本公開(kāi)涉及一種用于處理排氣的車(chē)輛排氣系統(tǒng)，更具體地，涉及用于改善排氣的nox還原的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在諸如卡車(chē)的車(chē)輛中，如圖1所示，排氣(它是氣體和微粒物的組合)在釋放到大氣之前在多個(gè)階段進(jìn)行了處理。來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)110的排氣可以由柴油氧化催化劑(doc)120處理以除去碳?xì)浠衔?，由柴油微粒過(guò)濾器(dpf)130處理以除去微粒物，并且由選擇性催化還原裝置(scr)140處理以將nox還原成氮?dú)夂退魵狻?duì)于scr140階段，柴油機(jī)排氣處理流體(def)被噴射到scr裝置140上游的排氣中并與該排氣混合。

目前，卡車(chē)具有容納def的車(chē)載罐。def由約32.5％的尿素和67.5％的軟化水組成。在大多數(shù)def噴射系統(tǒng)中，def是通過(guò)噴射器輸送的。def輸送噴射器可以具有根據(jù)孔口兩端的壓力梯度(噴射器內(nèi)是高壓，外部是低壓)來(lái)霧化流體的多種設(shè)計(jì)。通過(guò)向流體施加大約9巴的壓力來(lái)噴射def。此壓力迫使流體通過(guò)所述孔進(jìn)入排氣中，然后該流體在此被霧化。在其他系統(tǒng)中，def在其進(jìn)入噴嘴之前與壓縮空氣混合以改善霧化。

希望在霧化期間具有較小的(def)液滴尺寸，以提高排氣或該流體的后處理過(guò)程的效率和有效性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，一種流體噴射系統(tǒng)包括：混合室，該混合室能夠位于選擇性催化還原裝置(scr)上游的排氣管道中，該室提供排氣的流動(dòng)路徑和用于接收所噴射的流體的空間；噴射器，該噴射器具有布置成一束的多個(gè)毛細(xì)管，每個(gè)毛細(xì)管具有入口和出口，其中，該入口被構(gòu)造為接收用于噴射至所述室中的流體，該噴射器安裝在所述室上，其中所述管的出口與所述室中的空間流體連通；底板，該底板布置在所述室中，與所述布置成一束的多個(gè)毛細(xì)管間隔開(kāi)并與所述多個(gè)毛細(xì)管對(duì)準(zhǔn)；電壓源，該電壓源連接到所述管和所述底板，其中，該電壓源向所述管和底板提供電荷，以對(duì)所述管中的流體產(chǎn)生電場(chǎng)；以及閥，該閥布置在所述室的壁上，用于所述管的填充(prime)和/或吹掃(purge)。

根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，一種流體噴射方法包括以下步驟：接通柴油發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)；打開(kāi)與該發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的排氣室的出口閥和填充/吹掃閥；對(duì)將柴油機(jī)排氣處理流體(def)噴射到所述室中的多個(gè)毛細(xì)管進(jìn)行填充；關(guān)閉所述填充/吹掃閥；打開(kāi)所述排氣室的入口閥；起動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)；對(duì)所述管施加電壓以對(duì)所述管中的流體充電；以及，將該帶電流體吸入到所述室中。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖來(lái)閱讀本說(shuō)明書(shū)，將會(huì)理解示例性實(shí)施例的一些特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。在不同的附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。在附圖中：

圖1示意性地示出了車(chē)輛的典型的排氣處理系統(tǒng)；

圖2a和2b示意性地示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的噴射系統(tǒng)；

圖3示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的霧化過(guò)程；

圖4示出了在示例性實(shí)施例中使用的多個(gè)閥的示例性狀態(tài)；并且

圖5示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的方法。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)實(shí)施例的全面理解。這些實(shí)施例可以在沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)具體細(xì)節(jié)的情況下或者用其他方法、部件、材料等來(lái)實(shí)施。在其他情形中，未詳細(xì)示出或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，以避免模糊這些示例性實(shí)施例的各個(gè)方面。

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中提到的“一個(gè)示例性實(shí)施例”或“多個(gè)示例性實(shí)施例”是指至少一個(gè)實(shí)施例中包括所描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性。因此，在貫穿本說(shuō)明書(shū)的各個(gè)位置上出現(xiàn)這些術(shù)語(yǔ)和類(lèi)似短語(yǔ)并不一定都是指同一實(shí)施例。此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞较嘟M合。本文中提供的小標(biāo)題僅是為了方便起見(jiàn)，并非解釋實(shí)施例的范圍或含義。

根據(jù)示例性實(shí)施例，公開(kāi)了具有多個(gè)毛細(xì)管的噴射器。圖2a中示出了噴射器200的一種示例性布置。噴射器200可包括布置成一束(bundle)的多個(gè)毛細(xì)管202或由所述多個(gè)毛細(xì)管202構(gòu)成。毛細(xì)管是部分或全部由導(dǎo)電材料制成的薄壁導(dǎo)管。這些管彼此平行地布置。每個(gè)管202可以具有入口204和出口206。所述毛細(xì)管的內(nèi)徑可以為大約0.25mm但不超過(guò)2.5mm，以利用毛細(xì)作用。在本公開(kāi)中，術(shù)語(yǔ)“噴射器”可以與術(shù)語(yǔ)“束”或“毛細(xì)管束”互換使用。

柴油機(jī)排氣處理流體(def)可以從def貯存器或罐250輸送到每個(gè)毛細(xì)管202的入口端204。排氣通道室280位于dpf290的下游但在scr295的上游。噴射器200安裝在室280上，其中，每個(gè)毛細(xì)管202的出口端206位于室280內(nèi)。這些出口與室280的內(nèi)部或內(nèi)部空間流體連通。室280的直徑可以根據(jù)該后處理系統(tǒng)所需的應(yīng)用而變化。例如，對(duì)于大型發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，卡車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī))，該室的內(nèi)徑將大于乘用車(chē)輛(例如轎車(chē))的室的內(nèi)徑。

底板248安裝在排氣通道室280中，與所述管的出口206間隔開(kāi)并與所述管的出口206對(duì)準(zhǔn)。底板248可以由導(dǎo)電材料制成并位于該室的與這些出口相對(duì)的內(nèi)表面上。電壓源240可以連接在底板248與毛細(xì)管束200之間。電壓可以施加到該毛細(xì)管束和底板，使得該管束形成陽(yáng)極244，而該底板變成陰極248。如圖所示，該電壓源電路還被接地。

隨著流體進(jìn)入(并穿過(guò))這些管202，該流體變得帶電并經(jīng)受電場(chǎng)的作用。陽(yáng)極244和陰極248之間的庫(kù)侖引力使該帶電流體從所述陽(yáng)極通過(guò)出口206向陰極底板248移動(dòng)。如下文參照?qǐng)D3描述的，來(lái)自出口206的該流體在室280內(nèi)變得霧化。

圖3中示出了該流體的霧化。如上所述，由于陰極348和陽(yáng)極344之間的庫(kù)侖引力，管302中的該帶電流體流過(guò)出口306。由于表面張力、毛細(xì)管302的出口306處的靜電力和水動(dòng)力(hydrodynamicforce)超過(guò)閾值電壓，該流體可以形成泰勒錐380，帶電流體382的靜電射流從該泰勒錐380射出。

隨著射流382更接近陰極，它變得不穩(wěn)定并且霧化成帶電流體的羽霧(plume)386。該霧化流體與流經(jīng)排氣通道室(即，圖2a的排氣通道室280)的排氣混合。

參照?qǐng)D2a，通過(guò)室280的排氣流可以由蝶閥(bv)210和220控制。在噴射器200上游的第一蝶閥210(bv1)調(diào)節(jié)從dpf290流入到室280內(nèi)的排氣流。在噴射器200下游的第二蝶閥220(bv2)調(diào)節(jié)包含與霧化的def混合的排氣的、離開(kāi)混合室280到scr295中的排氣流。當(dāng)暴露于排氣的熱量下，該霧化的def分解成co2和nh3。

布置在混合室280的壁上的第三蝶閥230(bv3)可以調(diào)節(jié)進(jìn)入混合室中的空氣流。bv3230可以連接到壓力調(diào)節(jié)裝置，該壓力調(diào)節(jié)裝置可以是真空源或泵260，該真空源或泵260連接到空氣罐或空氣壓縮機(jī)265。

bv3230可以通過(guò)改變所述室280中的壓力而選擇性地對(duì)噴射器200進(jìn)行填充(prime)或吹掃(purge)。bv3230可以通過(guò)使室280中的空氣壓力相對(duì)于大氣壓力降低而對(duì)噴射器200進(jìn)行填充。反過(guò)來(lái)，bv3230可以通過(guò)使室280中的空氣壓力相對(duì)于大氣壓力升高而對(duì)噴射器200進(jìn)行吹掃。

在其它實(shí)施例中，如圖2b所示，還可以通過(guò)使用空氣罐265對(duì)def罐250加壓來(lái)填充該噴射器。這將與降低混合室280中的壓力具有相同的效果。在本示例性實(shí)施例中，第四蝶閥235(bv4)可以調(diào)節(jié)空氣罐265和def罐250之間的流動(dòng)。

返回參照?qǐng)D2a，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)且發(fā)動(dòng)機(jī)不起動(dòng)時(shí)(即，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉且發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉)，bv1，bv2和bv3全部處于“關(guān)閉”位置(即，不允許氣體或空氣流動(dòng))。這可以稱(chēng)為階段1。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通但沒(méi)有起動(dòng)(即，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)但發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉)時(shí)，bv1保持在“關(guān)閉”位置，而bv2變到“打開(kāi)”位置。bv3變到“打開(kāi)”位置以填充噴射器200。這可以稱(chēng)為階段2。可以通過(guò)將室280中的壓力調(diào)節(jié)到比def容納罐250中的壓力低的水平來(lái)填充噴射器200。該填充使得def從def罐250被抽入到形成噴射器(或束)200的所述多個(gè)管202的每一個(gè)中。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)且點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通時(shí)(即，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)且發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng))時(shí)，bv1變到打開(kāi)位置。bv2保持在“打開(kāi)”位置。隨著噴射器200被填充，bv3變到“關(guān)閉”位置。這可以稱(chēng)為階段3。來(lái)自dpf290的排氣進(jìn)入室280內(nèi)、與來(lái)自噴射器200的霧化的def混合并離開(kāi)室280到scr295中。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有起動(dòng)但發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)仍然接通時(shí)(即，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)但發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉)時(shí)，bv1和bv2變到“關(guān)閉”位置。bv3變到“打開(kāi)”位置以噴射器200進(jìn)行吹掃。這可以稱(chēng)為階段4?？梢酝ㄟ^(guò)將室280內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)到比def容納罐250中的壓力高的水平來(lái)吹掃該噴射器。該吹掃使得從每個(gè)毛細(xì)管202抽空該管束200中的def并迫使def回到def罐250中。從這些管中去除def消除了尿素在所述管中的冷凍或結(jié)晶。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉且發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)(即，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉且發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉)時(shí)，bv1和bv2保持在“關(guān)閉”位置，而bv3變到“關(guān)閉”位置。這可以稱(chēng)為階段5，它與階段1相同。

圖4的表400中示出了上文參照?qǐng)D2a描述的每個(gè)階段中的、每個(gè)蝶閥bv1、bv2和bv3的位置以及發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)及發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的狀態(tài)。

形成噴射器200的所述束中包含的毛細(xì)管202的數(shù)量可以取決于有效處理排氣所需的def量以及包裝限制。例如，為了滿足所需的例如每秒2克的def流量，假設(shè)實(shí)現(xiàn)了0.9069的最佳的圓包裝常數(shù)(circlepackingconstant)，本文描述的管束可以包括一百六十(160)個(gè)獨(dú)立的毛細(xì)管。包裝常數(shù)可以定義為使用面積除以可用面積(包裝常數(shù)＝使用面積/可用面積)。

可以影響所述管的數(shù)量的其它因素包括(但不限于)：溫度、壓力、電場(chǎng)勢(shì)(即，所施加的電壓)、流體污染物和流體粘度。該電壓是在所述噴射器已被填充之后施加的，并且，def的噴射是所需要或期望的。

參照?qǐng)D5可以描述根據(jù)示例性實(shí)施例的方法。為了描述示例性的方法500，閥bv1可以被稱(chēng)為入口閥，bv2可以被稱(chēng)為出口閥，而bv3可以被稱(chēng)為填充/吹掃閥。

在步驟510(階段2)中，可以接通發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)。出口閥220(bv2)和填充/吹掃閥230(bv3)可以在步驟512中打開(kāi)。這允許在步驟514中通過(guò)減小排氣室280內(nèi)的空氣壓力來(lái)填充管200。可以通過(guò)從def罐250吸入流體來(lái)填充這些管。填充/吹掃閥230(bv3)可以在步驟516中關(guān)閉。入口閥210(bv1)可以在步驟518中打開(kāi)(bv2220保持打開(kāi))。

發(fā)動(dòng)機(jī)可以在步驟520中(即階段3)開(kāi)始起動(dòng)。在步驟524中，電壓240可以施加到噴射器200以對(duì)流體充電。在步驟528中，該帶電流體可以被吸入到室280中。

在步驟530中(階段4)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以被關(guān)閉或停止起動(dòng)。在步驟532中，可以關(guān)閉對(duì)管200的電壓供應(yīng)。在步驟534中，可以關(guān)閉入口閥210(bv1)和出口閥220(bv2)。在步驟535中，可以打開(kāi)所述填充/吹掃閥230(bv3)。在步驟536中，可以對(duì)這些管200進(jìn)行吹掃。在(由所述管組成的)噴射器被吹掃之后，在步驟538中可以關(guān)閉所述填充/吹掃閥230(bv3)。在步驟540中(階段5)，可以斷開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)。

在此描述的示例性實(shí)施例便于產(chǎn)生有利于def與排氣混合的、霧化的柴油機(jī)排氣處理流體的有利的小液滴尺寸?？梢孕纬善涑叽?即直徑)為1至100微米的液滴。不認(rèn)為現(xiàn)有的系統(tǒng)能夠產(chǎn)生具有這種尺寸的液滴。電壓源可以在5伏(v)至200千伏(kv)之間的范圍內(nèi)。也可以利用這些示例性實(shí)施例實(shí)現(xiàn)無(wú)空氣的尿素計(jì)量系統(tǒng)。無(wú)空氣系統(tǒng)是指不使用壓縮空氣來(lái)促進(jìn)噴射器孔口兩端的壓降，即，霧化。

盡管已公開(kāi)了示例性實(shí)施例，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改和變型，這些修改和變型將實(shí)現(xiàn)實(shí)施例的一些優(yōu)點(diǎn)。這樣的變型旨在被所附權(quán)利要求覆蓋，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為對(duì)范圍的限制。

在說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求中，“包括”的含義不應(yīng)理解為排除了其他元件或步驟。此外，“一”或“一個(gè)”并不排除多個(gè)，并且，單個(gè)單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所述的數(shù)種方法的功能。

所示出的實(shí)施例的上述描述(包括摘要中描述的內(nèi)容)并非旨在是窮盡性的或?qū)?shí)施例限制于所公開(kāi)的精確形式。盡管在此為了說(shuō)明性目的描述了具體的實(shí)施例和示例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，在不背離本公開(kāi)的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種等同的修改。

上述各個(gè)實(shí)施例可以相互組合以提供進(jìn)一步的實(shí)施例。實(shí)施例的各個(gè)方面可以進(jìn)行修改，以便在必要時(shí)采用各個(gè)專(zhuān)利、申請(qǐng)和公告的構(gòu)思以提供更進(jìn)一步的實(shí)施例。

根據(jù)上述的詳細(xì)描述，可以對(duì)實(shí)施例進(jìn)行這些和其它修改。通常，在所附權(quán)利要求中，所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)解釋為將權(quán)利要求局限于說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中公開(kāi)的具體實(shí)施例，而應(yīng)解釋為包括這樣的權(quán)利要求的等同形式的整個(gè)范圍的所有可能的實(shí)施例。因此，權(quán)利要求不受本公開(kāi)內(nèi)容的限制。