本公開涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)所采用的廢氣后處理(AT)裝置的還原劑混合系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

已經(jīng)開發(fā)出諸如顆粒過濾器和其它裝置的各種廢氣AT裝置來有效地限制來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣排放物?，F(xiàn)代稀燃式內(nèi)燃機(jī)(諸如壓縮點(diǎn)火式)中經(jīng)常使用的一種廢氣后處理裝置是選擇性催化還原過濾器(SCRF)。

SCRF配置成在由另一種廢氣后處理裝置(通常為柴油氧化催化器(DOC))產(chǎn)生的NO₂的輔助下將氮氧化物(NO_X)轉(zhuǎn)換為雙原子氮(N₂)和水(H₂O)。為了有效地去除NO_X，SCR轉(zhuǎn)換過程另外要求廢氣流中存在有預(yù)定量的氨氣(NH₃)。

當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中采用慣用名稱為“柴油廢氣流體”(DEF)的還原劑時(shí)，SCR轉(zhuǎn)換過程可能另外需要受控量或計(jì)量的還原劑。這種還原劑可以是包括水和氨氣的尿素的水溶液。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種用于來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣流的后處理(AT)系統(tǒng)包括第一AT裝置和第二AT裝置，第二AT裝置與第一AT裝置流體連通并且定位在第一AT裝置下游的廢氣流中。AT系統(tǒng)還包括排氣通道，排氣通道配置成將來自第一AT裝置的廢氣流運(yùn)送至第二AT裝置。AT系統(tǒng)另外包括配置成將還原劑引入至排氣通道中的噴射器。第二AT裝置包括具有蝸殼的入口錐體，該蝸殼限定了用于使廢氣流進(jìn)入第二AT裝置中的螺旋形初級(jí)路徑并且配置成產(chǎn)生廢氣流的旋渦運(yùn)動(dòng)且在廢氣流中產(chǎn)生紊流。

蝸殼可至少部分地由設(shè)置在入口錐體內(nèi)的氣流偏轉(zhuǎn)器形成。

氣流偏轉(zhuǎn)器可配置成在入口錐體內(nèi)延伸達(dá)60度至300度范圍的跨距。

廢氣流偏轉(zhuǎn)器可以限定至少一個(gè)孔隙，其配置成提供使廢氣流通過氣流偏轉(zhuǎn)器的次級(jí)路徑以在廢氣流中產(chǎn)生另外的紊流。

AT系統(tǒng)可以另外包括混合器，混合器定位在噴射器下游的排氣通道內(nèi)并且配置成將還原劑與廢氣流混合。

噴射器可以定位成與混合器相距70mm至150mm。

排氣通道可以包括L彎曲部，混合器可以定位在與排氣通道內(nèi)的廢氣流成直角的平面中，且噴射器可以定位在L彎曲部的上游，從而使得可沿著廢氣流并且以與混合器的平面成40度至90度的角度引入還原劑。

AT系統(tǒng)還可以包括控制器，控制器配置成調(diào)節(jié)噴射器以將還原劑引入至廢氣流中。

如所公開的，內(nèi)燃機(jī)可以是壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)，還原劑可以是具有尿素的水溶液的柴油廢氣流體(DEF)，而第一AT裝置可以是柴油氧化催化器(DOC)且第二AT裝置可以是選擇性催化還原過濾器(SCRF)。

還提供了第二AT的具體構(gòu)造以及采用上述AT系統(tǒng)的車輛。

結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求書，通過以下對(duì)用于實(shí)行所述發(fā)明的實(shí)施例和最佳模式的詳細(xì)描述，本公開的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將易于變得顯而易見。

附圖說明

圖1是具有連接至排氣系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的車輛的示意性平面圖，其中，排氣系統(tǒng)具有后處理(AT)系統(tǒng)，AT系統(tǒng)具有若干用于還原廢氣排放物的AT裝置。

圖2是連接至具有圖1中所示的AT的排氣系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的示意圖。

圖3是圖1中所示的AT系統(tǒng)的示意性局部透視剖視圖，其示出了還原劑噴射器并且以虛線示出了設(shè)置在廢氣流偏轉(zhuǎn)器上游的混合器，在一個(gè)AT裝置的入口錐體內(nèi)形成蝸殼。

圖4是圖1中所示的AT系統(tǒng)的示意性局部透視剖視圖，其示出了設(shè)置在圖3中所示的廢氣流偏轉(zhuǎn)器上游的混合器。

圖5是圖2至圖4中所示的AT系統(tǒng)的另一個(gè)示意形局部透視剖視圖。

具體實(shí)施方式

參考附圖，其中在全部幾個(gè)視圖中，相同的附圖標(biāo)記指代相同的部件，圖1示意地描繪了機(jī)動(dòng)車輛10。車輛10包括配置成經(jīng)由從動(dòng)車輪14推進(jìn)車輛的內(nèi)燃機(jī)12。雖然內(nèi)燃機(jī)12可以是火花點(diǎn)火式，但是在整個(gè)后續(xù)公開中將具體參考?jí)嚎s點(diǎn)火或柴油類型的發(fā)動(dòng)機(jī)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，當(dāng)特定量的環(huán)境氣流16與從燃料箱20供給的計(jì)量的燃料18混合時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)12中發(fā)生內(nèi)部燃燒，并且將所得的空氣-燃料混合物在發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸(未示出)內(nèi)進(jìn)行壓縮。

如圖所示，發(fā)動(dòng)機(jī)12包括排氣歧管22和渦輪增壓器24。渦輪增壓器24是由廢氣流供給能量，具體是由在每一次燃燒事件之后發(fā)動(dòng)機(jī)12的個(gè)別汽缸通過排氣歧管22釋放的廢氣流26供給能量。渦輪增壓器24連接至排氣系統(tǒng)28的排氣通道28A，排氣通道28A接收廢氣流26并且最終將該氣流釋放至環(huán)境中，通常是釋放在車輛10的一側(cè)或尾部。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)12是描繪為具有附接至發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的排氣歧管22，但是發(fā)動(dòng)機(jī)也可以包括諸如通常形成在排氣歧管中的排氣通道(未示出)。在這種情況下，上述通道可以結(jié)合至諸如發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋(未示出)的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中。另外，雖然示出了渦輪增壓器24，但決不排除發(fā)動(dòng)機(jī)12是在沒有這種功率增強(qiáng)裝置的情況下進(jìn)行配置和操作。

車輛10還包括發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣后處理(AT)系統(tǒng)30。AT系統(tǒng)30包括若干廢氣后處理裝置，若干廢氣后處理裝置配置成從廢氣流26中系統(tǒng)性地去除發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的主要含碳的顆粒副產(chǎn)物和排放成分。如圖1和圖2中所示，AT系統(tǒng)30作為排氣系統(tǒng)28的一部分進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。AT系統(tǒng)30包括緊密聯(lián)接至渦輪增壓器24的第一AT裝置32和定位在廢氣流下游并且緊密聯(lián)接至第一AT裝置的第二AT裝置34。如本文所用，關(guān)于第一AT裝置32和第二AT裝置34的設(shè)置的術(shù)語(yǔ)“緊密聯(lián)接”表示每個(gè)所涉及的裝置彼此緊鄰并且設(shè)置在車輛10的發(fā)動(dòng)機(jī)艙11內(nèi)而緊鄰發(fā)動(dòng)機(jī)12。第一AT裝置32和第二AT裝置34的這種設(shè)置縮短了用于將廢氣流26從第一AT裝置32運(yùn)送至第二AT裝置34的排氣通道28A的長(zhǎng)度。因此，第一AT裝置32和第二AT裝置34與發(fā)動(dòng)機(jī)12的這種緊密聯(lián)接提供了緊湊的包裝設(shè)置，其使得在發(fā)動(dòng)機(jī)12冷啟動(dòng)之后在廢氣流26的后處理中激活A(yù)T系統(tǒng)30的時(shí)間降至最短。如圖所示，第一AT裝置32可以是柴油氧化催化器(DOC)，而第二AT裝置34可以是選擇性催化還原過濾器(SCRF)。

DOC的主要功能是一氧化碳(CO)和非甲烷碳?xì)浠衔?NMHC)的還原。DOC在存在時(shí)另外配置成產(chǎn)生二氧化氮(NO₂)，二氧化氮可以由設(shè)置在DOC下游遠(yuǎn)處的且下文更詳細(xì)描述的SCRF使用。DOC通常含有由貴金屬(諸如鉑和/或鈀)構(gòu)成的催化劑物質(zhì)，貴金屬在其中用于實(shí)現(xiàn)上文提及的目的。通常情況下，就NO₂的產(chǎn)生而言，DOC變成激活狀態(tài)并且在升高的溫度下達(dá)到工作效率。因此，如圖1中所示，DOC可以緊密聯(lián)接至渦輪增壓器24以減小在氣體到達(dá)DOC之前廢氣流26中的熱能損耗。

AT系統(tǒng)30還可包括第三AT裝置36，第三AT裝置36可以是稀NO_X捕集器(LNT)、SCR、后氧化催化器(ROC)或前述裝置的組合。雖然在AT系統(tǒng)30的單獨(dú)實(shí)施例中且當(dāng)?shù)谌鼳T裝置36是LNT時(shí)，LNT可定位在DOC上游并且直接從發(fā)動(dòng)機(jī)12接收廢氣流26。如圖所示，LNT定位在SCRF下游。通常，LNT包括陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)，其具有涂敷至基底的通道的催化的基面涂層(即，混合有活性貴金屬)。LNT配置成將廢氣流26中由發(fā)動(dòng)機(jī)12排出的氮氧化物或NO_X還原為燃燒事件之后空氣中的氮?dú)馀c氧氣進(jìn)行反應(yīng)的副產(chǎn)物。在發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作期間，LNT通過捕集NO_X分子并且將其存儲(chǔ)在內(nèi)部來從廢氣流26中去除這些NO_X分子，從而如同分子海綿一樣發(fā)揮作用。

在第一AT裝置32是DOC且第二AT裝置34是SCRF的實(shí)施例中，廢氣流26在通過DOC之后經(jīng)由排氣通道28A引導(dǎo)至SCRF。SCRF可以配置為過濾顆粒物質(zhì)或煙塵的單向過濾器或者包括催化的基面涂層并且具有兩個(gè)功能(過濾顆粒物質(zhì)和還原NO_X)的雙向過濾器。SCRF配置成在由DOC32產(chǎn)生的NO₂的輔助下將氮氧化物(NO_X)轉(zhuǎn)換為雙原子氮(N₂)和水(H₂O)。SCR催化劑可具有蜂窩、板或波紋幾何形狀。為了有效地去除NO_X，SCR轉(zhuǎn)換過程另外要求廢氣流26中存在有預(yù)定量的氨氣(NH₃)。

如圖4中所示，第二AT裝置34包括配置成催化廢氣流26的催化器主體38，即，過濾器或催化器塊。催化器主體38可以具有上文關(guān)于第二AT裝置34的SCRF實(shí)施例進(jìn)行描述的蜂窩、板或波紋幾何形狀。第二AT裝置34還包括配置成保持并且覆蓋催化器主體38的殼體40。入口錐體42連接至殼體40并且配置成接收和收集未催化的廢氣流26并且將未催化的廢氣流引導(dǎo)至催化器主體38以進(jìn)行過濾。入口錐體42包括蝸殼44。蝸殼44限定使廢氣流26進(jìn)入催化器主體38中的螺旋形初級(jí)路徑46A。蝸殼44配置成產(chǎn)生廢氣流26的旋渦運(yùn)動(dòng)且在廢氣流26中產(chǎn)生紊流。蝸殼44可至少部分地由設(shè)置在入口錐體42內(nèi)的氣流偏轉(zhuǎn)器48形成。氣流偏轉(zhuǎn)器48和由此形成的蝸殼44可以以60度至300度范圍的預(yù)定跨距或角度θ1在入口錐體42內(nèi)延伸并限定螺旋形初級(jí)路徑46A。

氣流偏轉(zhuǎn)器48可以限定一個(gè)或多個(gè)孔隙50，其配置成提供使廢氣流26通過氣流偏轉(zhuǎn)器的次級(jí)路徑46B。穿過孔隙50的次級(jí)路徑46B旨在在廢氣流26中產(chǎn)生另外的紊流并且由此將廢氣流更均勻地分布在第二AT裝置34中的整個(gè)入口錐體42和催化器主體38的面上。入口錐體42連同建立蝸殼44的氣流偏轉(zhuǎn)器48一起可以由諸如不銹鋼的耐熱材料形成。氣流偏轉(zhuǎn)器48可設(shè)置在入口錐體42內(nèi)，從而使得蝸殼44的橫截面44A沿著廢氣流26的螺旋初級(jí)路徑46A逐漸地朝向催化器主體38膨脹。在廢氣從入口錐體42進(jìn)入殼體40之后，這種逐漸膨脹的蝸殼橫截面44A能夠提供廢氣流26對(duì)催化器主體38的更大的覆蓋。第二AT裝置34還包括出口錐體52，其連接至殼體40并且配置成收集和釋放第二AT裝置中的催化的廢氣流26以便沿著排氣系統(tǒng)28進(jìn)行進(jìn)一步處理。入口錐體42的上述結(jié)構(gòu)配置成促進(jìn)廢氣流26的更加徹底的混合，以便更有效地使用催化器主體38。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中采用慣用名稱為“柴油廢氣流體”(DEF)的還原劑54時(shí)，上文討論的SCR轉(zhuǎn)換過程通常需要受控量或計(jì)量的還原劑54。此還原劑54可以是包括水和氨氣的尿素的水溶液。因此，AT系統(tǒng)30還包括定位在第一AT裝置32與第二AT裝置34之間的排氣通道28A中的噴射器56。如圖1和圖3中所示，噴射器56配置成將諸如上述還原劑54從儲(chǔ)罐57中引入至廢氣流26中。

如圖3中另外所示，AT系統(tǒng)30可包括混合器58?；旌掀?8可配置為旋渦型混合器(圖3和圖4中所示)

或者構(gòu)造并且設(shè)置成通過撞擊噴射器56下游的廢氣流26而分解還原劑54的液滴的任何其它類型的混合裝置。混合器58可在平面P中定位在噴射器56下游的排氣通道28A內(nèi)并且配置成將還原劑54與廢氣流26混合。混合器58的平面P可以定位成垂直于排氣通道28A內(nèi)的廢氣流26。如圖2至圖5中可見，排氣通道28A包括旨在便于第一AT裝置32和第二AT裝置34的緊湊型緊密聯(lián)接包裝的L彎曲部60。如圖3中所示，噴射器56可定位在L彎曲部60的上游，從而沿著廢氣流26并且以與混合器58的平面P成角度θ2引入還原劑54。角度θ2可以在40度至90度的范圍中。另外，如圖3中所示，噴射器56可定位成與混合器58相距預(yù)定距離D(其在特定實(shí)施例中可在70mm至150mm的范圍中)，以促進(jìn)還原劑54對(duì)混合器表面的適當(dāng)覆蓋?？傊?，噴射器56和混合器58相對(duì)設(shè)置旨在促進(jìn)還原劑54與廢氣流26的更有效的混合。

AT系統(tǒng)30還包括控制器62。控制器62可以是獨(dú)立單元，或者是調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作的電子控制單元(ECU)的一部分?？刂破?2設(shè)置在車輛10上并且包括處理器和易于存取的非暫時(shí)性存儲(chǔ)器。用于控制AT系統(tǒng)30的操作的指令編程或記錄在控制器62的存儲(chǔ)器中，且處理器配置成在車輛10的操作期間執(zhí)行存儲(chǔ)器中的指令。控制器62還可編程為調(diào)節(jié)噴射器56以在發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作期間將還原劑54引入至廢氣流26中。

總之，噴射器56、混合器58和蝸殼44的相對(duì)位置所允許的第一AT裝置32和第二AT裝置34的緊湊型緊密聯(lián)接包裝有助于AT系統(tǒng)30快速且有效的操作以及AT系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)12的冷啟動(dòng)條件下的激活。另外，當(dāng)?shù)诙嗀T裝置34的所公開構(gòu)造用于單向過濾器SCRF時(shí)，第二AT裝置可促進(jìn)顆粒物質(zhì)或煙塵的更有效過濾。另一方面，在雙向過濾器SCRF中，作為還包括噴射器56和混合器58的所述設(shè)置的AT系統(tǒng)30的一部分的第二AT裝置34的構(gòu)造另外可促進(jìn)NO_X的更有效還原。

詳述和附圖或圖式支持并且描述本發(fā)明，但是本發(fā)明的范圍僅僅是由權(quán)利要求書限定。雖然已詳細(xì)地描述了用于實(shí)行本發(fā)明的某些最佳模式和其它實(shí)施例，但是存在用于實(shí)踐所附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的各種替代設(shè)計(jì)和實(shí)施例。另外，附圖中所示的實(shí)施例或本描述中提及的各個(gè)實(shí)施例的特性不一定被理解為彼此獨(dú)立的實(shí)施例。而是，實(shí)施例的一個(gè)實(shí)例中所描述的每個(gè)特性可與來自其它實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)其它期望特性相組合，從而產(chǎn)生沒有以文字描述或沒有通過參考附圖進(jìn)行描述的其它實(shí)施例。因此，這些其它實(shí)施例落在所附權(quán)利要求書的范圍框架內(nèi)。