CN104564262B - 降低排气后处理系统中还原剂沉淀物形成的系统和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低排气后处理系统中还原剂沉淀物形成的系统和装置，在排气流道内设置导向装置，该导向装置位于进入所述排气流道的还原剂开口上游，该导向装置用于将排气流导入所述还原剂开口中并环绕所述导向装置，以有效混合排气流和通过所述还原剂开口提供的还原剂，从而降低还原剂沉淀物的形成。

Description

降低排气后处理系统中还原剂沉淀物形成的系统和装置
技术领域
本发明涉及内燃机，特别是柴油机的排气后处理系统。
背景技术
一般的内燃机的调制系统通常包括用于控制排气系统排放量的选择性催化还原(Selective catalytic reduction，简称SCR)排气后处理系统。SCR系统通常包括连接泵和定量加料器的还原剂储存罐，定量加料器把还原剂喷射到与SCR催化剂相混合的排气流中，使之发生反应从而减少NOx的排放。即使在正常的工作条件下，喷射到排气流中的还原剂会在一段时间内导致多余还原剂的沉淀，而且，多余的还原剂就会堆积在喷射还原剂的地方。因此，进一步改善排气后处理系统从而减少还原剂沉淀物的形成是有必要的。
发明内容
本发明提供了一种特别的系统和装置以减少还原剂在排气系统中所生成的沉淀，该排气系统引导至少一部分排气流向排气后处理系统的一个还原剂开口。该概述的目的不是确定关键或重要的要求保护的主题特征，也不是用来作为限制所要求保护的主题范围的援助。进一步的实施例、形式、对象、特点、优点和效果方面应当从下面的说明和图纸变得明显。该概述介绍了在以下各具体实施方式中进一步阐述的概念选择。
附图说明
图1是本发明实施例提供的包括发动机和排气后处理的系统示意图；
图2是本发明实施例提供的排气后处理设备的结构示意图；
图3A-3B分别是本发明一实施例提供的排气流导向装置和安装于排气后处理设备之出口上的导向装置的结构图；
图4A-4B分别是本发明另一实施例提供的排气流导向装置和安装于排气后处理设备出口上的导向装置的结构图。
具体实施方式
为了促进对本发明原理的理解之目的，在具体实施方式的附图中将提供参考信息并使用特定的语言来对其予以解释。然而，可以理解，这并不能限制意味着对本发明的保护范围形成任何限制，对具体实施方式的任何改变和进一步修改，以及像本发明相关领域的技术人员通常会做出的那样，对于本发明具体实施方式所描述的基于本发明原理的任何进一步应用关于现有技术的应用，在这里都会被考虑。
如图1所示的系统100包括一排气后处理系统110，系统100可以是任意应用装置，例如，由发动机102如柴油机提供动力的交通工具，或者在其他装置中采用了发动机102，如发电机、泵、船舶和机车系统。发动机102包括供增压气体通过的吸气系统104以及将来自内燃机的排气流排出的排气系统106，可以理解地，并未显示该系统的所有具体细节。
发动机102包括多个具有腔体的活塞，混合有增压气体的燃料通过该腔体进入吸入系统104，该混合过程产生了许多的排放物，典型的有一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，统称为NOx，其他排放物包括颗粒物、一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)，然而，在进入大气之前，这些排放物要经过后处理系统110中的一套或多套后处理设备处理，从而减少类似排放物的排放。
在本实施例中，排气系统106包括具有一个或多个选择性催化还原(Selectivecatalytic reduction，简称SCR)还原剂116的排气后处理系统110以及一个或多个用于接收还原剂的位置，所述还原剂是来自还原剂定量系统120。还原剂喷射器114安装在排气系统106上并具有将还原剂喷射至排气系统106中的出口或者喷嘴，该排气系统106位于所述SCR还原剂116的上游，在排气系统106中，所述还原剂与发动机102产生的排放气体混合。所述SCR还原剂116加快了所述还原剂与所述排放气体中NOx的化学反应速度，从而转化了大量的NOx，并在所述排放气体进入大气之前减少了NOx的排放量。
所述排气后处理系统还包括位于还原剂喷射器114之排气流路径上游的排气流导向装置112。所述排气流导向装置112引导至少一部分排气流流向所述还原剂喷射器114中，从而有效地混合了排放气体和由所述还原剂喷射器114喷射至所述排气系统106中的还原剂。所述排放气体与所述还原剂的有效混合减少了所述排气系统106中还原剂沉淀的生成。减少所述还原剂沉淀的生成可以提高排气后处理系统的可靠性并使其满足排放要求。所述排气流导向装置112会在下文中做进一步的具体详述。
所述排气后处理系统110可能包括一个或多个未显示出来的其它后处理元件，例如柴油氧化催化剂、柴油颗粒过滤器、安氨氧化催化剂以及不同温度、压力和排放气体成分的感应器。所述排气系统106可能包括未显示出来的元件，如排气再循环系统、涡轮增压系统、冷却器以及其它把所述排气系统106和所述吸入系统104连接起来的元件。
所述还原剂定量系统120接收来自还原剂储存罐(未显示)的还原剂，并将所述还原剂提供给所述排气系统106，具体地，通过所述还原剂喷射器114、适当装置、喷射安装结构或者还原剂递送结构将所述还原剂传送至分解室或直接传送至所述排气系统106。这里所使用的，喷射器包含任意喷嘴、静态装置、电子控制装置和/或者具有使所述还原剂进入所述排放气体流道中的出口的机械触发器。在一实施例中，适当的还原剂可以是柴油排气流体(Diesel Exhaust Fluid，简称DEF)，所述柴油排气流体包括32.5％的高纯度尿素与67.5％的去离子水。然而，可以理解地，任何可以用所述还原剂定量系统120喷射进入排放系统的适当还原剂都可以使用。
如图2所示的本发明具体实施例中的排气后处理系统200，所示排气后处理系统200包括具有分解室210和基底腔室230的壳体204，在其他实施例中，所示分解室210和基底腔室230由相互独立的壳体而形成，该相互独立的壳体彼此直接相互连接或者通过管道彼此相互连接。所示分解室210包括接收由所述发动机102产生的排气流202的开口212，在所述开口212上或者所述开口212附近设置一位于所述排气流202流道上的排气流导向装置214，利用一个或者多个支撑物216将所述排气流导向装置214固定安装于所述开口212上。在其他实施例中，所述排气流导向装置214固定安装于所述壳体202的内壁上，利用排气导管连接于所述排气流导向装置214与所述开口212之间，或者采用其他结构实现连接。利用所述还原剂喷射器114上的至少一个还原剂喷射器开口222使所述分解室210连接于还原剂定量系统120，这样，使得还原剂经过所述还原剂喷射器开口222喷入至所述排气流202中。
所述基底腔室230通过基底腔室入口232连接所述分解室210，以接收所述混合还原剂和从所述分解室210中排出的排气流202，所述基底腔室入口232与所述开口212轴向偏离，这样，所述排气流202从所述分解室210之设有还原剂开口222的一侧流入至所述分解室210的另一相对侧，以将所述还原剂与所述排气流的混合物排放至所述基底腔室230中。这种偏离式结构使得所述流道紧凑并加速了所述还原剂与所述排放气体在进入所述基底腔室230之前的混合速度。所述基底腔室230还包括一个或者多个加速所述排气流202中还原剂与NOx化学反应速度的SCR催化剂234，所述排气流202由所述基底腔室出口236从所述壳体204和所述基底腔室230中排出。所述SCR催化剂234在所述基底腔室230中的其他分布方式也是可以考虑的，所述基底腔室出口236与所述基底腔室入口232相互偏离设置，并与所述开口212同样设置于所述壳体204的同一侧，尽管其他分布方式不被否认。
所述排气流导向装置214安装于所述分解室入口212处以在所述排气流导向装置214的外表面与所述分解室入口212的内表面之间形成一空间，所述空间为第一流道240，在所述第一流道240处，所述排气流的至少一部分导入至所述空间内。第二流道242形成于所述排气流导向装置214的内部，所述第二流道242将所述排气流的第二部分导入至所述还原剂喷射器开口222中，并在所述还原剂喷射器开口222处形成的剪力，这大大降低了还原剂沉淀物的形成。另外，以减少所述分解室210内排放气体再流通的方式，所述第一流道240和所述第二流道242将所述排气流分离，这样，可以减少还原剂沉淀的形成，并且不降低所述排气流202流至所述SCR催化剂234中的流速。
如图2所示的所述排气后处理装置200，所述排气流202进入位于所述分解室210末端的所述分解室入口212中。可以理解地，所述排气流导向装置214适用于进入所述分解室210内的排气流202的不同方式，依赖于所述分解室入口212设置于与所述壳体204和所述基底腔室出口236相对的位置。例如，所述分解室入口212位于所述壳体204的一侧。如本发明实施例所采用的，如图2所示的端部入口和端部出口相对穿过所述壳体204的排气流朝向相同的方向，同时，端部入口和端部出口在所述壳体204上相面对设置。然而，任意入口与出口的组合都是可以考虑的，包括端部入口和侧部出口以及侧部入口和侧部出口等。如图4A-4B所示的排气流导向装置314将在以下各实施例中具体说明，在该实施例中，采用具有端部入口和端部出口的排气流导向装置，虽然所述排气流导向装置214可以采用侧部入口的结构方式以及如图4A-4B所示的排气流导向装置314也可以采用端部入口的结构方式。
如图3A-3B所示的所述排气流导向装置214，所述排气流导向装置214包括本体250，所述本体250为在第一端部260和相对的第二端部262之间延伸的截锥形，所述第二端部262朝向所述分解室230以及所述第一端部260远离所述第二端部262以接收排气流。所述本体250包括形成所述第二流道242的内表面252以及于所述内表面相对且于所述分解室入口212内表面一起形成所述第一流道240的外表面254。所述本体250还设有沿朝向还原剂开口222一侧并将排气流的至少一部分导入所述还原剂开口222中的开口或者槽口258，所述槽口258具有供所述第一流道240和所述第二流道242相互导通的开口，所述支撑物216连接所述内表面254并沿径向向外突出以安装于所述分解室入口212以使所述外表面254和所述分解室入口212的内表面间隔设置以及形成所述第一流道240的开口。
如图4A-4B所示的另一实施例中的排气流导向装置314，该排气流导向装置314与所述排气流导向装置214相似，所述排气流导向装置314包括相对设置的第一墙部350a和第二墙部350b，并在所述第一墙部350a和所述第二墙部350b的端部之间形成槽口358a和358b。所述支撑物216固定安装于所述第一墙部350a和所述第二墙部350b其中之一上，以采用与上述所述排气流导向装置214相似的方式将所述排气流导向装置314安装于所述分解室入口212处，如图4B所示。相对设置的槽口358a和358b使得位于所述排气流导向装置314相对两侧的所述第一流道240和所述第二流道242相互流体连通。
本发明提供的系统和装置的不同方面将描述如下，例如，一方面涉及一种降低排气后处理系统中还原剂沉淀物形成的系统，该系统包括产生排气流的内燃机以及与所述内燃机连接以接收所述排气流的后处理排气组件，所述后处理排气组件包括连接还原组件的分解室，所述还原组件包括位于所述分解室下游的催化剂，所述分解室包括连接于所述还原组件上游的入口以及设置于所述入口处的排气流导向装置，所述排气流导向装置具有第一排气流道和第二排气流道，所述第一排气流道与所述还原系统连接并穿过所述排气流导向装置，所述第二排气流道位于所述排气流导向装置的外壁与所述入口之间。
进一步地，所述排气流导向装置将所述排气流导向还原剂源的连接处。优选地，所述排气流导向装置包括呈截锥形的本体，所述本体沿所述排气流的方向向外延伸。优选地，所述本体包括至少一个槽口，所述槽口构成所述本体的侧边开口，所述侧边开口朝向所述还原剂开口。优选地，所述本体包括第二槽口，所述第二槽口构成与所述侧部开口相对的第二侧部开口。优选地，所述本体由第一墙部和第二墙部而形成并在所述侧部开口之间延伸。
进一步地，所述还原系统包括还原剂储存罐、通过泵连接于所述还原剂储存罐的还原剂喷射器以及连接所述还原剂喷射器的定量加料器，所述定量加料器位于所述排气流导向装置的排气流下游。
另一个例子中包括排气后处理装置，所述排气后处理装置包括至少一个壳体和至少部分设置于所述入口内的排气流导向装置；所述壳体内形成有分解室以及与分解室流体连接的基底腔室，其中，所述基底腔室内容置有催化剂以及分解室位于所述基底腔室的上游，所述壳体包括进入所述分解室的入口以及位于所述入口下游以将所述还原剂流入所述分解室内的还原剂开口；所述排气流导向装置与所述入口相对设置以将所述排气流的第一部分沿第一流道导出以及将所述排气流的第二部分沿第二流道导出，所述第一流道从所述排气流导向装置延伸至所述分解室，所述第二流道从所述排气流导向装置延伸至所述分解室。
进一步地，所述排气流导向装置由多个支撑物连接于并向内间隔所述入口的内表面，以形成所述第二流道。进一步地，所述排气流导向装置设有向外锥形结构，以使第一流道沿所述排气流的方向进入所述分解室内。进一步地，所述排气流导向装置设有朝向所述还原剂开口的第一槽口，所述第一槽口在所述第一流道和所述第二流道之间延伸。进一步地，所述排气流导向装置设有与所述第一槽口相对的第二槽口，各所述第一槽口和所述第二槽口在所述第一流道和所述第二流道之间延伸。进一步地，所述排气流导向装置设有截锥形结构，所述截锥形结构朝向所述排气流方向延伸并延伸至所述分解室。
进一步地，所述排气流导向装置包括朝向所述分解室的内部端部、相对设置的外部端部以及沿所述排气流导向装置之内壁从所述内部端部延伸至所述外部端部的槽口，所述槽口朝向供所述还原剂流入的所述开口。所述排气流导向装置包括第一墙部和第二墙部，各所述第一墙部和所述第二墙部的第一端部由所述槽口分开设置，所述第一墙部和所述第二墙部的相对第二端部由第二槽口分开设置。进一步地，所述排气流导向装置将所述排气流导向至所述还原剂开口。优选地，所述分解室和所述基底腔室由同一壳体或者相互分开的壳体而形成。
另一实施例提供的接收排气流的排气后处理装置，所述排气后处理装置包括至少一壳体以及至少部分设置于所述入口内的排气流导向装置，所述壳体设有分解室及与所述分解室流体连通的基底腔室，其中，所述基底腔室内容置有催化剂以及所述分解室位于所述基底腔室的上游，所述壳体包括进入所述分解室的入口和位于所述入口下游的还原剂开口，以将所述还原剂导入所述分解室；所述排气流导向装置包括截锥形本体，所述本体沿所述排气流的方向延伸扩展并包括至少一个槽口，所述槽口构成所述本体的侧部开口，所述侧部开口朝向所述还原剂开口。
进一步地，所述本体包括第二槽口，所述第二槽口构成与所述侧部开口相对的第二侧部开口。优选地，所述本体由第一墙部和第二墙部而形成并在所述侧部开口之间延伸。
虽然附图和上述具体实施方式的描述已经对本发明进行了详细的图示和说明，但它们应该被认为是说明性的而非限制性的。
可以理解，示出和说明的仅是某些具体的实施例，而以本发明的精神进行的所有变化和修改均处于本发明的保护范围内。可以理解地，在说明书中使用诸如优选、可选、首选和更多首选等，表明这样描述的特征是可取的，但是，它可能是没有必要的，且实施例缺少同样特征也可能被认为是在本发明的范围之内，该范围是指权利要求书的保护范围。在阅读权利要求书时，使用诸如“一个”、“至少一个”或者“至少一部分”等量词的目的并不意味着对数量进行限定，除非在权利要求书中做出了相反的特别说明。当采用“至少一部分”和/或“一部分”等词语时，其包括一部分和/或所有部分，除非有相反的特别说明。

Claims (17)

1.一种降低排气后处理系统中还原剂沉淀物形成的系统，其特征在于，包括：
产生排气流的内燃机；
具有还原剂源的还原剂系统；
与所述内燃机连接以从所述内燃机接收所述排气流的后处理排气组件，其中，所述后处理排气组件包括：
连接所述还原剂源以从还原剂开口接收还原剂的分解室，所述分解室包括连接于所述还原剂源上游的入口；
位于所述分解室下游的催化剂；
设置于所述入口处的排气流导向装置，所述排气流导向装置具有第一排气流道和第二排气流道，所述第一排气流道与所述还原剂系统连接并穿过所述排气流导向装置，所述第二排气流道位于所述排气流导向装置的外壁与所述入口之间；所述第二排气流道将排气流的一部分导入至所述还原剂开口，所述排气流的一部分在所述还原剂开口处形成剪力，以减少还原剂沉淀物的形成；
从所述排气流的第一端部延伸到第二端部的第一槽口，所述第一槽口形成第一侧部开口，所述第一槽口朝向所述还原剂开口；以及
第二槽口，所述第二槽口形成与第一槽口相对的第二侧部开口。
2.如权利要求1所述的降低排气后处理系统中还原剂沉淀物形成的系统，其特征在于，所述还原系统包括还原剂储存罐、通过泵连接于所述还原剂储存罐，用于将还原剂注入所述排气流导向装置下游的所述分解室的还原剂喷射器以及连接所述还原剂喷射器的定量加料器，所述定量加料器位于所述排气流导向装置的排气流下游。
3.如权利要求1所述的降低排气后处理系统中还原剂沉淀物形成的系统，其特征在于，所述排气流导向装置将所述排气流导向所述还原剂源的连接处。
4.如权利要求1所述的降低排气后处理系统中还原剂沉淀物形成的系统，其特征在于，所述排气流导向装置包括呈截锥形的本体，所述本体沿所述排气流的流动方向向外延伸。
5.如权利要求4所述的降低排气后处理系统中还原剂沉淀物形成的系统，其特征在于，所述本体包括至少一个槽口，所述槽口构成所述本体的侧边开口，所述侧边开口朝向所述还原剂开口。
6.如权利要求5所述的降低排气后处理系统中还原剂沉淀物形成的系统，其特征在于，所述本体包括第二槽口，所述第二槽口构成与所述侧部开口相对的第二侧部开口。
7.如权利要求6所述的降低排气后处理系统中还原剂沉淀物形成的系统，其特征在于，所述本体由在所述侧部开口之间延伸的第一墙部和第二墙部形成。
8.一种接收排气流的排气后处理装置，其特征在于，所述排气后处理装置包括：
至少一壳体，所述壳体设有分解室及与所述分解室流体连通的基底腔室，其中，所述基底腔室内容置有催化剂以及所述分解室位于所述基底腔室的上游，所述壳体包括进入所述分解室的入口和位于所述入口下游的还原剂开口，所述还原剂开口用于将所述还原剂导入所述分解室；以及
至少部分设置于所述入口内的排气流导向装置，所述排气流导向装置位于所述还原剂开口的上游；
其中，所述排气流导向装置与所述入口相对设置以将所述排气流的第一部分沿第一流道导出以及将所述排气流的第二部分沿第二流道导出，所述第一流道从所述排气流导向装置延伸至所述分解室，所述第二流道从所述排气流导向装置延伸至所述分解室；所述第二流道将所述排气流的第二部分导入至所述还原剂开口，所述排气流的第二部分在所述还原剂开口处形成剪力，以减少还原剂沉淀物的形成；
其中，所述排气流导向装置包括朝向所述分解室的内部端部，相对设置的外部端部以及沿所述排气流导向装置之内壁从所述内部端部延伸至所述外部端部的槽口，所述槽口朝向供所述还原剂流入的所述开口，所述排气流导向装置包括第一墙部和第二墙部，各所述第一墙部和所述第二墙部的第一端部由所述槽口分开设置，所述第一墙部和所述第二墙部的相对第二端部由第二槽口分开设置。
9.如权利要求8所述的接收排气流的排气后处理装置，其特征在于，所述排气流导向装置由多个支撑物连接并从所述入口的内表面被所述多个支撑物向内间隔开以形成所述第二流道。
10.如权利要求8所述的接收排气流的排气后处理装置，其特征在于，所述排气流导向装置设有向外延伸的锥形结构，以使所述第一流道沿所述排气流的流动方向进入所述分解室内。
11.如权利要求8所述的接收排气流的排气后处理装置，其特征在于，所述排气流导向装置设有朝向所述还原剂开口的第一槽口，所述第一槽口在所述第一流道和所述第二流道之间延伸。
12.如权利要求11所述的接收排气流的排气后处理装置，其特征在于，所述排气流导向装置设有与所述第一槽口相对的第二槽口，各所述第一槽口和所述第二槽口在所述第一流道和所述第二流道之间延伸。
13.如权利要求8所述的接收排气流的排气后处理装置，其特征在于，所述排气流导向装置设有截锥形结构，所述截锥形结构朝向所述排气流方向延伸并延伸至所述分解室。
14.如权利要求8所述的接收排气流的排气后处理装置，其特征在于，所述排气流导向装置将所述排气流导向至所述还原剂开口。
15.如权利要求8所述的接收排气流的排气后处理装置，其特征在于，所述分解室和所述基底腔室由同一壳体或者相互分开的壳体而形成。
16.一种接收排气流的排气后处理装置，其特征在于，所述排气后处理装置包括：
至少一壳体，所述壳体设有分解室及与所述分解室流体连通的基底腔室，其中，所述基底腔室内容置有催化剂以及所述分解室位于所述基底腔室的上游，所述壳体包括进入所述分解室的入口和位于所述入口下游的还原剂开口，以将所述还原剂导入所述分解室；以及
至少部分设置于所述入口内的排气流导向装置，所述排气流导向装置包括截锥形本体，所述本体包括第一端部及与第一端部相对的第二端部，所述本体沿所述排气流的方向延伸扩展并包括至少一个槽口，所述槽口构成所述本体的侧部开口，所述侧部开口朝向所述还原剂开口；所述槽口从所述第一端部延伸到所述第二端部，所述槽口朝向所述还原剂开口；所述本体包括第二槽口，所述第二槽口构成与所述侧部开口相对的第二侧部开口。
17.如权利要求16所述的接收排气流的排气后处理装置，其特征在于，所述本体由在所述侧部开口之间延伸的第一墙部和第二墙部形成。
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