CN104040125A - 用于减少重型设备的废气的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于减少重型设备的废气的装置，其能够通过进一步提供具有选择性催化还原(SCR)装置的柴油颗粒过滤器(DPF)满足强化的柴油机废气法规，并且其能够通过安装所述DPF和所述SCR装置到发动机罩框架最小化因发动机振动产生的影响。本发明包括：发动机罩框架，其安装在邻近发动机主框架的一侧以减少因发动机振动产生的影响；DPF，其一个端部被安装在所述发动机罩框架上端部与排气管的另一端连通，并且其中包括柴油氧化催化剂(DOC)以收集颗粒物；混合管，其一端与DPF另一端连通并且其一侧与注入还原剂的注入装置连通；以及SCR装置，其安装在所述发动机罩框架上端部与所述混合管的另一端部连通以加快注入的还原剂和废气中的氮氧化物(NOx)之间的还原反应。

Description

用于减少重型设备的废气的装置
技术领域
本发明涉及一种用于减少重型设备的废气的装置。更具体地说，本发明涉及一种用于减少重型设备的废气的装置，其可以通过除柴油颗粒过滤器(DPF)之外进一步提供选择性催化还原(SCR)装置满足加强的柴油机废气法规，并且通过安装柴油颗粒过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)装置到发动机罩框架最小化因发动机驱动产生的振动影响。
背景技术
一般而言，柴油机是一种使用外部空气和作为燃料的柴油燃料的混合气体作为工作流体将热能转换为机械能的装置，并且所述混合气体在气缸中爆炸燃烧变成废气以被排放到外部。在这种情况下，连接到排气口以排放废气到外部的管道对应于排气管。所述废气包括二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物、硫氧化物、硫化氢、氮氧化物、氨、臭氧和氧化剂，并且如果它们就这样被排放到大气中，会产生环境污染。然而，由于用于减少废气的柴油机和装置的技术进步，有害气体的排放量已显著减少。
然而，为了解决涉及全球变暖、大气中的臭氧浓度等环境问题，从车辆中排放的有害气体的环境标准已逐渐加强，尤其是在重型设备的情况下，有害气体排放标准已进一步加强。
因此，就包括现有技术中挖掘机的重型设备来说，为了满足作为柴油机废气法规的Tier-4Interim和Stage-IIIB，其中设置有柴油氧化催化剂(DOC)的柴油颗粒过滤器(DPF)被连接到柴油机排气口以氧化一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HF)并收集颗粒物。
然而，就未来将被加强的Tier-4Final或Stage-IV来说，减少氮氧化物(NOx)的法规被进一步加强，因此很难仅使用目前的柴油颗粒过滤器(DPF)来满足它们。
此外，与一般车辆的消音器不同，现有技术中的柴油颗粒过滤器(DPF)是笨重的，并且如果DPF是直接安装在发动机上而不管设置在其中的过滤器非常容易受到振动的事实，则柴油颗粒过滤器(DPF)的焊接部分直接受到因发动机驱动产生的振动和工作负载的影响而引起如裂缝或损坏的变形发生。
发明内容
技术问题
因此，本发明是为了解决现有技术中出现的上述问题，并且本发明实现的一个目的是提供一种用于减少重型设备的废气的装置，其可以通过除柴油颗粒过滤器(DPF)之外进一步提供选择性催化还原(SCR)装置满足加强的柴油机废气法规(减少氮氧化物)。
本发明实现的另一个目的是提供一种用于减少重型设备的废气的装置，其通过安装柴油颗粒过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)装置到发动机罩框架可以最小化因发动机驱动产生的振动影响。
技术方案
根据本发明的一个方面，用于减少废气的装置被安装到排气管的一个端部，排气管的另一端部被连接到安装在重型设备主框架上的发动机，所述装置包括发动机罩框架，其被安装在邻近发动机主框架的一侧以减少因发动机振动产生的影响；柴油颗粒过滤器(DPF)，其一个端部与排气管的另一端部连通，并且被安装在发动机罩框架上端部，其中设置有柴油氧化催化剂(DOC)，并且捕捉颗粒物；混合管，其一个端部与柴油颗粒过滤器的另一端部连通，其一侧与注入还原剂的注入装置连通；以及选择性催化还原(SCR)装置，其安装在发动机罩框架的上端部以与混合管的另一端部连通，用于加速注入的还原剂和废气中的氮氧化物(NOx)之间的还原反应。
柴油颗粒过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)装置可以是圆柱形的，可以具有彼此相对设置的半球形状的两个端部，并且可以被平行地安装到发动机罩框架上。
排气管和混合管的至少一个可以具有通过一个或多个柔性接头连接的连接部分。
发动机罩框架与柴油颗粒过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)装置的连接是通过一个固定部分实现的，固定部分包括弹性支撑构件紧固带，弹性支撑构件固定在所述发动机罩框架上端部以支撑柴油颗粒过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)装置下端部，紧固带设置在支撑构件两个端部上，用于环绕并固定柴油颗粒过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)装置的外周。
有益效果
根据本发明一个实施方式的如上述配置的用于减少重型设备的废气的装置具有以下效果。
由于除了作为用于去除氮氧化物(Nox)的还原装置的柴油颗粒过滤器(DPF)之外进一步提供选择性催化还原(SCR)装置，强化的柴油机废气法规可以被满足，并且可以防止环境污染。
此外，由于柴油颗粒过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)装置被安装在邻近发动机的发动机罩框架上端部，因发动机驱动产生的振动影响可以被最小化，从而可以提高还原装置的耐久性。
此外，由于柴油颗粒过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)装置是圆柱形的并且具有彼此相对设置的半球形状的两个端部，因在高温和高压下流入的废气产生的冲击可以被有效地缓冲，因此提高耐久性。
此外，由于排气管和混合管的至少一个具有通过至少一个柔性接头连接的连接部分，并且弹性支撑构件被设置在柴油颗粒过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)装置的下端部，因发动机驱动产生的振动可以被更有效地减少。
附图说明
图1是一个透视图，示出了根据本发明的一个实施方式的用于减少重型设备的废气的装置的安装状态；以及
图2是一个根据本发明一个实施方式的用于减少重型设备的废气的装置的分解透视图。
附图标记说明
1：用于减少重型设备的废气的装置 2：发动机
4：主框架 5：发动机舱
6：泵舱 10：排气管
11：柔性接头 100：发动机罩框架
110：固定支架 200：柴油颗粒过滤器(DPF)
300：混合管 310：注入装置
400：选择性催化还原(SCR)装置 410：排放管
500：固定部分 510：支撑构件
520：紧固带
具体实施方式
下面，将参照附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。在说明书中所限定的部件，例如具体的结构和元件，仅仅是为帮助本领域普通技术人员全面理解本发明而提供的具体细节，并且本发明并不限于以下公开的实施方式。
图1是一个透视图，示出了根据本发明的一个实施方式的用于减少重型设备的废气的装置的安装状态，并且图2是一个根据本发明一个实施方式的用于减少重型设备的废气的装置的分解透视图。
如图1和图2所示，用于减少重型设备的废气的装置1是一个减少包括在柴油机废气中的有害气体并排放废气到大气中的装置，并且可以被安装到排气管10的一个端部，排气管10的另一端部连接到安装在重型设备主框架4上的发动机2。
用于减少重型设备的废气的装置1可以主要包括发动机罩框架100、柴油颗粒过滤器(DPF)200、混合管300和选择性催化还原(SCR)装置400。
这里，发动机罩框架100是一个构成元件，其区分重型设备的发动机舱5和泵舱6并且提供空间使柴油颗粒过滤器(DPF)200和选择性催化还原(SCR)装置400可以被安装到发动机罩框架100上端部。发动机罩框架100被安装在邻近发动机2的主框架4的一侧，因此因发动机2驱动产生的振动不直接传递到发动机罩框架100。
只要发动机罩框架100具有能够执行上述功能的结构并可以被安装到主框架4上，其可以进行各种变形。
在这种情况下，发动机罩框架100可以通过螺栓紧固或焊接安装到主框架上。
当固定支架110被连接到发动机罩框架100上端部后，稍后将要描述的柴油颗粒过滤器(DPF)200和选择性催化还原(SCR)装置400可以被安装到其上面。在这种情况下，如果安装固定支架110以覆盖发动机罩框架100上端部，设置在下侧的泵舱6和发动机舱5被密封起来以彼此分开。因此，即使因泵舱6的故障或问题发生液压液泄漏，发动机也被阻止与液压液接触，因此可以防止火灾发生。
柴油颗粒过滤器(DPF)200通过设置在其内部的柴油氧化催化剂(DOC)氧化废气中的HC和CO并捕捉颗粒物PM而进行工作，因此对应于替代现有技术中的消音器的构成元件。由于柴油颗粒过滤器(DPF)200的一个端部与排气管10的另一端部连通并且被安装到发动机罩框架100上端部，其对应于从发动机2中排放的废气首先通过的还原装置。
柴油颗粒过滤器(DPF)200可以根据发动机输出功率和废气量以各种尺寸和形状进行制造。如图1和图2所示，为了有效地缓冲因在高温和高压下流入的废气产生的冲击，柴油颗粒过滤器(DPF)200优选圆柱形形状，并且具有彼此相对设置的半球形状的两个端部。即，柴油颗粒过滤器(DPF)200的横截面是椭圆形。
由于柴油颗粒过滤器(DPF)200不是安装在发动机2上而是设置在邻近发动机2的主框架4的一侧的发动机罩框架100上端部，其几乎不会受到因发动机驱动和工作负载产生的振动影响。因此，可以防止柴油颗粒过滤器(DPF)200的焊接部分或排气管10的连接部分因振动产生的如裂缝和损坏等变形。
柴油颗粒过滤器(DPF)200和发动机罩框架100上端部可以通过固定部分500彼此连接起来。固定部分500可以包括弹性支撑构件510，其被固定在发动机罩框架100上端部(具体地，固定支架110的上表面)以支撑柴油颗粒过滤器(DPF)200的下端部，以及紧固带520，其被设置在支撑构件510的两个端部上用于环绕并固定柴油颗粒过滤器(DPF)200的外周。
在这种情况下，支撑构件510具有对应于被支撑的柴油颗粒过滤器(DPF)200下端部的外周形状，并且与柴油颗粒过滤器(DPF)200密切接触。支撑构件510可以由具有弹性的耐热性合成树脂制成以减少因发动机驱动产生的振动。可以提供至少两个支撑构件510以稳定地支撑柴油颗粒过滤器(DPF)200。
可以提供一对紧固带520用于环绕并固定柴油颗粒过滤器(DPF)200的外周，并且可以通过支承构件510的两个端部的铰接连接而进行旋转。所述一对紧固带520的相互连接可以通过如螺纹啮合等各种连接方法实现。柴油颗粒过滤器(DPF)200可以通过紧固带520被牢牢固定到支撑构件510上。
另一方面，为了有效地减少因发动机驱动产生的振动并防止因热膨胀产生的变形，通过至少一个柔性接头连接的连接部分可以被设置在排气管10的一侧。优选地考虑到排气管10的长度和发动机振动的程度而提供适当数量的柔性接头。另一方面，柔性接头11可以由金属或耐热弹性体制成。
设置在柴油颗粒过滤器(DPF)200内部的柴油氧化催化剂(DOC)可以由铂(Pt)、钯(Pd)或包括它们的金属以预定比率制成，并且柴油颗粒过滤器(DPF)200的内表面可以涂有柴油氧化催化剂(DOC)以加速HC和CO的氧化。
此外，柴油氧化催化剂(DOC)可以设置在柴油颗粒过滤器(DPF)200内部，使得具有平行于废气流形成的多个通孔的蜂窝状多孔构件(催化剂基板)涂有柴油氧化催化剂(DOC)，因此与废气的接触面积可以被大大增加。通过这种方式，催化作用得到加强，并且HC和CO的氧化反应发生在很宽的范围内。因此，可以有效地减少HC和CO。
柴油颗粒过滤器(DPF)200捕捉从发动机2中排放的废气中的颗粒物PM，并且定期燃烧捕捉到的颗粒物PM以将其去除。已经通过柴油颗粒过滤器(DPF)200的废气流入混合管300.
混合管300是一个构成元件，其使柴油颗粒过滤器(DPF)200和选择性催化还原(SCR)装置400彼此连通，并且是混合管300的一侧与注入装置310连通以注入还原剂到内部的位置。混合管300是一个管形构件，其一个端部与柴油颗粒过滤器(DPF)200的另一端部连通并且另一端部与选择性催化还原(SCR)装置400连通。
在这种情况下，注入的还原剂与已经通过柴油颗粒过滤器(DPF)200的废气中的氮氧化物进行化学反应以还原氮氧化物，并且尿素或氨(NH3)可以主要用作还原剂。
在通过控制注入装置310注入尿素到混合管300内部的情况下，注入的尿素被转化为氨和水，并且氨和水与已经通过柴油颗粒过滤器(DPF)200的废气在混合管300中混合。
为了还原剂和废气的均匀混合，可以在混合管300中形成涡流生成结构(未示出)，并且注入装置310可以被连接到涡流生成结构的附近用于注入还原剂。
在混合管300中被混合的还原剂和废气流入后面将要描述的选择性催化还原(SCR)装置400。
另一方面，以与如上所述排气管10相同的方式，为了有效地减少因发动机驱动产生的振动并防止因热膨胀产生的变形，混合管300可以具有通过一个或多个柔性接头11连接到一侧的连接部分。柔性接头11可以由金属或耐热弹性体制成。
选择性催化还原(SCR)装置400是一个仅通过化学反应的选择性激活加快反应速度的装置，其中和废气混合的还原剂与废气中的氮氧化物NOx在混合管300中起化学反应以产生氮气(N2)和水(H2O)。选择性催化还原(SCR)装置400被安装到发动机罩框架100上端部以与混合管300的另一端部连通。选择性催化还原(SCR)装置400对应于二级还原装置，其去除废气中的氮氧化物，废气中的HC、CO和颗粒物PM通过柴油颗粒过滤器(DPF)200被减少。
以与柴油颗粒过滤器(DPF)200相同的方式，选择性催化还原(SCR)装置400可以根据发动机输出功率和废气量以各种尺寸和形状进行制造。为了有效地缓冲因在高温和高压下流入的废气产生的冲击，选择性催化还原(SCR)装置400优选圆柱形形状，并且具有彼此相对设置的半球形状的两个端部。即，选择性催化还原(SCR)装置400的横截面是椭圆形。
由于选择性催化还原(SCR)装置400不是安装在发动机2上而是设置在邻近发动机2的主框架4一侧的发动机罩框架100上端部，其几乎不会受到因发动机驱动和工作负载产生的振动影响。因此，可以防止选择性催化还原(SCR)装置400的焊接部分或混合管300的连接部分因振动产生的如裂缝和损坏等变形。
以与柴油颗粒过滤器(DPF)200相同的方式，选择性催化还原(SCR)装置400可以通过固定部分500被固定到发动机罩框架100上端部。在这种情况下，如图1所示，柴油颗粒过滤器(DPF)200和选择性催化还原(SCR)装置400可以彼此平行地被安装到相对于发动机罩框架100长度方向(图1中的上/下方向)的水平状态，因此发动机罩框架100上端部的空间可以被有效地利用。如上所述，柴油颗粒过滤器(DPF)200和选择性催化还原(SCR)装置400的如图1所示的设置可以变为在水平面上旋转了直角的设置。
另一方面，选择性催化还原(SCR)装置400和发动机罩框架100上端部可以通过固定部分500彼此连接起来。固定部分500可以包括弹性支撑构件510，其固定在发动机罩框架100上端部(具体地，固定支架110的上表面)以支撑选择性催化还原(SCR)装置400的下端部，以及紧固带520，其被设置在支撑构件510的两个端部上用于环绕并固定选择性催化还原(SCR)装置400的外周。
在这种情况下，支撑构件510具有对应于被支撑的选择性催化还原(SCR)装置400下端部的外周形状，并且与选择性催化还原(SCR)装置400密切接触。支撑构件510可以由具有弹性的耐热性合成树脂制成以减少因发动机驱动产生的振动。可以提供至少两个支撑构件510以稳定地支撑选择性催化还原(SCR)装置400。
可以提供一对紧固带520用于环绕并固定选择性催化还原(SCR)装置400的外周，并且可以通过连接支承构件510的两个端部的铰接连接旋转。所述一对紧固带520的相互连接可以通过如螺纹啮合等各种连接方法实现。选择性催化还原(SCR)装置400可以通过紧固带520被牢牢固定到支撑构件510上。
在选择性催化还原(SCR)装置400内部提供的催化剂可以由沸石、钒或包括它们的混合物以预定比率制成，并且选择性催化还原(SCR)装置400的内表面可以涂有催化剂以加速废气中的氮氧化物的还原反应。
此外，同样可以在选择性催化还原(SCR)装置400内部设置柴油氧化催化剂(DOC)，使得具有平行于废气流形成的多个通孔的蜂窝状多孔构件(催化剂基板)涂有柴油氧化催化剂(DOC)，因此与废气的接触面积可以被大大增加。通过这种方式，催化作用得到加强，并且废气中的氮氧化物的还原反应发生在很宽的范围内。因此，可以更加有效地减少废气中的氮氧化物。
选择性催化还原(SCR)装置400通过排放管410将其中氮氧化物已被还原的废气排放到外部。在这种情况下，排放管410优选地被设置在选择性催化还原(SCR)装置400和混合管300彼此连接侧的相对侧。
如上所述，选择性催化还原(SCR)装置400可以减少有害气体，例如通过还原剂的媒介加速废气中氮氧化物(NOx)的还原反应以减少氮氧化物。
如上所述，根据本发明的用于减少重型设备的废气的装置1，由于除作为通常使用的还原装置以有效去除氮氧化物(Nox)的柴油颗粒过滤器(DPF)200之外进一步提供选择性催化还原(SCR)装置400，强化的柴油机废气法规可以被满足，并且可以预防环境污染。
此外，由于例如被安装到发动机罩框架100上端部的柴油颗粒过滤器(DPF)200和选择性催化还原(SCR)装置400、形成在排气管10和混合管300的侧面的柔性接头11以及弹性支撑构件510等构成元件彼此有机结合，因发动机驱动产生的振动影响可被最小化，因此废气减少装置1的耐久性得以大大提高。
此外，由于柴油颗粒过滤器(DPF)200和选择性催化还原(SCR)装置400是圆柱形的并且具有彼此相对设置的半球形状的两个端部，因在高温和高压下流入的废气产生的冲击可以有效地被缓冲，从而提高耐久性。
工业应用性
从上面的描述可以清楚的看出，根据用于减少重型设备的废气的装置，通过除柴油颗粒过滤器(DPF)之外进一步提供选择性催化还原(SCR)装置，强化的柴油机废气法规可以被满足，并且通过提供各种防振装置，例如安装柴油颗粒过滤器(DPF)和选择性催化还原(SCR)装置到发动机罩框架，可以最小化因发动机驱动产生的振动影响。

Claims (4)

1.一种用于减少废气的装置，其被设置在排气管的一个端部，排气管的另一端部被连接到安装在重型设备的主框架上的发动机，所述装置包括：
发动机罩框架，其被安装在邻近发动机的所述主框架的一侧，以减少因发动机振动产生的影响；
柴油颗粒过滤器(DPF)，其一个端部与所述排气管的另一端部连通并且被安装到所述发动机罩框架的上端部，其中设置有柴油氧化催化剂(DOC)，并且捕捉颗粒物；
混合管，其一个端部与所述柴油颗粒过滤器的另一端部连通，其一侧与注入还原剂的注入装置连通；以及
选择性催化还原(SCR)装置，其安装在所述发动机罩框架的上端部以与所述混合管的另一端部连通，用于加速注入的还原剂和废气中的氮氧化物(NOx)之间的还原反应。
2.如权利要求1所述的用于减少废气的装置，其中所述柴油颗粒过滤器(DPF)和所述选择性催化还原(SCR)装置是圆柱形的，具有彼此相对设置的半球形状的两个端部，并且被平行地安装到所述发动机罩框架上。
3.如权利要求2所述的用于减少废气的装置，其中所述排气管和所述混合管的至少一个具有通过一个或多个柔性接头连接的连接部分。
4.如权利要求3所述的用于减少废气的装置，其中所述发动机罩框架与所述柴油颗粒过滤器(DPF)和所述选择性催化还原(SCR)装置的连接是通过一个固定部分实现的，所述固定部分包括弹性支撑构件和紧固带，所述弹性支撑构件固定在所述发动机罩框架上端部以支撑所述柴油颗粒过滤器(DPF)和所述选择性催化还原(SCR)装置下端部，所述紧固带设置在所述支撑构件两个端部上，用于环绕并固定所述柴油颗粒过滤器(DPF)和所述选择性催化还原(SCR)装置的外周。
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