專利名稱：一種用于排氣后處理系統(tǒng)的可重構(gòu)的雙金屬混合器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明示范性的實(shí)施例涉及一種用于排氣后處理系統(tǒng)的可重構(gòu)的混合器和，更特別地，涉及一種使用這類混合器來增強(qiáng)系統(tǒng)性能的排氣系統(tǒng)，尤其更特別地，涉及使用它們的方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)排氣后處理系統(tǒng)使用氧化催化劑(OC)，選擇性催化還原催化劑(SCR)，顆粒過濾器(PF)和其它排氣后處理系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，OC裝置頻繁地使用固定在其上游的碳?xì)?HC)噴射器來噴射碳?xì)浠衔铮ǔ槿剂?，到排氣流中以為OC中氧化反應(yīng)提升排氣流的溫度；例如當(dāng)PF需要再生時。有效地使用在OC中的HC是尤其重要的，因?yàn)槠渲苯?影響了發(fā)動機(jī)的效率(如，燃油經(jīng)濟(jì)性)和發(fā)動機(jī)和排氣后處理系統(tǒng)的排放性能，還因?yàn)槲慈糎C(HC泄露)的排放是受到法律限制的。為了確保HC在使用HC噴射器的系統(tǒng)中的有效利用，這些系統(tǒng)頻繁地在噴射器的下游使用混合器，該混合器也被稱為蒸發(fā)器或者汽化器，以確保噴射到系統(tǒng)中的燃料被完全地蒸發(fā)并散布到排氣流中使得其可以在OC中被最大可能范圍的氧化。這些混合器被設(shè)計來增強(qiáng)排氣流中的紊流以提供HC的混合和分散。然而對該目的的影響在于，混合器同時也在排氣流中產(chǎn)生了與流體路徑的部分堵塞和預(yù)定紊流的生成相關(guān)聯(lián)的背壓。由于混合器被永久地設(shè)置在這些系統(tǒng)中，因此甚至當(dāng)不噴射HC和并不需要使用它們時，混合器都會產(chǎn)生背壓并影響流動。其它混合器也與其它排氣后處理裝置一起結(jié)合使用。例如，SCR催化裝置頻繁地使用尿素SCR(U-SCR)催化劑，其需要在上游噴射尿素，例如尿素水溶液到排氣流中。U-SCR催化劑和其它下游的排氣后處理裝置的性能，耐久性和運(yùn)行成本強(qiáng)烈地依靠噴射到排氣流中的流體的混合度和發(fā)散度?；旌掀饕彩褂迷谶@些裝置的上游來增加噴射到排氣流中的液體的發(fā)散度和增加用于催化反應(yīng)的氨水產(chǎn)物。甚至當(dāng)尿素不被噴射也不需要使用的時候，這些混合器也會產(chǎn)生不需要的系統(tǒng)背壓和紊流。因此，迫切地需要具有所必要的混合功能同時能減少系統(tǒng)背壓的混合器和采用該混合器并使用混合方法的排氣后處理系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例中，提供了一種用于排氣后處理系統(tǒng)的混合器。所述混合器包括被構(gòu)造來布置在排氣后處理系統(tǒng)的排氣管道中、并位于排氣后處理裝置的上游的本體部。混合器還包括布置在本體部上的、在展開位置和縮回位置之間可逆地移動的翼型部，其中翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，展開阻力大于縮回阻力，本體部和翼型部一起組成了混合器?；旌掀鬟M(jìn)一步包括可操作地連接到混合器的雙金屬偶，其被構(gòu)造來從縮回位置向展開位置可逆地移動翼型部。
在本發(fā)明的另一個示范性實(shí)施例中，提供了一種內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括構(gòu)造來與內(nèi)燃機(jī)流體連接以通過排氣管道接收來自發(fā)動機(jī)的排氣的排氣后處理裝置。所述系統(tǒng)還包括定位在排氣后處理裝置上游的混合器，所述混合器包括被構(gòu)造來布置在排氣管道中的本體部和布置在本體部上的、在展開位置和縮回位置之間可逆地移動的翼型部，其中翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，展開阻力大于 縮回阻力。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括定位在混合器上游的噴射器，所述噴射器被構(gòu)造來噴射還原劑到排氣流中。在本發(fā)明的另一個示范性實(shí)施例中，提供了一種內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行方法。所述方法包括，布置混合器到排氣后處理系統(tǒng)的排氣管道中，所述混合器包括被構(gòu)造來布置在排氣管道中的本體部，包含活性材料的翼型部被布置在本體部上，在活性材料的激活下，其可逆地在展開位置和縮回位置之間移動。在展開位置，翼型部提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了縮回阻力，其中展開阻力大于縮回阻力。所述方法還包括運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)來在排氣管道中產(chǎn)生排氣流。所述方法進(jìn)一步包括激活活性材料來移動翼型部到展開位置。進(jìn)一步地，所述方法包括通過定位在混合器上游的噴射器開始進(jìn)入到排氣管道中的還原物質(zhì)的噴射。進(jìn)一步地，所述方法還包括去激活雙金屬偶活性材料來移動翼型部到縮回位置。本發(fā)明上述的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)以及其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將從下面參考相應(yīng)附圖的具體描述中變得顯而易見。本發(fā)明還提供了以下方案I、一種用于排氣后處理系統(tǒng)的混合器，包括本體部，其被構(gòu)造來布置在排氣后處理裝置上游的排氣后處理系統(tǒng)的排氣管道中；翼型部，其布置在本體部上并可在展開位置和縮回位置之間可逆地移動，其中所述翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，所述展開阻力大于所述縮回阻力，所述本體部和翼型部包括混合器；和雙金屬偶，其可操作地連接到混合器且被構(gòu)造來從所述縮回位置向所述展開位置可逆地移動所述翼型部。2、如方案I所述的混合器，其中所述雙金屬偶包括具有第一熱膨脹系數(shù)的第一金屬和具有第二熱膨脹系數(shù)的第二金屬，其中所述第一熱膨脹系數(shù)與第二熱膨脹系數(shù)是不相同的。3、如方案2所述的混合器，其中所述混合器包括布置在所述混合器上的第一金屬和第二金屬來形成第一金屬和第二金屬的雙金屬偶。4、如方案3所述的混合器，其中所述第二金屬被布置在所述本體部或者翼型部上，或者布置在兩者之上，以形成雙金屬偶。5、如方案I所述的混合器，其中所述混合器包括第一金屬，所述雙金屬偶包括第二金屬和與所述第一金屬不同的第三金屬。6、如方案I所述的混合器，其中所述翼型部具有在展開位置的展開形狀和在縮回位置的縮回形狀，所述展開形狀和縮回形狀具有相同的形狀。7、如方案I所述的混合器，其中所述翼型部具有在展開位置的展開形狀和在縮回位置的縮回形狀，所述展開形狀和縮回形狀具有不相同的形狀。8、如方案7所述的混合器，其中所述展開形狀是彎曲的平面形狀，所述縮回形狀是平的平面形狀。9、如方案2所述的混合器，進(jìn)一步包括與雙金屬偶可操作地相關(guān)的激活裝置，所述激活裝置被構(gòu)造來與控制器信號連接，其中所述雙金屬偶被激活來通過所述激活裝置和所述控制器進(jìn)行所述翼型部的移動。10、如方案I所述的混合器，其中所述混合器本體部包括帶，其具有關(guān)于混合器軸徑向延伸、周向隔開的多個葉片，所述翼型部包括多個從所述帶軸向延伸的可移動的翼型部件，所述翼型部件被構(gòu)造用于在所述展開位置和縮回位置之間的移動。11、如方案I所述的混合器，其中所述帶包括多個焊接的帶節(jié)段。12、一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，包括排氣后處理裝置，其被構(gòu)造來與內(nèi)燃機(jī)流體連接以通過排氣管道接收來自內(nèi)燃機(jī)的排氣流；混合器，其定位在所述排氣后處理裝置上游的排氣管道中，所述混合器包括被構(gòu)造來布置在所述排氣管道中的本體部，還包括布置在本體部上的、在展開位置和縮回位置之間可逆地移動的翼型部，其中翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，展開阻力大于縮回阻力；和噴射器，其定位在混合器上游，所述噴射器被構(gòu)造來噴射還原劑到排氣流中。13、如方案12所述的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述混合器包括活性材料，其被構(gòu)造用于激活和所述翼型部在所述展開位置和縮回位置之間的可逆移動。14、如方案13所述的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述活性材料包括雙向形狀記憶合金。15、如方案13所述的排氣后處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括位于所述混合器上游的氧化催化劑，其中所述氧化催化劑被構(gòu)造來提供所述活性材料的激活。16、如方案13所述的排氣后處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括可操作地耦合到活性材料的激活裝置，所述激活裝置構(gòu)造來與控制器信號通信，其中所述激活裝置和控制器提供所述活性材料的激活。17、一種內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行方法，包括布置混合器到排氣后處理系統(tǒng)的排氣管道中，所述混合器包括被構(gòu)造來布置在排氣管道中的本體部，以及包含活性材料的翼型部，其被布置在本體部上，并通過活性材料的激活，所述翼型部可逆地在展開位置和縮回位置之間可移動，其中所述翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了縮回阻力，其中所述展開阻力大于所述縮回阻力；運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)來在排氣管道中產(chǎn)生排氣流；激活活性材料來移動翼型部到展開位置；通過定位在混合器上游的噴射器開始進(jìn)入到排氣管道中的還原材料的噴射；終止所述還原材料的噴射；以及去激活所述活性材料來移動翼型部到縮回位置。18、如方案17所述的方法，其中激活所述活性材料包括當(dāng)所述混合器被加熱到預(yù)、定溫度時，通過開始所述活性材料內(nèi)從第一相到第二相的相變而導(dǎo)致的被動激活，其中去激活所述活性材料包括當(dāng)混合器被冷卻到預(yù)定溫度之下時，通過開始所述活性材料內(nèi)從第二相到第一相的逆相變而導(dǎo)致的被動去激活。19、如方案17所述的方法，其中所述排氣后處理系統(tǒng)進(jìn)一步包括激活裝置和控制器，所述激活裝置可操作地偶合到活性材料并被構(gòu)造來與所述控制器信號通信，其中通過從所述控制器到所述激活裝置的信號通信完成激活和去激活所述活性材料。20、如方案19所述的方法，其中激活所述活性材料包括
提供加熱信號到所述激活裝置；和加熱所述活性材料到預(yù)定的溫度以開始所述活性材料內(nèi)從第一相到第二相的相變；其中去激活所述活性材料包括從所述激活裝置中移除加熱信號；和當(dāng)所述混合器被冷卻到預(yù)定溫度之下時，冷卻所述活性材料以開始所述活性材料內(nèi)從第二相到第一相的逆相變。


圖I是本發(fā)明處于展開位置的混合器的示范性實(shí)施例的示意圖；圖2是圖I中的混合器的側(cè)視圖；圖3是圖I中的混合器的頂視圖；圖3B是圖I中的混合器處于收縮位置的頂視圖；圖4是圖3A中的混合器沿4-4截面的截面圖；圖5是圖3B中的混合器沿5-5截面的截面圖；圖6是本發(fā)明具有混合器的排氣后處理系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的示意圖；圖7是本發(fā)明使用排氣后處理系統(tǒng)和混合器的示范性方法的流程圖；圖8是可以用來形成本發(fā)明的混合器的一部分的合金片的示范性實(shí)施例的正視圖；圖9是由圖8中的合金片形成的混合器的示范性實(shí)施例的正視圖；圖10是圖9中的混合器沿著截面10-10的截面圖，其示出了本發(fā)明示范性實(shí)施例的雙金屬偶。圖11是圖13中的混合器沿著11-11截面的截面圖，其示出了本發(fā)明第二示范性實(shí)施例的雙金屬偶。圖12是可以用來形成本發(fā)明的混合器的一部分的合金片的第二示范性實(shí)施例的正視圖；圖13是由圖12中的合金片形成的混合器的一部分的示范性實(shí)施例的正視圖；其它目的，特征，優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)，僅通過例子的方式體現(xiàn)在下面實(shí)施例的具體描述中，所述參考附圖的具體描述如下。
具體實(shí)施例方式參考圖1-6，根據(jù)本發(fā)明示范性的實(shí)施例，揭示了一種用于內(nèi)燃機(jī)12的排氣后處理系統(tǒng)10的混合器100?；旌掀?00被構(gòu)造來布置在排氣處理系統(tǒng)10的排氣管道14內(nèi)。其可以以任意合適的方式布置在排氣管道14內(nèi)。這可以包括所有形式的固定連接件，例如各種類型的焊接，或者可拆卸連接件，包括各種螺紋緊固件，夾子，夾板，彈簧偏壓件，過盈配合件或其它可拆卸的連接件，或者它們的組合?；旌掀?00在發(fā)動機(jī)12和排氣后處理系統(tǒng)10的運(yùn)行期間被重構(gòu)以改變靠近混合器100的排氣管道14中的排氣流16的本質(zhì)，并改變在所述流體中的紊流的擾動程度或者總量?；旌掀?00可以被重構(gòu)來增加更多的紊流與上游噴射的反應(yīng)流體例如HC或者尿素一起 到排氣管道14和排氣流16中，以增加或者增強(qiáng)反應(yīng)流體混合到所述流體中?；旌掀?00隨后可以被重構(gòu)來在其它運(yùn)行條件下增加較少的紊流，例如當(dāng)反應(yīng)流體不被噴射到排氣管道14和排氣流16中時?；旌掀?00可以被布置在任意合適的排氣后處理系統(tǒng)15的上游，包括氧化催化裝置(OC) 18，32，選擇性催化還原催化裝置(SCR) 22或者顆粒過濾器裝置(PF) 28?；旌掀?00可以優(yōu)選地被布置在反應(yīng)流體噴射器例如還原劑噴射器26或者HC噴射器38的下游，以增加反應(yīng)流體與在排氣管道14中的排氣流16的混合，并增強(qiáng)在排氣后處理裝置15下游的流體的化學(xué)反應(yīng)。然而這只是混合器100的一個有用的結(jié)構(gòu)，所述混合器還可以被布置在排氣系統(tǒng)10中的任意合適的位置來增加排氣流16的紊流或者混合?；旌掀?00包括混合器本體部102,其被構(gòu)造來布置在排氣系統(tǒng)10的排氣后處理裝置15上游的排氣管道14內(nèi)?；旌掀?00也包括翼型部分104，其被布置在本體部102上且可逆地在展開位置106 (圖3A，4)和縮回位置108 (圖3B，5)之間移動。本體部102可以具有任意合適的形狀或大小，且可以在其中包括延長的帶110。帶110可以是連續(xù)的帶，例如形成所述帶成封閉的形式，例如圓柱的形式，其允許連接所述帶110的第一端112到第二端114(圖9)。在第一端112不連接到第二端114處，帶110也可以是具有形狀和尺寸的不連續(xù)的帶110，例如具有曲率半徑大于圓柱形的排氣管道14的、圓柱形的帶，其中所述帶110可以被壓縮來減小位于所述管道下方的曲率半徑以將所述帶插入到所述管道中，并因?yàn)檫^盈布置或者基于插入而彈性地開口。帶110也可以包括多個具有相應(yīng)的、且可以被任意合適的連接方式，包括焊接的方式相互連接(如圖1-5所示)的端部118，120的帶部件116。帶部件116可以具有任意合適的形式并可以具有多個相同或者不同的形狀。如圖1-3B所示，當(dāng)被相互連接時，帶部件116可以被構(gòu)造來提供任意需要的帶110形狀。在圖1-3B所示的示范性實(shí)施例中，帶部件116包括三葉片的形狀，其具有三個徑向延伸，周向隔開的葉片122，所述葉片被構(gòu)造來通過固定或者通過混合器100的可拆卸連接布置在排氣管道14中。在圖1-6的示范性實(shí)施例中，葉片122是相同的且相對于混合器軸A等距地周向隔開(圖3A)。帶110也可以包括向內(nèi)凸起的部件124，其將帶110與排氣管道14的壁126隔開使得排氣流16可以通過內(nèi)部區(qū)域128和外部區(qū)域130兩者流入到管道中(圖3B)。稱之為翼型部104是因?yàn)槠浔粯?gòu)造在展開位置106 (圖1，3A和4)來改變排氣流16的方向以增加在流體中的紊流并增強(qiáng)所噴射的反應(yīng)物質(zhì)，例如所噴射的反應(yīng)流體的混合度。翼型部104使用排氣流16的相對移動來提供反作用力以重新導(dǎo)向流體，并產(chǎn)生了提升和拖曳區(qū)域從而導(dǎo)致排氣流體16的重新導(dǎo)向部分相互碰撞，混合器的部件或者排氣管道14的壁126因此增加了液體紊流的流動情況和所噴射的反應(yīng)性液體的混合度。排氣流16與翼型部104經(jīng)過加熱的表面的碰撞同時也增加了反應(yīng)性流體中相變，例如蒸發(fā)或者升華，并進(jìn)一步增加了在排氣流16中的反應(yīng)性流體的混合度。正如此處所使用的，排氣流16還包圍流體，滴狀，顆粒狀或者其它形式的被噴射到排氣管道14和排氣16中的反應(yīng)性物質(zhì)(或者各種物質(zhì))，不論所述反應(yīng)性物質(zhì)是否包括例如固體顆粒，液滴或者其它的非氣體成分。在展開位置106，翼型部104提供了對排氣流16的展開阻力和在排氣管道14中相應(yīng)背壓。在縮回位置108，翼型部104提供對排氣流16的縮回阻力和在排氣管道14中的相關(guān)背壓，其中展開阻力和背壓大于縮回阻力和背壓。在圖1-6的示范性實(shí)施例中，翼型部104包括多個從帶110和帶部件116凸起的可反轉(zhuǎn)移動的指部。在縮回位置108，翼型部104大體上與帶110共面并從帶110軸向地延伸，展開角度(a)盡可能的小，優(yōu)選地大約0°。在展開位置106，翼型部104相對于帶110成銳角展開角度(a)。任意合適的角度都可以使用。在一個示范性實(shí)施例中，銳角展開角度(a )優(yōu)選地在大約30°至大約60°之間，更優(yōu)選地為大約45°。在圖1_6的示范性實(shí) 施例中，翼型部104具有平的光滑表面134。在另一個實(shí)施例中，翼型部104可以具有彎曲的平面形狀，且可以或者沿著其長度(I)或者沿著其寬度(W)，或者沿著兩者彎曲(圖I)。翼型部表面134的彎曲可以相對簡單，例如通過具有沿著兩個尺寸的任一個或者兩個延伸的曲率半徑，或者可以相對復(fù)雜，例如通過具有沿著其長度和寬度的任一個或者兩者延伸的部分球狀，螺旋狀，拋物線狀，橢圓狀或者其它復(fù)雜的曲面。翼型部104和翼型表面134可以在展開位置106具有如圖4所示的展開形狀136，在縮回位置108具有如圖5所示的縮回形狀138。展開形狀136和縮回形狀138可以具有相同的形狀(例如彎曲的平面形狀)，或者可選擇地，展開形狀136可以具有一個形狀(如彎曲的平面形狀)，而縮回形狀138可以具有另一個不同的形狀(如平的平面形狀)。參考圖8-10，混合器100包括可操作地連接到混合器100上的雙金屬偶150，其被構(gòu)造來可逆地移動翼型部104從圖5的縮回形狀138到圖4的展開形狀136。雙金屬偶150包括至少兩種不同的材料，例如第一材料152和第二材料154，如圖10所示，在至少一個方向例如沿著翼型部104的長度方向(I)上，它們具有不同的熱膨脹系數(shù)(CTE)(如，CTE不匹配)。盡管材料的寬度是相同的，但是CTE的不相等也可以存在于不同的方向上，例如在橫穿翼型部104的寬度(W)方向上。第一材料152和第二材料154之間的CTE不匹配導(dǎo)致雙金屬偶響應(yīng)于溫度的改變(或者增加或者減少)彎折或者彎曲。這樣，在一個示范性實(shí)施例中，雙金屬偶150和第一材料152和第二材料154可以被選擇和形成來提供翼型部104在大氣溫度下的縮回形狀138，和在排氣后處理系統(tǒng)10的運(yùn)行溫度下的展開形狀136。在另一個不范性實(shí)施例中，雙金屬偶150和第一材料152和第二材料154可以被選擇和形成來提供在排氣后處理系統(tǒng)10的第一運(yùn)行溫度下的異型部104的縮回形狀138和在排氣后處理系統(tǒng)10的高于所述第一運(yùn)行溫度的第二運(yùn)行溫度下的異型部104的展開形狀136。用于形成雙金屬偶150的第一材料152和第二材料154可以是任意合適的材料，所述材料提供了所需要的CTE不匹配的總量以獲得雙金屬偶150所需要的響應(yīng)和提供了翼型部104在所使用的混合器100的預(yù)定范圍的運(yùn)行溫度下從縮回位置138到展開位置136的移動。第一材料152和第二材料154可以被選擇來在排氣后處理系統(tǒng)10的熱排氣流106中的提供良好的高溫耐腐蝕性性和耐抗氧化性。在一個示范性實(shí)施例中，可以使用高溫金屬和金屬合金，例如各種鐵基，鎳基或者鈷基的超級合金；各種鋼鐵，包括各種不銹鋼，和特特殊的鈷基合金。第一材料152和第二材料154被連接在一起以提供一種機(jī)械偶合，這樣由于CTE不匹配造成的不同的膨脹導(dǎo)致它們之間相互作用從而提供了所需的彎曲和此處所描述的形狀改變。第一材料152和第二材料154可以被任意合適的連接件和連接方法所連接，包括包覆、焊接、鉚接、立樁和類似的方式。在圖10的示范性實(shí)施例中，混合器100包括第一金屬156形式的第一材料152，第二金屬158形式的第二材料被布置在混合器100中以形成包括第一金屬156和第二金屬158的雙金屬150。第二金屬158可以被布置在本體部102或者翼型部104上，或者在它們兩者上，以形成雙金屬偶150。在翼型部104上的布置如圖10所示。在如圖11所示的另一個示范性實(shí)施例中，混合器100包括第一金屬156，雙金屬偶150包括連接到與第一金屬156不同的第三金屬160上的第二金屬158,其中所述雙金屬偶150可以被布置在本體部102或者翼型部104上，或者在它們兩者上以形成雙金屬偶150。在翼型部104上的布置如圖11所示。 前驅(qū)體混合器200，或者例如可以用于形成已經(jīng)搭接到翼型部104的帶部件116的前驅(qū)體混合器100的一部分可以通過沖切從雙金屬偶150的合金塊中切除，以形成如圖19和13所示的形狀。前驅(qū)體混合器200或者混合器100的一部分例如帶部件116，隨后可以被形成到如圖1-6所示的多個帶部件116中，例如通過各種沖壓或者其它合適的形成混合器100的金屬形成方式。如此處所描述的，雙金屬偶150可以提供在所形成的帶部件116的之前或者之后。在另一個示范性實(shí)施例中，第三金屬160，如圖11-13所示，可以包括構(gòu)造來獲得翼型部104在展開位置106和縮回位置108之間的可逆移動和激活的活性金屬。翼型部104可以完全地、或者部分地由活性金屬形成，所使用的活性金屬的總量基于，例如成本、所需要的性能而定。因?yàn)榛钚越饘俦炔讳P鋼和其它用于形成帶110或者翼型部104的其它不移動部件的適宜的耐高溫材料貴，因此在某些實(shí)施例中其優(yōu)選地減小活性金屬的使用量，通過限制其使用到翼型部104的那些需要移動來形成翼型表面134或者將翼型表面從展開位置106移動到縮回位置108的部分中來實(shí)現(xiàn)。雙金屬偶150隨后可以被構(gòu)造和使用，例如，在展開位置，沿著翼型部104的長度“L”和寬度“W”影響其曲率以在展開位置106獲得展開形狀136，和在縮回位置獲得縮回形狀138?；钚圆牧峡梢园p向形狀記憶合金(SMA)。形狀記憶合金展現(xiàn)的獨(dú)特特性在于這些特性典型地不存在于其它金屬中。形狀記憶效應(yīng)(SME)在當(dāng)金屬處于冷態(tài)并受到彎曲、加壓、剪切、或者拉伸變形而第一次劇烈地形變時展現(xiàn)。累積的應(yīng)力可以隨后通過提升溫度到允許其恢復(fù)到在熱態(tài)中的形成的原始形狀的變形溫度之上而被移除。通過這種方式，材料就像是“記住” 了其原始形狀。展現(xiàn)單向形狀記憶效應(yīng)的形狀記憶合金在其返回冷態(tài)時并不恢復(fù)到形變后的形狀。在冷態(tài)時，任何所需要的變形都應(yīng)當(dāng)是應(yīng)力誘發(fā)的。內(nèi)在的顯微結(jié)構(gòu)上的效應(yīng)是基于在冷態(tài)下的應(yīng)力感應(yīng)的去孿生(形變)，和溫度感應(yīng)下的馬氏體-奧氏體相變(形狀恢復(fù))?？蛇x擇地，SMA的另一個主要特性，超級彈性，使得這些材料發(fā)生在應(yīng)力感應(yīng)下的熱態(tài)中的奧氏體-馬氏體相變而變形。在拉伸中，線性的應(yīng)力-應(yīng)變曲線被維持奧氏體材料形變直到馬氏體變化。應(yīng)變隨后在恒定的應(yīng)力下增加(如,應(yīng)力-應(yīng)變曲線達(dá)到平衡)，直到所有的材料都變成馬氏體。所述材料在應(yīng)力被釋放時恢復(fù)其形狀從而獲得了可逆的相變。注意，冷態(tài)和熱態(tài)是相對于轉(zhuǎn)變溫度而言的，且可以被配置到特定的應(yīng)用中，包括暴露在排氣后處理系統(tǒng)10的運(yùn)行溫度中。某些SMA例如Ni-Ti合金的另一個優(yōu)點(diǎn)是，它們的耐腐蝕度高于其它典型地用做混合器的金屬。形狀記憶合金是具有至少兩種不同的基于溫度的相的合金組合物。這些相的最通常的利用是馬氏體和奧氏體相。在下面的討論中，馬氏體相通常指的是形變度大的，較低溫度的相，而奧氏體相通常指的是更為堅硬的，更高溫度下的相。當(dāng)SMA在馬氏體相被加熱時，其開始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相。該現(xiàn)象開始時 的溫度通常稱為奧氏體開始溫度(As)。該現(xiàn)象完成時的溫度通常稱為奧氏體完成溫度(Af)。當(dāng)SMA在 奧氏體相被冷卻時，其開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相，該現(xiàn)象開始時的溫度通常稱為馬氏體開始溫度(Ms)。奧氏體完成轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時的溫度被稱為馬氏體完成溫度(Mf)。應(yīng)當(dāng)注意的是，上述的轉(zhuǎn)變溫度是SMA樣本的應(yīng)力承受下的函數(shù)。特別地，這些溫度隨著應(yīng)力的增加而增加。參考前述的特性，SMA的形變優(yōu)選地在奧氏體轉(zhuǎn)變溫度或者之下進(jìn)行。隨后在奧氏體轉(zhuǎn)變溫度之上的加熱使得變形的形狀記憶合金樣本恢復(fù)成其恒定形狀。這樣，與SMA —起使用的合適的激活信號是具有足夠大小來引發(fā)馬氏體和奧氏體相之間的轉(zhuǎn)變的熱激活信號。奧氏體完成溫度，例如，SMA記憶了其加熱時的高溫形態(tài)的溫度，可以通過輕微的調(diào)整合金的組分和熱-機(jī)械進(jìn)程而調(diào)整。在鎳-鈦型SMA中，例如，其可以從高于大約270。改變到低于大約100。。形狀恢復(fù)過程可以在僅僅幾度的范圍內(nèi)進(jìn)行或者說呈現(xiàn)一種更逐步變化的恢復(fù)。轉(zhuǎn)變的完成或者開始可以控制在1°或者2°，這取決于所需要的應(yīng)用和合金的組分。SMA的機(jī)械特性在生成它們形變的、提供形狀記憶效應(yīng)，超級彈性效應(yīng)和高減震能力的溫度范圍上劇烈的變化。例如，在馬氏體相就觀察到比在奧氏體相低的彈性模量。馬氏體相的形狀記憶合金通過在所施加的應(yīng)力下的晶體結(jié)構(gòu)的重新排列布置可以承受很大的形變。在應(yīng)力被移除后，材料將保持該形狀。如上所述，形狀恢復(fù)發(fā)生在當(dāng)SMA承受形變同時處于易改變的低溫相并隨后遇到比轉(zhuǎn)變溫度大的熱量(如，奧氏體完成溫度)時?；謴?fù)應(yīng)力可以超過400MPa(60，OOOpsi)。對于單次的恢復(fù)循環(huán)，可恢復(fù)的應(yīng)變力大約為8% (對于銅SM，大約為4% -5% )并且隨著循環(huán)次數(shù)的增加大致上降低。SMA可以是任意合適的形狀，例如此處描述的帶狀，片狀或者條狀，但是其它形狀的使用并非排除在外。具體的形狀和組份并非限制性的。合適的SMA材料包括，但是非限制地，鎳-鈦基合金，銅基合金(如，銅-鋅合金，銅-鋁合金，銅-金，和銅-錫合金)，金鎘基合金，銀-鎘基合金，銦-鎘基合金，錳-銅基合金，鐵-鋁基合金，鐵-鈀基合金，或者類似的合金。所述合金可以是二元的，三元的或者更高序列的合金只要所述合金展現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)(如，形狀、定向，屈服強(qiáng)度，彎曲模量，減震性能，超級彈性，和/或相似特性的改變)。合適的SMA的選擇基于混合器100工作于其中的排氣后處理系統(tǒng)10的溫度范圍。在一個示范性實(shí)施例中，SMA包括鎳鈦合金。雙向形狀記憶訓(xùn)練過程可以通過傳統(tǒng)的SME訓(xùn)練或S頂訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)。在SME訓(xùn)練中，樣本被冷卻在Mf以下并被彎曲到所需要的形狀。其隨后被加熱到高于Af的溫度并允許自由地展現(xiàn)奧氏體形狀。所述過程重復(fù)20-30次后完成訓(xùn)練。樣本此時基于Mf以下的冷卻呈現(xiàn)其預(yù)定的形狀并當(dāng)被加熱到Af以上時呈現(xiàn)其奧氏體形狀。在S頂訓(xùn)練中，樣本僅在Ms之上被彎曲以進(jìn)行優(yōu)選的加壓下的奧氏體的變形，隨后被冷卻到Mf溫度下。基于隨后被加熱到Af溫度之上，所述樣本恢復(fù)到其原始的奧氏體形狀。該過程被重復(fù)20-30次。
在示范性實(shí)施例中，縮回位置108和縮回形狀138可以是當(dāng)SMA低于Mf時翼型部104和翼型表面134所呈現(xiàn)的預(yù)定的形狀和位置，而展開位置106和展開形狀136可以是當(dāng)SMA被加熱到Af之上時翼型部104和翼型表面134所呈現(xiàn)的預(yù)定的形狀和位置?，F(xiàn)在參考圖6，本發(fā)明的示范性實(shí)施例涉及一種排氣后處理系統(tǒng)，大體如標(biāo)記10所示，以進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)12排放的受限制排氣污染物的還原反應(yīng)。發(fā)動機(jī)12可以包括任意的內(nèi)燃機(jī)，包括那些使用汽油，柴油，生物柴油，天然氣或者其它碳?xì)淙剂系膬?nèi)燃機(jī)。這類內(nèi)燃機(jī)可以包括，但非限制性的，汽油直噴系統(tǒng)和均質(zhì)壓縮點(diǎn)火發(fā)動機(jī)系統(tǒng)?？梢园◣讉€節(jié)段的排氣管道14起到了從內(nèi)燃機(jī)12運(yùn)送排氣16到排氣后處理系統(tǒng)10的各類排氣后處理裝置15的功能。此處涉及的在排氣管道14內(nèi)的混合器100的布置包括將其布置在排氣管道14中，同時布置在任意一個與排氣流16流體連接的排氣后處理裝置15中。排氣后處理裝置15可以包括第一氧化催化裝置(OCl) 18。OCl可以被形成成具有與排氣管道14連體連通的進(jìn)口和出口的、被堅硬的外殼或罐21封裝的流通金屬或者陶瓷單塊基體20。所述基體20具有布置于其中的氧化催化劑混合物(未示出)。氧化催化劑混合物可以被應(yīng)用成載體涂料且可以包括鉬族金屬，例如鉬(Pt)，鈀(Pd)，銫(Rh)，或者其它合適的氧化性催化劑，或者它們的組合。OCl 18對于處理未燃的汽油和非揮發(fā)性的HC和CO是有效的，它們在放熱反應(yīng)中被氧化成二氧化碳和水。在圖6的示范性實(shí)施例中，OCl 18被設(shè)置在混合器100的上游且可以被形成來提供排氣流16的溫度的升高和雙金屬偶150的如有采用時的活性材料的熱激活，因此引發(fā)翼型部104從縮回位置108移動到展開位置106。SCR催化裝置22被布置在OCl 18的下游且可以被構(gòu)造成具有與排氣管道14連體連通的進(jìn)口和出口的、被堅硬的外殼或者罐25封裝的流通金屬或者陶瓷單塊基體24。所述基體24具有應(yīng)用于其中的NOx還原催化劑組分，例如SCR催化劑組分(未示出)。SCR催化劑組分優(yōu)選地包括沸石或者一種或多種基金屬組分例如鐵(Fe)，鈷(Co)，銅(Cu)或者釩(V)，它們在還原劑23例如氨水(NH3)存在的情況下有效地運(yùn)行以轉(zhuǎn)化在排氣流16中的NOx成份。順3可以在排氣后處理系統(tǒng)10中，通過還原劑例如氨水的熱分解而產(chǎn)生。SCR催化劑混合物優(yōu)選地能阻止HC的吸收和中毒，正如已經(jīng)示出的某些銅基的催化劑混合物。從還原劑供給箱19通過管道17輸送的NH3還原劑23，被與排氣管道14流體連接的以還原劑噴射器26的形式存在的還原劑噴射器噴射到位于SCR催化裝置22上游的排氣管道14內(nèi)，或者以其它合適的方法輸送還原劑到排氣流16中。NH3還原劑23可以是氣體，液體或者尿素水溶液的形式且可以在還原劑噴射器26中與空氣混合以添加到噴射流的散布中。在示范性實(shí)施例中，排氣過濾裝置，在該例子中為PF裝置28被定位到排氣后處理系統(tǒng)10的內(nèi)部，而位于SCR催化裝置22的下游，其被操作來過濾排氣流16中的碳和其它排氣塵土顆粒。PF裝置28可以被形成成具有與排氣管道14連體連通的進(jìn)口和出口的、被堅硬，耐熱的外殼或者罐31封裝的陶瓷壁流整體式排氣過濾器30。進(jìn)入到排氣過濾器30的排氣流16被受迫遷移通過多孔的，鄰近延伸的壁面，通過這種機(jī)械方式排氣中的碳和其它顆粒物被過濾掉。過濾掉的顆粒物存積在排氣過濾器30的內(nèi)部。應(yīng)當(dāng)理解的是陶瓷壁流式整體排氣過濾器30本質(zhì)上僅僅是示范性的，PF裝置28可以包括其它過濾器裝置例如纏繞或封裝的纖維過濾器，開孔泡沫塑料，燒結(jié)金屬纖維，等。在示范性實(shí)施例中，由于顆粒物質(zhì)的累積引起的排氣被壓的增加需要PF裝置28、被周期性地清潔或再生。再生包括在典型的高溫環(huán)境(> 600° )下氧化或者燃燒所積累的碳和其它顆粒物。出于再生的目的，第二氧化催化裝置(OC2)被布置在PF裝置28的上游，位于PF轉(zhuǎn)子和SCR催化裝置22之間。OC2 32可以定位在獨(dú)立的罐35中，如圖6所示，或者可以被布置在PF罐31中(未示出)。與OCl 18相同，0C2 32可以包括被當(dāng)加熱時會膨脹來保護(hù)和隔絕罐35內(nèi)的基體34的發(fā)泡墊(未示出)所包覆的流通金屬或者陶瓷整體式基體34。基體34具有氧化催化劑混合物(未示出)布置于其中。OC混合物可以被應(yīng)用程載體涂料且可以包括鉬族金屬 例如鉬(Pt)，鈀(Pd)，銫(Rh)，或者其它合適的氧化催化齊U，或者它們的組合。如圖6所示，布置在OCl 18的上游，與排氣管道14中的排氣流16相流體連接的是HC或者燃料噴射器38。通過流體管道44與燃料供給箱42中的HC供給40相流體連接的燃料噴射器38被構(gòu)造來引導(dǎo)未燃的HC46進(jìn)入到OCl 18的上游的排氣中。控制器，例如車輛或者發(fā)動機(jī)控制器48可操作地采用多個傳感器通過信號連通連接到并監(jiān)測排氣后處理系統(tǒng)10。如此處所使用的，術(shù)語控制器可以包括專用集成電路(ASIC)，電路，處理器(共用，專用或者集成)和運(yùn)行一個或多個軟件或者軟件包程序的的內(nèi)存，混合邏輯電路，和/或其它合適的組件以提供所需的功能。在示范性實(shí)施例中，背壓傳感器50，定位在PF這種28的上游，產(chǎn)生了指示存積在陶瓷壁流整體式排氣過濾器30上的碳或者顆粒物的信號。基于判定所述背壓已經(jīng)達(dá)到了預(yù)定的水平，指示出需要清潔或者再生所述PF裝置28排氣過濾器30，控制器48激活燃料噴射器38以提供HC40到排氣流16中，正如所描述的。在特定的實(shí)施例中示出了，OCl 18具有一個體積和一個被充分激活來氧化噴射器38噴射的HC40的僅僅一部分的催化劑混合物加載部分。OCl 18被構(gòu)造來氧化HC46的僅僅一部分，這會導(dǎo)致SCR催化裝置22上游的排氣流16的溫度的增加到SCR催化裝置22將不能吸收以未氧化狀態(tài)通過OCl 18的未燃HC46的水平；因此避免了 SCR催化劑組分的中毒和失活性。穿過SCR催化裝置22的所噴射的HC 46的剩余部分被混合器100完全地混合到排氣流16中。緊接著其從SCR催化裝置22的排出，HC/排氣混合物進(jìn)入到0C2 32中，在這里，所噴射的HC40的剩余的未然部分在其進(jìn)入到PF裝置28之前被氧化。在示范性實(shí)施例中，0C2 32加載一個充分激活的催化劑混合物來氧化燃料噴射器38噴射的、但是已經(jīng)穿過OCl 18或者從OCl 18泄露通過的HC46的剩余部分，并導(dǎo)致排氣流16的溫度增加一個適宜陶瓷壁流整體式排氣過濾器30中的碳或者顆粒物質(zhì)的燃燒的溫度?？刂破?8可以通過溫度傳感器52監(jiān)測陶瓷壁流整體式排氣過濾器30中的排氣流的溫度，和通過溫度傳感器54監(jiān)測位于OCl 18上游的排氣的溫度，并調(diào)節(jié)燃料噴射器38的HC輸送率來維持所需要的溫度，正如所提示的?；旌掀?00的雙金屬偶150,與如果使用的活性材料160 —起,可以被混合器100的與排氣流16內(nèi)的溫度變化相關(guān)的溫度改變而熱激活。排氣后處理系統(tǒng)10和混合器100也可以選擇地被激活裝置激活，例如包含可操作地與雙金屬偶150相熱連接的電阻加熱器的熱激活裝置142。激活裝置142被構(gòu)造成與發(fā)動機(jī)控制器48信號連接，其中雙金屬偶150被發(fā)動機(jī)控制器48控制的激活裝置142的運(yùn)行而激活來進(jìn)行翼型部104的移動。參考圖1-7, —種使用和操作內(nèi)燃機(jī)12的排氣后處理系統(tǒng)10的方法201包括,布置210混合器100到排氣后處理系統(tǒng)12的排氣管道14中?；旌掀?00包括被構(gòu)造來布置在排氣管道14中的本體部102，包括雙金屬偶150 (還包括其中使用的活性材料160)的翼型部104被布置在本體部102上，在雙金屬偶150的激活下，其可逆地在展開位置106和縮回位置108之間移動。在展開位置106，翼型部104提供了對排氣流16的展開阻力，在縮回位置108提供了縮回阻力，其中展開阻力大于縮回阻力。方法201還包括220運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)12來在排氣管道14中產(chǎn)生排氣流16。方法201進(jìn)一步包括激活230雙金屬偶150來移動翼型部104到展開位置106，緊接著通過定位在混合器100上游的噴射器26開始240進(jìn)入到排氣管道14中的還原物質(zhì)的噴射。進(jìn)一步地，方法201包括終止250還原物質(zhì)的噴射和去激活260雙金屬偶150來移動翼型部104到縮回位置108。在一個示范性實(shí)施例中，激活230雙金屬偶150包括基于當(dāng)混合器100被加熱到一個預(yù)定溫度時的第一物質(zhì)152和第二物質(zhì)154的CTE不匹配的被動激活，其中去激活260活性材料包括通過基于當(dāng)混合器 100被冷卻到預(yù)定溫度之下時的CTE不匹配的相同機(jī)制的反轉(zhuǎn)的被動去激活。在方法201的另一個示范性實(shí)施例中，排氣后處理系統(tǒng)10進(jìn)一步包括激活裝置142和發(fā)動機(jī)控制器48，激活裝置142可操作地偶合到雙金屬偶150，且被構(gòu)造來與發(fā)動機(jī)控制器48信號連接，通過從發(fā)動機(jī)控制器48到激活裝置142的信號連接完成激活230和去激活260所述活性雙金屬偶150。在另一個示范性實(shí)施例中，激活230雙金屬偶150包括提供232 —個加熱信號到激活裝置142中，和加熱234雙金屬偶150來在所述偶中提供必要的CTE以改變位置和形狀，去激活260雙金屬偶150包括從激活裝置142中移除262加熱信號，當(dāng)混合器100被冷卻到預(yù)定溫度之下時，冷卻264雙金屬偶150以開始CTE不匹配的反轉(zhuǎn)。盡管本發(fā)明已經(jīng)參考示范性的實(shí)施例被描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在沒有超出本發(fā)明的范圍的情況下，各種改變都可以進(jìn)行且各種等同物都可以作為其中元件的替換。另外，在沒有超出本發(fā)明本質(zhì)范圍的各種教導(dǎo)下，各種修正都可以進(jìn)行來適應(yīng)特定的條件或者材料。因此，本發(fā)明并不意圖限制到執(zhí)行本發(fā)明的所披露的特定實(shí)施例上，相反本發(fā)明將包括所有落入本申請范圍之內(nèi)的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于排氣后處理系統(tǒng)的混合器，包括 本體部，其被構(gòu)造來布置在排氣后處理裝置上游的排氣后處理系統(tǒng)的排氣管道中； 翼型部，其布置在本體部上并可在展開位置和縮回位置之間可逆地移動，其中所述翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，所述展開阻力大于所述縮回阻力，所述本體部和翼型部包括混合器；和 雙金屬偶，其可操作地連接到混合器且被構(gòu)造來從所述縮回位置向所述展開位置可逆地移動所述翼型部。
2.如權(quán)利要求I所述的混合器，其中所述雙金屬偶包括具有第一熱膨脹系數(shù)的第一金屬和具有第二熱膨脹系數(shù)的第二金屬，其中所述第一熱膨脹系數(shù)與第二熱膨脹系數(shù)是不相同的。
3.如權(quán)利要求2所述的混合器，其中所述混合器包括布置在所述混合器上的第一金屬和第二金屬來形成第一金屬和第二金屬的雙金屬偶。
4.如權(quán)利要求3所述的混合器，其中所述第二金屬被布置在所述本體部或者翼型部上，或者布置在兩者之上，以形成雙金屬偶。
5.如權(quán)利要求I所述的混合器，其中所述混合器包括第一金屬，所述雙金屬偶包括第二金屬和與所述第一金屬不同的第三金屬。
6.如權(quán)利要求I所述的混合器，其中所述翼型部具有在展開位置的展開形狀和在縮回位置的縮回形狀，所述展開形狀和縮回形狀具有相同的形狀。
7.如權(quán)利要求I所述的混合器，其中所述翼型部具有在展開位置的展開形狀和在縮回位置的縮回形狀，所述展開形狀和縮回形狀具有不相同的形狀。
8.如權(quán)利要求7所述的混合器，其中所述展開形狀是彎曲的平面形狀，所述縮回形狀是平的平面形狀。
9.一種用于內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，包括 排氣后處理裝置，其被構(gòu)造來與內(nèi)燃機(jī)流體連接以通過排氣管道接收來自內(nèi)燃機(jī)的排氣流； 混合器，其定位在所述排氣后處理裝置上游的排氣管道中，所述混合器包括被構(gòu)造來布置在所述排氣管道中的本體部，還包括布置在本體部上的、在展開位置和縮回位置之間可逆地移動的翼型部，其中翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，展開阻力大于縮回阻力；和 噴射器，其定位在混合器上游，所述噴射器被構(gòu)造來噴射還原劑到排氣流中。
10.一種內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行方法，包括 布置混合器到排氣后處理系統(tǒng)的排氣管道中，所述混合器包括被構(gòu)造來布置在排氣管道中的本體部，以及包含活性材料的翼型部，其被布置在本體部上，并通過活性材料的激活，所述翼型部可逆地在展開位置和縮回位置之間可移動，其中所述翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了縮回阻力，其中所述展開阻力大于所述縮回阻力； 運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)來在排氣管道中產(chǎn)生排氣流； 激活活性材料來移動翼型部到展開位置； 通過定位在混合器上游的噴射器開始進(jìn)入到排氣管道中的還原材料的噴射；終止所述還原材料的噴射；以及去激活所述活性防料來移動翼型部到縮回位置。 ·
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于排氣后處理系統(tǒng)的可重構(gòu)的雙金屬混合器及其使用方法。具體地，本發(fā)明揭示了一種用于排氣后處理系統(tǒng)的混合器。所述混合器包括被構(gòu)造來布置在排氣后處理系統(tǒng)的排氣管道中、并位于排氣后處理裝置的上游的本體部?；旌掀鬟€包括布置在本體部上的、在展開位置和縮回位置之間可逆地移動的翼型部，其中翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，展開阻力大于縮回阻力，本體部和翼型部一起組成了混合器?；旌掀鬟M(jìn)一步包括可操作地連接到混合器的雙金屬偶，其被構(gòu)造來從縮回位置向展開位置可逆地移動翼型部。
文檔編號F01N3/24GK102748112SQ201210234658
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者P·迪馬蒂諾, Y·苗 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司