排放物清潔模塊的制作方法
【專利摘要】提供一種排放物清潔模塊(1)，其包括流動導管(10，15)，該流動導管具有流體地連接至排放流體源的上游端和流體地連接至混合器模塊(75)的下游端。提供噴射器模塊(16)，其具有定向為在混合器模塊(75)上游將噴射流體噴射到流動導管(10，15)內(nèi)的出口(130)。還提供位于噴射器模塊出口(130)的下游的低壓腔(120)。低壓腔(120)通過開口嘴(114)流體地連接至流動導管(10，15)或混合器模塊(75)，開口嘴(114)定向為使得在使用中沿著流動導管(10，15)的排放流體流流過開口嘴(114)，由此在低壓腔(120)內(nèi)形成壓強下降。還描述一種噴射方法。
【專利說明】排放物清潔模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于清潔在燃燒發(fā)動機的操作過程中排出的流體的設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]例如燃燒汽油、柴油或生物燃料的IC發(fā)動機等發(fā)動機輸出多種有害物質(zhì)，這些有害物質(zhì)必須被處理以滿足當前和將來的排放法規(guī)。最常見的這些物質(zhì)包括碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)、單氮氧化物(NOx)和諸如作為煤煙的組分的碳(C)等顆粒物質(zhì)。這些物質(zhì)中的一些可以通過仔細地控制發(fā)動機的運行狀況來減少，但通常必須在發(fā)動機的下游提供排放物清潔模塊以處理排氣中夾帶的至少一些這些物質(zhì)。用于減少和/或消除排放物中的組分的多種設(shè)備是已知的。例如，已知提供一種氧化裝置，諸如柴油氧化催化劑，以減少或消除碳氫化合物(HC)和/或一氧化碳(CO)。氧化裝置通常包括將這些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有害程度顯著降低的二氧化碳和水的催化劑。作為進一步的例子，排放物清潔模塊可以包括顆粒過濾器以限制排氣中存在的顆粒輸出至大氣。
[0003]通過使用排放物清潔模塊，發(fā)動機排放物能夠被清潔，意味著否則將釋放至大氣的一定比例的有害物質(zhì)替代地轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO2)、氮氣(N2)和水(H2O)。
[0004]另外，已知通過與諸如排氣中夾帶的氨(NH3)等化學物催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為雙原子氮(N2)和水(H2O)來減少或消除柴油燃燒排放物中的單氮氧化物(NOx)。通常，排氣中不存在氨并且因此必須在催化劑上游引入，典型地通過將尿素溶液噴射到排氣中，其在足夠高的溫度下分解為氨。
[0005]通過這些方法，發(fā)動機排放物能夠被清潔，意味著否則將釋放至大氣的一定比例的有害物質(zhì)替代地轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO2)、氮氣(N2)和水(H2O)。
[0006]排放物清潔模塊還可以包括用于將諸如尿素等流體噴射到發(fā)動機排放物流中的噴射器模塊。還已知包括混合器模塊以輔助噴射的尿素與發(fā)動機排放物流的混合。例如，US2010/0257850描述了一種具有混合器管的排放物清潔模塊，尿素噴射到該混合器管中。將噴射的尿素充分地混合到發(fā)動機排放物流中是期望的。否則，在排放物清潔模塊內(nèi)能夠積聚尿素沉積物。這些沉積物會使排放物清潔模塊的性能降級并且可能潛在地干涉或阻止進一步噴射流體的適當混合。
[0007]針對該背景，提供一種包括將噴射流體噴射到排放流體流的改進配置的排放物清潔模塊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種排放物清潔模塊，包括:
[0009]流動導管，其具有流體地連接至排放流體源的上游端和流體地連接至混合器模塊的下游端；
[0010]噴射器模塊，其具有定向為在混合器模塊上游將噴射流體噴射到流動導管內(nèi)的出口 ；和
[0011]位于噴射器模塊出口下游的低壓腔，其中，該低壓腔通過開口嘴流體地連接至流動導管或混合器模塊，該開口嘴定向為使得在使用中沿著流動導管的排放流體流流過開口嘴，由此在低壓腔內(nèi)形成壓強下降。
[0012]本發(fā)明還提供一種將噴射流體噴射到排放流體流中的方法，包括以下步驟:
[0013]將排放流體流設(shè)置為從上游源經(jīng)過導管到下游混合器模塊；
[0014]在噴射位置處將噴射流體噴射到排放流體流中；以及
[0015]在噴射位置下游的排放流體流中形成低壓區(qū)域；
[0016]其中，低壓區(qū)域是通過使排放流體流流動經(jīng)過流體地連接至流動導管或混合器模塊的低壓腔的開口嘴形成的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]現(xiàn)在將參照附圖僅通過例子來描述本發(fā)明，在附圖中:
[0018]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的排放物清潔模塊；
[0019]圖2示出圖1的排放物清潔模塊的支承框架；
[0020]圖3示出經(jīng)過圖1的排放物清潔模塊的一部分的橫截面；
[0021]圖4示出圖1的排放物清潔模塊的一部分的立體圖；和
[0022]圖5a和5b示出設(shè)置和不設(shè)置低壓腔的圖1的排放物清潔模塊的一部分內(nèi)的對比流體壓強。

【具體實施方式】
[0023]圖1中圖示排放物清潔模塊I。
[0024]排放物清潔模塊I可以包括第一導管10和第二導管20。第三導管30和支承結(jié)構(gòu)40也可以存在。支承結(jié)構(gòu)40包括第一支承構(gòu)件50和第二支承構(gòu)件60。
[0025]每個支承構(gòu)件50、60可以是大致平坦的并且可以由例如金屬等剛性材料制成。
[0026]第一導管10、第二導管20和第三導管30可以是細長的，具有細長軸線，并且可以具有沿著細長軸線基本上恒定的橫截面。第一導管10、第二導管20和第三導管30可以是基本柱形的。
[0027]第一導管10包括提供到導管的入口的第一端11和提供到導管的出口的第二端
12。第二導管20包括提供到導管的出口的第一端21和提供到導管的入口的第二端22。第三導管30可以包括提供到導管的入口的第一端31和提供到導管的出口的第二端。
[0028]導管10、20、30可以在支承構(gòu)件50、60之間延伸。導管10、20、30可以是基本上大致平行的。第一導管10、第二導管20和第三導管30的第一端11、21、31可以分別接收在第一支承構(gòu)件50的第一開口 51、第二開口 52和第三開口 53中，并且可以成形為分別對應(yīng)于第一支承構(gòu)件50的第一開口 51、第二開口 52和第三開口 53。第一導管10、第二導管20和第三導管30的第二端12、22可以分別接收在第二支承構(gòu)件60的第一開口 61、第二開口62和第三開口 63中，并且可以成形為分別對應(yīng)于第二支承構(gòu)件60的第一開口 61、第二開口 62和第三開口 63。通過這種設(shè)置，可以限制導管的側(cè)向運動。
[0029]如圖2中所示，每個開口 51、52、53、61、62、63可以包括圍繞開口的周邊延伸的凸緣51a、52a、53a、61a、62a、63a。每個支承構(gòu)件50、60還可以包括圍繞支承構(gòu)件50、60的周邊的至少中途延伸的向內(nèi)翻轉(zhuǎn)的唇緣59、69。
[0030]導管10、20、30均可以具有基本相似的長度。第一導管10可以具有第一直徑，第二導管20可以具有第二直徑并且第三導管30可以具有第三直徑。第二直徑可以比第一直徑和第三直徑小。
[0031]導管10、20、30的第一端和第二端11、21、31、12、22可以焊接、粘接或以其它方式緊固至支承構(gòu)件50、60的限定或圍繞開口的部分。替代地，導管10、20、30的第一端和第二端11、21、31、12、22可以鄰接支承構(gòu)件50、60的內(nèi)側(cè)，以便覆蓋支承構(gòu)件50、60中的相應(yīng)開□。
[0032]第一、第二和第三導管10、20、30和第一和第二支承構(gòu)件50、60可以以限制這些部件的相對平移運動的方式相互連接。替代地或另外，第一、第二和第三導管10、20、30和第一和第二支承構(gòu)件50、60可以以限制一部件相對于另一部件的旋轉(zhuǎn)運動的方式相互連接。
[0033]第一導管10經(jīng)由第一端部聯(lián)接器15流體地聯(lián)接至第二導管20，該第一端部聯(lián)接器15將第一導管10的出口流體地連接至第二導管20的入口。第一端部聯(lián)接器15可以包括噴射器模塊16。第二導管20可以經(jīng)由第二端部聯(lián)接器聯(lián)接至第三導管30，該第二端部聯(lián)接器用于將第二導管20的出口流體地連接至第三導管30的入口。第一端部聯(lián)接器和第二端部聯(lián)接器中的每個可以結(jié)合其對應(yīng)的支承構(gòu)件限定流體流動路徑，排氣可以經(jīng)過該流體流動路徑在相鄰的導管之間通過。
[0034]在排放物清潔模塊的流體流動路徑內(nèi)可以定位有柴油氧化催化(DOC)模塊、柴油顆粒過濾器(DPF)模塊、噴射器模塊16、混合器模塊75、選擇催化還原(SCR)模塊和氨氧化催化(AMOX)模塊。
[0035]DOC模塊可以朝向第一導管10的第一(入口)端11定位在第一導管10的第一部分中。DPF模塊可以朝向第一導管10的第二(出口)端12定位在第一導管10的第二部分中。第一端部聯(lián)接器15可以提供從第一導管12的第二端12到第二導管20的第二端22的流體流動路徑。第一端部聯(lián)接器15可以包括噴射器模塊16。
[0036]混合器模塊75可以位于第二導管20中或者通過第二導管20形成?；旌掀髂K75可以包括外部主體80和位于外部主體80內(nèi)的內(nèi)部主體81。外部主體80可以形成第二導管20的外部表皮。在內(nèi)部主體81和外部主體80之間可以提供空隙88。
[0037]外部主體80可以是細長的并且在第一支承件50和第二支承件60之間延伸。外部主體80可以是柱形的并且除了在其可以具有較小直徑的端部處之外，可以具有恒定直徑。外部主體80的第一端可以固定地保持至第一支承件50。固定可以借助于第一端和凸緣52a之間的焊接。連接可以是到凸緣52a的內(nèi)面或外面。外部主體80的第二端83可以固定地保持至第二支承件60。固定可以是借助于第二端83和凸緣62a之間的焊接。連接可以是到凸緣62a的內(nèi)面，如圖3所示。這種附接可以形成小的環(huán)形縫隙100，在該處，第二端83的端緣鄰近凸緣62a定位。
[0038]混合器模塊75可以被構(gòu)造成將由噴射器模塊16噴射的流體與來自第一導管10的流體混合?；旌掀髂K75可以包括多個特征，諸如散置的翅片，其可以引起噴射的流體與來自第一導管10的流體的均勻混合。
[0039]噴射器模塊16可以包括具有噴射出口 130的噴射器。噴射出口 130可以定向為引導噴射的流體沿著混合器模塊75的縱向軸線。噴射器模塊16可以與泵電子槽單元(PETU)相關(guān)聯(lián)或者可以附接至泵電子槽單元(PETU)。泵電子槽單元可以包括用于提供由噴射器噴射的流體的容器的槽。這種流體可以包括尿素或氨。PETU還可以包括控制器，其構(gòu)造為控制由噴射器從槽噴射的流體的體積?？刂破骺梢跃哂凶鳛檩斎氲睦缈梢詮腟CR模塊中的傳感器導出的溫度信息和NOx量的信息。
[0040]第一端部聯(lián)接器15可以是流動護罩的形式。第一端部聯(lián)接器15與第一導管10和混合器模塊75 —起可以限定用于排放流體的流動導管。第一端部聯(lián)接器15可以包括使排放流體流的方向從當其離開第一導管10時至當其進入混合器模塊75時反向的彎曲部。第一端部聯(lián)接器15可以包括中央?yún)^(qū)段145，在該中央?yún)^(qū)段145中，流體流動方向基本上垂直于第一導管10中的流體流動方向。第一端部聯(lián)接器15還可以包括鄰近第一導管10的第一 90°彎曲部146和鄰近混合器模塊75的第二 90°彎曲部147。
[0041]噴射器模塊16可以安裝到第一端部聯(lián)接器15的開孔中。噴射器模塊16可以安裝到第二 90°彎曲部147的外側(cè)148。
[0042]開口 62可以限定將第一端部聯(lián)接器15的第二 90°彎曲部147流體地連接至混合器模塊75的孔口 150。
[0043]第一端部聯(lián)接器15可以連接至第二支承件60的第一側(cè)，混合器模塊75可以連接至第二支承件60的第二側(cè)。環(huán)繞第二開口 62的凸緣62a(如圖4所示)可以通過弧形區(qū)段110結(jié)合至第二支承件60的剩余部分。弧形區(qū)段110可以包括三個凹部111、112、113，其可以圍繞孔口 150的軸線設(shè)置。凹部113可以位于第二 90°彎曲部147的外側(cè)148上。凹部113可以形成孔口 150的局部放大部。
[0044]凹部113可以限定低壓腔120。第一端部聯(lián)接器15可以包括凸緣141，其可以部分地覆蓋凹部130以幫助限定低壓腔120。因此，低壓腔120可以通過第二支承件60和第一端部聯(lián)接器15的相互接合來形成。低壓腔120可以通過開口嘴114流體地連接至用于排放流體的流動導管。低壓腔120在噴射出口 130的下游并且可以位于混合器模塊75和環(huán)形縫隙100的上游。
[0045]第二端部聯(lián)接器可以提供從第二導管的第一端21到第三導管30的第一端31的流體流動路徑。
[0046]SCR模塊可以朝向第三導管30的第一端31位于第三導管30的第一部分中。SCR模塊可以包括意于催化在混合器模塊中混合并且由擴散器輸出的兩種流體之間發(fā)生反應(yīng)的催化表面。AMOX模塊可以都朝向第三導管30的第二端位于第三導管30的第二部分中。AMOX模塊可以包括催化劑，其可以催化從SCR模塊輸出的一種或多種產(chǎn)品的反應(yīng)。
[0047]在使用中，排放流體可以經(jīng)由入口供應(yīng)至排放物清潔模塊I。流體可以在流體導管10的第一部分中通入DOC模塊。在入口處接收之前，流體的壓強可以通過背壓閥控制。
[0048]DOC模塊可以包括一個或多個催化劑，諸如鈀或鉬。這些材料用作催化劑以使流體流中存在的碳氫化合物(HC)和一氧化碳(CO)氧化，以產(chǎn)生二氧化碳(CO2)和水(H2O)。催化劑可以以使催化劑材料的表面面積最大化的方式分布，以便增加催化反應(yīng)中的催化劑的有效性。
[0049]流體可以從DOC模塊流至DPF模塊，DPF模塊包括意于阻止煤煙形式的碳(C)繼續(xù)通過的特征。流體中的碳顆粒由此可以捕獲在過濾器中。過濾器可以通過已知的再生技術(shù)再生。這些技術(shù)可以涉及控制流體的溫度、流體的壓強和流體中的未燃燒燃料的比例中的一種或多種。
[0050]流體可以從DOC通入第一端部聯(lián)接器15。流體流可以圍繞第一 90°彎曲部146通入中央?yún)^(qū)段145，接著通入第二 90°彎曲部147。流體通過噴射器模塊16的噴射出口 130。噴射器模塊16可以將例如尿素或氨等噴射流體噴射到流體流中。噴射流體的噴射方向可以是噴入第二開口 62的孔口 150，并且可以通過低壓腔120的開口嘴114。噴射方向可以沿著混合器模塊75的軸線。
[0051]排放流體流將流經(jīng)低壓腔120的開口嘴114，減小低壓腔120內(nèi)的流體壓強。因此，在開口嘴114處或接近開口嘴114的排放流體流(現(xiàn)在包含噴射流體)中形成湍流。該湍流可以改進噴射流體與排放流體流的混合。這可以有助于減少環(huán)形縫隙100中來源于噴射流體的沉積物的積聚。
[0052]低壓腔120的存在效果可以通過圖5a和5b的比較看到。圖5a圖示存在低壓腔120時流體流內(nèi)的壓強分布。圖5b圖示沒有這種腔時流體流內(nèi)的壓強分布。低壓腔120的存在形成相對低壓的局部區(qū)域，其可以在環(huán)形縫隙100的緊鄰上游，這可以導致增強的湍流和混合。
[0053]混合器模塊75還可以包括用于確保源自第一導管10的流體與源自噴射器16的流體在第二導管20本身內(nèi)進行進一步混合的特征。
[0054]在混合器模塊75之后，流體接著可以經(jīng)過第二端部聯(lián)接器經(jīng)由第二端部聯(lián)接器通入位于第三導管的第一部分中的SCR模塊中。SCR模塊可以包括一個或多個催化劑，排氣和尿素/氨的混合物可以流經(jīng)催化劑。隨著混合物通過催化劑表面，可以發(fā)生從氨和NOx轉(zhuǎn)化為雙原子氮(N2)和水(H2O)的反應(yīng)。
[0055]流體可以從SCR模塊通至位于第三導管30的第二部分中的AMOX模塊。AMOX模塊可以包括氧化催化劑，其可以使離開SCR模塊的流體中存在的殘余氨反應(yīng)以產(chǎn)生氮氣(N2)和水(H2O) ο
[0056]流體可以從AMOX模塊通至位于第三導管30的第二端處的排放物清潔模塊出口。
[0057]工業(yè)實用性
[0058]本發(fā)明提供一種包括用于將噴射流體噴射并混合在排放流體流中的改進配置的排放物清潔模塊。特別地，在噴射器出口和混合器模塊之間的改進的湍流產(chǎn)生有助于減輕噴射的流體的沉積物積聚的問題。
【權(quán)利要求】
1.一種排放物清潔模塊，包括: 流動導管，其具有流體地連接至排放流體源的上游端和流體地連接至混合器模塊的下游端； 噴射器模塊，其具有定向為在混合器模塊上游將噴射流體噴射到流動導管內(nèi)的出口；和 位于噴射器模塊出口下游的低壓腔； 其中，該低壓腔通過開口嘴流體地連接至流動導管或混合器模塊，該開口嘴定向為使得在使用中沿著流動導管的排放流體流流過開口嘴，由此在低壓腔內(nèi)形成壓強下降。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排放物清潔模塊，其中，低壓腔位于噴射器模塊出口和混合器模塊之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的排放物清潔模塊，其中，流動導管包括彎曲部并且低壓腔位于彎曲部的外側(cè)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的排放物清潔模塊，其中，噴射器模塊出口位于彎曲部的外側(cè)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的排放物清潔模塊，其中，彎曲部延伸經(jīng)過至少90。。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的排放物清潔模塊，其中，流體地連接至排放流體源的上游端包括流動護罩。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的排放物清潔模塊，還包括支承流動護罩和混合器模塊的支承件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排放物清潔模塊，其中，支承件將流動護罩流體地連接至混合器模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的排放物清潔模塊，其中，流動護罩聯(lián)接至支承件的第一側(cè)，混合器模塊聯(lián)接至支承件的第二側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的排放物清潔模塊，其中，低壓腔至少部分地由支承件形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的排放物清潔模塊，其中，支承件包括孔口，在使用中排放流體流能夠通過該孔口，低壓腔至少部分地由孔口的局部放大部形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的排放物清潔模塊，其中，低壓腔由支承件和流動護罩的相互接合形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的排放物清潔模塊，其中，低壓腔由支承件中的凹部和流動護罩的凸緣形成，其中，該凸緣至少部分地覆蓋凹部。
14.根據(jù)權(quán)利要求6至13中任一項所述的排放物清潔模塊，其中，噴射器模塊安裝至流動護罩。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的排放物清潔模塊，其中，噴射器模塊出口沿著混合器模塊的縱向軸線指引。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的排放物清潔模塊，其中，噴射器模塊是尿素或氨噴射器。
17.一種將噴射流體噴射到排放流體流中的方法，包括以下步驟: 將排放流體流設(shè)置為從上游源經(jīng)過導管到下游混合器模塊； 在噴射位置處將噴射流體噴射到排放流體流中；以及 在噴射位置下游的排放流體流中形成低壓區(qū)域； 其中，低壓區(qū)域是通過使排放流體流流動經(jīng)過流體地連接至流動導管或混合器模塊的低壓腔的開口嘴形成的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，低壓腔位于噴射位置和混合器模塊之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或權(quán)利要求18所述的方法，其中，排放流體流圍繞彎曲部，低壓區(qū)域形成在彎曲部的外側(cè)上。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，噴射流體從彎曲部的外側(cè)噴射。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或權(quán)利要求20所述的方法，其中，彎曲部延伸經(jīng)過至少90°。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任一項所述的方法，其中，噴射流體是尿素或氨。
【文檔編號】F01N3/20GK104246163SQ201280072574
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月24日
【發(fā)明者】N·尼亞茲 申請人:珀金斯發(fā)動機有限公司