用于發動機的排氣后處理系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型一般性地涉及排氣后處理系統。更具體地，本實用新型涉及用于排氣后處理系統的預混合器管道。
【背景技術】
[0002]內燃發動機的排氣中可能含有諸如氮氧化物(NOx)、顆粒物等物質。一些排氣物質可能對環境不利。多年來，汽車行業內曾試圖在排氣進入大氣之前減少排氣中存在的有害物質。這通過改進燃燒過程或/和排氣處理得以實現。一種NOx排放物的排氣處理的方案是使用選擇性催化還原(SCR)系統。通常，SCR系統可包括排氣管、還原劑噴射器以及SCR催化劑。在SCR系統中，還原劑(例如液態尿素通過還原劑噴射器噴射到排氣管中，在排氣管中與排氣流混合。還原劑液滴經過蒸發和水解反應以形成氨氣。氨通過SCR催化劑吸收并和排氣流中的NOx起反應。在SCR催化劑的作用下，氨與NOx之間反應的最終結果是水和氮。一般來說，還原劑噴射部位可位于不同的位置，例如在管彎頭處或在排氣管道的直線段的中心內。
[0003]本領域的技術人員將理解，成功混合方案的要素是還原劑液滴與排氣流相互作用。在多數情況下，對方案的評估可以基于在SCR催化劑作用下的氨氣分布均勻性，并結合SCR催化劑在排氣管道上游的一部分中僅有最少量的還原劑沉淀物或沒有還原劑沉淀物。與還原劑噴射相關聯(特別是在管彎頭入口配置中)的其中一個關鍵問題是尿素沉淀物的形成。在流動路徑中出現沉淀物可能產生與性能相關的嚴重問題，例如增加背壓、降低氨的分布均勻性、且如果聚集的沉淀物從混合器壁上分離并且損壞關鍵部件則甚至導致結構損壞。該問題通過以下事實進一步復雜化:即還原劑噴霧分布可能取決于排氣條件，例如，與機器怠速相關聯的低流量相對于與額定條件下處于工作狀態的發動機相關聯的高排氣流條件。還原劑噴射面對的問題可以包括采用不同排氣流條件時的噴霧分布變化，以及在噴射器末端的沉淀物風險。然而，除上述提到的不利因素外，另外的問題可能是彎管的彎曲所造成的流動情況問題。
[0004]美國專利第8，091，341號描述了一種具有階梯部的排氣通道，排氣通道在階梯部以外擴張，以便在排氣流中產生漩渦。在階梯部處或其鄰近處引入凈化劑，從而加速凈化劑的霧化。然而，在噴射位置處有利的排氣流取決于排氣的流入條件，該流入條件可以隨發動機運行的持續時間變化。由于變化的排氣流入條件，因此需要一種能以最佳性能運行的排氣后處理系統。
【實用新型內容】
[0005]在本實用新型中，公開了一種排氣后處理系統。所述排氣后處理系統包括預混合器管道、擋板以及還原劑噴射器。預混合器管道包括限定排氣流動路徑的內表面。預混合器管道包括與發動機流體連通的預混合器入口。預混合器管道還包括沿著排氣的流動方向與預混合器入口相對的預混合器出口。預混合器管道的預混合器出口與選擇性催化還原(SCR)催化劑流體連通。此外，排氣后處理系統包括在排氣流動路徑中的擋板。在擋板和預混合器管道的內表面之間限定環形流動路徑。還原劑噴射器布置在預混合器管道中，沿著排氣的流動方向位于擋板的下游和預混合器出口的上游。還原劑噴射器與排氣流動路徑以及還原劑源流體連通。擋板具有上游徑向尺寸和下游徑向尺寸，每個尺寸限定為橫切于排氣的相應局部流動方向。上游徑向尺寸小于下游徑向尺寸。預混合器管道的預混合器入口處的排氣流動路徑的徑向尺寸與預混合器出口處的排氣流動路徑的徑向尺寸的比值為不小于0.5且不大于1.0的值。
[0006]所述預混合器管道包括過渡節段，其布置在所述預混合器管道的所述預混合器入口與所述預混合器管道的所述預混合器出口之間，所述過渡節段的上游徑向尺寸小于所述過渡節段的下游徑向尺寸。
[0007]所述擋板沿著所述排氣的流動方向布置在所述過渡節段的下游。
[0008]所述擋板沿著所述排氣的流動方向布置在所述過渡節段內。
[0009]所述過渡節段包括圓臺形表面，其從所述過渡節段的上游徑向尺寸延伸至所述過渡節段的下游徑向尺寸。
[0010]所述過渡節段包括沿所述排氣的流動方向的徑向階梯部。
[0011]所述還原劑噴射器布置為距離所述擋板的下游面第一距離，并且所述第一距離與所述擋板的下游徑向尺寸的比值范圍為0.2至0.7，并且其中所述還原劑噴射器的所述環形流動路徑的流動面積與排氣流動路徑的流動面積的比值范圍為0.3至1.0。
[0012]所述還原劑噴射器的縱向軸線大體上垂直于排氣在該還原劑噴射器處的流動方向。
[0013]所述預混合器管道還包括彎頭管，所述彎頭管沿所述排氣的流動方向布置在所述擋板的上游。
[0014]所述預混合器管道還包括彎頭管，所述彎頭管沿所述排氣的流動方向布置在所述過渡節段的上游。
[0015]本實用新型通過所公開的預混合器管道布置實現的目的，是在出口節段內產生期望的且有利的排氣的流動狀況。產生的流動狀況有助于避免由不均勻流動和變化的背壓所引起的沉積物的形成。
[0016]通過以下的描述和附圖，本實用新型的其它特征和方面將清晰可見。
【附圖說明】
[0017]圖1示出根據本實用新型的構思的用于發動機的排氣后處理系統的示意圖；
[0018]圖2示出根據本實用新型的構思的圖1所示排氣后處理系統的預混合器管道的第一種結構的剖面圖；
[0019]圖3示出根據本實用新型的構思的圖1所示排氣后處理系統的預混合器管道的第二種結構的剖面圖；
[0020]圖4示出根據本實用新型的構思的圖1所示排氣后處理系統的預混合器管道的第三種結構的剖面圖；
[0021]圖5示出根據本實用新型的構思的圖1所示排氣后處理系統的預混合器管道的第四種結構的剖面圖；
[0022]圖6示出根據本實用新型的構思的圖1所示排氣后處理系統的預混合器管道的第五種結構的剖面圖；
[0023]圖7示出根據本實用新型的構思的圖1所示排氣后處理系統的擋板的透視圖；
[0024]圖8示出根據本實用新型的構思的圖7所示擋板的主視圖；以及
[0025]圖9示出根據本實用新型的構思的圖7所示擋板的剖面圖。
【具體實施方式】
[0026]參考圖1，示出一種具有排氣后處理系統102的發動機100。發動機100可以包括圖中未示出的特征，例如燃料系統、空氣系統、冷卻系統、輔助設備、傳動系統部件、渦輪增壓器等。發動機100可以是一種類型的燃燒發動機(內燃機、渦輪發動機、氣體發動機、柴油發動機、氣體燃料發動機、天然氣發動機、丙烷發動機等)，可以具有其它尺寸，具有多個汽缸，以及具有多種結構(“V”形、直列式、星型等)。發動機100可以用于為機器或其它設備提供動力，包括機車應用、公路行駛卡車或車輛、非公路行駛卡車或機器、運土設備、發電機、航空航天應用、船舶應用、栗、固定設備和/或本領域已知的其它發動機驅動的應用。發動機100可以包括多個汽缸(未示出)，燃料和增壓空氣在其內部發生燃燒。發動機100的汽缸內的燃燒導致排氣的形成。汽缸的排氣被引導到排氣后處理系統102。
[0027]排氣后處理系統102可以包括第一排氣管道104、柴油顆粒過濾器106、第二排氣管道108、預混合器管道110、還原劑供應系統112、第三排氣管道114以及催化室116。第一排氣管道104限定排氣流動路徑，并沿排氣的流動方向118箭頭所示設置。第一排氣管道104包括第一入口 120和第一出口 122。第一排氣管道104的第一入口 120與汽缸流體連通，使得排出汽缸的排氣被引導到第一排氣管道104中。第一出口 122與柴油顆粒過濾器106流體連通。柴油顆粒過濾器106被布置在第一排氣管道104的下游。
[0028]預混合器管道110被布置在柴油顆粒過濾器106的下游。預混合器管道110經由第二排氣管道108與柴油顆粒過濾器106流體連通。預混合器管道110被布置在催化室116的上游，并與催化室116流體連通。催化室116經由第三排氣管道114容納SCR催化劑124。預混合器管道110連接到還原劑供應系統112。還原劑供應系統112包括還原劑源126，其經由供應管線130流體連接到還原劑噴射器128。還原劑噴射器128被設置用于向預混合器管道110內噴射。
[0029]參考圖2，示出排氣后處理系統102中預混合器管道110的第一種結構。預混合器管道110布置在催化室116的上游。預混合器管道110包括至少一個預混合器入口 200、第一入口節段202、第二入口節段204、過渡節段206、擋板208、出口節段210以及預混合器出口 212。預混合器管道110還包括內表面214，其限定排氣流動路徑。預混合器入口 200與第二排氣管道108流體連通，并允許排氣流到第一入口節段202和第二入口節段204。在一個實施例中，第一入口節段202和第二入口節段204的每一個為平直型管或管道。第一入口節段202和第二入口節段204的每一個布置在過渡節段206的上游，并與過渡節段206流體連通。第一入口節段202和第二入口節段204的至少一個具有徑向尺寸D1D
[0030]過渡節段206將第一入口節段202、第二入口節段204連接到出口節段210。換句話說，過渡節段206布置在第一入口節段202與出口節段210之間。同樣，過渡節段206布置在第二入口節段204和出口節段210之間。過渡節段206具有上游徑向尺寸D2和下游徑向尺寸D3。過渡節段206為圓臺形表面，從上游徑向尺寸D2延伸到下游徑向尺寸D3。在一個實施例中，過渡節段206為噴嘴錐形。本領域的技術人員將會理解上游徑向尺寸隊大于下游徑向尺寸D3。
[0031]出口節段210布置在過渡節段206的下游。在出口節段210的一端，設置預混合器出口 212，使得排氣被引導到第三排氣管道114。出口節段210包括附接到出口節段210的壁上的還原劑噴射器128。還原劑噴射器128與排氣流動路徑流體連通。還原劑噴射器128具有大體上垂直于排氣的流動方向118的縱向軸線X-X。
[0032]擋板208沿排氣流動路徑布置在預混合器管道110中。擋板208包括具有上游徑向尺寸的上游面216和具有下游徑向尺寸的下游面218。上游徑向尺寸和下游徑向尺寸的每一個與排氣的相應局部流動方向118橫切。擋板208的上游徑向尺寸小于擋板208的下游徑向尺寸。在一個實施例中，擋板208布置在出口節段210中，位于過渡節段206的緊鄰下游的位置處。
[0033]參考圖3，示出預