專利名稱:用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置,該廢氣凈化裝置構(gòu)造成向催化劑注入 要被提供的添加劑。
背景技術(shù):
為了凈化柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)(交通工具)的廢氣,結(jié)合使用NOx收集催化劑、NOx選 擇性還原催化劑、微粒過(guò)濾器(柴油微粒過(guò)濾器)和/或類似產(chǎn)品的廢氣凈化裝置被用于 防止柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的NOx (氮氧化物)禾BPM (微粒物質(zhì))被散發(fā)到空氣中。
對(duì)于這種廢氣凈化裝置,越來(lái)越多地被采用的構(gòu)造是在其中諸如氧化催化劑、或者 NOx還原催化劑(NOx收集催化劑或者NOx選擇性還原催化劑)的所謂的前置級(jí)催化劑 (pre-stage catalyst)的催化劑被布置在用于向外輸送從發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣的排氣通道中, 并且用于注入作為被催化劑促進(jìn)的反應(yīng)所需的添加劑的燃料的燃料添加閥(還原劑添加 閥)被布置在例如氧化催化劑的催化劑的上游。
在這種廢氣凈化裝置中,為了提高在發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)下的凈化效率,前置級(jí)催化劑被設(shè) 置在靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣側(cè)。
但是,發(fā)動(dòng)機(jī)室的空間是有限的。因此,例如,如專利公報(bào)中(日本專利平開(kāi)第 2005-127260號(hào))所示,存在使用包括例如L形彎管的彎管的排氣通道的傾向,以允許前置 級(jí)催化劑被設(shè)置在彎管的直接下游,并且從彎管的外部朝向布置在彎管的直接下游的催化 劑的入口端面注入燃料。
但是,在這種構(gòu)造中,從彎管的外部向催化劑注入的燃料流并入穿過(guò)彎管的廢氣, 從而彎曲,因此燃料流容易被穿過(guò)彎管的廢氣不斷地從彎管內(nèi)部推向其外部。
因此,在廢氣的流量和流速增加的發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)中,廢氣利用增加的力從彎 管內(nèi)部推動(dòng)注入的燃料流,從而燃料流偏離催化劑的入口端面上的預(yù)定位置,例如從中 心朝向與彎管外部相對(duì)應(yīng)的催化劑側(cè)偏離。相反地,在廢氣的流量和速度減小的發(fā)動(dòng)機(jī) 的低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)中,廢氣利用減小的力推動(dòng)注入的燃料流,所以燃料流朝向催化劑的相反 側(cè)偏離。這種燃料流的偏離直接反映了發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)并且易于變得過(guò)大。這就導(dǎo)致不能以期望方向給前置級(jí)催化劑提供反應(yīng)所需的燃料,所以使用前置級(jí)催 化劑的催化轉(zhuǎn)化器不能顯示令人滿意的性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已經(jīng)考慮到上述問(wèn)題。本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈 化裝置,該裝置能夠防止注入的添加劑流的過(guò)度偏離。
根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置包含排氣通道,該排氣通道包括催化劑, 用于向外部輸送從內(nèi)燃機(jī)排放的廢氣;彎管,該彎管通過(guò)彎曲排氣通道在催化劑的直接
上游的一部分而形成,該彎管使從內(nèi)燃機(jī)排放的廢氣與在催化劑的入口端面和接著彎管 外部的排氣通道的壁部的那部分之間的角部相碰撞,從而與入口端面的其他部分相比,
增加了角部的壓力;和添加劑注入閥,該添加劑注入閥適配到排氣通道的彎管的外部, 以注入的添加劑經(jīng)過(guò)角部的正上方并且落在入口端面上的方式來(lái)注入添加劑。
當(dāng)排氣通道中的廢氣流的速度增加,從而利用增加的力從彎管內(nèi)部推動(dòng)注入的添加 劑流時(shí),易于發(fā)生注入的添加劑流的偏離。但是,在入口端面和接著彎管外部的壁部之 間的角部產(chǎn)生增加的壓力,并且該增加的壓力作用在從彎管外面注入的添加劑流上,以 抑制其偏離。因此,能夠防止注入的添加劑流的過(guò)度偏離。這就允許添加劑以期望方向 向提供到催化劑。結(jié)果,催化劑能夠顯示出令人滿意的性能。
在本發(fā)明的優(yōu)選方面,添加劑注入閥以注入的添加劑傾斜地經(jīng)過(guò)角部的正上方并且 落到入口端面上的方式注入添加劑。這種構(gòu)造確保了注入的添加劑流經(jīng)過(guò)產(chǎn)生在角部的 壓力有效地作用到注入的添加劑流上的區(qū)域。換句話說(shuō),這種構(gòu)造能夠使抑制偏離的力 得到最有效的應(yīng)用。
在本發(fā)明的優(yōu)選方面,設(shè)置有添加劑注入通道,該通道具有接合到排氣通道的彎管 外部的近端并且從該近端沿與添加劑注入方向相反的方向延伸,并且添加劑添加閥被布 置在添加劑注入通道的遠(yuǎn)端。在這種構(gòu)造中,該添加閥沒(méi)有直接暴露于排氣通道中的廢 氣流中,因此使其免受加熱。更進(jìn)一步,該構(gòu)造允許添加閥被布置在離催化劑的入口端 面較大距離處,這就導(dǎo)致動(dòng)量減小的添加劑落到入口端面上從而限制滲透。
在本發(fā)明的優(yōu)選方面,在彎管和催化劑的入口端面之間,排氣通道包括擴(kuò)展部,該 擴(kuò)展部的流道面積從彎管朝向入口端面逐漸擴(kuò)展。在這種構(gòu)造中,擴(kuò)展部幫助引起角部 處壓力的增加,從而能夠使抑制注入的添加劑流偏離的力增加。更進(jìn)一步地,擴(kuò)展部減 小廢氣的流速,從而便利添加劑和廢氣的合并。本發(fā)明的更多適用范圍將從下文的具體說(shuō)明中變得顯而易見(jiàn)。但是,應(yīng)該了解,由 于在發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)做出的種種變動(dòng)和修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)從具體說(shuō)明中 變得顯而易見(jiàn),因此在說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí),具體說(shuō)明和特定實(shí)例僅以說(shuō)明性方 式給出。
本發(fā)明將從下文給出的具體說(shuō)明和僅以說(shuō)明性方式給出的附圖中更充分地被理解,因 此并不是對(duì)本發(fā)明的限定,并且其中
圖l是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的整個(gè)廢氣凈化裝置的側(cè)視圖; 圖2是用于說(shuō)明在發(fā)動(dòng)機(jī)的低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的垂直橫斷面圖; 圖3是用于說(shuō)明在發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的垂直橫斷面圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1至圖3所示的實(shí)施例的基礎(chǔ)上說(shuō)明本發(fā)明。
圖1顯示柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)。在圖1中,附圖標(biāo)號(hào)1表示柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體, la表示與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體l相連接的排氣集管(僅部分顯示),并且2表示連接到排氣集管la 的出口的增壓器(supercharger),如渦輪增壓器(turbocharger)。
在渦輪增壓器2的排氣出口處設(shè)置廢氣凈化裝置3。例如,該廢氣凈化裝置3是由NOx 去除系統(tǒng)3a和PM收集系統(tǒng)3b的組合而組成的裝置,該NOx去除系統(tǒng)3a被設(shè)計(jì)成吸收廢氣 中的NOx (氮氧化物)并且周期性地還原被吸收的NOx,從而去除NOx,該P(yáng)M收集系統(tǒng) 3b被設(shè)計(jì)成收集PM (微粒物質(zhì))。
例如,NOx去除系統(tǒng)3a由后面將要描述的催化轉(zhuǎn)化器6、催化轉(zhuǎn)化器9和閥23的組合 組成,該催化轉(zhuǎn)化器6具有起到前置級(jí)催化劑作用的氧化催化劑5并且連接至從渦輪增壓 器2的排氣出口向下延伸處;該催化轉(zhuǎn)化器9具有NOx收集催化劑8,連接在催化轉(zhuǎn)化器6 之后向旁邊延伸;且闊23起到為用于催化反應(yīng)的氧化催化劑5提供燃料(添加劑)的添加 劑注入閥的作用。收集系統(tǒng)3b由包括微粒過(guò)濾器ll的催化轉(zhuǎn)化器12組成,并且與催化轉(zhuǎn) 化器9相連接。這些催化轉(zhuǎn)化器6, 9, 12,將催化轉(zhuǎn)化器彼此連接的部件13等構(gòu)成排氣通 道15,該通道15用于向外部輸送從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體1排放的廢氣。
包圍具有氧化催化劑5的催化轉(zhuǎn)化器6的立式圓柱形外殼17具有呈近似L形的上部, 在該上部與設(shè)置在更高位置的渦輪增壓器2相連接的進(jìn)口17a大致面向側(cè)面,同時(shí)與催化 轉(zhuǎn)化器9相連接的出口17b面向下。殼體17設(shè)有緊接在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣側(cè)之后的排氣通道15的L形彎管15a。直接在彎管15a下面配置用于催化轉(zhuǎn)化器的空間,在該空間中布置具 有催化氧化劑5的催化轉(zhuǎn)化器。
燃料添加閥23被布置在氧化催化劑5正上方,例如適配到彎管外側(cè)上的彎管15a的壁 上,以便向用于催化反應(yīng)的氧化催化劑5注入燃料。燃料添加閥23在遠(yuǎn)端處具有燃料通過(guò) 其注入的燃料注入部。利用基底25,燃料添加閥23被適配到設(shè)置在彎管外側(cè)上的從彎管 15a分叉的圓柱形構(gòu)件24的遠(yuǎn)端的裝配凸緣24a。在燃料添加閥23遠(yuǎn)端的燃料注入部面向 用作燃料注入通道24b的圓柱形構(gòu)件24的內(nèi)部。圓柱形構(gòu)件24具有接合到排氣通道15的彎 管15a的外部的近端,并且該構(gòu)件從此近端沿著與注入燃料流a的方向相反的方向延伸, 這個(gè)將稍后說(shuō)明。這就允許燃料添加閥23位于遠(yuǎn)離彎管15a中的廢氣流處,從而防止燃料 注入部23a被暴露于高溫廢氣流,因此防止燃料添加閥23超過(guò)它的允許溫度限制或者上升 到易于產(chǎn)生沉淀物的溫度。為了有助于防止過(guò)熱溫度,冷卻通道25a被形成于底座25中, 以利用冷卻劑冷卻燃料添加閥。
如圖l中箭頭e所指示,排氣通道I5的彎管15a被如此彎曲以致將廢氣從入口17a導(dǎo)向 角部A,該角部A在具有氧化催化劑5的催化轉(zhuǎn)化器的入口端面5a和接著彎管15a的外部的 壁部15a (也就是接著彎管外部的排氣通道的壁的部分)之間。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程 中,與入口端面5a的另一部相比,這種彎曲引起廢氣與角部A碰撞,從而在角部A處產(chǎn)生 高壓。
燃料添加閥23被布置成從彎管15a的外部以這種方式注入燃料注入的燃料經(jīng)過(guò)角部 A正上方并且落到氧化催化劑5的入口端面5a上的預(yù)定位置,例如入口端面5a的中心。具 體地,燃料添加閥23的方向是確定的,以致注入的燃料流a傾斜地經(jīng)過(guò)角部A正上方。 更具體地,注入的燃料流a從催化劑5的軸(未顯示)向廢氣流P傾斜的相反側(cè)傾斜。這 就允許在角部產(chǎn)生的壓力作用在注入的燃料流a上作為從彎管15a的外部推動(dòng)該燃料流 的力,即與從彎管15a的內(nèi)部推動(dòng)注入的燃料流a的力相反并且引起注入的燃料流a偏離的力。
排氣通道在彎管15a和催化劑5的入口端面5a之間的部分在從彎管15a的出口到入口 端面5a的流道面積逐漸地增大,從而在氧化催化劑5之前,形成具有擴(kuò)展的流道面積的擴(kuò) 展部26。擴(kuò)展部26使施加到注入的燃料流a上的壓力便于產(chǎn)生。無(wú)需說(shuō)明,擴(kuò)展部26還
具有減小廢氣的流速的功能,從而便利于燃料和廢氣的合并。
通過(guò)燃料添加閥23注入的燃料被用于通過(guò)氧化催化劑5的反應(yīng)產(chǎn)生還原劑,從而還原 和去除吸收在NOx收集催化劑8上的NOx和SOx,并且用類似地通過(guò)氧化催化劑5的反應(yīng) 獲得的熱量來(lái)燃燒和去除在微粒過(guò)濾器11上收集的PM。因此,在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程
6中,燃料添加閥23由控制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置控制,例如ECU (未顯示),以在需要
通過(guò)還原去除NOx和Sox、燒掉PM等的催化反應(yīng)時(shí)注入燃料。
以下在圖1至圖3的基礎(chǔ)上說(shuō)明如上述構(gòu)造的廢氣凈化裝置3的功能。
如圖1所示,在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的廢氣在經(jīng)過(guò)排氣集管
la,渦輪增壓器2,殼體17,具有氧化催化劑5的催化轉(zhuǎn)化器,具有NOx收集催化劑8的催
化轉(zhuǎn)化器,和微粒過(guò)濾器ll后被發(fā)散到外部空氣中。
廢氣中的NOx被吸收在NOx收集催化劑8上,同時(shí)廢氣中的PM被收集在微粒過(guò)濾器
ll上。
假設(shè)有必要去除被吸收的NOx和/或被收集的PM并且操作燃料添加閥23。 如圖1和圖2所示,用于去除NOx和PM所需的燃料被從燃料添加閥23的燃料注入部分
朝向氧化催化劑5的入口端面5a的中心注入燃料注入通道24b。附圖標(biāo)號(hào)a表示注入的燃料流。
如圖2和圖3所示,從注入的燃料流a被側(cè)向推動(dòng),即由經(jīng)過(guò)彎管15a的廢氣流0從彎 管15a的內(nèi)部推動(dòng)。
如圖2所示,當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處于具有小流量和流速的廢氣的低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),廢氣流P 推動(dòng)注入的燃料流a的力較小,而如圖3所示,當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處于具有增大的流量和流速
的廢氣的高負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),廢氣流e推動(dòng)注入的燃料流a的力較大。
在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,在與彎管15a的外側(cè)相對(duì)應(yīng)的側(cè)上,通過(guò)廢氣在已經(jīng)經(jīng)過(guò)彎 管15a之后與角部A相碰撞,在角部A和角部A附近處產(chǎn)生高壓區(qū)域S。
高壓區(qū)域S顯示依賴于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的變化,因此,如圖3所示,壓力隨著 廢氣的流量和流速的增加而增大,并且如圖2所示,壓力隨著廢氣的流量和速度的降低而 減小。
這里,由于注入的燃料流a經(jīng)過(guò)角部A的正上方,在角部A產(chǎn)生的壓力作用在來(lái)自彎 管15a的外部的注入的燃料流a上。
不管柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是處于低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)還是處于高負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn),注入的燃料流a都易于受 來(lái)自彎管15a內(nèi)部的廢氣流e推動(dòng)而導(dǎo)致偏離。但是,在角部A產(chǎn)生的壓力作用從彎管15a 的外部作用以推動(dòng)注入的燃料流a ,從而抑制注入的燃料流ci的偏離。
因此,無(wú)論柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處于何種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),幅值相等的力作用在來(lái)自彎管15a的內(nèi)部 和外部的注入的燃料流a上,從而防止過(guò)度的偏離。
因此,注入的燃料流a并不顯示過(guò)度偏離,或者換句話說(shuō),注入的燃料流a可以大 致地保持在預(yù)定方向上。這就導(dǎo)致為用于反應(yīng)的氧化催化劑5以均衡的方式提供燃料,以
7致使用氧化催化劑5的催化轉(zhuǎn)換器可以顯示令人滿意的性能。
更進(jìn)一歩地,引起注入的燃料流a傾斜地經(jīng)過(guò)角部A正上方,以致有效地接受在角 部A產(chǎn)生的壓力。換句話說(shuō),配置為抑制偏離的力被最有效地應(yīng)用于注入的燃料流a 。
這種抑制偏離的配置對(duì)于燃料添加閥23被布置在遠(yuǎn)離廢氣流的位置以允許注入的燃 料有足夠的飛行距離的構(gòu)造尤其適用且方便,從而引起動(dòng)量減小的燃料落到具有氧化催 化劑5的催化轉(zhuǎn)換器的入口端面5a上來(lái)限制滲透。
更進(jìn)一步地,在彎管15a的出口和氧化催化劑5之間設(shè)置的部作為具有逐漸擴(kuò)展的流 道面積的擴(kuò)展部26,該部通過(guò)便于在角部產(chǎn)生抑制注入的燃料流a的偏離的力來(lái)幫助產(chǎn) 生令人滿意的效果。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例,而是在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可以進(jìn)行 各種形式的修改。例如,在上述實(shí)施例中,本發(fā)明被應(yīng)用于氧化催化劑被布置在彎管的 直接下游,并且NOx收集催化劑和微粒過(guò)濾器布置在氧化催化劑的下游的廢氣凈化裝置 中。但是,本發(fā)明并不局限于此,而是可以被應(yīng)用于打算供另一種凈化過(guò)程使用的廢氣 凈化裝置,諸如NOx收集催化劑被布置在彎管的直接下游,微粒過(guò)濾器被布置在NOx收 集催化劑的下游,并且添加閥被布置在NOx收集催化劑的上游的廢氣凈化裝置;或者NOx 收集催化劑被布置在彎管的直接下游,氧化催化劑和微粒過(guò)濾器布置在NOx收集催化劑 的下游,并且添加閥布置在NOx收集催化劑的上游的廢氣凈化裝置;或者選擇性還原催 化劑和微粒過(guò)濾器被布置在添加劑注入閥的直接下游的廢氣凈化裝置。
更進(jìn)一步地,盡管在上述實(shí)施例中,燃料被用作添加劑,該添加劑可以是被提供給 催化劑的任何物質(zhì)。例如,該添加劑可以是還原劑物質(zhì),例如輕油,汽油,乙醇,二甲 醚,天然氣,丙烷氣體,尿素,氨,氫或一氧化碳,或者是非還原劑物質(zhì),例如用于冷 卻催化劑的空氣,氮或二氧化碳,或用于促進(jìn)在微粒過(guò)濾器上收集的煤煙燒盡的空氣或 二氧化鈰(ceria)。
8
權(quán)利要求
1. 一種用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置,其特征在于,包含排氣通道(15),該排氣通道包括催化劑(5),用于向外部輸送從所述內(nèi)燃機(jī)(1)排放的廢氣;彎管(15a),該彎管(15a)通過(guò)彎曲所述排氣通道(15)在所述催化劑(5)的直接上游的一部分而形成,所述彎管(15a)使從所述內(nèi)燃機(jī)(1)排放的廢氣與在所述催化劑(5)的入口端面(5a)和接著所述彎管外部的所述排氣通道(15)的壁部的那部分之間形成的角部(A)相碰撞,從而與所述入口端面的其他部分相比,增加了在所述角部(A)的壓力;和添加劑注入閥(23),該添加劑注入閥(23)被適配到所述排氣通道(15)的所述彎管(15a)的外部,從而以注入的添加劑經(jīng)過(guò)所述角部(A)的正上方并且落到所述入口端面(5a)上的方式注入添加劑。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置,其特征在于,所述添加劑注入閥(23)以注入的添加劑傾斜地經(jīng)過(guò)所述角部(A)的正上方,并且落到所述入口端面(5a) 上的方式注入添加劑。
3. 如權(quán)利要求l所述的用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置,其特征在于,包括添加劑注入通道(24b),該添加劑注入通道(24b)具有接合到所述排氣通道(15)的所述彎管(15a) 外部的近端,并且從所述近端沿與添加劑注入方向相反的方向延伸,其中 所述添加劑注入閥(23)被布置在所述添加劑注入通道(24b)的遠(yuǎn)端。
4. 如權(quán)利要求l所述的用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置,其特征在于,在所述彎管(15a)和 所述催化劑(5)的入口端面(5a)之間,所述排氣通道(15)包括擴(kuò)展部(26), 該擴(kuò)展部(26)的流道面積從所述彎管(15a)朝向所述入口端面(5a)逐漸擴(kuò)展。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置,該裝置包含排氣通道(15),彎管(15a)和添加劑注入閥(23)。該排氣通道(15)包括催化劑(5),用于向外部輸送從內(nèi)燃機(jī)(1)排放的廢氣;該彎管(15a)通過(guò)彎曲排氣通道(15)在催化劑(5)的直接上游的一部分而形成,彎管(15a)使從內(nèi)燃機(jī)(1)排放的廢氣與在催化劑(5)的入口端面(5a)和接著彎管外部的排氣通道(15)的壁部的那部分之間形成的角部(A)相碰撞,因此與入口端面的其他部分相比,增加了角部(A)的壓力;并且該添加劑注入閥(23)被適配到排氣通道(15)的彎管(15a)的外部,以注入的添加劑經(jīng)過(guò)角部(A)的正上方并且落到催化劑(5)的入口端面(5a)上的方式注入添加劑。
文檔編號(hào)F01N3/08GK101469625SQ20081018894
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月25日
發(fā)明者信原惠, 岡田公二郎, 前原和人, 古賀一雄, 小島光高, 川島一仁, 木村洋之, 畠道博, 石井肇 申請(qǐng)人:三菱自動(dòng)車(chē)工業(yè)株式會(huì)社;三菱自動(dòng)車(chē)工程株式會(huì)社