CN103573348A - 用于内燃发动机的排气处理系统 - Google Patents

用于内燃发动机的排气处理系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103573348A
CN103573348A CN201310381179.5A CN201310381179A CN103573348A CN 103573348 A CN103573348 A CN 103573348A CN 201310381179 A CN201310381179 A CN 201310381179A CN 103573348 A CN103573348 A CN 103573348A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fluid
exhaust gas
exhaust
gas treatment
hose
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310381179.5A
Other languages
English (en)
Inventor
C·E·索尔布里格
O·N·亚纳基夫
P·赫布尔
E·W·丹尼斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/959,042 external-priority patent/US20140041370A1/en
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN103573348A publication Critical patent/CN103573348A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9431—Processes characterised by a specific device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/90—Injecting reactants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F01N3/0253—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust adding fuel to exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/206—Ammonium compounds
    • B01D2251/2062—Ammonia
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03—Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

本发明涉及用于内燃发动机的排气处理系统，其包括排气气体管道，其被构造成接收来自内燃发动机的排气气体并且将排气气体输送到排气处理装置。流体输送系统被置于排气处理装置的上游并且被构造成向其输送流体。其包括流体喷射器、流体管、控制器和管内的开口，其中该流体管与所述流体喷射器流体连通并且径向延伸到排气气体管道内以便接收来自流体喷射器的喷嘴尖端的流体，该控制器被构造成给流体喷射器充能以便将流体输送到流体管，所述开口被置于越过排气气体管道内的排气气体流的边界层以用于将流体释放到排气气体流中。

Description

用于内燃发动机的排气处理系统
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2012年8月8日提交的美国专利申请序列号61／680,826的优先权，其全部内容并入本文以供参考。
技术领域
本发明的示例性实施例涉及用于内燃发动机的排气处理系统，并且更具体地涉及能够完全混合和汽化进入排气气体流内的被喷射流体以改进其性能的排气处理系统。
背景技术
内燃发动机的制造商必须满足顾客要求且同时遵守用于减少排放和改进燃料经济性的各种政府法规。一种改进燃料经济性的方法的例子是以处于稀贫化学计量比(过量氧)的空燃比来运转发动机。这种稀燃发动机的示例包括压缩点火发动机(柴油发动机)和稀燃火花点火发动机。然而，虽然稀燃发动机可以改进燃料经济性，但是从这样的发动机，特别是从柴油发动机排出的排气气体会是异质混合物，其包括气态排放物，例如一氧化碳(“CO”)、未燃烧碳氢化合物(“HC”)和氮的氧化物(“NOx”)，以及构成微粒物(“PM”)的凝聚相物质(液体和固体)。在各种排气系统装置中提供通常被置于催化剂支撑件或基体上的催化剂成分以便将这些排气组分中的某些或全部转化成非管制排气气体成份。
用于高水平的微粒物减少(特别是在柴油发动机中)的排气处理技术是柴油微粒过滤器(“DPF”)装置。存在用于DPF装置中的多种已知过滤器结构，其在从发动机排气气体去除微粒物方面呈现高效性，例如陶瓷蜂窝壁流动过滤器、缠绕或填充纤维过滤器、开孔泡沫过滤器、烧结金属泡沫等等。在汽车应用中已经在实践中显著地接受了陶瓷壁流动过滤器。
过滤器是用于从排气气体去除微粒的结构，并且因此，被过滤的微粒物的累积将最终具有增加发动机所经历的排气系统背压的效果。背压的这种增加将最终对发动机性能和燃料经济性产生负面影响。为了解决微粒物的累积导致的排气系统背压增加的问题，DPF装置被周期性地清洁或再生。在车辆应用中的DPF装置的再生通常是自动的，并且基于发动机和排气系统传感器所接收的信号由发动机或其他控制器来执行。再生事件通常包括将DPF装置的温度升高到通常600C之上的水平，以便燃烧累积的微粒，从而清洁DPF装置。
一种产生用于DPF装置的再生的在排气系统中所需的温度的方法是将未燃烧HC(通常是原料燃料的形式)输送到被置于DPF装置上游的氧化催化剂(“OC”)装置。OC装置通常承载氧化催化剂化合物，其有助于在升高排气气体温度的放热事件中氧化HC。被加热的排气气体向下游行进到DPF装置，在此其燃烧被捕集在其内的微粒。通常使用类似于发动机中所用的燃料喷射器的喷射装置来实现向排气处理系统中喷射燃料。对于排气系统设计者的共同的挑战在于，以允许HC完全散开的方式在OC装置的上游喷射HC以便利用全部OC来氧化并且完全汽化从而在其穿过OC装置时完全燃烧。
因此，希望的是提供一种HC输送系统，其实现被喷射到排气气体处理系统的排气气体内的流体的基本均匀混合、分布和汽化。
发明内容
在示例性实施例中，用于内燃发动机的排气处理系统包括排气气体管道，其被构造成接收来自内燃发动机的排气气体并且将排气气体输送到排气处理装置。流体输送系统被置于排气处理装置的上游并且被构造成向其输送流体。流体输送系统包括流体喷射器、流体管、控制器和管内的开口，其中该流体管与所述流体喷射器流体连通并且径向延伸到排气气体管道内以便接收来自流体喷射器的喷嘴尖端的流体，该控制器被构造成给流体喷射器充能以便将流体输送到流体管，该开口被设置成越过排气气体管道内的排气气体流的边界层以用于将流体释放到排气气体流中。
本发明还提供了以下技术方案。
方案1.一种用于内燃发动机的排气处理系统，所述排气处理系统包括：
排气气体管道，所述排气气体管道被构造成接收来自所述内燃发动机的排气气体并且将所述排气气体输送到排气处理装置；
流体输送系统，所述流体输送系统被置于所述排气处理装置的上游并且被构造成向所述排气处理装置输送流体，所述流体输送系统包括：
流体喷射器；
流体管，所述流体管与所述流体喷射器流体连通并且延伸到所述排气气体管道内以便从所述流体喷射器的喷嘴尖端接收流体；
控制器，所述控制器被构造成给所述流体喷射器充能以便将流体输送到所述流体管；和
在所述管内的开口，所述开口居中地位于所述排气气体管道中的排气气体流内以将所述流体释放到所述排气气体流中。
方案2.根据方案1所述的排气处理系统，所述排气处理装置包括氧化催化剂，并且所述流体包括未燃烧碳氢化合物。
方案3.根据方案1所述的排气处理系统，所述排气处理装置包括选择性催化还原装置，并且所述流体包括氨(“NH3”)还原剂。
方案4.根据方案1所述的排气处理系统，所述流体管在直径上延伸经过所述排气气体管道的直径，具有与所述排气气体管道连通的第二端。
方案5.根据方案4所述的排气处理系统，包括第二流体喷射器，所述第二流体喷射器与所述流体管的所述第二端连通以便将流体输送到所述流体管。
方案6.根据方案1所述的排气处理系统，其中所述流体喷射器是流体汽化器。
方案7.根据方案1所述的排气处理系统，还包括位于沿所述管的长度的多个位置的多个开口。
方案8.根据方案7所述的排气处理系统，还包括被构造成允许所述排气气体进入所述流体管并夹带所述流体的面向上游开口以及被构造成用于燃料和排气气体流动离开所述流体管的面向下游的面向下游开口。
方案9.根据方案1所述的排气处理系统，其中所述流体管径向延伸到所述排气气体管道内。
方案10.根据方案1所述的排气处理系统，其中所述管内的所述开口居中地定位成越过所述排气气体管道内的排气气体流的边界层。
方案11.一种流体输送系统，所述流体输送系统被构造成经由排气气体管道将流体输送到排气处理装置，所述流体输送系统包括：
流体喷射器；
流体管，所述流体管与所述流体喷射器流体连通并且延伸到所述排气气体管道内以便从所述流体喷射器的喷嘴尖端接收流体；
控制器，所述控制器被构造成给所述流体喷射器充能以便将流体输送到所述流体管；和
在所述管内的开口，所述开口居中地位于所述排气气体管道内以将所述流体释放到所述排气气体管道中。
方案12.根据方案11所述的流体输送系统，其中所述流体管在直径上延伸经过所述排气气体管道的直径，具有与所述排气气体管道连通的第二端。
方案13.根据方案12所述的流体输送系统，包括第二流体喷射器，所述第二流体喷射器与所述流体管的所述第二端连通以便将流体输送到所述流体管。
方案14.根据方案11所述的流体输送系统，其中所述流体喷射器是流体汽化器。
方案15.根据方案11所述的流体输送系统，还包括位于沿所述管的长度的多个位置的多个开口。
方案16.根据方案15所述的流体输送系统，还包括被构造成允许所述排气气体进入所述流体管并夹带所述流体的面向上游开口以及被构造成用于燃料和排气气体流动离开所述流体管的面向下游的面向下游开口。
方案17.根据方案11所述的流体输送系统，其中所述流体管径向延伸到所述排气气体管道内。
方案18.根据方案11所述的流体输送系统，其中所述管内的所述开口居中地定位成越过所述排气气体管道内的排气气体流的边界层。
当结合附图时从本发明的下述具体描述中将显而易见到本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。
附图说明
图1是实现本发明特征的发动机和排气处理系统的示意图；
包括图2A-2H的图2是实现本发明特征的包括流体管的示例的图1的排气系统的放大部分；
图3是示出本发明流动特性和其他特征的流动图；
图4是实现本发明特征的流体管的另一示例；
图5是实现本发明特征的流体管的另一示例；
图6是实现本发明特征的流体管的另一示例；
图7是实现本发明特征的流体管的另一示例；
图8是示出本发明的流动特性和其他特征的流动图；以及
图9是实现本发明特征的喷射器和流体管的部分剖视图。
具体实施方式
下述描述实质上仅是示例性的并且不试图限制本公开、其应用或使用。应该理解，贯穿附图，对应附图标记指代同样的或对应的零件和特征。
参考图1，本发明的示例性实施例涉及排气气体处理系统10，其用于减少从内燃发动机(例如柴油发动机12)排出的被管制排气气体组分。应该意识到，柴油发动机12仅仅是示例性的，并且描述的发明能够被实现在需要排气气体微粒过滤器的各种发动机系统中。为了便于描述，将在柴油发动机12的背景下讨论本公开。
排气气体处理系统10包括排气气体管道14，其可以包含多个节段，该排气气体管道14用于将排气气体16从柴油发动机12运输到排气气体处理系统的各种排气气体处理装置。在示例性实施例中，排气处理装置可以包括第一氧化催化剂装置(“OC1”)18。OC118可以包括流通型金属或陶瓷单体基体20，其被包裹在膨胀毡(未示出)内从而固定并隔离该基体20，当被加热时该膨胀毡膨胀。基体20被封装在具有与排气气体管道14流体连通的入口和出口的刚性壳或罐内。基体20具有被置于其上的氧化催化剂化合物(未示出)。氧化催化剂化合物可以被应用作为载体涂层(washcoat)并且可以包含铂族金属，例如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或其他适当的氧化催化剂，或其组合。OC1 18有益于处理未燃烧气态和非挥发性HC和CO，其被氧化以形成二氧化碳和水。
选择性催化还原装置(“SCR”)22可以被置于OC1 18的下游。以与OC1类似的方式，SCR22也可以包括流通型陶瓷或金属单体基体24，其被包裹在膨胀毡(未示出)内从而固定并隔离该基体24，当被加热时该膨胀毡膨胀。基体24被封装在具有与排气气体管道14流体连通的入口和出口的刚性壳或罐内。基体24具有被施加于其上的SCR催化剂成分(未示出)。SCR催化剂成分优选地包含沸石以及一种或更多种贱金属(基底金属)成份，例如铁(“Fe”)、钴(“CO”)、铜(“Cu”)或钒(“V”)，其能够有效地操作从而在存在诸如氨(“NH3”)还原剂26的情况下转化排气气体16中的NOx组分。通过管道30从还原剂供应箱28供应的NH3还原剂26可以使用将在下文描述的流体输送系统32在SCR22上游的部位处被喷射到排气气体管道14内。当被流体输送系统32输送到排气气体16时，还原剂可以是液体或含水尿素溶液的形式。混合器或紊流器50也可以被置于排气管道14内，在下游紧邻于流体输送系统以便进一步有助于还原剂26和排气气体16的完全混合。
在一种示例性实施例中，排气气体过滤器组件，在这个案例中是柴油微粒过滤器装置(“DPF”)34，被置于排气气体处理系统10内、在SCR22的下游并且操作成过滤排气气体16的碳和其他微粒。可以使用陶瓷壁流动型单体过滤器36来构造DPF34，该过滤器36被包裹在固定并隔离该过滤器36的绝缘毡内。过滤器36可以被封装在具有与排气气体管道14流体连通的入口和出口的刚性壳或罐内。进入过滤器36的排气气体16被引导成迁移穿过相邻的纵向延伸壁(未示出)并且其通过这种壁流动型机构来过滤排气气体16的碳和其他微粒。被过滤的微粒被沉积在过滤器36内，并且随时间流逝将具有使柴油发动机12所经历的排气气体背压增加的效果。应该意识到，陶瓷壁流动型单体过滤器36实质上仅仅是示例性的，并且DPF34可以包括其他过滤器装置，例如缠绕或填充纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属过滤器等等。
在示例性实施例中，由于微粒物的累积所导致的排气背压的增加需要DPF34被周期性地清洁或再生。再生包括在通常是高温(>600℃)和过量氧的环境中氧化或者燃烧累积的碳和其他微粒。为了再生目的，第二氧化催化剂装置(“OC2”)38可以被置于过滤器36的上游、接近其上游端。在图1所示的实施例中，OC238是流通型金属或陶瓷单体基体40，其被包裹在膨胀毡(未示出)内从而固定并隔离该基体40，当被加热时该膨胀毡膨胀。基体40被封装在DPF34的罐内。基体40具有被置于其上的氧化催化剂化合物(未示出)。氧化催化剂化合物可以被应用作为载体涂层(wash coat)并且可以包含铂族金属，例如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或其他适当的氧化催化剂，或其组合。虽然所述实施例包括被置于DPF34的罐内的OC238，但是可以想到，根据封装和其他系统约束，OC238也可以被置于位于DPF34上游的独立罐(未示出)内。在另一实施例中，OC238和DPF36也可以在共同的或单独的罐内，并且位于相对于发动机涡轮增压器或排气管道14与位于OC2／DPF下游的SCR催化剂24紧密联接的位置。
将要在下文中描述的流体输送系统42被置于DPF34的上游、与排气气体管道14内的排气气体16流体连通。通过燃料管道48与燃料供应箱46内的HC流体44流体连通的流体输送系统42被构造成将未燃烧HC流体44(原料燃料)引入到排气气流内以便输送到与DPF34关联的OC238。混合器或紊流器50也可以被置于排气管道14内，在下游紧邻于流体输送系统42，以便进一步有助于HC和排气气体16的完全混合、散开、汽化和分布。
诸如车辆控制器52的控制器例如被可操作地连接到排气气体处理系统10并且通过与多个传感器的信号通信来监测该排气气体处理系统10。如本文使用的，术语“控制器”可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或成组)和存储器、组合逻辑电路和／或提供上述功能的其他适当部件。在示例性实施例中，位于DPF34上游或在OC38和紊流器50之间的背压传感器54产生指示在陶瓷壁流动型单体过滤器36内加载的碳和微粒的信号。该压力传感器54也可以是其下游部分位于DPF36之后的德尔塔压力(delta pressure)型传感器。在确定了DPF内的微粒负载(其可以由背压已经到达表明需要再生DPF34的预定水平的信号来确定)时，控制器52激活流体输送系统42将HC流体44输送到排气气体管道14内以与排气气体16混合。燃料／排气气体混合物进入OC238，引起排气气体16内的HC流体44的氧化并且使排气气体温度升高到适于再生过滤器36内的碳和微粒物的水平(例如>600℃)。控制器52可以通过温度传感器56监视OC238和陶瓷壁流动型单体过滤器36内的放热氧化反应的温度，并且根据许多因素(例如OC38上游的温度、排气质量流速16等等)调节流体输送系统42的HC输送速率以便维持预定温度。
现在参考图2和图3，并继续参考图1，现在将具体描述流体输送系统32和42。为简化描述，下述讨论将关注于HC流体输送系统42，不过应该理解所述描述也可以等同地应用到通过流体输送系统32将NH3还原剂输送到排气气体处理系统10。在示例性实施例中，排气处理系统10的放大部分示出了与DPF装置34的入口端60相邻的排气气体管道14，在上述示例性实施例中该DPF装置34装纳恰位于陶瓷壁流动型单体过滤器36上游的OC238。在所示实施例中，流体输送系统42包括至少一个HC雾化器62，其被安装在排气气体管道14的开口内。可以是喷射器、汽化器或泵的HC雾化器62与径向延伸到排气气体管道14内的流体管64流体连通，并且通过HC雾化器62的喷嘴尖端66接收雾化HC流体44。在示例性实施例中，可以存在一个以上的喷嘴尖端。在确定DPF装置34的陶瓷壁流动型单体过滤器36需要再生时，通过控制器52给HC雾化器62充能。HC流体44进入流体管64并且由于该管在排气气体流内的放置而被加热，这有助于HC流体44的汽化。另外，燃料穿过流体管并且经过靠近排气气体管道14的外周界68的排气气体16的较慢运动边界层，并且被置于排气气体16内有益于良好混合和各种排气流动条件的部位。在一种实施例中，HC流体44从居中位于管道14内的位置进入排气气体16。
HC流体开70A、70B在沿流体管64的长度的各个位置处被置于流体管64内。这些开口70A、70B可以面向上游开放到排气气体16的迎面流动(oncoming flow)、面向下游背离于排气气体流动或者它们可以被置于与排气气体流动相切的取向。可以通过具体发动机12和排气处理系统10的排气流速(即速度、流动体积)以及放置流体管64的位置处排气气体管道14的构造(即直径等)来确定HC流体开口70A、70B的数量和放置。面向上游开口70A允许排气气体16进入流体管64并且夹带HC流体44流出面向下游开口70B，例如图2A、B、C、D、F、G、H。如图2E，纯下游(downstream only)开口70B利用围绕流体管64的流动所产生的真空将HC流体44蒸汽拉入或抽吸到绕流体管64流动的排气气体16内，不过HC流体44蒸汽主要被来自雾化器的燃料流诱发成流入排气气体管道14内，并且排气内的温度导致HC流体44蒸发并显著膨胀。如图2A、B、F、G、H和图3所示，沿流体管64的长度分布的一系列HC流体开口70A、70B将允许HC流体44蒸汽基本均匀分布于排气气体管道14的直径，并且因此基本均匀分布于排气气体流16。在一种实施例中，HC流体44蒸汽分布于排气气体流16的中心部分。应该意识到，更加居中地会聚在排气气体管道14的中心线附近的HC流体开口70A、70B将使得HC流体44散布到排气气体流16的最高速度部分内。还可以通过针对具体应用选择的混合器50的类型、数量和位置以及气体管道14的直径(面积)(这可以是沿其长度可变的)以及流体管64距OC38的距离来确定使用哪种管设计。
再次参考图2，燃料管64可以延伸经过排气气体管道14的整个直径或者仅延伸经过其一部分。在管延伸经过排气气体管道的整个直径的这种情况下，可以选择添加第二HC雾化器62和喷嘴尖端66，在图2A、B、C、D、E和F中其处于与第一HC雾化器62和喷嘴尖端66相对的端部或远端。在这样的情况下，在再生期间向控制器52提供进一步的燃料控制或决定。然而，如图2G和H所示使得燃料管64仅部分延伸经过排气气体管道的直径，可能存在成本或设计优点。在这样的情况下，一个HC雾化器62和喷嘴尖端66被用于将燃料输送到流过排气气体管道14的排气气流16。
现在参考图4-7，并继续参考图1，现在将具体描述流体输送系统32和42的另一示例性实施例。类似地，为简化描述，下述讨论将关注于HC流体输送系统42，不过应该理解所述描述也等同地应用到将NH3还原剂输送到排气气体处理系统10。在示例性实施例中，如图2所示，排气气体管道14可以邻近DPF装置34的入口端60，该DPF装置34装纳恰位于陶瓷壁流动型单体过滤器36上游的OC238。在所示实施例中，流体输送系统42包括至少一个HC雾化器80，其以已知方式被安装在排气气体管道14的开口内。HC喷射器80与流体管64的燃料通路86(图4-7)流体连通。当确定DPF装置34的陶瓷壁流动型单体过滤器36需要再生而通过控制器52给喷射器充能时，燃料通路86接收喷射的HC流体44。燃料通路86可以被钻孔进入实心流体管64内且具有交叉出口部分87，所述出口部分也在沿其长度的各个位置处被钻孔。一旦HC流体44进入流体管64内的燃料通路86，则由于流体管64在排气气体流内的布置，HC流体44被加热，这有助于HC流体44的汽化。另外，燃料穿过流体管64内的燃料通路并且经过排气气体管道14的外周界68(图3)附近的排气气体16的较慢运动边界层。在示例性实施例中，具有多个通路86(图5、6和7)提供了更好地分布来自喷嘴尖端66的HC流体44的优点。
燃料通路86在沿流体管64的长度的各种位置开口，如图5-7。流体通路86可以面向上游开放到排气气体16的迎面流动、面向下游背离于排气气体16的流动或者它们可以被置于与排气气体流动相切的取向。通过具体发动机12和排气处理系统10的排气流速(即速度、流动体积)以及放置流体管64的位置处排气气体管道14的构造(即直径等)来确定流体通路86的数量和放置。关于使用哪种管设计的决定还将匹配于针对具体应用选择的混合器50的类型、数量和位置以及气体管道14的直径(面积)(这可以是沿其长度可变的)以及流体管64距OC38的距离。
如图5-7所示，沿流体管64的长度开口的一系列流体通路86将允许HC流体44均匀分布于排气气体管道的直径并且因此基本均匀分布于排气气体流14。应该意识到如图4所示更加居中地会聚在排气气体管道14的中心线附近的燃料开口将使得HC流体44散布到排气气体流16的最高速度部分内。
现在参考图8，能够看出流体管64对排气气体流16的流动的影响。随着排气气体流过流体管64，产生湍流尾流区域88。在燃料管64包括面向下游或切向方向的HC流体开口或流体通路的情况下，由于额外的湍流以及因气体临时减慢而导致的气体驻留时间，在尾流区域88内有助于额外的燃料混合。可以想到，如图8所示，可以使用不同流体管横截面89A-89D。管64的直径将针对应用被选择成增强排气管道14区域和排气流动范围有关的这种效果。
现在参考9，在示例性实施例中，排气轴套(exhaust boss)90在外部被固定到排气管道14并且限定通孔92以用于流体通达到排气气体流16。流体管64通过孔92被插入通过排气轴套90并且通过扩缘上端94被支撑在通孔92内。扩缘上端94接收HC雾化器62的喷嘴尖端66或HC喷射器80的喷射器尖端82并且随后通过拧入排气轴套90中的压紧螺母96被锁定就位。
在示例性实施例中，可以基于发动机12的类型以及排气气体处理系统10的所需性能特征来改变从雾化器62和燃料管64到OC38的距离、管的设计以及混合器50的设计位置和数量。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，不过本领域技术人员将理解在不背离本发明范围的情况下可以做出各种修改并且可以使用等价物来替代其中的元件。此外，在不背离本发明实质性范围的情况下可以做出许多改型来适应本发明教导的具体情况或材料。因此，本发明不试图被限制于所公开的具体实施例，而是本发明将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于内燃发动机的排气处理系统，所述排气处理系统包括：
排气气体管道，所述排气气体管道被构造成接收来自所述内燃发动机的排气气体并且将所述排气气体输送到排气处理装置；
流体输送系统，所述流体输送系统被置于所述排气处理装置的上游并且被构造成向所述排气处理装置输送流体，所述流体输送系统包括：
流体喷射器；
流体管，所述流体管与所述流体喷射器流体连通并且延伸到所述排气气体管道内以便从所述流体喷射器的喷嘴尖端接收流体；
控制器，所述控制器被构造成给所述流体喷射器充能以便将流体输送到所述流体管；和
在所述管内的开口，所述开口居中地位于所述排气气体管道中的排气气体流内以将所述流体释放到所述排气气体流中。
2.根据权利要求1所述的排气处理系统，所述排气处理装置包括氧化催化剂，并且所述流体包括未燃烧碳氢化合物。
3.根据权利要求1所述的排气处理系统，所述排气处理装置包括选择性催化还原装置，并且所述流体包括氨(“NH3”)还原剂。
4.根据权利要求1所述的排气处理系统，所述流体管在直径上延伸经过所述排气气体管道的直径，具有与所述排气气体管道连通的第二端。
5.根据权利要求4所述的排气处理系统，包括第二流体喷射器，所述第二流体喷射器与所述流体管的所述第二端连通以便将流体输送到所述流体管。
6.根据权利要求1所述的排气处理系统，其中所述流体喷射器是流体汽化器。
7.根据权利要求1所述的排气处理系统，还包括位于沿所述管的长度的多个位置的多个开口。
8.根据权利要求7所述的排气处理系统，还包括被构造成允许所述排气气体进入所述流体管并夹带所述流体的面向上游开口以及被构造成用于燃料和排气气体流动离开所述流体管的面向下游的面向下游开口。
9.根据权利要求1所述的排气处理系统，其中所述流体管径向延伸到所述排气气体管道内。
10.一种流体输送系统，所述流体输送系统被构造成经由排气气体管道将流体输送到排气处理装置，所述流体输送系统包括：
流体喷射器；
流体管，所述流体管与所述流体喷射器流体连通并且延伸到所述排气气体管道内以便从所述流体喷射器的喷嘴尖端接收流体；
控制器，所述控制器被构造成给所述流体喷射器充能以便将流体输送到所述流体管；和
在所述管内的开口，所述开口居中地位于所述排气气体管道内以将所述流体释放到所述排气气体管道中。
CN201310381179.5A 2012-08-08 2013-08-08 用于内燃发动机的排气处理系统 Pending CN103573348A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261680826P 2012-08-08 2012-08-08
US61/680826 2012-08-08
US13/959,042 US20140041370A1 (en) 2012-08-08 2013-08-05 Exhaust Treatment System for Internal Combustion Engine
US13/959042 2013-08-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103573348A true CN103573348A (zh) 2014-02-12

Family

ID=49999401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310381179.5A Pending CN103573348A (zh) 2012-08-08 2013-08-08 用于内燃发动机的排气处理系统

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN103573348A (zh)
DE (1) DE102013215632A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105822400A (zh) * 2015-01-26 2016-08-03 卡特彼勒公司 流搅拌器
CN107109993A (zh) * 2014-12-31 2017-08-29 康明斯排放处理公司 紧凑的侧式出入口排气后处理系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020101134A1 (de) 2020-01-20 2021-07-22 Eberspächer Exhaust Technology GmbH Gas/Gas-Mischer zum Einleiten von Gas in den Abgasstrom einer Brennkraftmaschine
WO2024112898A1 (en) * 2022-11-22 2024-05-30 Purem Novi, Inc. Thermal enhancer for exhaust aftertreatment apparatus

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060191254A1 (en) * 2005-02-28 2006-08-31 Caterpillar Inc. Exhaust gas mixing system
US20100146942A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-17 Andreas Mayr Exhaust system of an internal combustion engine
US20110067386A1 (en) * 2009-09-22 2011-03-24 Gm Global Technology Operations, Inc. Oxidizing Particulate Filter
US20110265455A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Ammonia burning internal combustion engine
WO2011156496A2 (en) * 2010-06-09 2011-12-15 Okamoto Sean T Extraction of hot gas for reagent vaporization and other heated gas systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060191254A1 (en) * 2005-02-28 2006-08-31 Caterpillar Inc. Exhaust gas mixing system
US20100146942A1 (en) * 2008-12-16 2010-06-17 Andreas Mayr Exhaust system of an internal combustion engine
US20110067386A1 (en) * 2009-09-22 2011-03-24 Gm Global Technology Operations, Inc. Oxidizing Particulate Filter
US20110265455A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Ammonia burning internal combustion engine
WO2011156496A2 (en) * 2010-06-09 2011-12-15 Okamoto Sean T Extraction of hot gas for reagent vaporization and other heated gas systems

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107109993A (zh) * 2014-12-31 2017-08-29 康明斯排放处理公司 紧凑的侧式出入口排气后处理系统
CN107109993B (zh) * 2014-12-31 2019-08-20 康明斯排放处理公司 紧凑的侧式出入口排气后处理系统
CN105822400A (zh) * 2015-01-26 2016-08-03 卡特彼勒公司 流搅拌器
CN105822400B (zh) * 2015-01-26 2020-04-03 卡特彼勒公司 流搅拌器

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013215632A1 (de) 2014-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8621846B2 (en) Gas/liquid mixing device for diesel exhaust aftertreatment
US10533477B2 (en) Integrated exhaust treatment device having compact configuration
US9238991B2 (en) Internal combustion engine and exhaust aftertreatment system
US8091341B2 (en) Exhaust gas purification method and exhaust gas purification system
US8959900B2 (en) Exhaust aftertreatment system for internal combustion engine
US8365517B2 (en) Apparatus and method for regenerating an exhaust filter
CN103089380B (zh) 电加热的NOx吸附剂催化剂
US8707684B2 (en) Control method and apparatus for regenerating a particulate filter
CN105041430A (zh) 用于排气后处理系统的一体式混合系统
US8763369B2 (en) Apparatus and method for regenerating an exhaust filter
US8800265B2 (en) Exhaust gas treatment system for an internal combustion engine
US8756917B2 (en) Control apparatus for temperature excursions within an exhaust gas treatment system
JPH11166410A (ja) 排ガス浄化装置
US20110067386A1 (en) Oxidizing Particulate Filter
CN106030063A (zh) 废气后处理系统
CN103161546A (zh) 用于NOx储存的选择性催化还原(SCR)系统
US9605573B2 (en) System and method for gas/liquid mixing in an exhaust aftertreatment system
CN102817674A (zh) 电加热的碳氢化合物（hc）吸附剂
CN103573348A (zh) 用于内燃发动机的排气处理系统
US20170074140A1 (en) Gas/liquid mixing device for exhaust aftertreatment
US20140041370A1 (en) Exhaust Treatment System for Internal Combustion Engine
JP6593083B2 (ja) 排気浄化装置
JP2007205308A (ja) 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
JP2006266129A (ja) 排気ガス浄化システム
JP2019536938A (ja) 混合用ガスを排気ラインに注入する装置及び方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140212