專利名稱：噴射液體還原劑進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
噴射液體還原劑進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及噴射液體還原劑進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的裝置。背景技術(shù)：
為了符合2010環(huán)境保護(hù)署(EPA)的氮氧化物(NOx)標(biāo)準(zhǔn)，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工程中行 業(yè)廣泛選擇使用尿素選擇性催化還原(Selective CatalyticReaction SCR)后處理技術(shù)。 使用該技術(shù)時(shí)，尿素水溶液通常車載存儲(chǔ)于尿素罐中并通過尿素噴射器噴射進(jìn)入車輛排氣 中，在這里，所噴射的尿素分解成為氨(NH3)和二氧化碳(CO2)。所生成的氨隨后在下游的 SCR催化劑表面上被吸收，在這里其與排氣中的NOx反應(yīng)以轉(zhuǎn)化為氮和水。尿素溶液通常以噴霧形式噴射進(jìn)入車輛排氣中。雖然使用了混合系統(tǒng)以使絕大多 數(shù)液滴通過空氣傳播，排氣系統(tǒng)的空間限制和發(fā)動(dòng)機(jī)工況的組合可導(dǎo)致一些尿素液滴在尿 素噴射器的表面和緊鄰的排氣道中形成沉積。這種沉積形成過程是不可逆的，導(dǎo)致尿素噴 射器的堵塞，其將導(dǎo)致SCR后處理系統(tǒng)的NOx轉(zhuǎn)化效率劣化。在一些例子中，在緊鄰排氣道 中的尿素沉積增加可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)背壓增加以及相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力損失。在低速和中速排氣流中，所噴射的尿素的較大液滴可停止在管道底部表面上，在 這里會(huì)發(fā)生大量和快速的尿素沉積物積聚。(例如可見圖1)。在中速和高速排氣流中，快 速蒸發(fā)直徑逐漸減少的較小液滴可吹向頂部表面，在這里會(huì)發(fā)生沉積物生成。各種混合裝置的使用已經(jīng)成功地減少了頂部表面和底部表面的沉積物生成過程。 而且，例如車輛運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)每10到30個(gè)小時(shí)發(fā)生的柴油微粒過濾器的階段性再生(例如通過 燃燒表面聚集的煙塵來清潔)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)從而使排氣溫度超過600°C可達(dá)12分鐘。 升高的排氣溫度可以從底部表面和頂部表面去除尿素沉積物。然而，這里實(shí)用新型人也認(rèn)識(shí)到在排氣管內(nèi)的一些凹陷表面中仍可能傾向于使沉 積物生成和積聚。這種現(xiàn)象的一個(gè)常見的例子是在定量噴射器凸起中。尿素定量噴射器無 論安裝于管道彎曲處或直的部分中，均可導(dǎo)致包含將噴射器保持在位的安裝凸起。在管道 面對(duì)排氣一側(cè)，凸起可具有空腔或凹陷，其使得噴射器位置稍微遠(yuǎn)離從而使噴射器盡可能 少地暴露于高溫中。接近空腔的排氣流的流動(dòng)方式可能改變從而使得可能發(fā)生氣體再循環(huán) 進(jìn)入空腔(例如可見圖2)。再循環(huán)的量可隨著工況例如排氣流以及溫度、尿素定量給料率 和環(huán)境溫度而變化。接近空腔的排氣再循環(huán)可增大尿素沉積物生成和積聚的趨向。
實(shí)用新型內(nèi)容因此，在這里公開了將液體還原劑噴射進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的系統(tǒng)和方法用于解決上 述問題。一個(gè)示例性系統(tǒng)包含噴射器，其具有將液體還原劑噴射進(jìn)入還原催化轉(zhuǎn)化器上游 的排氣流的出口 ；位于噴射器上游的氣體導(dǎo)向器，這里氣體導(dǎo)向器配置用于在導(dǎo)向器上游 生成高壓區(qū)域以及在導(dǎo)向器下游圍繞噴射器出口生成低壓區(qū)域；配置用于從排氣道轉(zhuǎn)送一 部分排氣流的旁路流通道，該旁路流通道在導(dǎo)向器上游的高壓區(qū)域內(nèi)具有入口 ；以及與旁 路流通道流體連通的集合器，該集合器具有一個(gè)或多個(gè)開口供排氣的旁路部分流出集合器 開口進(jìn)入排氣流以形成對(duì)液體還原劑噴霧的氣體屏蔽。[0009]這樣，氣體導(dǎo)向器在旁路通道的入口所在的導(dǎo)向器的上游產(chǎn)生高壓區(qū)域，且噴射 器出口所在的導(dǎo)向器下游產(chǎn)生低壓區(qū)域。由此形成了壓力差使得將排氣流的一部分轉(zhuǎn)送通 過旁路流通道以形成對(duì)液體還原劑噴霧的氣體屏蔽。所形成的氣體屏蔽也可用作減小接近 噴射器出口的排氣流再循環(huán)，例如在噴射器凸起空腔內(nèi)，從而減少液體還原劑沉積物的生 成和積聚。在一些例子中，氣體導(dǎo)向器包含具有底面和一對(duì)連接底面的壁的凸緣，這里凸緣 配置用于將一部分排氣引導(dǎo)向旁路流通道。而且，集合器的一個(gè)或多個(gè)開口可環(huán)繞位于噴 射器出口周圍，其允許氣體屏蔽形成為包圍液體還原劑噴霧的環(huán)形氣體屏蔽。在一些例子中，旁路流通道形成于用于將所述噴射器安裝至排氣道的壁上的安裝 凸緣和噴射器凸起之間。而且，可在安裝凸緣中加工出槽用作旁路流通道。在一些例子中，導(dǎo)向器可包含連接至處于旁路流通道下游和噴射器上游的排氣 道壁上的凸緣。在一些例子中，系統(tǒng)可進(jìn)一步包含位于噴射器下游的混合裝置用于將所述液體還 原劑噴霧與排氣流相混合。在另一個(gè)實(shí)施例中，通過一種將液體還原劑噴射進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流的方法可至少 部分解決上訴問題，該方法包括將液體還原劑通過噴射器噴射進(jìn)入排氣流中，在還原催化 轉(zhuǎn)化器上游的噴射位置噴射的液體還原劑用于減少排氣中的NOx成分；將排氣從噴射器上 游通過旁路流通道轉(zhuǎn)送；以及將轉(zhuǎn)送的排氣安排至噴射位置，這里所轉(zhuǎn)送的排氣和液體還 原劑均進(jìn)入排氣流。這樣，能夠利用排氣流來屏蔽噴射器從而減少沉積。這里發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到上述問題、現(xiàn)象以及可能的解決方案。而且，應(yīng)理解的是為 了以簡(jiǎn)單的形式介紹本實(shí)用新型所選擇的概念而提供上述實(shí)用新型內(nèi)容，本實(shí)用新型將在具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步詳細(xì)介紹。這不意味著確定所保護(hù)的本實(shí)用新型主題的關(guān)鍵的或?qū)?質(zhì)的特征，本實(shí)用新型的范圍將由本申請(qǐng)的權(quán)利要求唯一地界定。而且，本實(shí)用新型的權(quán)利 要求主題并不限于解決上文或本說明書任何部分所提及的任何不足的實(shí)施方式。
圖1顯示了在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣道中發(fā)生尿素沉積物生成和積聚的示意圖。圖2顯示了發(fā)生排氣再循環(huán)進(jìn)入安裝凸起空腔中的示意圖。圖3顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的處理發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的裝置的實(shí)施例的示意圖。圖4顯示了可用于圖5中的裝置的用于將液體還原劑噴射進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的裝置 的實(shí)施例的橫截面視圖。圖5為圖6中的裝置的立體圖。圖6顯示了裝置的分解立體圖。圖7顯示了圖6中的安裝凸緣的仰視圖。圖8顯示了在管道彎曲處安裝至安裝凸起的尿素噴射器的示意圖。圖9顯示了在管道直部分處安裝至安全感凸起的尿素噴射器的示意圖。圖10為根據(jù)本實(shí)用新型將液體還原劑噴射進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的示例方法的流程 圖。
具體實(shí)施方式
圖3顯示了根據(jù)本實(shí)用新型用于處理發(fā)動(dòng)機(jī)12排氣的裝置10的實(shí)施例的示意圖。裝置10可包括連接至發(fā)動(dòng)機(jī)12的排氣道14的液體還原劑噴射器總成16。該液體還 原劑噴射器總成16可配置用于將液體還原劑例如液體尿素溶液噴射進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣。該液體還原劑噴射器總成16可位于發(fā)動(dòng)機(jī)12的排氣道14中排放控制裝置18的 上游位置處。該排放控制裝置18可例如為去除發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的NOx成分的SCR催化劑。液 體還原劑噴射器總成16的細(xì)節(jié)參考圖3-7作了描述。裝置10可包含連接至多個(gè)傳感器22 (例如溫度傳感器、氧氣傳感器、NOx傳感器、 壓力傳感器以及流速表)的控制器20用于監(jiān)測(cè)各種發(fā)動(dòng)機(jī)工況?？刂破?0也可連接至各 種驅(qū)動(dòng)器24，例如各種發(fā)動(dòng)機(jī)閥門和節(jié)氣門，用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)理解的是發(fā)動(dòng)機(jī)12 可為可采用裝置10來處理發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的任何適合的發(fā)動(dòng)機(jī)，例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。在一些例子中，裝置10也包含混合裝置26 (如圖8和9所示)用于將液體還原劑 噴霧與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣相混合。該裝置10可進(jìn)一步包含集中裝置28(如圖8和9所示)用于 在排氣道14中將液體還原劑集中以使液體還原劑噴霧與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣獲得更好的混合。在 一個(gè)例子中，集中裝置28可為噴霧集中格柵或使用成角度的百葉板。圖3-7為圖5中的液體還原劑噴射器總成16的各個(gè)視圖。如圖4所示，噴射器總 成16可包含液體還原劑噴射器30，其具有用于噴射液體還原劑的噴射器出口 32，以及用于 將噴射器30安裝至排氣道14的噴射器凸起33。噴射的液體還原劑可為噴霧形式。噴射器 凸起33可形成凹陷，在該例中顯示為在排氣道14的壁上的噴射器凸起空腔34。液體還原 劑噴射器30可安裝于管道彎曲處或在直管部分內(nèi)，并可以各種方式在排氣道14內(nèi)形成角 度。噴射器總成16可進(jìn)一步包括排氣旁路通道36，其具有入口 40和出口 42用于轉(zhuǎn)送 排氣流的一部分，以及用于使排氣流偏轉(zhuǎn)離開噴射器凸起空腔34和噴射器出口處32的氣 體導(dǎo)向器38。氣體導(dǎo)向器38可安裝于排氣道14的壁上。氣體導(dǎo)向器38可包括配置用于將一 部分排氣導(dǎo)向至排氣旁路通道36的入口 40的凸緣41 (見圖5)。凸緣41可包含底面43和 一對(duì)側(cè)壁44。氣體導(dǎo)向器38可朝向引入的排氣流成角度。氣體導(dǎo)向器38可剛好在排氣旁 路通道36的入口上游處連接至排氣道14。將氣體導(dǎo)向器38置于排氣道14內(nèi)可相對(duì)于位于氣體導(dǎo)向器38下游并圍繞噴射 器出口 32和液體還原劑噴霧的低壓區(qū)域45在氣體導(dǎo)向器38的上游生成高壓區(qū)域39。在 高壓區(qū)域39和低壓區(qū)域45之間的壓力差可將一部分排氣驅(qū)動(dòng)進(jìn)入排氣旁路通道36的入 口 40并流過排氣旁路通道36以生成環(huán)繞液體還原劑噴霧的氣體屏蔽。排氣旁路通道36可為在其出口 42處連接至集合器46。集合器46可包含一個(gè)或 多個(gè)開口 48以允許排氣的旁路部分流出集合器開口 48進(jìn)入排氣流從而形成氣體屏蔽(見 圖6)。在一些例子中，一個(gè)或多個(gè)開口 48可包含圍著噴射器出口 32環(huán)繞分布的6到9個(gè) 開口，以便于通過旁路排氣流流出集合器開口 48形成圍繞液體還原劑噴霧的環(huán)形氣體屏 蔽。此外，旁路排氣流流出集合器開口可以總體上對(duì)準(zhǔn)平行于還原劑噴射且與之對(duì)齊的方 向。在一些例子中，排氣旁路通道36可成型于噴射器凸起33和噴射器凸起凸緣51之 間?？稍趪娚淦魍蛊鹜咕?1焊接至噴射器凸起33之前在其上加工有槽49以用作排氣旁 路通道36的路徑(見圖7)。
5[0038]這樣，排氣的一部分可轉(zhuǎn)向并環(huán)繞液體還原劑噴霧形成氣體屏蔽以防止液體還原 劑噴霧在突起空腔內(nèi)和接近噴射器出口 32處的再循環(huán)。由此，可以減少液體還原劑沉積物 在噴射器凸起空腔34內(nèi)和排氣道14中的生成和積聚。這樣，在一個(gè)例子中，系統(tǒng)可運(yùn)轉(zhuǎn)以通過還原催化轉(zhuǎn)化器上游的噴射位置處的噴 射器30將液體還原劑噴射進(jìn)入排氣流用于還原排氣中的NOx成分。此外，排氣可從排氣流 自噴射器上游某處轉(zhuǎn)向離開并隨后通過旁路流通道，在這里轉(zhuǎn)向的排氣傳送至噴射位置。 隨后，在噴射位置處，轉(zhuǎn)向的排氣和液體還原劑均進(jìn)入排氣流。雖然本例子顯示了排氣通過 關(guān)于排氣道成角度的導(dǎo)向器板轉(zhuǎn)向，也可使用其它各種轉(zhuǎn)向裝置來形成壓力差，例如伯努 利型皮托管(bournulli-styled pitot tube)。此外，雖然這些例子顯示了噴射位置包括由 成角度的噴射凸起配置形成的凹陷空腔，該方法也可應(yīng)用于噴射器處于關(guān)于排氣道垂直 安裝位置的系統(tǒng)。最后，雖然該例子顯示了排氣道中的集合器具有多個(gè)圍著噴射位置環(huán)繞 分布并從入口 40分開的平行氣流通道，也可使用單個(gè)不分支的旁路通道。圖10為根據(jù)本實(shí)用新型將液體還原劑噴射進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的示例性方法100的 流程圖。該方法可使用參考圖5-9的裝置10實(shí)施。方法100可包含在102處使用具有出 口的噴射器將液體還原劑噴射進(jìn)入還原催化轉(zhuǎn)化器的排氣流用于減少排氣中的NOx成分。在104處，方法可包含使用位于噴射器上游的氣體導(dǎo)向器來在導(dǎo)向器上游生成高 壓區(qū)域，并在導(dǎo)向器的下游以及環(huán)繞噴射器出口生成低壓區(qū)域。在106處，方法可包含將一部分排氣通過旁路流通道轉(zhuǎn)送從而為液體還原劑噴霧 形成氣體屏蔽，該旁路流通道具有在高壓區(qū)域的入口。在108處，方法可包含使用噴霧集中裝置以將液體還原劑噴霧集中于排氣中。在110處，方法可包含使用混合裝置來將液體尿素噴霧與排氣相混合。應(yīng)理解的是這里所公開的裝置和程序?qū)嵸|(zhì)上為示例，且這些具體實(shí)施例不應(yīng)視為 限制，因?yàn)榭赡苡懈鞣N變化。例如，上述技術(shù)可應(yīng)用于V-6，I-4，I-6，V-12以及其它發(fā)動(dòng)機(jī) 類型。本實(shí)用新型的主題包含這里公開的各種系統(tǒng)與配置、和其它特征、功能和/或特性的 各種具備新穎性和非顯而易見性的組合與子組合。本文的權(quán)利要求特別指出了認(rèn)為具有新穎性和非顯而易見性的特定組合與子組 合。這些權(quán)利要求可能采用“一個(gè)”要件或“第一”要件及其等同語。應(yīng)理解這些權(quán)利要求 可包含一個(gè)或多個(gè)此類要件，并非必須也不排除兩個(gè)或多個(gè)此類要件。所公開的各種特征、 功能和/或特性的其它的組合與子組合可通過本實(shí)用新型的修正或通過該申請(qǐng)或相關(guān)申 請(qǐng)的新的權(quán)利要求主張。這些權(quán)利要求無論更寬、更窄、相同或不同于原始的權(quán)利要求，也 應(yīng)認(rèn)為包含在本實(shí)用新型的主題之中。
權(quán)利要求用于將液體還原劑噴射進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的裝置，其特征在于包含噴射器，噴射器用于將液體還原劑噴射進(jìn)入還原催化轉(zhuǎn)化器上游的所述排氣的出口；位于所述噴射器上游的氣體導(dǎo)向器，其中所述氣體導(dǎo)向器配置用于在導(dǎo)向器的上游生成較高壓區(qū)域，并在導(dǎo)向器的下游圍繞所述噴射器出口生成較低壓區(qū)域；配置用于將排氣的一部分從排氣道轉(zhuǎn)送的旁路流通道，所述旁路流通道具有在所述導(dǎo)向器上游的較高壓區(qū)域內(nèi)的入口；以及與所述旁路流通道流體連通的集合器，所述集合器具有一個(gè)或多個(gè)開口以允許所述排氣旁路部分流出所述集合器的開口進(jìn)入所述排氣流從而為所述液體還原劑噴霧形成氣體屏蔽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述液體還原劑為液體尿素溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述集合器配置用于使得所述旁路排氣流 能夠以與所述液體還原劑噴霧的方向?qū)R的方向流出所述噴射器開口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述集合器的一個(gè)或多個(gè)開口圍著所述 噴射器出口環(huán)繞分布，且所形成的所述氣體屏蔽為圍繞所述液體還原劑噴霧的環(huán)形氣體屏 蔽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述一個(gè)或多個(gè)開口包含6至9個(gè)圍著所 述噴射器出口環(huán)繞分布的孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述旁路流通道形成于噴射器凸起和用于 將所述噴射器安裝至所述排氣道的壁上的安裝凸緣之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于在所述安裝凸緣上加工有槽以形成所述旁 路流通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述導(dǎo)向器包含連接至處于所述旁路流通 道下游和噴射器上游的排氣道壁上的凸緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述氣體導(dǎo)向器朝向所述排氣流成角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述凸緣包含底面和連接至所述底面的 一對(duì)側(cè)壁，其中所述凸緣配置用于將一部分排氣流導(dǎo)向至所述排氣流旁路通道的入口。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包含位于所述噴射器下游的混合 裝置用于將所述液體還原劑噴霧與排氣流相混合。
專利摘要本實(shí)用新型公開了將液體還原劑噴射進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的系統(tǒng)。一個(gè)示例性系統(tǒng)包含噴射器，其具有將液體還原劑噴射進(jìn)入還原催化轉(zhuǎn)化器上游的排氣流的出口；位于噴射器上游的氣體導(dǎo)向器，這里氣體導(dǎo)向器配置用于在導(dǎo)向器上游生成高壓區(qū)域以及在導(dǎo)向器下游圍繞噴射器出口生成低壓區(qū)域；配置用于從排氣道轉(zhuǎn)送一部分排氣流的旁路流通道，該旁路流通道在導(dǎo)向器上游的高壓區(qū)域內(nèi)具有入口；以及與旁路流通道流體連通的集合器，該集合器具有一個(gè)或多個(gè)開口供排氣的旁路部分流出集合器開口進(jìn)入排氣流以形成對(duì)液體還原劑噴霧的氣體屏蔽。所形成的氣體屏蔽用作減小接近噴射器出口的排氣流再循環(huán)，從而減少液體還原劑沉積物的生成和積聚。
文檔編號(hào)B01D53/94GK201763419SQ20092026747
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者F·Z·謝赫, J·凱勒, M·勒萬 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司