本發(fā)明的示意性實(shí)施例涉及廢氣處理系統(tǒng)，且更具體地涉及用于內(nèi)燃機(jī)以及結(jié)合內(nèi)燃機(jī)的車輛的廢氣處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃機(jī)的制造商必須滿足顧客需求，同時(shí)符合用于降低排放和改善燃料經(jīng)濟(jì)性的各種規(guī)定。一些類型的排氣處理系統(tǒng)用于應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)的車輛中。這些系統(tǒng)采用各種排氣處理裝置。一種這樣的排氣處理系統(tǒng)采用尿素選擇性催化還原(“SCR”)催化劑和NOx還原劑(例如，尿素)，該還原劑使用流體噴射器噴射至SCR催化劑的上游。NOx還原劑轉(zhuǎn)換成廢氣流中的氨，然后用來(lái)將NOx還原成N2。使用尿素作為還原劑需要一種尿素輸送系統(tǒng)以及用于這種二次流體的車載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

用于控制廢氣中顆粒物質(zhì)的高水平的排氣處理技術(shù)為柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器(“DPF”)裝置。這里有一些在DPF裝置中使用的已知過(guò)濾器結(jié)構(gòu)，其展示了在將顆粒物質(zhì)從廢氣中移除的有效性，例如陶瓷蜂窩壁流過(guò)濾器、纏繞的或填充的纖維過(guò)濾器、開(kāi)孔泡沫、燒結(jié)金屬纖維等。陶瓷壁流過(guò)濾器在汽車應(yīng)用中已經(jīng)得到廣泛地接受。過(guò)濾器是用于從廢氣中移除顆粒的物理結(jié)構(gòu)，且作為結(jié)果，過(guò)濾后的顆粒物質(zhì)的積聚將有增加發(fā)動(dòng)機(jī)遭受的排氣系統(tǒng)背壓的影響。為了解決由于廢氣顆粒的積聚而增加的背壓，DPF裝置定期清理或再生。在車輛應(yīng)用中DPF的再生通常是自動(dòng)的且由發(fā)動(dòng)機(jī)或其它控制器基于由發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣系統(tǒng)傳感器產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)控制。再生事件涉及將過(guò)濾器的溫度增加至能夠燃燒所積聚的顆粒物質(zhì)的水平。

一種在排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生用于DPF裝置再生所需的溫度的方法是將未燃燒的碳?xì)浠衔?“HC”)輸送至設(shè)置在DPF裝置上游的氧化催化劑裝置。通常使用排氣流體噴射器來(lái)直接地將燃料噴射進(jìn)廢氣系統(tǒng)中來(lái)輸送HC。HC在氧化催化劑裝置中氧化，從而導(dǎo)致提升廢氣溫度的放熱反應(yīng)。加熱后的廢氣向下游行進(jìn)流至DPF裝置且燃燒位于過(guò)濾器中的顆粒積聚。盡管采用SCR催化劑、DPF裝置和氧化催化劑的系統(tǒng)已經(jīng)用于減低廢氣流中的排放物，由于用于包裝裝置的組合的有效的降低的空間以及描述的引入各種排氣處理流體所需的相關(guān)噴射系統(tǒng)，各種裝置的包裝便成為一個(gè)問(wèn)題，尤其是在相對(duì)較小的具有短軸距的車輛中。各種混合器已經(jīng)被提出，但是會(huì)存在缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一示意性實(shí)施例中，一種用于廢氣導(dǎo)管的混合裝置包括：第一內(nèi)部套管，其具有上游端、下游端以及通過(guò)其中延伸的直徑為“D”的內(nèi)部通道；導(dǎo)流片，其在第一內(nèi)部套管中形成的且延伸至內(nèi)部通道中；以及第二外部氣隙外殼，其具有上游端、下游端以及具有大于第一內(nèi)部套管的直徑D的直徑“D1”的中心部分。內(nèi)部套管設(shè)置在第二外部氣隙外殼中，且上游端和下游端密封地固定到第一內(nèi)部套管，從而繞著第一內(nèi)部套管中形成有導(dǎo)流片的部分限定氣隙。

在另一示例性實(shí)施例中，用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣系統(tǒng)包括配置成用于傳輸來(lái)自內(nèi)燃機(jī)的廢氣的廢氣導(dǎo)管，設(shè)置在廢氣導(dǎo)管中的排氣處理裝置，以及設(shè)置在廢氣導(dǎo)管中、所述排氣處理裝置上游的混合裝置?；旌涎b置包括：第一內(nèi)部套管，其具有上游端、下游端以及通過(guò)其中延伸的直徑為“D”的內(nèi)部通道，導(dǎo)流片，其在第一內(nèi)部套管中形成的延伸至內(nèi)部通道中，第二外部氣隙外殼，其具有上游端、下游端以及具有大于第一內(nèi)部套管的直徑D的直徑“D1”的中心部分。內(nèi)部套管設(shè)置在第二外部氣隙外殼中，且上游端和下游端密封地固定到第一內(nèi)部套管，從而繞著第一內(nèi)部套管中形成有導(dǎo)流片的部分限定氣隙。

從以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的詳細(xì)描述中，將很容易清楚本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

僅僅作為實(shí)例，在以下的實(shí)施例說(shuō)明中顯示了其它的特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)，該說(shuō)明參考附圖，其中：

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的內(nèi)燃機(jī)和排氣系統(tǒng)的示意圖；

圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的、圖1的柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器裝置的沿圖1中的圈2的局部透視圖；

圖3是圖2的柴油機(jī)顆粒過(guò)濾器裝置的略去一些部件的局部剖視圖；

圖4是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的、圖1中的排氣內(nèi)部套管混合器的分解透視圖；

圖5A示出了圖4的排氣內(nèi)部混合器的導(dǎo)流片的實(shí)施例；

圖5B示出了圖4的排氣內(nèi)部套管混合器的導(dǎo)流片的另一實(shí)施例；

圖5C示出了圖4的排氣內(nèi)部套管混合器的導(dǎo)流片的另一實(shí)施例；以及

圖6是體現(xiàn)本發(fā)明的特征的、圖1的排氣系統(tǒng)的沿圖1中的圈6的局部透視圖。

具體實(shí)施方式

以下的描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，并不意圖限制本公開(kāi)、其應(yīng)用或者使用。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在整個(gè)附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相似或相應(yīng)的部件和特征。如在此使用的，術(shù)語(yǔ)車輛不限于只是汽車、貨車或運(yùn)動(dòng)型多功能車輛，而包括任何適用于輸送負(fù)荷的自驅(qū)動(dòng)或牽引運(yùn)輸工具。

現(xiàn)參考圖1，在一示意性實(shí)施例中，示出了排氣處理系統(tǒng)10，其用于減少來(lái)自內(nèi)燃(“IC”)機(jī)12的經(jīng)調(diào)節(jié)的廢氣成分。這種系統(tǒng)可包括但不限于汽油機(jī)、柴油機(jī)和均質(zhì)壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。廢氣處理系統(tǒng)包括廢氣導(dǎo)管14，廢氣導(dǎo)管14可包括若干區(qū)段，這些區(qū)段用作將來(lái)自內(nèi)燃機(jī)12的廢氣16傳輸至各個(gè)排氣處理裝置。排氣處理裝置可包括氧化催化劑(“OC”)裝置18。該OC裝置具有包含鉑系金屬(例如鉑(“Pt”)、鈀(“Pd”)、銠(“Rh”))的氧化催化劑化合物，或其它合適的氧化催化劑，或應(yīng)用至其中的它們的組合。該OC裝置用于處理未燃燒的氣態(tài)的和不揮發(fā)的碳?xì)浠衔?“HC”)以及一氧化碳(“CO”)，它們氧化以形成二氧化碳和水。

選擇性催化劑還原(“SCR”)裝置22可以設(shè)置在OC裝置18的下游。以與OC裝置相同的方式，SCR裝置22具有選擇性催化劑還原催化劑化合物，該化合物包含沸石和一種或多種基底金屬部件，例如鐵(“Fe”)、鈷(“Co”)、銅(“Cu”)或釩(“V”)或應(yīng)用至其中的它們的組合。在噴射流體(例如氨(“NH₃”)還原劑)的存在下，催化劑化合物有效地操作以轉(zhuǎn)化位于廢氣16中的NO_x成分。通過(guò)導(dǎo)管17從還原劑供應(yīng)箱19供應(yīng)的NH3還原劑23使用噴射器26在SCR裝置22的上游位置處可噴射進(jìn)廢氣導(dǎo)管14中。

在排氣處理系統(tǒng)10的一個(gè)示例性實(shí)施例中，廢氣過(guò)濾器組件(在此情況中為柴油顆粒過(guò)濾器(“DPF”)裝置28)位于廢氣處理系統(tǒng)內(nèi)、SCR裝置22下游并且操作以過(guò)濾碳和其它顆粒物質(zhì)的廢氣16。DPF裝置28可以使用具有與廢氣導(dǎo)管14流體連通的入口和出口的陶瓷壁流式單塊過(guò)濾器30而構(gòu)造。進(jìn)入過(guò)濾器30的廢氣16強(qiáng)制遷移通過(guò)相鄰縱向延伸壁(未示出)并且其通過(guò)此壁流式機(jī)構(gòu)，以從廢氣16中過(guò)濾碳和其它顆粒物質(zhì)。過(guò)濾后顆粒沉積在過(guò)濾器30中，并且隨著時(shí)間的推移，將具有增加內(nèi)燃機(jī)12經(jīng)歷的廢氣背壓的效果。

在示例性實(shí)施例中，由顆粒物質(zhì)的積累引起的排氣背壓的增加要求定期清洗或再生DPF裝置28。再生涉及積累的碳和其它顆粒物質(zhì)在通常高溫(>600℃)環(huán)境中的氧化或燃燒。為了再生目的，第二OC裝置20可以位于過(guò)濾器30上游、靠近其上游端。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，第二OC裝置20設(shè)置在DPF裝置28的濾罐31中。然而，預(yù)期的是，取決于包裝和其它系統(tǒng)約束，第二OC裝置20也可以設(shè)置在位于DPF裝置28(例如，OC裝置18)上游的單獨(dú)濾罐(未示出)內(nèi)。HC或燃料噴射器32設(shè)置在OC裝置20上游、與廢氣導(dǎo)管14中的廢氣16流體連通。燃料噴射器32通過(guò)燃料導(dǎo)管38與燃料供應(yīng)箱36中的液態(tài)碳?xì)浠衔?4流體連通。燃料噴射器32將諸如未燃燒的HC34的流體引入至廢氣流16中以輸送至OC裝置20。

控制器40(諸如車輛或發(fā)動(dòng)機(jī)控制器)可操作地連接至廢氣處理系統(tǒng)10并且通過(guò)與數(shù)個(gè)傳感器進(jìn)行的信號(hào)通信來(lái)監(jiān)測(cè)廢氣處理系統(tǒng)10。如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)控制器可以包括專用集成電路(ASIC)、電子電路、處理器(共用、專用或分組)以及執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的存儲(chǔ)器、組合邏輯電路和/或提供所述功能性的其它合適部件。

位于SCR裝置22附近的NOx傳感器46產(chǎn)生指示廢氣16中的NOx水平的信號(hào)。當(dāng)確定NOx水平已達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，控制器40可以啟動(dòng)噴射器26以將還原劑23輸送至廢氣導(dǎo)管14中與廢氣16混合。氨/廢氣混合物進(jìn)入SCR裝置22，其中氨將NOx還原為N2。

位于第二OC裝置20和DPF裝置28附近的氧氣(O2)傳感器42和背壓傳感器44產(chǎn)生指示OC裝置的功能以及裝載在陶瓷壁流式單塊過(guò)濾器30中的碳和顆粒的信號(hào)。當(dāng)確定DPF裝置中的背壓已達(dá)到指示需要再生DPF裝置28的預(yù)定水平時(shí)，控制器40啟動(dòng)HC噴射器32以將HC34輸送至廢氣導(dǎo)管14中與廢氣16混合。燃料/廢氣混合物進(jìn)入OC裝置20，從而引發(fā)HC在廢氣16中的氧化并且將廢氣溫度升高至適用于過(guò)濾器30中的碳和顆粒物質(zhì)的再生的水平(例如，>600℃)?？刂破?0可以通過(guò)溫度傳感器48監(jiān)測(cè)第二OC裝置20和陶瓷壁流式單塊過(guò)濾器30中的放熱氧化反應(yīng)的溫度，并且調(diào)整噴射器32的HC輸送速率以維持預(yù)定溫度。

現(xiàn)在參考圖2、3和4并且繼續(xù)參考圖1，排氣處理系統(tǒng)10的部分示為處于DPF裝置28上游。如所提及，當(dāng)確定DPF裝置28的過(guò)濾器30需要再生時(shí)，控制器40將啟動(dòng)位于OC裝置20上游的HC噴射器32。不管提供在導(dǎo)管14中介于HC噴射器32與第二OC裝置20之間的空間(即，長(zhǎng)度、幾何形狀等)如何，希望噴射的液態(tài)碳?xì)浠衔?4在廢氣16中完全霧化和/或蒸發(fā)以及完全擴(kuò)散，并且與廢氣混合以充分分布在整個(gè)OC裝置18中，從而確保隨著其越過(guò)氧化型催化劑時(shí)進(jìn)行有效氧化。出于此原因，在實(shí)施例中，排氣內(nèi)部套管混合器50設(shè)置在HC噴射器32下游并且配置成將湍流引發(fā)至廢氣流中以使氣流中的分層破裂，從而保證廢氣16變?yōu)槠涓鞣N成分的均勻混合物并且改進(jìn)廢氣橫貫(例如)OC裝置催化劑基底24的面的分布。在實(shí)施例中，排氣內(nèi)部套管混合器包括具有第一上游端54、第二下游端56和直徑“D”的第一內(nèi)部套管52，在實(shí)施例中所述直徑“D”與廢氣導(dǎo)管14的直徑“d”相同。因此，通過(guò)第一內(nèi)部套管52的廢氣16并未經(jīng)受將負(fù)面地影響其流動(dòng)特性的顯著直徑變化。導(dǎo)流片58形成在第一內(nèi)部套管52中并且延伸至由第一內(nèi)部套管52限定的軸向延伸內(nèi)部通道60中。取決于其下游的廢氣16中所需要的流動(dòng)特性，導(dǎo)流片58可以包括圖5的數(shù)種配置中的任一種。另外，同樣取決于其下游的廢氣16中所需要的流動(dòng)特性，一個(gè)以上導(dǎo)流片58可以形成在內(nèi)部套管52中。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，導(dǎo)流片58在第一內(nèi)部套管58中打孔或切割(即，由第一內(nèi)部套管58形成)且因而與內(nèi)部套管成一體。結(jié)果是耐用混合設(shè)備既不經(jīng)受隨時(shí)間的推移而脫離的風(fēng)險(xiǎn)，也不涉及安裝至傳統(tǒng)的排氣混合器通常需要的廢氣導(dǎo)管中的制造復(fù)雜性。

排氣內(nèi)部套管混合器50進(jìn)一步包括具有第一上游端64、第二下游端66和具有直徑“D1”的中心部分68的第二外部氣隙外殼62，在實(shí)施例中所述直徑“D1”大于第一內(nèi)部套管52的直徑“D”。在實(shí)施例中，第一內(nèi)部套管52設(shè)置在第二外部氣隙外殼62中，且外部氣隙外殼的第一端64和第二端66密封地焊接至第一內(nèi)部套管52以由此圍繞第一內(nèi)部套管中形成導(dǎo)流器或?qū)Я髌?8的所述部分限定無(wú)泄漏氣隙70。第二外部氣隙外殼62的施用提供若干優(yōu)點(diǎn)。首先，外部氣隙外殼允許(多個(gè))導(dǎo)流片58集成至第一內(nèi)部套管中，導(dǎo)致其中的廢氣混合器不具有組裝至廢氣導(dǎo)管14中的附加部件，附加部件會(huì)隨著由壽命或其它影響引起的磨損和撕裂而脫離。另外，無(wú)泄漏氣隙70在熱廢氣16與排氣處理系統(tǒng)的外部之間的絕熱層，絕熱層用于保持廢氣中的熱量以實(shí)現(xiàn)再生DPF裝置28以及減小排氣處理系統(tǒng)10在可以定位成緊鄰的車輛部件上的熱負(fù)載的目的。對(duì)于附加隔熱，預(yù)期可以在氣隙70中設(shè)置耐熱絕熱層。

現(xiàn)在參考圖6，在實(shí)施例中，將排氣套管內(nèi)部混合器50放置在諸如SCR裝置22上游的位置中可能是有用的。在混合器的此放置中，希望保證廢氣16中的足夠湍流使得NOx傳感器46在其將信息傳輸至控制器40時(shí)暴露于廢氣的精確取樣。在沒(méi)有關(guān)于廢氣16的構(gòu)成的精確信息的情況下，控制器可以命令NH3噴射器26將過(guò)多或過(guò)少的還原劑噴射在SCR裝置22上游，這可導(dǎo)致廢氣16中的NOx成分的不正確處理。

雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變并且可以用等效物替代其元件。另外，在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下，可以進(jìn)行許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明并不限于作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式所公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。