專利名稱：排氣后處理系統(tǒng)的可重構(gòu)混合器及使用其的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及排氣后處理系統(tǒng)的可重構(gòu)混合器，并且更具體地說， 涉及采用這些混合器的排氣系統(tǒng)以增強(qiáng)系統(tǒng)性能，并且甚至更具體地說，涉及使用其的方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)排氣后處理系統(tǒng)采用氧化催化劑(0C)、選擇性催化還原(SCR)催化劑、微粒過濾器(PF)及其它排氣后處理裝置。在這些系統(tǒng)中，OC裝置經(jīng)常采用位于上游的上游碳?xì)浠衔?HC)噴射器把通常為燃料的HC噴入排氣流中用于OC中的氧化反應(yīng)以升高排氣流的溫度，例如在要求PF再生的時候。HC在OC中的高效使用是極其重要的，因?yàn)樗苯佑绊懓l(fā)動機(jī)的效率(例如燃料經(jīng)濟(jì)性)以及發(fā)動機(jī)和排氣后處理系統(tǒng)的排放性能，因?yàn)槲慈糎C 的排放(HC泄露)受到法律的限制。為了在采用HC噴射的系統(tǒng)中獲得高效的HC利用，這些系統(tǒng)經(jīng)常在噴射器的下游采用混合器，也稱作蒸發(fā)器或汽化器，以確保噴入系統(tǒng)的液體燃料完全蒸發(fā)并且分散到排氣流里從而能夠在OC中得到盡可能最大程度的氧化。這些混合器設(shè)計(jì)成在排氣流中引起紊流以提供HC的混合和分散。雖然對這個目的有效果，但是混合器也在排氣流中形成背壓，這與流道的局部阻塞和故意形成紊流有關(guān)。因?yàn)榛旌掀魇怯谰玫匕惭b在這些系統(tǒng)中，它們形成背壓并且影響流動，即使在HC沒有噴射和不需要使用它們的時候。還連同其它排氣后處理裝置的使用采用其它混合器。例如，經(jīng)常采用的SCR催化劑裝置包括尿素SCR (U-SCR)催化劑，其需要尿素例如尿素水溶液在上游噴射到排氣流中。 U-SCR催化劑裝置及其它下游后處理裝置的性能、耐用性和運(yùn)轉(zhuǎn)成本在很大程度上取決于噴入排氣流中的流體的混合和分散(例如蒸發(fā))?；旌掀饕灿迷谶@些裝置的上游以增強(qiáng)噴射流體分散到排氣流中以及用于催化的氨的產(chǎn)生。這些混合器也產(chǎn)生不希望有的系統(tǒng)背壓并且影響流動，即使在沒有噴射尿素和不需要使用它們的時候。因此，希望提供混合器和具有混合器且采用混合法的排氣后處理系統(tǒng)，這提供期望的混合功能并且還降低系統(tǒng)背壓。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例中，提供一種排氣后處理系統(tǒng)例如柴油機(jī)排氣后處理系統(tǒng)的混合器。該混合器包括主體部分和翼部分，該主體部分構(gòu)造成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，該翼部分布置在該主體部分上并且可逆地在展開位置與縮回位置之間可動，其中，在該展開位置處，該翼部分提供對排氣流的展開阻力并且在該縮回位置處提供縮回阻力，并且該展開阻力大于該縮回阻力。在本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例中，提供一種內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)。該排氣后處理系統(tǒng)包括排氣后處理裝置，其構(gòu)造成與內(nèi)燃機(jī)流體連通以從那里經(jīng)由排氣管道接收排氣流。該系統(tǒng)還包括混合器，該混合器位于排氣后處理裝置上游的排氣管道中，該混合器包括主體部分和翼部分，該主體部分構(gòu)造成布置在排氣管道中，該翼部分布置在該主體部分上并且可逆地在展開位置與縮回位置之間可動，其中，在該展開位置處，該翼部分提供對排氣流的展開阻力并且在該縮回位置處提供縮回阻力，并且該展開阻力大于該縮回阻力。該系統(tǒng)還包括噴射器，其位于混合器的上游，該噴射器構(gòu)造成噴射反應(yīng)物到排氣流中。在本發(fā)明的又一個示例性實(shí)施例中，提供一種使用內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)的方法。該方法包括把混合器布置到排氣后處理系統(tǒng)的排氣管道中，該混合器包括主體部分和翼部分，該主體部分構(gòu)造成布置在排氣管道中，該翼部分包括活動材料，該活動材料布置在該主體部分上并且通過觸發(fā)該活動材料而可逆地在展開位置與縮回位置之間可動，其中， 在該展開位置處，該翼部分提供對排氣流的展開阻力并且在該縮回位置處提供縮回阻力， 并且該展開阻力大于該縮回阻力。該方法還包括運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)以在排氣管道中產(chǎn)生排氣流。 該方法進(jìn)一步地包括觸發(fā)該活動材料以移動該翼部分到該展開位置。更進(jìn)一步地，該方法包括啟動反應(yīng)物質(zhì)通過位于該混合器上游的噴射器向排氣管道的噴射。又進(jìn)一步地，該方法包括結(jié)束反應(yīng)物質(zhì)的噴射；并且停用該活動材料以移動該翼部分到該縮回位置。本發(fā)明提供下列技術(shù)方案。技術(shù)方案1 一種排氣后處理系統(tǒng)的混合器，包括
主體部分，其構(gòu)造成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；和翼部分，其布置在所述主體部分上并且可逆地在展開位置與縮回位置之間可動，其中， 在所述展開位置處，所述翼部分提供對排氣流的展開阻力并且在所述縮回位置處提供縮回阻力，并且所述展開阻力大于所述縮回阻力。技術(shù)方案2 如技術(shù)方案1所述的混合器，其中，所述混合器包括活動材料，其構(gòu)造成用于所述翼部分在所述展開位置與所述縮回位置之間的觸發(fā)和可逆移動。 技術(shù)方案3 如技術(shù)方案2所述的混合器，其中，所述翼部分包括活動材料，其構(gòu)造成用于所述翼部分在所述展開位置與所述縮回位置之間的觸發(fā)和可逆移動。技術(shù)方案4 如技術(shù)方案2所述的混合器，其中，所述活動材料包括雙向形狀記憶
I=I 巫 O技術(shù)方案5 如技術(shù)方案2所述的混合器，其中，所述翼部分具有處于所述展開位置的展開形狀和處于所述縮回位置的縮回形狀，并且所述展開形狀和所述縮回形狀是相同的形狀。技術(shù)方案6 如技術(shù)方案2所述的混合器，其中，所述翼部分具有處于所述展開位置的展開形狀和處于所述縮回位置的縮回形狀，并且所述展開形狀和所述縮回形狀是不同的形狀。技術(shù)方案7 如技術(shù)方案6所述的混合器，其中，所述展開形狀是彎曲的平面形狀， 所述縮回形狀是平坦的平面形狀。技術(shù)方案8 如技術(shù)方案2所述的混合器，還包括觸發(fā)裝置，其操作性地關(guān)聯(lián)所述活動材料，并且所述觸發(fā)裝置構(gòu)造成與發(fā)動機(jī)控制器信號通信，其中，通過所述觸發(fā)裝置和發(fā)動機(jī)控制器來觸發(fā)所述活動材料使所述翼部分移動。技術(shù)方案9 如技術(shù)方案1所述的混合器，其中，所述混合器主體部分包括具有多個圍繞混合器軸線沿徑向延伸且沿周向隔開的葉瓣的帶，并且所述翼部分包括多個可動指狀物，這些指狀物從所述帶沿軸向伸出并且構(gòu)造成在所述展開位置與所述縮回位置之間移動。技術(shù)方案10 如技術(shù)方案1所述的混合器，其中，所述帶包括多個焊接的帶節(jié)段。技術(shù)方案11 一種內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，包括
排氣后處理裝置，其構(gòu)造成與內(nèi)燃機(jī)流體連通以從那里經(jīng)由排氣管道接收排氣流；和混合器，其位于所述排氣后處理裝置上游的排氣管道中，所述混合器包括主體部分和翼部分，所述主體部分構(gòu)造成布置在所述排氣管道中，所述翼部分布置在所述主體部分上并且可逆地在展開位置與縮回位置之間可動，其中，在所述展開位置處，所述翼部分提供對所述排氣流的展開阻力并且在所述縮回位置處提供縮回阻力，并且所述展開阻力大于所述縮回阻力；和
噴射器，其位于所述混合器的上游，所述噴射器構(gòu)造成噴射反應(yīng)物到所述排氣流中。技術(shù)方案12 如技術(shù)方案11所述的排氣后處理系統(tǒng)，其中，所述混合器包括活動材料，其構(gòu)造成用于所述翼部分在所述展開位置與所述縮回位置之間的觸發(fā)和可逆移動。技術(shù)方案13 如技術(shù)方案12所述的排氣后處理系統(tǒng)，其中，所述活動材料包括雙向形狀記憶合金。技術(shù)方案14 如技術(shù)方案11所述的排氣后處理系統(tǒng)，還包括位于所述混合器上游的氧化催化劑，其中，所述氧化催化劑構(gòu)造成提供所述活動材料的觸發(fā)。技術(shù)方案15 如技術(shù)方案11所述的排氣后處理系統(tǒng)，還包括觸發(fā)裝置，其操作性地與所述活動材料相連，所述觸發(fā)裝置構(gòu)造成與發(fā)動機(jī)控制器信號通信，其中，所述觸發(fā)裝置和控制器提供所述活動材料的觸發(fā)。技術(shù)方案16 —種操作內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)的方法，包括；
把混合器布置到排氣后處理系統(tǒng)的排氣管道中，所述混合器包括主體部分和翼部分， 所述主體部分構(gòu)造成布置在所述排氣管道中，所述翼部分包括活動材料，所述活動材料布置在所述主體部分上并且通過所述活動材料的觸發(fā)而可逆地在展開位置與縮回位置之間可動，其中，在所述展開位置處，所述翼部分提供對排氣流的展開阻力并且在所述縮回位置處提供縮回阻力，并且所述展開阻力大于所述縮回阻力； 運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)以在所述排氣管道中產(chǎn)生排氣流； 觸發(fā)所述活動材料以移動所述翼部分到所述展開位置； 啟動反應(yīng)物質(zhì)通過位于所述混合器上游的噴射器向所述排氣管道的噴射； 結(jié)束所述反應(yīng)物質(zhì)的噴射；并且停用所述活動材料以移動所述翼部分到所述縮回位置。技術(shù)方案17 如技術(shù)方案16所述的方法，其中，觸發(fā)所述活動材料包括被動觸發(fā)， 這是由把所述混合器加熱到預(yù)定溫度時所述活動材料內(nèi)從第一相向第二相的相變的啟動引起的，并且其中，停用所述活動材料包括被動停用，這是由把所述混合器冷卻到所述預(yù)定溫度以下時所述活動材料內(nèi)從所述第二相向所述第一相的反向相變的啟動引起的。技術(shù)方案18 如技術(shù)方案16所述的方法，其中，所述排氣后處理系統(tǒng)還包括觸發(fā)裝置和發(fā)動機(jī)控制器，所述觸發(fā)裝置操作性地與所述活動材料相連并且構(gòu)造成與所述發(fā)動機(jī)控制器信號通信，并且其中，觸發(fā)和停用所述活動材料是由從所述發(fā)動機(jī)控制器到所述觸發(fā)裝置的信號通信完成的。技術(shù)方案19 如技術(shù)方案18所述的方法，其中，觸發(fā)所述活動材料包括提供加熱信號給所述觸發(fā)裝置；以及
把所述活動材料加熱到預(yù)定溫度以啟動所述活動材料內(nèi)從第一相向第二相的相變； 并且其中，停用所述活動材料包括 從所述觸發(fā)裝置除去所述加熱信號；以及
冷卻所述活動材料以在所述混合器冷卻到所述預(yù)定溫度以下時啟動所述活動材料內(nèi)從所述第二相向所述第一相的反向相變。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過對實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的下列詳細(xì)描述變得更明顯，同時參照附圖。


圖1是本文所公開的混合器的示例性實(shí)施例處于展開位置的透視圖； 圖2是圖1所示混合器的側(cè)視平面圖3A是圖1所示混合器的俯視圖； 圖3B是圖1所示混合器處于縮回位置的俯視圖； 圖4是沿圖3A的截面4-4截取的混合器的剖視圖； 圖5是沿圖;3B的截面5-5截取的混合器的剖視圖6是本文所公開的具有混合器的排氣后處理系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的示意圖； 圖7是本文所公開使用排氣后處理系統(tǒng)和混合器的方法的示例性實(shí)施例的流程圖； 圖8是可以用于形成本文所公開的混合器的節(jié)段的復(fù)合金屬片的示例性實(shí)施例的正視平面圖；和
圖9是由圖8所示復(fù)合金屬片形成的混合器節(jié)段的示例性實(shí)施例的正視平面圖。在下文用舉例的方式給出的實(shí)施例的詳細(xì)說明中，出現(xiàn)了其它目的、特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)，這個詳細(xì)說明參照了附圖。
具體實(shí)施例方式參照圖1-6，根據(jù)本發(fā)明的一種示例性實(shí)施例，公開了一種內(nèi)燃機(jī)12的排氣后處理系統(tǒng)10的混合器100?；旌掀?00構(gòu)造成布置在排氣后處理系統(tǒng)10的排氣管道14內(nèi)。 它可以以任何適用的方式布置在排氣管道14內(nèi)。這可以包括各種各樣的固定式連接例如各種類型的焊接，或可拆卸連接，包括各種螺紋緊固件、夾子、夾鉗、彈簧偏壓、過盈配合或其它的可拆卸連接，或這些的組合。在發(fā)動機(jī)12和排氣后處理系統(tǒng)10的工作期間，混合器 100是可重構(gòu)的以改變排氣管道14內(nèi)鄰近混合器100的排氣流16的性質(zhì)并且改變排氣流中的紊流量或紊流度。混合器100可以構(gòu)造成與反應(yīng)物流體例如HC或尿素向排氣管道14 以及排氣流16中的上游噴射一起引起更多紊流以便引起或增強(qiáng)反應(yīng)物流體混合到排氣流中。然后在其它工作狀態(tài)下，混合器100可以重新構(gòu)造成引起較少紊流，例如在沒有向排氣管道14和排氣流16中噴射反應(yīng)物流體的時候?；旌掀?00可以布置在任何適用的排氣后處理裝置15的上游，包括氧化催化劑(OC)裝置18、32，選擇性催化還原(SCR)催化劑裝置 22或微粒過濾器(PF)裝置28?；旌掀?00可以優(yōu)選地布置在反應(yīng)物流體噴射器例如還原劑噴射器沈或此噴射器38的下游，以引起反應(yīng)物流體與排氣管道14內(nèi)的排氣流16的混合并且增強(qiáng)排氣后處理裝置15下游的流體的化學(xué)反應(yīng)。
混合器100包括混合器主體部分102，其構(gòu)造成布置在排氣后處理系統(tǒng)10中的排氣后處理裝置15上游的排氣管道14中?；旌掀?00還包括翼部分104，其布置在主體部分 102上并且可逆地在展開位置106 (圖3A、4)與縮回位置108 (圖3B、5)之間可動。該主體部分102可以具有任何適用的形狀或尺寸，并且可以包括由細(xì)長帶110形成的形狀。帶110可以包括連續(xù)的帶，例如通過把帶形成閉合形式例如圓柱形，使得帶110 的第一端112連接到第二端114 (圖9)。帶110還可以包括具有第一端112沒有連接到第二端114的形狀和尺寸的不連續(xù)的帶110，例如具有比圓柱形排氣管道14更大的曲率半徑的圓柱形帶，其中，帶110可以被壓縮以把曲率半徑減小成低于要插入其中的管道的曲率半徑并且在插入后立即彈開通過過盈或其它方式布置。帶110還可以包括多個具有各自的端部118、120的帶節(jié)段116，這些帶節(jié)段可以如圖1-5所示通過包括焊接在內(nèi)的任何適用的連接方法彼此相連。帶節(jié)段116可以具有任何適用的形式并且可以包括多個相同的形狀或不同的形狀。如圖1-3B所示，這些帶節(jié)段可以形成為以便在彼此相連時提供任何期望的帶110的形狀。在圖HB的示例性實(shí)施例中， 帶節(jié)段116包括具有三個沿徑向延伸且沿周向隔開的葉瓣122的三葉瓣形式，這些葉瓣構(gòu)造成通過混合器100與排氣管道14的固定式或可拆卸連接而布置在排氣管道14中。在圖 1-6的實(shí)施例中，這些葉瓣122是相同的并且圍繞混合器軸A沿周向等距間隔(見圖3A)。帶 110還包括把帶110與排氣管道14的壁126隔開的內(nèi)突節(jié)段124，因此排氣流16可以在管道內(nèi)流過內(nèi)部區(qū)域1 和外部區(qū)域130 (圖;3B)。翼部分104之所以叫做這個名字是因?yàn)樗渲贸烧归_位置106 (圖1、3A和4)以改變排氣流16的方向從而在排氣流中引起紊流并且增強(qiáng)包括噴射的反應(yīng)物流體在內(nèi)的噴射的反應(yīng)物質(zhì)的混合。翼部分104使用排氣流16的相對運(yùn)動提供反作用力使排氣流改向， 形成升力和阻力的區(qū)域，并且促使排氣流16的改向部分彼此碰撞、混合器的部分或排氣管道14的壁126由此引起紊流流動條件并且混合噴射的反應(yīng)物流體。排氣流16與翼部分 104的熱表面的碰撞還引起反應(yīng)物流體的相變，例如蒸發(fā)或升華，并且進(jìn)一步地促進(jìn)反應(yīng)物流體在排氣流16內(nèi)的混合。如本文所用到的，排氣流16還涵蓋了噴入排氣管道14和排氣流16中的流狀、滴狀、粒狀或其它形式的反應(yīng)物質(zhì)，不管反應(yīng)物質(zhì)是否可能包括非氣體組分例如固體顆粒、液滴或其它。在展開位置106處，翼部分104提供對排氣流16的展開阻力以及在排氣管道14 中的相關(guān)背壓。在縮回位置108處，翼部分104提供對排氣流16的縮回阻力以及在排氣管道14中的相關(guān)背壓，并且該展開阻力和背壓大于該縮回阻力和背壓。在圖1-6的示例性實(shí)施例中，翼部分104包括從帶110和帶節(jié)段116伸出的多個可逆地可動的指狀物132。在縮回位置108處，指狀物132大體上與帶110共面并從帶110沿軸向伸出，并且展開角度(α)盡可能小，優(yōu)選為約0°。在展開位置106處，指狀物132相對于帶110有銳角的展開角度(α)。可以使用任何適用的銳角。在一個示例性實(shí)施例中， 展開角度(α )優(yōu)選為在約30°至約60°之間，并且更優(yōu)選地為約45°。在圖1_6的示例性實(shí)施例中，這些指狀物具有平坦平面的翼面134。在其它示例性實(shí)施例中，翼面134可以具有彎曲的平面形狀，并且可以沿著其長度(1)或跨過其寬度(w)或這兩者的方向上彎曲 (圖1)。翼面的彎曲可以是比較簡單的，例如通過具有沿著這兩個尺寸中的任一個或這兩個的曲率半徑，或者可以是比較復(fù)雜的，例如通過具有局部球狀、螺旋狀、拋物線狀、橢圓體狀或沿著其長度或?qū)挾确较蛏系钠渌鼜?fù)雜彎曲，或是這些的組合。翼部分104和翼面134可以具有處于展開位置106的展開形狀136和處于縮回位置108的縮回形狀138，并且展開形狀136和縮回形狀138可以是相同的形狀，也就是平坦的平面形狀?？商娲?，展開形狀 136可以是一個形狀，也就是彎曲的平面形狀，而縮回形狀138可以是不同的形狀，也就是平坦的平面形狀。圖8和9，混合器100包括活動材料140，其構(gòu)造用于翼部分104在展開位置106與縮回位置108之間的觸發(fā)和可逆移動。翼部分104可以全部由活動材料140形成或者部分地由活動材料140形成，使用的活動材料的量取決于例如成本和性能要求。因?yàn)榛顒硬牧?140會比不銹鋼及適于形成帶110或翼部分的其它非可動部分的其它高溫材料更貴，所以在某些實(shí)施例中優(yōu)選為通過限制活動材料140在翼部分104的需要移動從而形成翼面134 或使翼面134從展開位置106移動到縮回位置108的那些部分上的使用來最小化活動材料 140的量。例如，如果翼部分104和翼面134在展開位置106處是彎曲的并且在縮回位置 108處具有平坦平面的形狀，那么翼面的具有曲率的那些部分可以由活動材料140形成。如圖1-6、圖8和圖9所示，在另一例子中，翼部分104和翼面134在展開位置106 處具有平坦的平面形狀并且在縮回位置108處具有平坦的平面形狀，活動材料140的使用可以限制在混合器100的需要移動以達(dá)到展開位置并且可逆地呈現(xiàn)縮回位置的那些部分。 在圖8和圖9的實(shí)施例中，一條或一片活動材料140可以連接到相鄰條或片的非活動材料 141上，例如，包括圖8所示的多個合金和不銹鋼材料在內(nèi)的各種高溫抗氧化材料。這個連接可以通過縫焊或其它適用的連接方法實(shí)現(xiàn)。前體混合器100’或例如可以用來形成具有附屬的前體翼部分104’的前體帶節(jié)段116’(例如前體指狀物132’)的前體混合器100’的一部分可以通過沖切從復(fù)合片材中切除以形成圖9所示形狀。然后，前體混合器100’或混合器100’的例如前體帶節(jié)段116’部分可以形成多個如圖1-6所示的帶節(jié)段116，例如通過多次模壓或適于形成混合器100或帶有附屬的指狀物132的帶節(jié)段116的其它金屬成型方法。然后可以按照本文所述的訓(xùn)練活動材料140以提供可逆地可動的翼部分104，包括本文所述的可逆地可動的指狀物132?；顒硬牧?40可以包括雙向形狀記憶合金(SMA)。形狀記憶合金呈現(xiàn)的性能的獨(dú)特性在于這些性能通常不會出現(xiàn)在其它金屬中。當(dāng)金屬在其冷態(tài)下由于彎曲、壓力、剪切或拉伸應(yīng)變而首次嚴(yán)重變形時，形狀記憶效應(yīng)(SME)最明顯。然后能夠通過把溫度升高至超出其相變溫度而消除累積應(yīng)變，這允許它恢復(fù)其在熱態(tài)形成的原始形狀。通過這種方式，這個材料看起來“記住“其原始形狀。呈現(xiàn)單向形狀記憶效應(yīng)的形狀記憶合金不會通過返回其冷態(tài)而返回其變形形狀。任何期望的變形應(yīng)當(dāng)是在其冷態(tài)由應(yīng)力誘發(fā)的。底層的微觀結(jié)構(gòu)效應(yīng)是基于在其冷態(tài)下應(yīng)力誘發(fā)的去雙晶作用(變形)和溫度誘發(fā)的馬氏體-奧氏體的相變(形狀復(fù)原)?？商娲?，超彈性是SMA的另一主要性質(zhì)，這個超彈性使得這些材料能夠在其熱態(tài)下經(jīng)由應(yīng)力誘發(fā)的奧氏體-馬氏體(SIM)的相變而變形。受拉時，當(dāng)奧氏體材料變形直到出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變時，記錄下線性應(yīng)力-應(yīng)變曲線。然后在恒定應(yīng)力下應(yīng)變增大(即應(yīng)力-應(yīng)變曲線達(dá)到平穩(wěn)段)直到全部材料都是馬氏體。當(dāng)停用應(yīng)力引起相反的相變時，這些材料復(fù)原其形狀。注意到，冷態(tài)和熱態(tài)是與相變溫度有關(guān)，這相變溫度可以適應(yīng)專門應(yīng)用， 包括暴露給排氣后處理系統(tǒng)10的工作溫度。一些SMA例如鎳-鈦合金優(yōu)于通常用于混合器的其它金屬的另一個優(yōu)點(diǎn)是它們的良好耐腐蝕性。
形狀記憶合金是帶有至少兩種不同的隨溫度變化的相的合金成分。最常用到的這些相是所謂的馬氏體和奧氏體相。在下面的論述中，馬氏體相通常指的是更可變形、溫度更低的相，而奧氏體相通常指的是更剛性、溫度更高的相。當(dāng)SMA處于馬氏體相并且加熱時， 它開始變成奧氏體相。這個現(xiàn)象開始時的溫度常常稱作奧氏體起始溫度(As)。這個現(xiàn)象結(jié)束時的溫度稱作奧氏體終了溫度(Af)。當(dāng)SMA處于奧氏體相并且冷卻時，它開始變成馬氏體相，這個現(xiàn)象開始時的溫度稱作馬氏體起始溫度(Ms)。奧氏體完成向馬氏體轉(zhuǎn)變時的溫度稱作馬氏體終了溫度(Mf)。應(yīng)當(dāng)注意，上述相變溫度是SMA樣品所受應(yīng)力的函數(shù)。具體地說，這些溫度隨著應(yīng)力增大而升高。由前述性質(zhì)看來，SMA的變形優(yōu)選地在奧氏體相變溫度時或低于奧氏體相變溫度時進(jìn)行。隨后加熱到奧氏體相變溫度之上，促使變形了的形狀記憶材料樣品恢復(fù)到其持久形狀。因此，供SMA使用的適用的觸發(fā)信號是熱觸發(fā)信號，該信號具有足以引起馬氏體相與奧氏體相之間的相變的大小。奧氏體終了溫度，即SMA在加熱時記住其高溫形態(tài)時的溫度，可以通過合金成分的微小變化以及通過熱機(jī)械加工而得到調(diào)整。例如，在鎳-鈦SMA中，它可以從高于約270°C 變化到低于約-ioo°c。形狀復(fù)原過程會在只有幾度的范圍內(nèi)發(fā)生或者顯示出更平緩的復(fù)原。根據(jù)期望應(yīng)用和合金成分可以把相變的起始和終了控制在一度或兩度以內(nèi)。SMA的機(jī)械性質(zhì)在覆蓋它們相變的溫度范圍內(nèi)變化極大，提供了形狀記憶效應(yīng)、超彈效應(yīng)和高阻尼性能。例如，觀察到馬氏體相中的彈性模數(shù)低于奧氏體相中的。通過用外加應(yīng)力重新排列晶體結(jié)構(gòu)排列，處于馬氏體相的形狀記憶合金會經(jīng)受大變形。在去除應(yīng)力之后，材料將保持其形狀。如上所述，當(dāng)SMA在處于可塑低溫相時經(jīng)受變形并且然后遇到比相變溫度(即奧氏體終了溫度)更高的熱量的時候，發(fā)生形狀復(fù)原。復(fù)原應(yīng)力會大于400MPa (60，000psi)。 對于單個復(fù)原循環(huán)，可復(fù)應(yīng)變約為8% (對于銅SMA約4%到約5%)，并且隨著循環(huán)數(shù)的增大可復(fù)應(yīng)變通常減小。SMA可以是任何適當(dāng)?shù)男螤?，例如本文所述的帶、片或條，但是不排除使用其它形狀。具體形狀以及成分不意圖受到限制。適用的SMA材料包括但不意圖限于，鎳-鈦基合金、銦-鈦基合金、鎳-鋁基合金、鎳-鎵基合金、銅基合金(例如銅-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-鉬基合金、鐵-鈀基合金等等。這些合金可以是二元、三元或任何更高元的，只要合金成分呈現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)例如形狀、方位、屈服強(qiáng)度、撓曲模數(shù)、阻尼性能、超彈性和/或類似性質(zhì)的變化。適用的SMA成分的選擇取決于混合器100在排氣后處理系統(tǒng)10中的工作溫度范圍。 在一個示例性實(shí)施例中，SMA包括鎳鈦合金?？梢酝ㄟ^傳統(tǒng)的SME訓(xùn)練或SIM訓(xùn)練執(zhí)行雙效形狀記憶訓(xùn)練過程。在SME訓(xùn)練中， 把樣品冷卻到Mf以下并且彎成期望形狀。然后把它加熱到Af以上的溫度并且允許它自由地形成其奧氏體形狀這個過程重復(fù)20-30次，就完成了訓(xùn)練?，F(xiàn)在，樣品一冷卻到Mf以下就呈現(xiàn)其計(jì)劃的形狀，且一加熱到Af以上就呈現(xiàn)其奧氏體形狀。在SIM訓(xùn)練中，樣品在正好高于Ms時彎曲以生成應(yīng)力誘發(fā)的馬氏體的優(yōu)選變體，然后冷卻到Mf溫度以下。一旦隨后加熱到Af溫度以上，樣品就呈現(xiàn)其原始的奧氏體形狀。這個過程重復(fù)20-30次。在一個示例性實(shí)施例中，縮回位置108和縮回形狀138可以是翼部分104和翼面 134在SMA低于Mf時所呈現(xiàn)的程序化形狀和位置，展開位置106和展開形狀136可以是翼部分104和翼面134在SMA加熱到Af以上時所呈現(xiàn)的計(jì)劃形狀?，F(xiàn)在參照圖6，本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例指向排氣后處理系統(tǒng)，總體上標(biāo)為10， 用于減少內(nèi)燃機(jī)12排出的受限的排氣成分。發(fā)動機(jī)12可以包括任何內(nèi)燃機(jī)，包括那些由汽油、柴油、生物柴油、天然氣或其它碳?xì)淙剂瞎┮匀剂系?。這些發(fā)動機(jī)可以包括但是不局限于汽油直噴系統(tǒng)和均質(zhì)充量壓燃式發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。排氣后處理系統(tǒng)10包括可以含有多個節(jié)段的排氣管道14，其用于把排氣流16從發(fā)動機(jī)12輸送到排氣后處理系統(tǒng)10的各個排氣后處理裝置。本文提及的混合器100在排氣管道14中的布置包括在排氣管道14中的布置以及在與排氣流16流體連通的任何一個排氣后處理裝置15內(nèi)的布置。這些排氣后處理裝置15可以包括第一氧化催化劑裝置(OCl) 18。OCl可以由徑流式金屬或陶瓷整體式載體20構(gòu)造成，該載體20包在膨脹墊子(未示出) 中，該墊子在受熱時膨脹來固定和隔離裝在剛性殼或筒21中的載體，該剛性殼或筒21具有與排氣管道14流體連通的進(jìn)口和出口。載體20具有布置在其上的氧化催化劑復(fù)合物(未示出)。這個氧化催化劑復(fù)合物可以用作涂層并且可以包括鉬族金屬，例如鉬(Pt)、鈀(Pd)、 銠ah)或其它適用的氧化催化劑或它們的組合。OCl 18用于處理未燃的氣態(tài)和不揮發(fā)的 HC和C0，它們在放熱反應(yīng)中被氧化形成二氧化碳和水。在圖6的示例性實(shí)施例中，OCl 18 位于混合器100的上游并且可以構(gòu)造成提供排氣流16的溫度的升高和活動材料140的熱觸發(fā)，由此促使翼部分104和指狀物132從縮回位置108移動到展開位置106。SCR催化劑裝置22可以布置在OCl 18的下游。與OCl 18的方式類似，SCR催化劑裝置22也可以由徑流式陶瓷或金屬整體式載體M構(gòu)造成，該載體M包在膨脹墊子(未示出)中，該墊子在受熱時膨脹來固定和隔離裝在剛性殼或筒25中的載體，該剛性殼或筒 25具有與排氣管道14流體連通的進(jìn)口和出口。載體M具有涂在其上的NOx還原催化劑成分，例如SCR催化劑成分(未示出)。SCR催化劑復(fù)合物優(yōu)選地包括沸石和一種或多種賤金屬成分例如鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)或釩(V)，可以在有還原劑例如可以通過尿素在排氣后處理系統(tǒng)內(nèi)的熱分解產(chǎn)生的氨(NH3)存在的情況下有效地工作以轉(zhuǎn)換排氣流16中的NOx 組分。SCR催化劑復(fù)合物優(yōu)選為防HC吸附和中毒，這是某些銅基催化劑復(fù)合物已經(jīng)顯現(xiàn)了的。從還原劑供應(yīng)罐19經(jīng)由管道17供給的NH3還原劑23在SCR催化劑裝置22上游的位置使用與排氣管道14流體連通的還原劑噴射器沈形式的反應(yīng)物噴射器(例如用于尿素或 NH3的噴射)噴入排氣管道14中，或者其它的把還原劑輸送給排氣流16的適用方法。還原劑可以是氣體、液體或含水尿素溶液的形式并且可以與還原劑噴射器26中的空氣相混合以助于所噴射的噴霧的分散。在一個示例性實(shí)施例中，排氣過濾器組件，在這個例子中是PF裝置28位于排氣后處理系統(tǒng)10內(nèi)，在SCR催化劑裝置22的下游并且操作成過濾排氣流16中的碳及排氣攜帶的其它微粒。PF裝置觀可以使用陶瓷壁流式整體排氣過濾器30構(gòu)造成，該排氣過濾器30 包在膨脹墊子(未示出)中，該墊子在受熱時膨脹來固定和隔離裝在剛性耐熱殼或筒31中的過濾器，該剛性耐熱殼或筒31具有與排氣管道14流體連通的進(jìn)口和出口。進(jìn)入排氣過濾器30的排氣流16被迫移動通過多孔、相鄰伸展的壁，并且是通過這種機(jī)理使排氣過濾出碳及其它微粒。過濾出的微粒沉積在排氣過濾器30內(nèi)，隨著時間的過去，這些微粒將具有增大發(fā)動機(jī)12受到的排氣背壓的效應(yīng)。意識到，陶瓷壁流式整體排氣過濾器30本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且PF裝置28可以包括其它過濾器裝置，例如纏繞式或填充式纖維過濾器、開孔泡沫塑料、燒結(jié)金屬纖維等。在一個示例性實(shí)施例中，由微粒物質(zhì)的積存所引起的排氣背壓的增大要求PF裝置觀周期性地清理或再生。再生包括積碳及其他微粒的氧化或燃燒，在這之中通常是高溫(>600° C)環(huán)境。出于再生目的，第二氧化催化劑裝置(0C2)32布置在PF裝置觀的上游，在PF裝置與SCR催化劑22之間。0C2 32可以如圖6所示位于獨(dú)立的筒35中，或者它可以位于PF筒31內(nèi)(未示出)。與OCl 18類似，0C2 32可以包括徑流式金屬或陶瓷整體式載體34，該載體34包在膨脹墊子(未示出)中，該墊子在受熱時膨脹來固定和隔離裝在筒 35中的載體34。載體34具有布置在其上的氧化催化劑復(fù)合物(未示出)。如本文所述，這個OC復(fù)合物可以用作涂層并且可以包括鉬族金屬，例如鉬(Pt)、鈀(Pd)、銠ah)或其它適用的氧化催化劑或它們的組合。如圖6所示，布置在OCl 18上游且與排氣管道14中的排氣流16流體連通的是HC 或燃料噴射器38。經(jīng)由流體管道44與燃料供應(yīng)罐42中的HC源40流體連通的燃料噴射器 38構(gòu)造成把未燃HC 46引入OCl 18上游的排氣流中。參照圖6，控制器例如汽車或發(fā)動機(jī)控制器48通過與許多傳感器的信號通信可操作地連接到并且監(jiān)控排氣后處理系統(tǒng)10。本文所用的術(shù)語"控制器“可以包括專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一種或多種軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的或成組的)和存儲器、組合邏輯電路、和/或其它提供所述功能的適用部件。在一個示例性實(shí)施例中，位于PF裝置28上游的背壓傳感器50生成表明陶瓷壁流式整體排氣過濾器30中的碳和微粒裝載量的信號。一旦確定背壓已經(jīng)達(dá)到表明需要清理或再生排氣過濾器30或PF裝置觀的預(yù)定水平，如所述，控制器48就觸發(fā)燃料噴射器38 以供應(yīng)HC 46給排氣流16。在一個示例性實(shí)施例中，OCl 18具有的容積代表著發(fā)動機(jī)排量的20%至40%并且包括足以用作僅僅氧化燃料噴射器38所噴射的一部分HC的催化劑復(fù)合物裝載量。OCl 18構(gòu)造成僅僅氧化所噴射的HC 46的那部分，這將引起SCR催化劑裝置22 上游的排氣流16的溫度升高到約450°C至500°C。在那個溫度下，SCR催化劑裝置22不會吸收流過OCl 18的處于未氧化狀態(tài)的未燃HC 46由此避免SCR催化劑復(fù)合物的中毒和失活。另外，450°C到500°C范圍內(nèi)的溫度不會引起SCR催化劑復(fù)合物的熱降解，這得到了排氣后處理系統(tǒng)10的可靠長期性NOx還原性能。所噴射的HC 46的流過SCR催化劑裝置22的剩余部分徹底地與排氣流16相混合。 在它離開SCR催化劑裝置22之后，HC/排氣混合物進(jìn)入0C2 32，在這里，所噴射的未燃HC 46的剩余部分在進(jìn)入PF裝置28之前被氧化。在一個示例性實(shí)施例中，0C2 32具有的容積代表著發(fā)動機(jī)排量的25%至45%和并且包括足以用于氧化燃料噴射器38所噴射的但是已經(jīng)流過或漏出了 OCl 18的HC 46的剩余部分的催化劑復(fù)合物裝載量，并且將引起PF裝置觀上游的排氣流16的溫度升高到約600° C至約650° C，這適于陶瓷壁流式整體排氣過濾器30中的碳和微粒物質(zhì)的燃燒?？刂破?8可以通過溫度傳感器52監(jiān)控陶瓷壁流式整體排氣過濾器30中的排氣的溫度以及通過溫度傳感器M監(jiān)控OCl 18上游的排氣溫度并且調(diào)整燃料噴射器38的HC輸送速度以維持所指示的期望溫度。如本文所述，混合器100的活動材料140可以通過混合器100的與排氣流16內(nèi)的溫度變化關(guān)聯(lián)的溫度變化而受到熱觸發(fā)。排氣后處理系統(tǒng)10和混合器100還可以由觸發(fā)裝置隨意觸發(fā)，例如包括電阻加熱器在內(nèi)的熱觸發(fā)裝置142，其操作性地關(guān)聯(lián)且熱連通活動材料140。觸發(fā)裝置142構(gòu)造成與發(fā)動機(jī)控制器48信號通信，其中，通過按照發(fā)動機(jī)控制器 48的觸發(fā)裝置142的工作來觸發(fā)活動材料使翼部分104移動。參照圖1-7，使用且操作內(nèi)燃機(jī)12的排氣后處理系統(tǒng)10的方法200包括210，即布置混合器100到排氣后處理系統(tǒng)12的排氣管道14中?；旌掀?00包括主體部分102和翼部分104，主體部分102構(gòu)造成布置在排氣管道14中，翼部分104包括活動材料140，活動材料140布置在主體部分102上并且通過觸發(fā)活動材料140而可逆地在展開位置106與縮回位置108之間可動，其中，在展開位置106處，翼部分104提供對排氣流16的展開阻力并且在縮回位置108處提供縮回阻力，并且該展開阻力大于該縮回阻力。方法200還包括 220，即操作內(nèi)燃機(jī)12以在排氣管道14中產(chǎn)生排氣流16。方法200進(jìn)一步地包括230，即觸發(fā)活動材料140以移動翼部分104到展開位置106，后面是M0，即啟動反應(yīng)物質(zhì)通過位于混合器100上游的噴射器向排氣管道14的噴射。又進(jìn)一步地，方法200包括250，即結(jié)束反應(yīng)物質(zhì)的噴射，以及260，即停用活動材料以移動翼部分104到縮回位置108。在一個示例性實(shí)施例中，230即觸發(fā)活動材料140包括被動觸發(fā)，這是由把混合器100加熱到預(yù)定溫度時活動材料140內(nèi)從第一相向第二相的相變的啟動引起的，并且其中，260即停用活動材料包括被動停用，這是由把混合器100冷卻到預(yù)定溫度以下時活動材料內(nèi)從第二相向第一相的反向相變的啟動引起的。在方法200的另一示例性實(shí)施例中，排氣后處理系統(tǒng)10還包括觸發(fā)裝置142和發(fā)動機(jī)控制器48，觸發(fā)裝置142操作性地與活動材料140相連并且構(gòu)造成與發(fā)動機(jī)控制器48信號通信，230和沈0即觸發(fā)和停用活動材料140是由從發(fā)動機(jī)控制器48到觸發(fā)裝置142的信號通信完成的。在另一示例性實(shí)施例中，230即觸發(fā)活動材料 140包括232即提供加熱信號給觸發(fā)裝置142以及234即把活動材料140加熱到預(yù)定溫度以啟動活動材料140內(nèi)從第一相向第二相的相變，并且，260即停用活動材料140包括262 即從觸發(fā)裝置142除去加熱信號以及沈4即冷卻活動材料140以在混合器100冷卻到預(yù)定溫度以下時啟動活動材料140內(nèi)從第二相向第一相的反向相變。盡管已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以做出各種改變并且等效物可以被其元件代替。此外，在不脫離本發(fā)明本質(zhì)范圍的情況下，可以做出許多改型使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此， 本發(fā)明不意圖限制為作為設(shè)想為實(shí)施本發(fā)明的最佳方式所公開的特定實(shí)施例，而本發(fā)明將包括落入本申請范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種排氣后處理系統(tǒng)的混合器，包括主體部分，其構(gòu)造成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；和翼部分，其布置在所述主體部分上并且可逆地在展開位置與縮回位置之間可動，其中， 在所述展開位置處，所述翼部分提供對排氣流的展開阻力并且在所述縮回位置處提供縮回阻力，并且所述展開阻力大于所述縮回阻力。
2.如權(quán)利要求1所述的混合器，其中，所述混合器包括活動材料，其構(gòu)造成用于所述翼部分在所述展開位置與所述縮回位置之間的觸發(fā)和可逆移動。
3.如權(quán)利要求2所述的混合器，其中，所述翼部分包括活動材料，其構(gòu)造成用于所述翼部分在所述展開位置與所述縮回位置之間的觸發(fā)和可逆移動。
4 如權(quán)利要求2所述的混合器，其中，所述活動材料包括雙向形狀記憶合金。
5.如權(quán)利要求2所述的混合器，其中，所述翼部分具有處于所述展開位置的展開形狀和處于所述縮回位置的縮回形狀，并且所述展開形狀和所述縮回形狀是相同的形狀。
6.如權(quán)利要求2所述的混合器，其中，所述翼部分具有處于所述展開位置的展開形狀和處于所述縮回位置的縮回形狀，并且所述展開形狀和所述縮回形狀是不同的形狀。
7.如權(quán)利要求6所述的混合器，其中，所述展開形狀是彎曲的平面形狀，所述縮回形狀是平坦的平面形狀。
8.如權(quán)利要求2所述的混合器，還包括觸發(fā)裝置，其操作性地關(guān)聯(lián)所述活動材料，并且所述觸發(fā)裝置構(gòu)造成與發(fā)動機(jī)控制器信號通信，其中，通過所述觸發(fā)裝置和發(fā)動機(jī)控制器來觸發(fā)所述活動材料使所述翼部分移動。
9.一種內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，包括排氣后處理裝置，其構(gòu)造成與內(nèi)燃機(jī)流體連通以從那里經(jīng)由排氣管道接收排氣流；和混合器，其位于所述排氣后處理裝置上游的排氣管道中，所述混合器包括主體部分和翼部分，所述主體部分構(gòu)造成布置在所述排氣管道中，所述翼部分布置在所述主體部分上并且可逆地在展開位置與縮回位置之間可動，其中，在所述展開位置處，所述翼部分提供對所述排氣流的展開阻力并且在所述縮回位置處提供縮回阻力，并且所述展開阻力大于所述縮回阻力；和噴射器，其位于所述混合器的上游，所述噴射器構(gòu)造成噴射反應(yīng)物到所述排氣流中。
10.一種操作內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)的方法，包括；把混合器布置到排氣后處理系統(tǒng)的排氣管道中，所述混合器包括主體部分和翼部分， 所述主體部分構(gòu)造成布置在所述排氣管道中，所述翼部分包括活動材料，所述活動材料布置在所述主體部分上并且通過所述活動材料的觸發(fā)而可逆地在展開位置與縮回位置之間可動，其中，在所述展開位置處，所述翼部分提供對排氣流的展開阻力并且在所述縮回位置處提供縮回阻力，并且所述展開阻力大于所述縮回阻力； 運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)燃機(jī)以在所述排氣管道中產(chǎn)生排氣流； 觸發(fā)所述活動材料以移動所述翼部分到所述展開位置； 啟動反應(yīng)物質(zhì)通過位于所述混合器上游的噴射器向所述排氣管道的噴射； 結(jié)束所述反應(yīng)物質(zhì)的噴射；并且停用所述活動材料以移動所述翼部分到所述縮回位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及排氣后處理系統(tǒng)的可重構(gòu)混合器及使用其的方法，公開了一種排氣后處理系統(tǒng)例如柴油機(jī)排氣后處理系統(tǒng)的混合器。該混合器包括主體部分和翼部分，該主體部分構(gòu)造成布置在排氣后處理裝置上游的排氣管道中，該翼部分布置在該主體部分上并且可逆地在展開位置與縮回位置之間可動，其中，在該展開位置處，該翼部分提供對排氣流的展開阻力并且在該縮回位置處提供縮回阻力，并且該展開阻力大于該縮回阻力。該混合器優(yōu)選地包括雙向形狀記憶合金，尤其是高溫抗氧化形狀記憶合金。還公開了一種采用該混合器的排氣后處理系統(tǒng)，以及使用它的方法。
文檔編號F01N3/28GK102235211SQ20111010083
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者沃什 A. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司