CN103210194A - 用于排气处理装置的入口装置 - Google Patents

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Abstract

一种排气处理装置，其包括入口装置壳体，其中入口装置壳体具有用于从发动机接收排气流的入口装置开口，所述入口装置开口沿着第一轴线对准。主壳体包括圆筒形本体部分，所述圆筒形本体部分限定沿平行于第一轴线延伸的第二轴线对准的处理区域和排气出口。所述入口装置壳体与所述主壳体的外表面流体连通并且固定到所述主壳体的所述外表面。所述入口装置壳体包括特型壁，所述特型壁包括与所述入口装置开口相对地定位的端部、横向于所述第一轴线延伸穿过所述壁的孔口、位于所述入口装置开口的相对两侧上的发散侧壁部分、以及具有减小的横截面的颈部，所述颈部定位在所述入口装置开口的下游且在所述孔口的上游。一部件联接到所述主壳体并用于处理流经所述处理区域的排气。

Description

用于排气处理装置的入口装置
技术领域
本公开涉及一种排气处理系统。更具体地，用于排气处理装置的入口装置构造成改善排气流动并且降低背压。
背景技术
降低从内燃机释放的氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）仍旧是很重要的。特别地，仍旧在颁布日益严格的与汽车柴油压缩发动机有关的规定。尽管柴油机颗粒过滤器（DPF）能够实现所需的PM的降低，但是仍然存在对能够与DPF所提供的PM降低相关联地提供所需的NOx的降低的改进的系统。
已经提出了一种系统，该系统在DPF上游设置柴油机氧化催化器（DOC），从而使排气中的NO2的水平提高，这些NO2与DPF中聚集的碳烟反应，以产生所需的DPF再生。该方法可称为被动再生。但是这种系统在低于300℃的温度下效果可能有限，并且通常在氧化催化器的两端产生压降，而这必须在系统的其它部分的设计中加以考虑。可以将氢或碳氢化合物燃料输送到DOC的上游，以产生高于600℉的温度并且主动地使DPF再生。
一些系统可以包括燃烧器，从而通过点燃燃料并产生将排气加热到允许柴油机颗粒过滤器中的颗粒物氧化的高温的火焰来增加发动机排气的温度。这种提议的示例在由Adam J.Kotrba等人于2009年4月27日提交的名为“Diesel Aftertreatment System”（柴油机后处理系统）的序列号No.12/430,194的共同受让且共同待决的美国专利申请中示出，该专利申请的全部公开内容通过引用结合到本文中。
尽管当前的用于这种系统的燃烧器可能适于其预期目的，但是可能需要改进。例如，提供一种具有与排气出口平行地延伸的排气入口的燃烧器以降低背压并减轻部件包装和安装问题会是有利的。
发明内容
本部分提供了本公开的总体概述，并且本部分不是对本公开的整个范围或本公开的所有特征的全面公开。
一种用于处理来自发动机的排气流的排气处理装置包括其包括入口装置壳体，其中入口装置壳体具有用于接收来自发动机的排气流的入口装置开口，所述入口装置开口沿着第一轴线对准。主壳体包括圆筒形本体部分，所述圆筒形本体部分限定沿平行于第一轴线延伸的第二轴线对准的处理区域和排气出口。所述入口装置壳体与所述主壳体的外表面流体连通并且固定到所述主壳体的所述外表面。所述入口装置壳体包括特型壁，所述特型壁包括与所述入口装置开口相对地定位的端部、横向于所述第一轴线延伸穿过所述壁的孔口、位于所述入口装置开口的相对两侧上的发散侧壁部分、以及具有减小的横截面的颈部，所述颈部定位在所述入口装置开口的下游且在所述孔口的上游。一部件联接到所述主壳体并用于处理流经所述处理区域的排气。
此外，一种用于处理来自发动机的排气流的排气处理装置包括入口装置壳体，所述入口装置壳体具有用于接收来自发动机的排气流的入口装置开口，并且所述入口装置开口沿着第一轴线对准。主壳体包括圆筒形本体部分，所述圆筒形本体部分限定了沿平行于所述第一轴线延伸的第二轴线对准的排气出口和处理区域。所述入口装置壳体与所述主壳体的外表面流体连通并且固定到所述主壳体的所述外表面，所述入口装置壳体包括特型壁，所述特型壁包括与所述入口装置开口相对地定位的端部和横向于所述第一轴线延伸穿过所述壁的孔口。所述特型壁的与所述孔口相对的部分包括径向向外倾斜的部分，所述径向向外倾斜的部分与径向向内倾斜的部分相交于拐点处。所述拐点沿轴向定位在所述入口装置开口的下游且在所述孔口的上游边缘的上游，以使所述排气流改变方向穿过所述孔口。一部件联接到所述主壳体并用于处理流经所述处理区域的排气。
通过在此提供的说明，其它可应用领域将变得清楚。本发明内容部分中的说明和具体示例仅出于说明的目的而并非意在限制本公开的范围。
附图说明
此处描述的附图是仅出于对所选实施方式而非全部可能的实施进行示例说明的目的，而并非意在限定本公开的范围。
图1是示出了根据本公开的教示所构造的包含有燃烧器的排气处理系统的示意图；
图2是燃烧器的立体图；
图3是图1中示出的燃烧器的剖面视图；
图4是移除了入口装置壳体的一部分的燃烧器的部分俯视图；
图5是燃烧器的剖面视图；以及
图6是燃烧器的部分端视图。
在附图中的若干视图中，对应的附图标记始终指示对应的零部件。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例实施方式。
图1示出了用于处理来自柴油压缩发动机16的排气的示例性柴油机排气后处理系统10。排气可以包括例如特别是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）的氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）、碳氢化合物、一氧化碳（CO）以及其它燃烧副产物。
后处理系统10包括通过选择性地点燃和燃烧燃料来选择性地增加排气温度从而将高温排气提供到系统10的其它部分的燃烧器18，这带来了许多优点，以下将更详细地说明其中的一些优点。
后处理系统10还可以包括一个或多个其它的排气处理装置，例如连接在燃烧器18下游从而从燃烧器18处接收排气的柴油机颗粒过滤器（DPF）20，以及NOx还原装置22，其中NOx还原装置22比如为连接在DPF20的下游从而从DPF20处接收排气的选择性催化还原催化器（SRC）或稀NOx收集器。
燃烧器18能够操作为通过使用用于DPF20的主动再生过程来提高发动机排气的温度，其中燃料在燃烧器18中被点燃，从而产生将排气加热到允许DPF20中的PM氧化的高温的火焰。此外，与这种主动再生相关联地，或是独立于这种主动再生地，燃烧器18可以以类似的方式使用，从而将排气加热到增强NOx还原装置22、尤其是SCR的转化效率的高温。有利地，燃烧器18可以选择性地或是连续性地提供升高的排气温度，而不取决于特定的发动机运转状态，包括在排气离开发动机16时产生低温（＜300℃）排气的运转状态。因此，后处理系统10可以在不需要调节发动机控制的情况下工作。
燃烧器18包括用于喷射合适的燃料和生氧器的喷射器24。燃料可以包括氢或碳氢化合物。喷射器24可以构造为如图2所示的既喷射燃料也喷射生氧器的组合喷射器，或者可以包括用于燃料和用于生氧器的单独的喷射器。优选地，设置有在图1中以25示意性地示出的控制系统，以使用任意适合的处理器、传感器、流控制阀、电线圈等来监测和控制穿过喷射器24的流以及通过第一和第二点火器26、28的点火。
如图2-6所示，燃烧器18包括壳体30，该壳体30构造为加工的钣金件的多件式组件。壳体30包括呈圆筒形形状的本体32、入口装置顶盖34以及混合板36。入口装置顶盖34固定到本体32并且包围管状本体32的一端。混合板36定位在圆筒形本体32内并且固定在本体的相对端。壳体30还包括入口装置组件38。入口装置组件38包括固定到下部外壳42的上部外壳40。下部外壳42固定到本体32。第一外壳40示出为在接缝44处固定到第二外壳42。应当了解，入口装置组件38可以以由金属板进行冲压的方式构造，从而简化第一外壳40和第二外壳42的制造。在本公开的范围内还可以考虑其它的一件式或多件式入口装置组件。
导管41定位在壳体30内，并且包括穿过入口装置顶盖34的孔口45延伸的开口第一端部43。导管41的相对的第二端部47可以固定到混合板36。替代地，第二端部47可以不受支撑。环形容积49存在于壳体30的内表面55与导管41的外表面之间的空间中。
喷射器安装体46固定到入口装置顶盖34，从而提供用于喷射器24的附连机构。喷射器24的喷嘴部分52延伸到导管41中，使得雾化燃料可以在至少部分地由导管41的内圆柱形表面57限定的第一燃烧室54内喷射。喷射器24包括燃料入口58和空气入口60。当需要燃烧器工作时，经由燃料入口58喷射燃料，并且经由空气入口60提供生氧器，从而喷射雾化燃料流。第一点火器26定位在入口装置顶盖34的下游并且能够操作为使由喷射器24提供的燃料在第一燃烧室54内燃烧。容积49布置成经由延伸穿过导管41的多个孔口62与第二燃烧室61流体连通。
入口装置组件38包括接收从发动机16处供应的排气的入口装置开口70。入口装置组件38还包括与延伸穿过本体32的孔口74流体连通的出口72。从发动机16处提供的排气进入入口装置开口70、行进穿过入口装置组件38、离开出口72并进入环形容积49。一些排气通过孔口62并进入第二燃烧室61。当燃烧器18工作时，穿过孔口62行进的排气将被通过由喷射器24输入的燃料的点火所产生的火焰来加热。在排气流动的入口装置组件38中可能存在另外的未燃烧燃料。未燃烧的燃料可以在第二燃烧室61内由第二点火器28点火。
入口装置组件38的尺寸和形状构造为接收最初沿着由附图标记86表示的轴线延伸的发动机排气的流。排气穿过入口装置组件38、本体32行进并且在出口88处离开，从而沿着由附图标记90表示的轴线行进。轴线86和轴线90彼此基本平行地并且彼此偏置地延伸。这种相对定位由配备有排气后处理系统10的车辆内的其它部件支配。特别地，入口装置开口70的位置和出口88的位置由其它车辆部件的位置和容积来限定。
为了适合生产者的需求，入口装置组件38设计为使排气流相对于轴线86转动基本90度，从而进入本体32的孔口74。入口装置组件38构造成使燃烧器18两端的背压最小化。为了实现这些目的，入口装置开口70包括具有第一直径和唇部94的基本呈圆形的形状。由第一外壳40和第二外壳42限定的入口装置组件38包括唇部94下游的直径减小的颈部96。再下游处，第一外壳40包括径向向外延伸的壁部分98，该径向向外延伸的壁部分98与径向向内渐缩的壁部分100在拐点102处相交。第二外壳42包括从唇部94延伸到拐点106的径向向内延伸的壁部分104，其中在拐点106处，第二外壳42的壁108最靠近轴线86。包括拐点106或临近拐点106的凹部110形成为互补地接收本体32的基本呈圆筒形形状的部分。
如图4最好地示出的，孔口74包括基本呈椭圆形的形状。形成在第二外壳42中的出口72具有略大但是呈基本相似的椭圆形形状。第二外壳42包括围绕孔口74的接合区。如图5所示，接合区76与本体32的圆筒形形状相符合。入口装置组件38围绕本体32的外表面112周向地延伸大约105度，如角度A所示。在不背离本公开的范围的情况下，角度A可以在从85度到160度的范围内。
入口装置组件38可以经由例如在接合区76与本体32之间的界面处进行焊接的过程牢靠地固定到本体32。入口装置组件38与本体32的形状相符合，从而使燃烧器18所需的包装空间最小化，同时将排气流的方向改变到进入环形容积49和第二燃烧室61中，从而提供最优的燃烧器性能。
图4示出了从颈部96侧向向外延伸的侧壁部分114、116。侧壁部分114、116以基本为30度的角度发散。壁114、116的形状允许通过入口装置开口70的排气围绕孔口74分散，从而将均匀分布的排气流提供到第二燃烧室61中，同时使背压最小化。避免了燃烧器内的热点并且促进了燃烧器18内的最优燃烧性能。例如，入口装置组件38与喷射器24和导管41的相对位置和形状限定了第二燃烧室61内的具有适当形状和尺寸的火焰。
为了进一步有利于从入口装置开口70到出口72的平稳流动，拐点102和106基本彼此对准，这是由于这两个拐点均在唇部94下游离唇部94基本相同的距离处（图3）。拐点定位在孔口74的上游，从而确保排气流相对于轴线86偏转以与轴线86基本呈45度到90度延伸的角度进入孔口74。第一外壳40包括穹顶形状的后壁部分120，从而有助于排气流的重新定向。特别地，壁部分120的穹顶形状使得气流重新定向到进入燃烧器孔口74中。更具体地，入口装置组件38的壁的形状允许了气体在其进入燃烧器孔口74之前围绕冲压体的内壁散开。通过使气体散开，避免了对气流的限制。背压的增加被减至最小。在入口装置组件38的最下游区域处，接合区76成角度为将排气推压到孔口74中。
拐点102、106相对于孔口74的前沿122的轴向位置优化为导致排气流转向进入环形容积49和第二燃烧室61中，同时使背压最小化。特别的，拐点102、106与前沿122间隔开距离“B”表示的距离。为了实现转向功能、同时使背压最小化，距离B在孔口74的短轴尺寸的15%到55%的范围内。
入口装置组件38、本体32和导管41的形状和相对定位限定了彼此分开并重新结合的发动机排气路径。更具体地，来自内燃发动机16的排气被提供到入口装置开口70。当观察图2时，排气从左向右流动。随着排气继续穿过出口72和孔口74流动，排气通过在导管41的外表面与本体32的内表面55之间限定的环形容积49。排气流起到冷却导管41以及入口装置顶盖34和本体32的作用。随着排气流动，发动机排气的一部分沿着燃烧流动路径130行进。沿着燃烧流动路径130行进的排气流动穿过孔口62。在燃烧器工作期间，燃料和生氧器通过喷射器24供应到第一燃烧室54。第一点火器26在第一燃烧室54内产生火焰。沿着燃烧流动路径130行进的排气通过火焰加热，并且排气中携带的未燃烧的燃料可以被火焰点燃和/或在第二燃烧室61内被第二点火器28点燃。
排气的未通过孔口62的其余部分可以具有沿着旁路流动路径132行进的特征。排气在孔口62下游穿过导管41与本体32之间的容积部分49流动。穿过旁路流动路径132流动的排气冷却导管41和本体32，并且被供给到混合区域134，以便与离开燃烧流动路径130的燃烧流结合。
混合板36横过旁路流动路径132延伸，从而限制旁路流动路径132的可用的流动区域。多个细长孔口138延伸穿过混合板36从而限定出口88。出口88与轴线90同轴地布置。混合板36可以固定到壳体30的内表面。混合板36可以包括多个指状部140，从而增强湍流和温度分布。
出于示例和说明的目的提供了以上对实施方式的描述。其并非详尽的或无意于限定本公开。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定的实施方式，而是在可应用的情况下能够互换并且能够在所选取的实施方式中使用，即使没有具体地示出或描述。同一方式还可以以多种形式改变。这些变型不应当被认为偏离本公开，并且期望所有这些变型都被包括在本公开的范围内。

Claims (18)

1.一种用于处理来自发动机的排气流的排气处理装置，所述排气处理装置包括：
入口装置壳体，所述入口装置壳体具有用于接收来自发动机的排气流的入口装置开口，所述入口装置开口沿着第一轴线对准；
主壳体，所述主壳体包括圆筒形本体部分，所述圆筒形本体部分限定了沿平行于所述第一轴线延伸的第二轴线对准的排气出口和处理区域，所述入口装置壳体与所述主壳体的外表面流体连通并且固定到所述主壳体的所述外表面，所述入口装置壳体包括特型壁，所述特型壁包括与所述入口装置开口相对地定位的端部、横向于所述第一轴线延伸穿过所述壁的孔口、位于所述入口装置开口的相对两侧上的发散的侧壁部分、以及具有减小的横截面的颈部，所述颈部定位在所述入口装置开口的下游且在所述孔口的上游；以及
联接到所述主壳体并用于处理流经所述处理区域的排气的部件。
2.根据权利要求1所述的排气处理装置，其中所述孔口包括细长形状。
3.根据权利要求2所述的排气处理装置，其中所述部件包括用于将燃料喷射到所述处理区域中的喷射器。
4.根据权利要求3所述的排气处理装置，还包括用于使所述处理区域中的燃料燃烧的点火器。
5.根据权利要求4所述的排气处理装置，其中所述主壳体包括入口装置顶盖，所述入口装置顶盖固定到所述圆筒形本体部分以关闭所述主壳体的一端，所述喷射器安装到所述入口装置顶盖以沿所述第二轴线喷射燃料。
6.根据权利要求5所述的排气处理装置，其中所述特型壁的与所述孔口相对的部分包括径向向外倾斜的部分，所述径向向外倾斜的部分与径向向内倾斜的部分相交于拐点处，所述拐点沿轴向定位在所述入口装置开口的下游且在所述孔口的上游边缘的上游，以使所述排气流改变方向穿过孔口。
7.根据权利要求6所述的排气处理装置，其中所述拐点与所述孔口的所述上游边缘间隔开一距离，所述距离在所述孔口的短轴尺寸的15%到55%的范围内。
8.根据权利要求7所述的排气处理装置，还包括另一个点火器，所述另一个点火器联接到所述主壳体并且定位在前述点火器的下游，以使流经所述入口装置壳体的排气中的未燃烧燃料燃烧。
9.根据权利要求1所述的排气处理装置，其中所述入口装置壳体包括沿周边接缝固定至彼此的第一和第二冲压钢外壳。
10.一种用于处理来自发动机的排气流的排气处理装置，所述排气处理装置包括：
入口装置壳体，所述入口装置壳体具有用于接收来自发动机的排气流的入口装置开口，所述入口装置开口沿着第一轴线对准；
主壳体，所述主壳体包括圆筒形本体部分，所述圆筒形本体部分限定了沿平行于所述第一轴线延伸的第二轴线对准的排气出口和处理区域，所述入口装置壳体与所述主壳体的外表面流体连通并且固定到所述主壳体的所述外表面，所述入口装置壳体包括特型壁，所述特型壁包括与所述入口装置开口相对地定位的端部和横向于所述第一轴线延伸穿过所述壁的孔口，其中所述特型壁的与所述孔口相对的部分包括径向向外倾斜的部分，所述径向向外倾斜的部分与径向向内倾斜的部分相交于拐点处，所述拐点沿轴向定位在所述入口装置开口的下游且在所述孔口的上游边缘的上游，以使所述排气流改变方向穿过所述孔口；以及
联接到所述主壳体并用于处理流经所述处理区域的排气的部件。
11.根据权利要求10所述的排气处理装置，其中所述部件包括用于将燃料喷射到所述处理区域中的喷射器。
12.根据权利要求11所述的排气处理装置，还包括用于使所述处理区域中的燃料燃烧的点火器。
13.根据权利要求12所述的排气处理装置，其中所述主壳体包括入口装置顶盖，所述入口装置顶盖固定到所述圆筒形本体部分以关闭所述主壳体的一端，所述喷射器安装到所述入口装置顶盖以沿所述第二轴线喷射燃料。
14.根据权利要求13所述的排气处理装置，其中所述孔口包括细长形状。
15.根据权利要求14所述的排气处理装置，还包括另一个点火器，所述另一个点火器联接到所述主壳体并且定位在前述点火器的下游，以使流经所述入口装置壳体的排气中的未燃烧燃料燃烧。
16.根据权利要求10所述的排气处理装置，其中所述拐点与所述孔口的所述上游边缘间隔开一距离，所述距离在所述孔口的短轴尺寸的15%到55%的范围内。
17.根据权利要求10所述的排气处理装置，还包括固定到所述本体部分的混合板，以便混合离开所述排气处理装置的气体。
18.根据权利要求11所述的排气处理系统，还包括定位在所述主壳体内的导管，所述喷射器在所述导管内喷射燃料，通过所述入口装置壳体的排气分成从延伸穿过所述导管的孔口中通过的燃烧部分和在所述主壳体与所述导管之间流动的旁路部分。
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