排氣系統(tǒng)中的還原劑噴射的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將流體還原劑噴射到排氣系統(tǒng)中的系統(tǒng)、操作該系統(tǒng)的方法以及用于在該系統(tǒng)中使用的導(dǎo)流裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了降低排氣系統(tǒng)特別地柴油機(jī)排氣系統(tǒng)中的NOx水平，已知的是將還原劑噴射到選擇性催化還原(SCR)模塊上游處的排氣中。在SCR存在的情況下，還原劑將NOx轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂退?。使用的還原劑常見的有氨或脲，其中，由于安全和處理的原因，通常優(yōu)選使用脲。脲通過(guò)熱分解轉(zhuǎn)化成氨。
[0003]可以通過(guò)僅液體式定量給送系統(tǒng)或者通過(guò)空氣輔助定量給送系統(tǒng)來(lái)噴射液體還原劑(例如，含水脲)?？諝廨o助定量給送通過(guò)中心線噴射提供的微滴尺寸較小且較均勻。
[0004]這種還原劑噴射的問(wèn)題在于，來(lái)自噴射器噴嘴的微滴薄霧會(huì)沉積在排氣管的壁上。這會(huì)降低處理效率，并且在脲和低溫操作的情況下，這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生沉積物，沉積物會(huì)部分或完全阻塞排氣管。管壁上或管壁附近的高濃度的微滴會(huì)給下述工作帶來(lái)很大的挑戰(zhàn):將還原劑混合在SCR催化劑處的排氣中，并且使還原劑均勻地分布在SCR催化劑處的排氣中。
[0005]US 2010/0212292中提出了提供這樣的一種給送連接器:還原劑經(jīng)由該給送連接器被噴射，并且該給送連接器設(shè)置有進(jìn)入口，該進(jìn)入口用于產(chǎn)生沿著給送連接器的內(nèi)壁的另外的氣流以便提供氣體屏障以阻止霧滴沉積在給送連接器或排氣管的內(nèi)壁上。WO2011/106487公開了這樣的一種系統(tǒng):該系統(tǒng)用于通過(guò)布置在排氣管中并且布置成與排氣管大致平行的內(nèi)部圓錐體將液體還原劑噴射到排氣中。還原劑噴射器與圓錐體流體連通。圓錐體具有孔，從而允許排氣向內(nèi)流動(dòng)以對(duì)噴射出的液體還原劑產(chǎn)生阻力。該阻力會(huì)增加微滴從噴射器到SCR催化轉(zhuǎn)換器的行進(jìn)時(shí)間，允許脲或其它還原劑受到更長(zhǎng)時(shí)間的加熱并因此蒸發(fā)和/或熱分解得更多。
[0006]將含水脲還原劑液體噴射在排氣管中的彎曲部上具有一些性能實(shí)際益處，包括使下游混合長(zhǎng)度最大化、提供更大程度的封裝靈活性以及減少噴射器溫度問(wèn)題。然而，將噴射器置于彎曲部上會(huì)導(dǎo)致大部分噴霧跟隨主排氣流一一特別地在微滴很細(xì)小(如空氣輔助噴射系統(tǒng)中那樣)的情況下。即使在微滴初始噴射速度很高的情況下，微滴慣性與主排氣流施加的阻力相比依然很小。這會(huì)導(dǎo)致大部分微滴碰撞到排氣管的壁上，失去了小微滴(在蒸發(fā)和紊流擴(kuò)散時(shí))混合和分解成氨的任何益處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]獨(dú)立權(quán)利要求中詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的方面。從屬權(quán)利要求中詳細(xì)說(shuō)明了優(yōu)選特征。
【附圖說(shuō)明】
[0008]現(xiàn)在將參照以下附圖僅通過(guò)示例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述，其中，在附圖中:
[0009]圖1至圖3是用于在根據(jù)本發(fā)明的方面的排氣系統(tǒng)中使用的組件的立體圖；
[0010]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的排氣系統(tǒng)；
[0011]圖5和圖6示出了圖4的系統(tǒng)的一部分的細(xì)節(jié)；
[0012]圖7是圖4的系統(tǒng)的一部分的豎向截面圖；以及
[0013]圖8和圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的系統(tǒng)中的氣流的仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0014]參照?qǐng)D4，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)包括排氣管18，排氣管18具有彎曲部30，彎曲部30以彎曲的路徑對(duì)排氣流進(jìn)行引導(dǎo)。排氣管18具有內(nèi)表面，并且與彎曲部30下游處的SCR催化轉(zhuǎn)換器22流體連通。導(dǎo)流組件2 (圖1至圖3以及圖7中最佳地示出)用于將液體還原劑比如含水脲微滴噴射到排氣流束中，在該示例中，所述微滴通過(guò)8片式混合器20 (圖5和圖6中最佳地示出)可選地被進(jìn)一步混合在排氣流束中。
[0015]排氣管的外部安裝有噴射器12并且噴射器12具有噴射器噴嘴28 (圖7)，噴射器噴嘴28在彎曲部30處布置在排氣管18的內(nèi)部?jī)?nèi)、用于將液體還原劑噴射到排氣管18中。排氣管18中安裝有護(hù)罩構(gòu)件4，并且護(hù)罩構(gòu)件4與排氣管的內(nèi)表面是間隔開的。護(hù)罩構(gòu)件4是大+致管狀或(在該示例中)截頭圓錐形結(jié)構(gòu)，其具有敞開的近端14和敞開的遠(yuǎn)端16。近端14設(shè)置成使得噴射器噴嘴28位于護(hù)罩構(gòu)件4內(nèi)部。遠(yuǎn)端16設(shè)置在排氣管18的中心線26處或者朝向排氣管18的中心線26設(shè)置。護(hù)罩構(gòu)件4上安裝有葉片6，并且葉片6布置成適于將來(lái)自彎曲部上游處的排氣流的一部分24(圖8)以大致弧形的路徑引導(dǎo)到護(hù)罩構(gòu)件4的近端14中。
[0016]在該示例中，噴射器12是空氣輔助系統(tǒng)，但本發(fā)明也能夠與無(wú)氣式系統(tǒng)一起使用并且可以提供沉積物在噴射器噴嘴28上累積的可能性降低的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]優(yōu)選的是，護(hù)罩構(gòu)件4呈截頭圓錐形形狀，其中，近端14比遠(yuǎn)端16窄，使得擴(kuò)散的內(nèi)壁更容易地適應(yīng)來(lái)自噴射器噴嘴28的擴(kuò)散的微滴噴霧而沒有微滴與壁接觸。
[0018]通過(guò)分離出排氣流的一部分并且將該部分排氣流導(dǎo)引成均勻地流動(dòng)通過(guò)噴射器，該系統(tǒng)在噴射器12周圍產(chǎn)生較均勻的流動(dòng)。這個(gè)過(guò)程得到了這樣的氣流部分的幫助:該氣流部分在護(hù)罩構(gòu)件4后面被引導(dǎo)通過(guò)護(hù)罩構(gòu)件4與排氣管在護(hù)罩構(gòu)件的下游側(cè)上的相鄰的內(nèi)表面之間的空間32(圖8)。
[0019]通過(guò)確保被引出的氣體限定下述路徑，能夠使被引出的氣流的大部分動(dòng)量用于提供來(lái)自噴射器噴嘴28的中央還原劑微滴薄霧與護(hù)罩構(gòu)件4的內(nèi)表面之間的緩沖或屏蔽層:在所述路徑中，存在從上游流沿著彎曲部的路徑從護(hù)罩構(gòu)件4的近端14后面進(jìn)入護(hù)罩構(gòu)件4的近端14中的平滑的過(guò)渡。被遮罩的微滴薄霧從護(hù)罩構(gòu)件4的遠(yuǎn)端16向排氣管18的中心線26傳送。微滴大致沿著中心線26行進(jìn)，有助于降低微滴碰撞到排氣管的內(nèi)表面上且形成液膜的可能性。這還提供微滴在排氣內(nèi)的良好的分布，減少了高NOx轉(zhuǎn)化所需的、為了實(shí)現(xiàn)使還原劑均勻地分布在排氣流內(nèi)所需的進(jìn)一步的混合。圖9中用線一一表示氣流一一示出了被引出的氣體的平滑流通的仿真結(jié)果。被引出的氣體在葉片6后面沿著大致弧形的路徑行進(jìn)，進(jìn)入到護(hù)罩構(gòu)件4中而損失極少的動(dòng)量。
[0020]將一些氣體通過(guò)空間32引出能夠提供用以阻止還原劑微滴在離開護(hù)罩構(gòu)件4的遠(yuǎn)端16之后與排氣管18的下游內(nèi)表面接觸的額外的緩沖或屏蔽效果。通過(guò)減少液膜的形成，沉積以及因此對(duì)NOx減少的影響的風(fēng)險(xiǎn)得以降低。
[0021]在主排氣流(外部流一圖8)與來(lái)自噴射器12的流(內(nèi)部流)結(jié)合的情況下，該系統(tǒng)因而有助于微滴分布以進(jìn)一步混合。由于護(hù)罩4的尺寸以及位于護(hù)罩下面的空間32，主排氣提供圍繞噴射器內(nèi)部流的外部流。
[0022]葉片6可以引導(dǎo)來(lái)自主排氣流束的氣體的10%至30%，優(yōu)選地，大約15%。
[0023]在仿真結(jié)果中能夠發(fā)現(xiàn)，在上游幾何結(jié)構(gòu)提供平滑的氣流的情況下，護(hù)罩構(gòu)件4和葉片6的組合足以實(shí)現(xiàn)將更大比例的還原劑微滴傳送至催化轉(zhuǎn)換器22這樣的益處。然而，如果上游幾何結(jié)構(gòu)不太理想，例如，如果管具有一個(gè)或更多個(gè)彎曲部上游，那么進(jìn)入的氣流會(huì)有少許渦旋，由于使還原劑與排氣管的內(nèi)表面接觸，因此這將導(dǎo)致系統(tǒng)的效率降低。
[0024]為了減小上游幾何結(jié)構(gòu)的影響，可以相對(duì)于護(hù)罩構(gòu)件4安裝一個(gè)或更多個(gè)整流構(gòu)件8、10。在