的還原劑的局部沸騰可以導(dǎo)致防止熱散逸的氣穴。
[0004]防止還原劑噴射器過熱的一種方法是使用發(fā)動(dòng)機(jī)延時(shí)停機(jī)(DES)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)在切斷電源之后在一定時(shí)間段內(nèi)保持運(yùn)轉(zhuǎn)以允許冷卻劑流到還原劑噴射器。然而，一些機(jī)器操作者使用DES可能不愿使用，且因此需要其它替代冷卻方式。需要用于在排氣后處理系統(tǒng)中使用還原劑噴射器的改進(jìn)的冷卻裝置。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)。所述排氣后處理系統(tǒng)包括至少一種選擇性催化還原(SCR)催化劑和至少一個(gè)還原劑噴射器。所述還原劑噴射器配置成將還原劑噴射到內(nèi)燃機(jī)的排氣部分下游的排氣通道。所述排氣后處理系統(tǒng)進(jìn)一步包括冷卻劑回路以冷卻還原劑噴射器。所述冷卻劑回路包括配置成將冷卻劑輸送到還原劑噴射器的主冷卻劑箱，以及與還原劑噴射器流體連通的輔助冷卻劑箱。輔助冷卻劑箱包括上表面、下表面和四個(gè)側(cè)面。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型，輔助冷卻劑箱包括入口連接端口和出口通道。所述入口連接端口構(gòu)造和設(shè)置在輔助冷卻劑箱的下表面內(nèi)。所述出口通道包括第一部分和第二部分。所述第一部分平行于第一側(cè)的平面和上表面的平面而延伸。所述第一部分在第一部分的一端包括流體收集端口。所述流體收集端口與由第一側(cè)、第二側(cè)以及上表面限定的第一上拐角相鄰。所述第二部分在鄰近第二上拐角的位置處連接到第一部分，所述第二上拐角由第一側(cè)、上表面以及與第二側(cè)相對的第三側(cè)限定。所述第二部分平行于第三側(cè)的平面和上表面的平面而延伸。所述第二部分在第二部分的一端處包括出口端口。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，輔助冷卻劑箱包括L形的出口通道。
[0008]由于設(shè)計(jì)輔助的冷卻劑箱，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于熱停機(jī)狀態(tài)時(shí)，由于光照強(qiáng)度蒸汽傾向于向上移動(dòng)，并且較高密度液體傾向于向下移動(dòng)，輔助的冷卻劑箱提供了冷卻劑環(huán)繞還原劑噴射器的自然循環(huán)，避免了還原劑噴射器的高溫可能導(dǎo)致冷卻劑在還原劑噴射器中局部沸騰現(xiàn)象的發(fā)生。
【附圖說明】
[0009]圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖；
[0010]圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思的圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的排氣后處理系統(tǒng)的輔助冷卻劑箱；
[0011]圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思的圖2的輔助冷卻劑箱的透視圖，去除了輔助冷卻劑箱的上表面，以示出箱體中冷卻劑出口通道的結(jié)構(gòu)；
[0012]圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思的沿水平定向的圖2的輔助冷卻劑箱；
[0013]圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思的沿順時(shí)針傾斜定向的圖2的輔助冷卻劑箱；以及
[0014]圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思的沿逆時(shí)針傾斜定向的圖2的輔助冷卻劑箱。
【具體實(shí)施方式】
[0015]參照圖1，示出了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)102和排氣后處理系統(tǒng)104。發(fā)動(dòng)機(jī)102可以包括未示出的特征，例如燃料系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、輔助裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)部件、渦輪增壓器等。發(fā)動(dòng)機(jī)102可以是任何類型的發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī)、渦輪機(jī)、燃?xì)?、柴油、氣體燃料、天然氣、丙烷等)，可以具有任意大小，具有任意數(shù)目的汽缸，及任意構(gòu)造(“V”，直列式，徑向等)。發(fā)動(dòng)機(jī)102可以用于為任何機(jī)器或其它裝置提供動(dòng)力，所述任何機(jī)器或其它裝置包括:機(jī)車應(yīng)用、高速公路卡車或車輛、非公路用卡車或機(jī)器、推土設(shè)備、發(fā)電機(jī)、航空應(yīng)用、船只應(yīng)用、栗、固定設(shè)備，和/或本領(lǐng)域已知的其它發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。
[0016]參照在圖1中所示的特征，發(fā)動(dòng)機(jī)102可以包括多個(gè)汽缸106和多個(gè)排氣部分108。多個(gè)汽缸106位于發(fā)動(dòng)機(jī)102中并可以接收空氣和燃料的組合?？諝?燃油混合物在多個(gè)汽缸106中燃燒?？諝?燃油混合物的燃燒在汽缸106中產(chǎn)生排氣。來自汽缸106的排氣流動(dòng)通過排氣部分108，進(jìn)入排氣后處理系統(tǒng)104。
[0017]排氣后處理系統(tǒng)104配置成處理由在發(fā)動(dòng)機(jī)102的汽缸106中的燃燒產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)排氣流。排氣后處理系統(tǒng)104包括各種排放處理技術(shù)，包括但不限于:再生裝置、熱源、氧化催化劑、柴油氧化催化劑(D0C)、柴油顆粒過濾器(DPF)、選擇性催化還原催化劑(SCR)、稀薄NOx捕捉器(LNT)、消音器，或其它裝置。
[0018]排氣后處理系統(tǒng)104可以包括排氣通道110、SCR模塊112、排氣出口 114、中間流動(dòng)區(qū)116、還原劑系統(tǒng)118，以及控制器120。排氣通道110位于排氣部分108的下游并與排氣部分108流體連通。通過箭頭122描述從排氣部分108引導(dǎo)排氣流動(dòng)。排氣流通過排氣通道I1引導(dǎo)至SCR模塊112。通過箭頭124描述離開SCR模塊112的已處理過的排氣流引導(dǎo)朝向排氣出口 114的流動(dòng)。SCR模塊112可以是包括SCR催化劑126的流通支撐體。SCR模塊112有利于排氣流(由122示出)穿過SCR模塊112朝向排氣出口 114的連續(xù)通過。SCR催化劑126通過將排氣中的NOx排放物轉(zhuǎn)換成雙原子氮?dú)?N2)和水(H20)來減少NOx排放物。
[0019]還原劑系統(tǒng)118可包括還原劑源128、還原劑栗130、還原劑噴射器132以及冷卻劑回路134。還原劑系統(tǒng)118可按照各種方式進(jìn)行配置?？墒褂萌魏文軌蚧谛枨髮⑺枇康倪€原劑供給至排氣流的系統(tǒng)。在一示范性實(shí)施例中，還原劑源128為盒形箱，如圖1所示。還原劑源128可以是箱、容器、吸收材料或本領(lǐng)域中公知的能夠存儲(chǔ)和釋放還原劑的其它裝置。還原劑可以是尿素、氨氣、柴油燃料或其它用于從排氣流中除去NOx排放物的碳?xì)浠衔?。還原劑源128通過還原劑栗130與還原劑噴射器132流體連通。還原劑栗130可以是任何能夠從還原劑源128中抽出還原劑并將還原劑輸送至還原劑噴射器132的提取裝置。閥(未示出)可以位于還原劑源128與還原劑噴射器132之間，包括所述閥以調(diào)節(jié)或控制還原劑向還原劑噴射器132的輸送。
[0020]還原劑噴射器132分別包括冷卻劑端口連接件136和冷卻劑出口端口 138，它們配置成允許冷卻劑進(jìn)入和離開還原劑噴射器132。然而，還原劑噴射器132可包括彈簧、墊圈、冷卻通道、噴射器引腳和/或其它未示出的特征。還原劑噴射器132布置在中間流動(dòng)區(qū)116的上游。還原劑噴射器132配置成將還原劑噴射至離開汽缸106并進(jìn)入到中間流動(dòng)區(qū)116中的排氣流中。中間流動(dòng)區(qū)116位于SCR模塊112的上游。在中間流動(dòng)區(qū)116中，還原劑通過還原劑噴射器132注入，并且因此，還原劑與排氣流混合。中間流動(dòng)區(qū)116可包括多個(gè)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)增強(qiáng)對混合物的流動(dòng)流的干擾和/或?yàn)榕艢馀c還原劑的充分混合提供足夠的時(shí)間。還原劑和排氣流的混合物流過中間流動(dòng)區(qū)116并進(jìn)入SCR模塊112。在SCR模塊112中，SCR催化劑126通過將排氣中的NOx排放物轉(zhuǎn)化為雙原子氮?dú)?N2)和水(H2O)來降低NOx排放物。
[0021]此外，排氣后處理系統(tǒng)104還包括冷卻劑回路134，該冷卻劑回路134可以冷卻還原劑噴射器132，特別是還原劑噴射器132的尖端部分(未示出)。冷卻劑回路134包括主冷卻劑箱140、冷卻劑栗142、輔助冷卻劑箱144、第一冷卻劑通道146、第二冷卻劑通道148以及第三冷卻劑通道150。主冷卻劑箱140存儲(chǔ)冷卻劑，并經(jīng)由第一冷卻劑通道146流體地連接到冷卻劑栗142。由發(fā)動(dòng)機(jī)102提供動(dòng)力的冷卻劑栗142配置成將冷卻劑從主冷卻劑箱140栗送至還原劑噴射器132。冷卻劑栗142經(jīng)由第一冷卻劑通道146與還原劑噴射器132的冷卻劑端口連接件136流體連通。冷卻劑通過冷卻劑出口端口 138離開還原劑噴射器132。冷卻劑出口端口 138經(jīng)由第二冷卻劑通道148與輔助冷卻劑箱144流體連通。輔助冷卻劑箱144經(jīng)由第三冷卻劑通道150流體地連接到主冷卻劑箱140，從而允許冷卻劑流回主冷卻劑箱140。
[0022]在正常工作狀態(tài)中，當(dāng)冷卻劑栗142由發(fā)動(dòng)機(jī)102提供動(dòng)力時(shí)，冷卻劑沿逆時(shí)針方向在冷卻劑回路134中循環(huán)。冷卻劑從主冷卻劑箱140循環(huán)至還原劑噴射器132。來自還原劑噴射器132的熱冷卻劑流至輔助冷卻劑箱144并循環(huán)回到主冷卻劑箱140。在冷卻劑栗142不運(yùn)行的情形下，冷卻劑停止在冷卻劑通道中流動(dòng)。此時(shí)，如果還原劑噴射器132變得過熱，則熱被傳遞至還原劑噴射器132中的冷卻劑通道(未示出)。熱傳遞至冷卻劑通道(未示出)導(dǎo)致圍繞還原劑噴射器132的冷卻劑沸騰和蒸發(fā)。冷卻劑通道(未示出)內(nèi)的冷卻劑蒸氣經(jīng)由第二冷卻劑通道148上升并流向輔助冷卻劑箱144。冷卻劑蒸氣朝向輔助冷卻劑箱144的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在還原劑噴射器132的冷卻劑通道(未示出)中形成空隙，或低壓區(qū)域。因此，來自輔助冷卻劑箱144的冷卻劑沿第二冷卻劑通道148向下急速流動(dòng)并被輸送到還原劑噴射器132。因此被輸送的冷卻劑在還原劑噴射器132的冷卻劑通道(未示出)中循環(huán)，從而冷卻還原劑噴射器132。
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