CN107476861B - Scr装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及SCR装置，提供了用于经配置存储尿素量的SCR装置的方法和系统。在一个示例中，一种系统可以包括随着排气流过所述SCR而旋转在所述SCR中的多个板。

Description

SCR装置
技术领域
本发明通常涉及选择性催化还原(SCR)装置。
背景技术
用于发动机排气的后处理的一种技术利用选择性催化还原(SCR)，以允许某些化学反应在所述排气中的NOX(氮氧化物)和氨气(NH3)之间发生。NH3通过喷射尿素到排气通路中而在SCR装置的上游引入发动机排气系统中，或者在上游催化剂中产生。所述尿素在高温条件下一致地(entropically)分解为NH3。所述SCR促进在NH3和NOX之间的反应以将NHx转化成氮(N2)和水(H2O)。然而，如发明人在本文中认识到的，问题可以在喷射尿素到所述排气通路中后发生。在一个示例中，尿素可以不良地混合到所述排气流(例如，排气流的第一部分具有比排气流的第二部分更高的尿素浓度)，这可以导致所述SCR的不良涂层和在排放物(例如，NOX)和所述SCR装置之间的不良反应性。此外，在所述排气中过度混合和搅动所述尿素可以同样地引起问题，如增加的沉积物。
解决不充分混合的尝试包括在尿素喷射器的下游和在所述SCR装置的上游引入混合装置，使得通过排气的尿素分散可以是更同质的。解决尿素混合的其他尝试包括静止混合设备。一个示例方法由Cho等人在US2013/0104531中示出。其中，静态混合器位于用于喷射尿素的外部管的下游的排气通道中。所述排气流过所述排气通道并在流过所述静态混合器之前与尿素喷射合并。
然而，本文发明人已经认识到关于此类系统的潜在问题。作为一个示例，上述静态混合器呈现出由于未能充分混合所述尿素和排气的通过所述混合器的排气外流的方向性导致的有限的混合能力。所述排气通道内侧的所述静态混合器同样存在制造和封装限制。变化的排气通道几何构型要求在所述排气通道和/或静态混合器的制造中的改变以便所述混合器紧密地装配在所述排气通道内。最后，所述静态混合器可以过度地搅动尿素。因此，沉积物可以在混合器的表面上和/或混合器的下游形成(形成到例如所述SCR装置上)。这些沉积物可以积聚并阻碍排气流通过排气通道，由此增加排气背压。
发明内容
本文发明人已经认识到关于上述方法的问题并且提供了至少部分地解决这些问题的系统。在一个示例中，上述问题可以由一种用于沿排气通道定位的中空圆柱形选择性催化还原装置的系统来解决，所述中空圆柱形选择性催化还原装置包括多个板，所述多个板经配置随着排气流过所述装置而经由可旋转杆旋转；以及经配置使尿素流动到所述装置中的轴，其中所述尿素存储在所述装置的下部中。以这种方式，所述SCR不依赖于尿素喷射器和/或混合器。
作为一个示例，所述板包括一个或多个SCR催化剂并将所述SCR的内部分成隔室，其中所述隔室流体地耦接到彼此。排气流动到隔室中并压靠下游板，以朝向所述SCR的出口旋转所述板。所述板旋转通过所存储的尿素，其中所述尿素可以涂覆所述板的表面，或者随着排气通过朝向所述尿素流过板而加热尿素，所述尿素可以蒸发。通过这样做，所述尿素分散到所述SCR的顶部空间中，其中所述板的旋转可以将所述尿素与排气混合。因此，减少了尿素混合到其中的区域，这可以增大分散效率而不使用尿素喷射器和/或混合器。这可以减少排放，而无附加封装限制被引入车辆中。
应该理解的是上述发明内容经提供以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这不意在确认所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中所述的任何缺点。
附图说明
图1示出发动机的示意图。
图2A和图2B分别示出所述SCR装置的外部图和内部图。
图3A、图3B和图3C示出随着排气流过所述SCR装置位于所述SCR装置中的各板的各种旋转位置。
图2A-3C大约按比例示出，然而可以使用其他相对尺寸。
图4示出用于使尿素流动到所述SCR装置的方法。
具体实施方式
下列描述涉及用于使排气流动经过配置为存储尿素的SCR装置的系统和方法。所述SCR装置沿排气通道定位，如图1中所示。所述SCR装置是圆柱形的，其具有位于其中的多个板，如图2A和图2B中所示。所述板物理地耦接到SCR装置中的可旋转杆，其中板将所述SCR装置的内部分成在容积上大体彼此相等的隔室。由于所述板通向排气流，所述隔室流体地耦接到彼此。因此，排气可以从一个隔室流动到另一隔室。此外，排气可以流过所述板并使所述尿素蒸发。所述杆可旋转地耦接到位于SCR装置的相对侧上的一对套管。排气可以流动到SCR装置中并压靠所述板的表面，使得所述板在SCR装置内旋转。基于所述板的旋转位置，排气可以进入隔室并被存储在隔室中，或者流出隔室并流动到所述排气通道的剩余部分中，如图3A、图3B和图3C中所示。图4中示出了用于基于SCR中的板的旋转速度补充所述SCR装置中的尿素的示例性方法。
图2A-3C示出具有各种部件的相对定位的示例配置。如果示出为直接接触彼此或者直接耦接，则至少在一个示例中，此类元件可以分别指直接接触或直接耦接。描述为直接在另一个的下游或者直接在另一个的上游的元件可以在此限定为使得所述两个比较元件之间无中间(intervening)部件。类似地，至少在一个示例中，示出为彼此连续或邻近的元件可以分别与彼此连续或邻近。作为示例，彼此共面接触铺放的部件可以被称为面共享接触。作为另一示例，在至少一个示例中，其间仅具有间距且无其他部件的彼此分开定位的元件可以如此指代。作为另一示例，示出为在彼此上面/下面、在彼此相对侧处或到彼此的左边/右边的元件可以相对于彼此如此指代。此外，如在附图中所示，在至少一个示例中，最顶元件或元件的点可以指所述部件的“顶部”并且最底元件或所述元件的点可以指所述部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上/下、在上面/在下面可以相对于附图的垂直轴线并用于描述附图的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，在其他元件上面示出的元件垂直定位在其他元件的上面。作为另一示例，在附图内示出的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，如圆形的、笔直的、平面的、弯曲的、环形的、斜切的、成角度的或类似物)。此外，在至少一个示例中，彼此相交示出的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个示例中，示出为在另一元件内或示出为在另一元件外部的元件可以如此指代。
继续到图1，图1示出了可以包括在汽车的推进系统中的发动机系统100中的多汽缸发动机10中的一个汽缸的示意图。所述发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统和由经由输入装置130的来自车辆操作员132的输入控制。在此示例中，所述输入装置130包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室30可以包括具有由活塞36定位在其中的汽缸壁32形成的汽缸。活塞36可以耦接到曲轴40，使得活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统耦接至车辆的至少一个驱动轮。此外，起动机马达可以经由飞轮耦接到曲轴40，以启用发动机10的起动操作。
所述燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收进气并且可以经由排气通道48排放燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以经由相应进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些示例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
在此示例中，进气门52和排气门54可以经由相应凸轮致动系统51和53通过凸轮致动控制。凸轮致动系统51和53可以每个均包括一个或多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57确定。在可替代示例中，进气门52和/或排气门54可以通过电动气门致动而控制。例如，汽缸30可以可替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
燃料喷射器69示出为直接地耦接到燃烧室30以用于与自控制器12接收的信号的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到燃烧室中。以这种方式，燃料喷射器69提供已知为燃料到燃烧室30中的直接喷射。燃料喷射器69可以安装在燃烧室的一侧中或者安装在例如所述燃烧室的顶部中。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送到燃料喷射器69。在一些示例中，燃烧室30可以可替代地或另外地包括布置在进气歧管44中的燃料喷射器，其提供所谓的燃料到燃烧室30上游的进气道中的进气道喷射。
火花经由火花塞66提供给燃烧室30。点火系统还可以进一步包括用于增加提供给火花塞66的电压的点火线圈(未示出)。在如柴油的其他示例中，火花塞66可以被省略。
进气通道42可以包括具有节流板64的节气门62。在此具体示例中，节流板64的位置可以由控制器12经由提供给包括节气门62的电动马达或致动器的信号而改变，一种通常称为电子节气门控制(ETC)的配置。以这种方式，节气门62可以操作为改变除其他发动机汽缸以外提供给燃烧室30的进气。节流板64的位置可以由节气门位置信号提供给控制器12。进气通道42可以包括质量空气流量传感器120和用于感测进入发动机10的空气的量的歧管空气压力传感器122。
排气传感器126示出为根据排气流的方向在排放控制装置70上游耦接到所述排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适传感器，如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOX、HC或CO传感器。在一个示例中，上游排气传感器126是经配置提供与存在于排气中的氧的量成比例的诸如电压信号等输出的UEGO。控制器12经由氧传感器传递函数将氧传感器输出转换成排气空燃比。
排放控制装置70经示出在排气传感器126的下游沿排气通道48布置。装置70可以是三元催化剂(TWC)、微粒过滤器、各种其他排放控制装置或它们的组合。在一些示例中，在发动机10的操作期间，排放控制装置70可以通过在具体空燃比内操作发动机的至少一个汽缸而被周期性地重置。
选择性催化剂还原(SCR)装置72示出为在排放控制装置70的下游沿排气通道48布置。在一些示例中，排放控制装置70可以被省略，并且仅SCR装置72可以位于排气传感器126的下游。在其他示例中，SCR装置72可以在排放控制器装置70的上游。SCR装置72可以流体地耦接到贮存器74以用于经由通道接收还原剂。在一个示例中，贮存器74存储尿素并基于来自控制器12的指令经由泵输送尿素至SCR装置72。SCR装置72将在下面更详细地描述。
排气再循环(EGR)系统140可以经由EGR通道152从排气通道48至进气歧管44传输期望部分的排气。提供给进气歧管44的EGR的量可以由控制器12经由EGR阀144改变。在一些条件下，EGR系统140可以用于调节燃烧室内空气燃料混合物的温度，从而提供在一些燃烧模式中控制点火正时的方法。
控制器12在图1中作为微型计算机示出，所述微型计算机包括微处理器单元102、输入/输出端口104、在此具体示例中作为只读存储器芯片106(例如，非临时性存储器)示出的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、不失效存储器110和数据总线。控制器12可以从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，除了前面讨论的那些信号，还包括从质量空气流量传感器120进入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自感测曲轴40的位置的霍尔效应传感器118(或其他类型的传感器)的发动机位置信号；来自节气门位置传感器65的节气门位置；和来自传感器122的歧管绝对压力(MAP)信号。发动机转速信号可以由控制器12从曲轴位置传感器118产生。歧管压力信号也提供进气歧管44中的真空或压力的指示。注意可以使用上面传感器的各种组合，如无MAP传感器而有MAF传感器或无MAF传感器而有MAP传感器。在发动机操作期间，发动机扭矩可以从MAP传感器122的输出和发动机转速推断。此外，此传感器连同所检测的发动机转速可以是用于估计进入到汽缸中的充气(包括空气)的基础。在一个示例中，也用作发动机转速传感器的曲轴位置传感器118可以针对曲轴的每次旋转产生预定数量的等距脉冲。
存储介质只读存储器106可以通过表示由处理器102可执行的非临时性指令的计算机可读数据编程，所述指令用于执行下面描述的方法以及预期但未具体列出的其他变体。控制器12从图1的各种传感器接收信号并采用图1的各种致动器，以基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令而调节发动机操作。例如，调节所述贮存器74的泵可以包括调节泵的致动器，以调节从贮存器74流动到SCR装置72的还原剂。
图2A和图2B示出了排气通道48的SCR装置72的一部分的侧透视图。因此，先前在图1中介绍的部件在图2A和图2B中类似地编号，并且可能不被重新介绍。在此实施例中，所述装置包括具有旋转叶片(paddle)的示例可旋转叶片-车轮配置，所述旋转叶片具有其上涂覆有催化剂的基底。
图2A示出并入排气管202的排气通道(例如，图1的排气通道48)中的SCR装置72的外部侧透视图200。图2B示出SCR装置72的内部侧透视图250。具体地，图2B示出图2A中所示的SCR装置72的相同侧透视图，除了图2B之外，SCR装置72的各部分是透明的，暴露出SCR装置72的内部。图2A和图2B可以因此在本说明中一起被描述。
轴线系统290包括三个轴线，即平行于水平方向的x轴线、平行于垂直方向的y轴线和垂直于x轴线和y轴线的z轴线。轴线系统290可以用于描述SCR装置72的部件的相对定位。SCR装置72和/或其部件的“高度”可以用于限定部件沿y轴线的程度。类似地，SCR装置72的部件的“长度”可以用于指代部件沿x轴线的物理程度。沿z轴线的部件的物理程度可以指“宽度”。切割平面M-M’限定图3A-3C中所示的排气管202的横截面视图。
SCR装置72可以包括具有位于第一表面214和第二表面之间的弯曲表面212的外部主体210。作为一个示例，所述外部主体210是连续的。第二表面通过弯曲表面212和第一表面214在视图200中被挡住。第二表面大体与第一表面214等同，其中两个表面是具有相似半径的圆。第一表面214和第二表面围绕弯曲表面212彼此相对。第一表面214和第二表面彼此平行并物理地耦接到弯曲表面212的相对的圆周边缘。以这种方式，外部主体210在一个示例中是圆柱体。外部主体210可以是其他合适的形状，例如截头圆锥形。因此，外部主体210的横截面沿在沿x轴线的水平方向上(根据例如由箭头299示出的重力的方向)沿由y轴线和z轴线限定(或例如平行于切割平面M-M’)的平面是圆形的。在一个示例中，平行于切割平面M-M’截取的外部主体210的横截面大体等同于平行于切割平面M-M’的外部主体210的任何其他横截面。
外部主体210可以包括任何合适材料，如塑料、金属、金属合金等。外部主体210的表面可以经由焊接件、熔融件、粘合剂或其他合适耦接元件物理地耦接到彼此。外部主体210可以限定SCR装置72的中空内部。因此，排气可以在流过尾管至环境大气之前流过SCR装置72的内部。然而，排气可以不经过外部主体210流至环境大气。因此，外部主体210的表面彼此密封并对排气流是防渗透的。换一种方式说，在一个示例中，排气可以仅经由排气通道48进入和/或离开SCR装置72。
进入SCR装置72的排气可以旋转SCR装置72的一个或多个板。因此，SCR装置72还可以包括位于第一表面214上的第一套管220和位于所述第二表面上的直接与第一套管220相对的第二套管。第一套管220伸出通过第一表面214的开口并且可以与所述开口密封接触，使得排气不经过所述开口和/或第一套管220流至环境大气。套管位于旋转轴线295上。
诸如中空轴230等通道沿第一表面214定位在第一套管220上面，所述通道可以流体耦接到具有还原剂的贮存器(例如在图1的实施例中的贮存器74)。在一个示例中，还原剂可以是尿素并且轴230可以将尿素从贮存器传输至SCR装置72的内部。因此，轴230经配置输送尿素至SCR装置72的内部，其中所述尿素在重力的方向(例如由箭头299示出)上沿平行于y轴线的第一表面214流动。在一个示例中，所述轴230适于倾倒还原剂(例如，尿素)至SCR装置72的内部中。在一些示例中，所述轴230可以是经配置喷射雾化尿素到外部主体210的内部中的喷射器。
如图所示，排气管202在所述轴230和第一套管220之间的垂直高度处耦接到弯曲表面212。以另一种方式来说，第一套管220垂直地低于排气管202，并且排气管202垂直地低于所述轴230。因此，排气管202物理上耦接到垂直地在旋转轴线295上面的弯曲表面212。因此，排气可以在旋转轴线上面进入并离开SCR装置72，如将在下面更详细描述的。
图2B示出了类似于图2A的视图200的SCR装置72的内部侧透视图250，但是不同于视图200的是，弯曲表面212和第一表面214已经被显示为透明的。以这种方式，示出了SCR装置72的内部和第二表面216。
第二表面216包括定位为沿旋转轴线295直接横穿第一套管220的第二套管222。第二套管222大体与第一套管220相同。因此，第二套管222伸出经过第二表面216，这类似于第一表面214的第一套管220的伸出。圆柱形杆226沿第一表面214和第二表面216的旋转轴线295可旋转地耦接到第一套管220和第二套管222。旋转轴线295沿第一表面214和第二表面216的准确中心定位，使得在一个示例中，从杆226到弯曲表面212测量的所有半径大体相等。
杆226包括多个平面板240。在一个示例中，准确地说具有四个板240。然而，可以预计其他数量的板。在一个示例中，所述板240是正方形的。所述板240在其他示例中可以是与SCR装置的形状对应的其他形状，例如三角形、长方形、圆形、棱形、椭圆形等。板240沿板240的边缘经由焊接件、插入件、熔融件、粘合剂或其他耦接元件固定地耦接到杆226。未与杆226接触的板240的边缘与弯曲表面212、第一表面214和第二表面216中的一个或多个密封接触。具体地，排气可以不在板240和杆226、弯曲表面212、第一表面214和第二表面216之间流动。
此外，在一个示例中，板240经配置允许排气流动，使得排气可以流过所述板240。因此，随着排气接触所述板240，排气压靠板240，其中排气的力在类似于箭头296的方向上围绕旋转轴线295转动板240(和杆226)。随着板240旋转，SCR装置72的出口可以显露出来，从而允许排气离开SCR装置72，如将在下面更详细描述的。因此，排气在从SCR装置72流出之前旋转板240。
板240围绕杆226间隔开，使得所有板240的组合类似于加号形状(plus-shape)。通过这样做，板240可以将SCR装置72的内部分割成隔室(或在图2B的示例中的扇形体)，其中各隔室定位在相邻板之间。如上所述，由于板240的多孔性，隔室流体地耦接到彼此。因此，一个隔室中的排气可以流动到不同的隔室中。所述隔室和板在下面更详细地描述。
在一些示例中，所述板240可以是对排气流防渗透的，使得排气可以不流过所述板。在此类示例中，所述隔室可以彼此流体地分离，使得第一隔室中的排气可以不与第二不同隔室中的排气混合。因此，基于板240的旋转位置，多个隔室中的一个隔室中的排气可以流体地耦接到SCR装置72的出口或入口，而其他隔室可以与所述出口和入口流体地密封。
所述板240可以包括具有支撑金属丝网的结构的多孔纤维材料。这可以允许排气流过所述板240，同时仍然允许排气压靠所述板240。所述板240可以涂覆有尿素和/或在多孔开口中包含尿素。在其他示例中，所述板240可以包含包括SCR催化剂成分的基底。SCR催化剂成分可以包含沸石和一个或多个过渡金属部件，如铁(“Fe”)、钴(“Co”)、铜(“Cu”)或钒(“V”)，其可以有效地操作以在具有例如尿素或氨气的还原剂的情况下转化排气中的NOX组分。将理解的是，可以使用其他过渡金属。在一个示例中，所述板的两侧可以涂覆有催化剂。
通道(例如，在图2A的实施例中的轴230)可以分配尿素到SCR装置72中，其中尿素可以存储在SCR装置72的下部中(例如，在杆226下面)。板240可以通过尿素旋转，从而随着排气转动所述板240，用尿素涂覆所述板240的表面。排气也可以蒸发尿素，这可以允许尿素蒸气填充在所存储的尿素上面的SCR装置72的顶部空间。与依赖于尿素喷射和/或静态混合器的SCR装置相比较，这可以促进SCR装置72中的NOX和尿素之间增加的反应性。以下将更详细地描述尿素和板240的旋转。
因此，图2A和图2B示出了具有圆柱形主体和定位于其中的旋转板的SCR装置。所述旋转板与圆柱形主体接合，使得排气可以在从SCR装置流出之前旋转所述板。通道(例如，轴230)经配置分配尿素到圆柱形主体中，其中尿素可以在SCR装置的下部处淤积。因此，随着排气流动到SCR装置中，所淤积的尿素可以被加热。这种加热可以蒸发尿素并允许气态尿素占据由板限定的SCR装置的隔室。通过蒸发尿素并旋转SCR装置中的板，尿素可以日益增加地混合到SCR装置中，从而在不使用尿素喷射器和混合器的情况下减少NOX排放。
图3A、图3B和图3C示出了SCR装置72的板240可以被调节的示例位置连同通过SCR装置72的示例排气流。因此，图3A、图3B和图3C示出了随着板240调节到不同旋转位置，所述板240在SCR装置72内的相对定位。图3A、图3B和图3C示出了排气管202和SCR装置72的横截面视图，其中所述横截面沿图2A的线M-M’截取。图3A、图3B和图3C示出了随着排气流过SCR装置72，所述板240的旋转进程。
板240基于SCR装置72的出口304和SCR装置72的入口302之间的压力差而旋转，其中由于排气流出出口304，出口304的压力低于入口302的压力。这产生允许排气压靠板240中的一个或多个以移动板240的真空。因此，随着排气流过SCR装置72，排气可以在顺时针方向(由箭头296示出)上围绕旋转轴线(例如，平行于杆226)旋转板240。因此，板240可以在不使用电气部件的情况下机械地旋转。
板240的旋转速度基于排气质量流量。因此，随着排气质量流量增加，板240的旋转速度也增加。相反地，如果排气质量流量减少，则板240的旋转速度可以减少。在一些示例中，排气质量流量可以对应于发动机负荷，使得旋转速度对于给定发动机负荷可以是已知的。板240的旋转速度可以进一步基于在SCR装置72的下部中的尿素314的量。如图3A、图3B和图3C中所示，尿素314淤积在中心轴线395之下的SCR装置72的下部中，其中随着排气流过SCR装置72，板240可以旋转经过尿素314。因此，随着尿素314的量增加，板的旋转速度可以减小。相反地，随着尿素314的量减少，板240的旋转速度可以增加。在一个示例中，当板240的旋转速度大于给定发动机负荷的阈值速度时，尿素可以经由轴230输送到SCR装置72。在一个示例中，随着发动机负荷增加，阈值速度可以增加(例如，板的旋转速度在较高发动机负荷下较大)。因此，如果板240的旋转速度在给定负荷下大于阈值速度，则SCR装置72中的尿素水平可以小于阈值尿素负荷。因此，尿素可以输送到SCR装置72，直到板240的旋转速度小于所述阈值速度。
另外地或可替代地，板240可以由马达调节。马达可以电耦接到SCR装置72以用于在SCR装置72内旋转板240。马达可以与控制器(例如，在图1的实施例中的控制器12)电连通，并且可以基于从控制器接收的信号旋转所述板240。具体地，响应于增加的发动机负荷，控制器可以发送信号至马达从而以增加的速度旋转所述板240，以允许排气流过SCR装置72来限制排气背压的累积。马达可以是任何合适的致动器，如液压致动器、电致动器、气压致动器、机电致动器或其他类型的致动器。板240的旋转速度可以由致动器基于发动机操作而调节。具体地，所述旋转速度可以基于发动机负荷、PF负荷、EGR流速和其他条件中的一个或多个而调节。作为示例，随着发动机负荷增加，PF负荷减少和EGR流速减小，所述板240的旋转速度可以增加。相反地，随着发动机负荷减小，PF负荷增加和EGR流速增加，板240的旋转速度可以减小。在板240由马达调节的此类示例中，尿素水平可以经由传感器确定，其中尿素水平基于传感器的测量值小于阈值尿素负荷而被补充。另外地或可替代地，尿素水平可以基于驱动的车辆英里数、经过SCR装置72的排气质量流量、持续时间、在SCR装置72下游的排放传感器等中的一个或多个而被估计。
图3A、图3B和图3C示出了沿排气管202定位的SCR装置72的横截面视图。因此，入口302和出口304位于SCR装置72的弯曲表面212的相对侧上。具体地，入口302位于相对于进入的排气流(由箭头298示出)的大体方向的弯曲表面212的上游侧上，并且出口304位于弯曲表面212的下游侧上。弯曲表面212包括与入口302和出口304对应的开口，以分别允许排气进入和离开SCR装置72。入口302和出口304可以不对准(例如，处于不同高度)，使得在一个示例中，针对在地面上的车辆，入口302垂直地(轴向地)高于(根据由箭头299所示的重力的方向)出口304。将理解的是，入口302和出口304可以对准，或者在一些示例中，出口304可以垂直地高于入口302。入口302和出口304均位于中心轴线395和旋转轴线(例如，杆226)上方。将理解的是，可以改变入口302和出口304的关系和/或位置而不背离本公开的范围。通过使入口302和出口304不对准，排气还可以在离开SCR装置72之前旋转板240。
以这种方式，弯曲表面212经分割以包括上圆弧320和下圆弧322。上圆弧320位于上面并且在与入口302和出口304对应的开口之间。下圆弧322位于下面并且在与入口302和出口304对应的开口之间。上圆弧320的长度比下圆弧322短，使得下圆弧322横跨超过弯曲表面212的圆周的一半。上圆弧320横跨弯曲表面212的圆周的不包括所述开口和所述下圆弧322的剩余部分。具体地，角度θ1对应于上圆弧320的弧长。角度θ1将在下面更详细地描述。
随着排气进入SCR装置72，其接触可旋转地位于SCR装置72中的弯曲表面212的上圆弧320和下圆弧322之间的板240。具体地，具有四个板240，其包括第一板342、第二板344、第三板346和第四板348。如上所述，板240可以是多孔的并允许排气在隔室(例如或扇形体)之间流动。因此，排气流动到位于两个相邻板之间的SCR装置72的扇形体中。排气压在扇形体的最下游板上并沿顺时针方向旋转板240。排气也可以流动到相邻扇形体并通过出口304流出。在一个示例中，进入SCR装置72的排气在流出SCR装置72并流动到出口304中之前流动到扇形体中并旋转板。在板240对排气流不防渗透的实施例中，排气保持在单个扇形体中并且不流动到相邻扇形体。此外，所述排气旋转其相应的扇形体，直到所述扇形体与出口304对准，使得排气可以离开SCR装置72。
每个板240由角度θ2间隔。在一个示例中，角度θ2准确地是90°，使得板240处于加号形状配置中。因此，相邻板垂直于彼此并且彼此相对的板是平行的。在一些示例中，角度θ2可以大于90°(如果具有少于四个板，例如三个板)或者角度θ2可以小于90°(如果具有多于四个板，例如五个板)。角度θ1是从杆226到上圆弧320的边缘测量的角度。因此，角度θ1对应于上圆弧320的弧长。在一个示例中，角度θ1大于角度θ2。因此，如果角度θ2增大，则角度θ1可以对应地增大。以这种方式，角度θ1大于在板240的相邻板之间测量的最大角度。因此，第一板342、第二板344、第三板346和第四板348中的一个或多个可以在板240的任何位置处与上圆弧320接合。在一个示例中，板240中的至少一个在板240的任何旋转位置中与上圆弧320接合。另外地，在板240的旋转的一些位置期间，板240中的两个板可以同时与上圆弧320接合。
因此，SCR装置72经配置接收排气并允许排气在流出SCR装置72之前旋转板240。如上所述，板240穿过尿素314。通过这样做，尿素可以涂覆板240的表面，或者尿素可以通过暴露于流过板240的热排气而被蒸发。蒸发的尿素可以占据位于所存储的尿素312之上的SCR装置72的顶部空间312。这可以增加排气在离开SCR装置72之前接触尿素的可能性。因此，排气进入SCR装置72并接触所述板240中的至少一个板，从而在离开SCR装置72之前在顺时针方向上旋转板240。当排气压靠板240时，排气也可以与位于板240的表面上的尿素或位于顶部空间312中的气态尿素反应。这可以减少NOX输出，从而减少发射到周围环境的排放物。
图3A、图3B和图3C现在将被单独地描述。图3A、图3B和图3C示出了随着样本排气流流过SCR装置72，所述板240的旋转。
现在转向图3A，示出了具有处于第一旋转位置中的板240的SCR装置72的第一实施例300，其中第二板344和第四板348平行于中心轴线395(和例如排气管202)。因此，第一板342和第三板346垂直于中心轴线395。第一板342与上圆弧320接合，并且第二板344、第三板346和第四板348与下圆弧322接合。排气从入口302(由箭头330所示)流动到SCR装置72中，其中排气进入第一板342和第四板348之间的第一扇形体352。第一扇形体352中的排气可以流动到其他扇形体，其他扇形体包括在第一板342和第二板344之间的第二扇形体354、在第二板344和第三板346之间的第三扇形体356和在第三板346和第四板348之间的第四扇形体358。在一个示例中，排气可以独立于板240的旋转位置流过板240并流出SCR装置72。排气可以在流出SCR装置72并流动到出口304中之前流过至少第一板342。此外，排气可以在离开SCR装置72之前流过至少第一扇形体352和第二扇形体354。
如图所示，进入第一扇形体352的排气流的一部分压靠第一板342(例如由箭头332所示)，同时排气的剩余部分可以占据第一扇形体352，而不压靠或接触第一板342。排气流的剩余部分也可以流动到其他扇形体中的任何扇形体中，其中排气可以加热尿素或者流过出口304(如分别由箭头331和333所示)。压靠第一板342的排气在顺时针方向上旋转板240。随着排气离开SCR装置72，在出口304附近的压力减小，这可以进一步使排气能够旋转板240。
可替代地，如果板240对排气流不是防渗透的，则当板240在所示的示例中的第一旋转位置中时，仅第二扇形体354中的排气可以流动到出口304中。因此，第一扇形体352中的排气可以旋转板240，直到第一扇形体352流体地耦接到出口304。排气可以然后流出SCR装置72并流过出口304。
现在转向图3B，示出了具有处于第二旋转位置的板240的SCR装置72的第二实施例325。将理解的是，多个旋转位置可以在图3A的第一实施例300中的第一旋转位置和第二旋转位置之间发生。因此，本公开中所述的旋转位置是示例性旋转位置。在第二旋转位置中，所有板240均倾斜至中心轴线395(例如倾斜45°的角度)。因此，第一板342和第四板348与上圆弧320接合，并且第二板344和第三板346与下圆弧322接合。因此，进入SCR装置72的排气流(由箭头360所示)在流动到出口304中之前流过至少第四板348和第一板342。另外，排气可以在离开SCR装置72之前流过至少第一扇形体352、第二扇形体354和第四扇形体358。第四扇形体358中的排气的一部分压靠第四板348(例如由箭头362所示)，同时排气的剩余部分可以加热尿素，用由箭头332所示的排气流压靠第一板342，或者所述排气的剩余部分可以离开SCR装置。接触所淤积的尿素314的排气可以蒸发尿素，使得尿素蒸汽可以占据顶部空间312。随着NOX通过蒸汽减少或者随着蒸汽通过排气从SCR装置72扫出，这允许以尿素蒸汽补充顶部空间312。SCR装置72中的排气可以在一个示例中在任何板240的表面上与尿素反应。如图所示，第一扇形体352中的排气和第四扇形体358中的排气分别抵靠第一板342和第四板348推动，以在顺时针方向(箭头296)上转动板240。
在所述板对排气流不防渗透的一些实施例中，仅第二扇形体354中的排气可以离开SCR装置72。此外，第一扇形体352中的排气可以不接触尿素314，同时其他扇形体中的排气可以在图3B的实施例中所示的旋转位置中接触尿素。
现在转向图3C，示出了具有处于第三旋转位置中的板240的SCR装置72的第三实施例350。因此，第二板344和第三板346与下圆弧322接合并且第四板348与上圆弧320接合。第一板342不与上圆弧320或下圆弧322接合。因此，进入SCR装置72的排气在流出SCR装置72之前流过至少第四板358。因此，第一板342被引导朝向与出口304对应的开口，使得排气可以流出第一扇形体352(由箭头334所示)并流入出口304，并且排气流出第二扇形体354并流入出口304。在一个示例中，流出第一扇形体352(箭头334)的排气包括比在图3A中流动到第一扇形体352中(箭头330)的排气更少的NOX。随着排气流出第一扇形体352，第一扇形体352内部的压力减小，从而允许压靠第四板358的排气进一步旋转板240。
因此，图3A、图3B和图3C示出了流入SCR装置中的示例性排气连同示出排气和SCR装置的部件之间的交互的示例旋转位置。如上所述，排气由于SCR装置的入口和出口之间的压力变化而旋转所述板。这种旋转可以改进排气与SCR装置中蒸发的尿素的混合。此外，所述板旋转通过尿素，这允许尿素涂覆所述板的表面。如上所述，排气在流出SCR装置之前流过所述板中的至少一个板。这可以进一步减少释放到环境大气的排放物。随着尿素与排气中的组分反应，尿素被消耗并且SCR装置中的尿素负荷减少。因此，板的旋转速度可以随着尿素负荷的减少而增大。用于补充SCR装置中的尿素负荷的方法将在下面描述。
图4示出了用于基于所述板的旋转速度使尿素流动到SCR装置的方法400。将理解的是，尿素也可以基于其他条件被输送到SCR装置，如将在下面描述的。用于执行方法400的指令可以基于存储在控制器的存储器上的指令与从诸如参照图1在上面描述的传感器等发动机系统的传感器接收的信号结合而由控制器(例如，图1的控制器12)执行。控制器可以采用发动机系统的发动机致动器，以根据下面所述的方法调节发动机操作。
方法400在402处开始，其中所述方法400估计当前发动机操作参数。发动机操作参数可以包括但不限于发动机负荷、发动机转速、排气质量流速、EGR流速、排气温度、火花正时和空燃比。在404处，所述方法400估计SCR板的旋转速度。旋转速度可以基于发动机负荷、排气质量流速和EGR流速和空燃比中的一个或多个而被估计。旋转速度还可以基于来自位于SCR装置中的速度传感器的反馈而被估计。
在406处，所述方法400包括确定SCR板的旋转速度是否大于阈值速度。所述阈值速度可以基于发动机负荷、排气质量流速、EGR流速、火花正时和空燃比中的一个或多个的组合。例如，如果所述发动机负荷增加、排气质量流速增大和EGR流速减小中的一个或多个发生，则旋转速度可以增大。如果所述发动机负荷减小，排气质量流速减小，EGR流速增大，火花正时提前或者空燃比在化学计量之外(例如，稀或富)，则所述阈值速度可以减小。以这种方式，阈值速度可以基于改变的发动机条件变化。如果所述方法400确定所估计的旋转速度不大于所述阈值速度，则所述方法继续到408，以维持当前发动机操作参数并且不使尿素流动至SCR装置。由于旋转速度等于或小于阈值速度，SCR装置中的尿素可以处于期望的负荷。因此，尿素充分地阻碍板的旋转，使得所述板的旋转速度不超过阈值速度。
在一些实施例中，尿素负荷可以基于例如阈值时间等其他条件而被确定为过低。所述阈值时间可以基于可以使尿素消耗至小于期望的尿素量的平均持续时间。另外地或可替代地，如果阈值量的排气流已经穿过SCR装置，则尿素可能过低。所述阈值量可以基于可将尿素负荷减少至小于期望的尿素量的排气流的量。所述排气流的量可以由来自SCR装置上游和/或下游的质量流量传感器的反馈确定。
如果旋转速度大于阈值速度，则SCR装置中的尿素负荷可能太低，以至于不能充分地阻碍板的旋转。因此，所述板可能旋转过快。这可以导致由于没有足够的尿素被蒸发并且排气过快地流过SCR装置而引起排气的不充分处理。换一种方式来说，所述板可能过快地旋转使得排气中的NOX在存在较少蒸发的尿素的情况下被还原。因此，当旋转速度被确定大于阈值速度时，所述方法400前进到410，以使尿素流动至SCR装置，直到旋转速度小于或等于阈值速度。使尿素流动至SCR装置包括使尿素经由泵从尿素贮存器(例如，图1的尿素贮存器74)流动至通道(图2A的轴230)，其中所述通道沿第一表面(图2A的第一表面214)倾倒尿素至SCR装置中。尿素抵靠弯曲表面的一部分(例如图3A至图3C中的弯曲表面212的下圆弧322)淤积在SCR装置的下部中。以这种方式，SCR装置中的尿素负荷被填充到不过度阻碍板的旋转的负荷，使得在SCR装置的上游的排气背压增加。在412，所述方法400停用(或终止)所述泵，以停止使尿素流动至SCR装置。
以这种方式，SCR装置可以有效地处理排气，而不依赖于在排气流中分配尿素的尿素喷射器。通过旋转包括一个或多个SCR催化剂的多个板经过存储在SCR的底部中的尿素，尿素可以通过排气蒸发，同时还涂覆接触所淤积的尿素的板的表面。随着排气流过SCR而旋转SCR板的技术效果是更均匀地分布穿过SCR的表面的尿素，以促进在尿素和排气中的组分之间增加的反应性。此外，板的旋转速度可以用于确定SCR中的尿素负荷何时小于期望的量。通过这样做，由于尿素有效地涂覆SCR的表面而无需尿素喷射器和/或尿素混合器，可以减少发动机的尺寸限制。这可以增加发动机效率并减少排放物。
一种包括沿排气通道定位的中空圆柱形选择性催化还原装置的系统，所述装置包括经配置随着排气流入和流出所述装置而经由可旋转杆旋转的多个板和经配置使尿素流动至所述装置中的通道，其中所述尿素淤积在所述装置的下部中。所述系统的第一示例还包括其中所述排气通道包括物理地耦接到所述装置的排气管，排气通道还包括相对于排气流的上游部分和下游部分，以及其中所述上游部分垂直地高于所述下游部分。任选地包括所述第一示例的所述系统的第二示例还包括其中所述装置包括位于相同圆形表面之间的弯曲表面，以及其中所述弯曲表面被分割成上圆弧和下圆弧。任选地包括所述第一示例和第二示例中的一个或多个的所述系统的第三示例还包括其中从所述装置的中心到所述上圆弧的外边缘测量的角度大于在两个相邻板之间测量的最大角度。任选地包括所述第一至第三示例中的一个或多个的所述系统的第四示例还包括其中所述板将所述装置的内部分割成流体分离的隔室。任选地包括所述第一至第四示例中的一个或多个的所述系统的第五示例还包括其中所述板经定位旋转通过所淤积的尿素。任选地包括所述第一至第五示例中的一个或多个的所述系统的第六示例还包括其中所述板是多孔的并且经配置允许排气流过所述板。任选地包括所述第一至第六示例中的一个或多个的所述系统的第七示例还包括其中所述装置包括四个板，并且其中在所述板之间的角度等于90°。任选地包括所述第一至第七示例中的一个或多个的所述系统的第八示例还包括其中所述板包括一个或多个催化剂、多孔纤维材料和金属丝网。
一种方法，所述方法包括随着排气流动到SCR装置中而旋转所述SCR装置中的多个板并且基于所述板的旋转速度调节输送到SCR装置的尿素量。所述方法的第一示例还包括其中正输送到SCR装置的尿素响应于所述板的旋转速度小于阈值速度而终止。任选地包括所述第一示例的所述方法的第二示例还包括其中所述阈值速度基于发动机负荷、排气质量流速、EGR流速、燃料喷射压力和火花正时中的一个或多个。
一种排气系统，所述排气系统包括：排气管；SCR装置，其包括具有带有位于其间的弯曲表面的彼此相对的第一圆形表面和第二圆形表面的中空圆柱形主体，并且其中所述排气管经由入口和出口以轴向不同的高度物理地耦接到弯曲表面；位于所述SCR内部的多个板，其物理地耦接到沿与所述第一表面和第二表面的中心对准的旋转轴线定位的可旋转杆；和经配置使尿素流动至SCR装置的通道，其中所述尿素淤积在SCR的中心轴线下面的下部中。所述排气系统的第一示例还包括其中所述入口轴向地在所述出口之上。任选地包括所述第一示例的所述排气系统的第二示例还包括其中所述多个板包括四个方形多孔板，并且其中每个板之间的角度等于90°。任选地包括所述第一示例和第二示例的排气系统的第三示例还包括其中所述板将SCR的内部分割成隔室，并且其中排气在离开所述SCR装置之前流过至少两个隔室。任选地包括所述第一至第三示例的所述排气系统的第四示例还包括所淤积的尿素被暴露于流过所述SCR装置中的所述板的排气流。任选地包括所述第一至第四示例中的一个或多个的排气系统的第五示例还包括其中所述弯曲表面包括位于所述弯曲表面上的所述入口和所述出口之间的上圆弧和下圆弧，并且其中所述下圆弧长于所述上圆弧。任选地包括所述第一至第五示例中的一个或多个的所述排气系统的第六示例还包括其中所述上圆弧包括比所述下圆弧的角度更小的角度，并且其中两个角度均大于所述板之间的角度，并且其中一个或多个板独立于所述板的旋转位置而与所述上圆弧接合。任选地包括所述第一至第六示例中的一个或多个的所述排气系统的第七示例还包括其中所述板经由排气流机械地旋转。
注意本文包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中并且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其他发动机硬件的组合的控制系统执行。本文所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种动作、操作和/或功能可以以所示的顺序执行、并行地执行或在一些情况下省略。同样地，所述处理的顺序不是实现本文所述的示例实施例的特征和优点所必须要求的，而是为了便于说明和描述而提供。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据正使用的具体策略重复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示要被编程到所述发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过执行在包括各种发动机硬件部件与电子控制器的组合的系统中的指令而被实施。
将理解的是，本文公开的配置和例程在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不被视为具有限制意义，因为许多变化都是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置和其他特征、功能和/或属性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求具体地指出被视为新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以指“一个”元件或“第一”元件或它们的等价物。此类权利要求应该被理解为包括一个或多个此类元件的并入，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合可以通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而加以保护。此类权利要求无论在范围上比原始权利要求更宽、更窄、相同或不同，同样被视为包括在本公开的主题内。

Claims (19)

1.一种排气系统，包括：
沿排气通道定位的中空圆柱形选择性催化还原装置，所述装置包括经配置随着排气流过所述装置而经由可旋转杆旋转的多个板；和
经配置使尿素流动到所述装置中的通道，其中所述尿素淤积在所述装置的弯曲表面的下圆弧中，所述弯曲表面被划分成上圆弧和所述下圆弧，并且其中从所述装置的中心到所述上圆弧的外边缘测量的角度大于在所述多个板的两个相邻板之间测量的最大角度。
2.根据权利要求1所述的排气系统，其中所述排气通道包括物理地耦接到所述装置的排气管，所述排气管还包括入口和出口，并且其中所述入口垂直地高于所述出口。
3.根据权利要求1所述的排气系统，其中所述弯曲表面位于相同的圆形表面之间。
4.根据权利要求1所述的排气系统，其中所述板将所述装置的内部分割成隔室，其中第一隔室中的排气能够经过一个或多个板流动到不同的第二隔室中。
5.根据权利要求1所述的排气系统，其中所述板被定位为旋转通过所淤积的尿素。
6.根据权利要求1所述的排气系统，其中所述板对排气流是防渗透的。
7.根据权利要求1所述的排气系统，其中所述装置包括四个板，并且其中在所述板之间的角度等于90°。
8.根据权利要求1所述的排气系统，其中所述板包括催化剂、多孔纤维材料和金属丝网中的一个或多个。
9.一种排气后处理方法，包括：
随着排气流动到SCR装置中，旋转在所述SCR装置中耦接到旋转杆的多个板，其中排气使所述板围绕垂直于排气流动的方向的所述旋转杆的轴线旋转；和
基于所述板通过淤积的尿素的旋转速度，调节由中空轴输送到所述SCR装置的尿素量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中响应于所述板的旋转速度小于阈值速度而终止向所述SCR装置输送所述尿素。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述阈值速度基于发动机负荷、排气质量流速、EGR流速、燃料喷射压力和火花正时中的一个或多个。
12.一种排气系统，包括：
排气管；
SCR装置，其包括中空圆柱形主体，所述中空圆柱形主体具有带有位于其中的弯曲表面的彼此相对的第一圆形表面和第二圆形表面，并且其中所述排气管以轴向不同高度经由入口和出口物理地耦接到所述弯曲表面；
位于所述SCR装置内的多个板，所述多个板物理地耦接到沿与所述第一圆形表面和所述第二圆形表面的中心对准的旋转轴线定位的可旋转杆；和
经配置使尿素流动到所述SCR装置的通道，其中所述尿素淤积在所述SCR装置的中心轴线之下的下部中。
13.根据权利要求12所述的排气系统，其中所述入口轴向地在所述出口之上。
14.根据权利要求12所述的排气系统，其中所述多个板包括四个方形多孔板，并且其中每个所述板之间的角度等于90°。
15.根据权利要求12所述的排气系统，其中所述板将所述SCR装置的内部分割成隔室，并且其中排气在离开所述SCR装置之前流过至少两个隔室。
16.根据权利要求12所述的排气系统，其中淤积的所述尿素被暴露于流过所述SCR装置的排气流。
17.根据权利要求12所述的排气系统，其中所述弯曲表面包括位于所述弯曲表面上的所述入口和所述出口之间的上圆弧和下圆弧，并且其中所述下圆弧长于所述上圆弧。
18.根据权利要求17所述的排气系统，其中所述上圆弧包括比所述下圆弧的角度更小的角度，并且其中两个角度均大于所述板之间的角度，并且其中所述板中的一个独立于所述板的旋转位置而与所述上圆弧接合。
19.根据权利要求12所述的排气系统，其中所述板经由排气流机械地旋转。
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