相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2014年10月15日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/064,258的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。

背景技術(shù)：

在壓縮點火內(nèi)燃機(jī)的運行中，廢氣(尾氣)的排放控制是持續(xù)的關(guān)注點。在燃料的節(jié)約與廢氣排放(即，nox、碳?xì)浠衔?、微粒和煤?之間存在不斷的權(quán)衡。最近的空氣質(zhì)量管控甚至已經(jīng)更加嚴(yán)格要求減少這些排放。由于該原因在某種程度上，車輛和發(fā)動機(jī)制造商已經(jīng)創(chuàng)造或要求包括選擇性催化還原劑(scr)以及柴油微粒過濾器(dpf)的排氣系統(tǒng)。

在運行中，發(fā)動機(jī)廢氣流流過配備有至少一個傳感器的發(fā)動機(jī)排氣管道，該至少一個傳感器用以檢測排放水平，諸如，例如廢氣流中的nox水平。廢氣(諸如，例如nox)排放的水平經(jīng)由公用區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(can)傳輸至ecu。然后排氣流進(jìn)入減少碳?xì)浠衔?、煤煙和微粒的dpf。當(dāng)nox傳感器信號指示來自dpf出口的廢氣流中的nox水平超過可接受的水平時，將信號從ecu發(fā)送至與def供應(yīng)器通信的噴射器，以將預(yù)定量的def噴射到廢氣流中。def中的氨與廢氣混合。廢氣流穿過scr，在scr中，用def中的氨將廢氣流催化成n2氣體和2h2o，然后從排氣管中排出。

def是昂貴的，并且def的使用要求重型柴油車輛的操作者將車輛上的副油箱填充有待在發(fā)動機(jī)的運行期間使用的def。需要更有效地使用def供應(yīng)器，以將發(fā)動機(jī)的停機(jī)時間、由于def供應(yīng)而發(fā)生的成本降到最低，并且減少來自發(fā)動機(jī)的排氣管的nox排放量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一個方面，公開了一種用于壓縮點火內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)提供了def在廢氣流中的改進(jìn)的混合，以促進(jìn)更有效地使用def，并且減少如此配備的發(fā)動機(jī)的nox排放。

在另外的方面，公開了一種用于包括在壓縮點火內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中的設(shè)備，該設(shè)備引起廢氣流中的廢氣和噴射的def的改進(jìn)的湍流渦流以及混合。作為使廢氣流穿過該新型設(shè)備的結(jié)果引入的渦流和混合減少了def的消耗，同時滿足如此配備的發(fā)動機(jī)的廢氣流出物中nox排放所要求的標(biāo)準(zhǔn)。

附圖說明

圖1是具有排氣系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的示意圖；

圖2a是用在廢氣混合器的入口部分中的人字形(herringbone)基板的前視圖；

圖2b是用在廢氣混合器的出口部分中的人字形基板的前視圖；

圖3是廢氣混合器的側(cè)視圖的示意圖；

圖4是廢氣混合器的一個實施方案的立體圖。

具體實施方式

現(xiàn)在轉(zhuǎn)至附圖，其中相同的附圖標(biāo)記指代相同的結(jié)構(gòu)，圖1是內(nèi)燃機(jī)10的示意圖，該內(nèi)燃機(jī)可以是壓縮點火發(fā)動機(jī)，具有電子控制單元(ecu)12，該電子控制單元具有存儲器13，在該存儲器中包括有用于以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的方式運行發(fā)動機(jī)的運行指令15。ecu存儲器可以是ram、rom、prom、eprom、eeprom、flash或任何其他的存儲器。伴隨這些運行指令包括在ecu存儲器中的是排氣系統(tǒng)指令，所述排氣系統(tǒng)指令響應(yīng)于所感測的廢氣情況使排氣系統(tǒng)14的各個方面運行。排氣系統(tǒng)指令可以包括表格，該表格存儲有nox排放的水平以及與nox的水平相稱的待噴射到廢氣流中的def的量/時機(jī)，或者排氣系統(tǒng)指令可以包含圖解，該圖解示出了nox水平和關(guān)聯(lián)的def噴射量/時機(jī)。就此而言，該排氣系統(tǒng)被示出用于柴油發(fā)動機(jī)，但是預(yù)期的是任何內(nèi)燃機(jī)均可以利用本申請的廢氣混合器的實施方案。

在一個實施方案中，排氣系統(tǒng)14包括從發(fā)動機(jī)排氣出口18延伸穿過排氣系統(tǒng)的排氣出口20的廢氣管道16。該廢氣管道具有足夠大小的內(nèi)徑21，以允許廢氣從發(fā)動機(jī)無限制地流出并穿過排氣系統(tǒng)。在本實施例中，排氣系統(tǒng)配備有通過公用區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(can)30或任何其他電子系統(tǒng)電子地連接至ecu的nox排氣傳感器25。傳感器25感測排氣流19中的nox水平，并且將指示排氣流中的nox水平的數(shù)據(jù)信號發(fā)送至ecu。排氣系統(tǒng)還包括dpf24，該dpf具有與排氣管道的內(nèi)徑21基本上相同內(nèi)徑的入口17和出口35，使得存在廢氣流穿過dpf入口到dpf出口的無限制流動。正如本實施例中那樣，如果排氣系統(tǒng)是柴油排氣系統(tǒng)，則設(shè)置有在管道33處通過def噴射器29流體地連接至排氣管道16的def供應(yīng)源27，該def供應(yīng)源可以是箱或其他合適的容器。def供應(yīng)器和噴射器被定位在廢氣混合器單元22的上游，該廢氣混合器單元被定位在選擇性催化反應(yīng)劑(scr)23的上游。廢氣混合器具有與管道16的內(nèi)徑21基本上相同內(nèi)徑的入口26和出口28。當(dāng)nox排氣傳感器檢測到廢氣流中的nox水平超過存儲器中排氣系統(tǒng)運行指令中指出的預(yù)定水平時，ecu指揮從def供應(yīng)器27通過噴射器29將預(yù)定量的def噴射到排氣流中。廢氣混合器具有一種構(gòu)造，如下文將進(jìn)行討論的，該構(gòu)造將給予廢氣流和噴射的def改進(jìn)的渦流以及混合，以改進(jìn)def與排氣流的混合。def與廢氣的改進(jìn)的混合允許scr更有效地將更多的nox轉(zhuǎn)換成h2o和n2，這將導(dǎo)致更少的nox排放。廢氣混合器還允許使用較少量的def來實現(xiàn)期望的nox排放的降低。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖2a至圖4，現(xiàn)在將描述廢氣混合器。具體地，主體32可以設(shè)置為任何形狀，并且示出的是管狀的。該主體具有彼此間隔的相對的端部34和36以及內(nèi)表面31和外表面37，該內(nèi)表面和外表面在相對的端部之間基本上連續(xù)地(完整地)延伸以限定內(nèi)部38，該內(nèi)部具有至少與排氣系統(tǒng)相同的內(nèi)徑40，以便不會阻礙廢氣流動流。

廢氣混合器基板(基底)42、45設(shè)置在主體的各個相對端部處，并且被裝配到主體的內(nèi)部空間中。在一個實施例中，廢氣基板具有比主體的長度41的1/2稍微短些的長度43。套筒56定位在主體中排氣基板之間，并且固定在適當(dāng)?shù)奈恢檬沟迷谔淄驳娜我粋?cè)在套筒和基板之間形成空間57。套筒和空間在主體的內(nèi)部創(chuàng)造了低壓區(qū)域49。套筒可以凸焊或以任何其他方式固定，以將其保持在基板之間的適當(dāng)位置處。因此，可以理解的是，基板從廢氣混合器入口或廢氣出口朝向彼此延伸，使得在基板之間存在低壓區(qū)域49，以增強(qiáng)從廢氣混合器的入口將廢氣流吸引到廢氣混合器的出口。主體在其端部傾斜并且與保持器端部環(huán)58、60配合，以將基板保持在主體中。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解的是，排氣混合器的設(shè)計可以根據(jù)排氣系統(tǒng)的整體要求來改變基板或套管的尺寸比例或各種部件的比例。

廢氣混合器基板42、45具有人字形結(jié)構(gòu)46，并且可以在其第一端部或第二端部與保持器環(huán)48、50周向地配合，以便以緊湊的形式容納基板，以方便處理和制造。然而要理解的是，保持器環(huán)并不是必須的，并且預(yù)期基板可以直接配合到混合器的主體內(nèi)部中，而不需要使用保持器環(huán)。廢氣基板由具有一定長度和寬度的連續(xù)的波紋狀箔金屬催化劑構(gòu)成的金屬基板(基底)或其他剛性基板制成，該連續(xù)的波紋狀箔金屬催化劑是波紋狀的并且折疊成扇形折疊構(gòu)造，以形成如2015年10月14日提交的共同未決申請pct/us2015/055440中公開的基板的人字形構(gòu)造，該共同未決申請通過引用全部并入本文中，或者廢氣基板可以由在其角部結(jié)合并且布置成人字形構(gòu)造的各個波紋狀金屬基板片制成?；暹€可以通過使用切割堆疊方法或纏繞結(jié)構(gòu)來制成?；宓闹匾矫媸敲總€基板相對于彼此以及相對于廢氣流動的人字形構(gòu)造，這將在下面描述。

如圖2a和圖2b中看到的，廢氣基板在主體中定向，使得圖2a所示的入口基板的人字形構(gòu)造被定向成偏離圖2b所示的出口廢氣基板的人字形構(gòu)造的取向的90度。以這種方式，廢氣流進(jìn)入廢氣混合器入口，并且隨著廢氣流穿過人字形基板，致使廢氣流在x-y平面中產(chǎn)生渦流并進(jìn)行混合。然后廢氣流被吸引通過低壓區(qū)域，并且遇到定向成偏離入口廢氣基板的取向90度的出口排氣基板。穿過出口廢氣基板混合器導(dǎo)致在x-z平面中進(jìn)行湍流混合并產(chǎn)生渦流，從而給予(提供)廢氣流最大的混合。如果nox傳感器已經(jīng)感測到廢氣流中的nox水平要求在廢氣混合器的上游噴射一定量的def，則def也與廢氣流混合。與不使用所描述的廢氣混合器的情況下需要將較多量的def噴射到排氣流中相比，這種混合允許較少量的def被噴射到廢氣流中，以隨著廢氣流穿過scr，實現(xiàn)相同的化學(xué)反應(yīng)。

用于說明示出的實施方案的詞語可以被理解成描述性的詞語而不是限制性的詞語。雖然已經(jīng)對實施方案進(jìn)行了描述，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不偏離所附權(quán)利要求所闡述的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，許多變形和修改是可能的。