CN112901318A - 具有旁通阀的排气后处理部件 - Google Patents

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Abstract

一种排气系统，包括构造为接收来自发动机的排气气体的第一后处理基底和位于第一后处理基底下游的第二后处理基底，其中，第一后处理基底小于第二后处理基底。旁通阀构造成当排气气体温度低于预先确定的温度时在排气气体进入第二后处理基底之前引导排气气体穿过第一后处理基底，并且构造成当排气气体温度高于预先确定的温度时允许排气气体对第一后处理基底旁通并进入第二后处理基底。

Description

具有旁通阀的排气后处理部件
技术领域
本公开总体上涉及一种处于旁路构造的排气气体后处理部件。
背景技术
排气系统引导由发动机产生的热排气气体通过各种排气部件以减少排放并控制噪声。在一种传统构造中，排气系统包括喷射系统，该喷射系统在选择性催化还原(SCR)催化器上游喷射NOx还原流体，诸如尿素、碳酸铵、或任何还原气体或液体，其例如是尿素和水的溶液。喷射系统包括将喷射的流体喷洒入排气流中的定量给料器。喷洒通常集中在一个区域中，然后扩散以与排气气体混合。在到达SCR催化器之前，来自所喷射的流体的尿素应尽可能多地转化为氨(NH3)。低温条件和某些包装构造会使这种转化更加困难。
发明内容
根据本公开的一示例性方面的排气系统主要包括：构造为接收来自发动机的排气气体的第一后处理基底和位于第一后处理基底下游的第二后处理基底，其中，第一后处理基底小于第二后处理基底。旁通阀构造成当排气温度低于预先确定的温度时在排气气体进入第二后处理基底之前引导排气气体穿过第一后处理基底，并且构造成当排气气体温度高于预先确定的温度时允许排气气体对第一后处理基底旁通并进入第二后处理基底。
在前述系统的另一非限制性实施例中，第一后处理基底和第二后处理基底包括SCR基底。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，DOC或DOC/DPF以及混合器位于第二后处理基底上游且位于第一后处理基底下游。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，喷射系统至少具有构造成将还原剂喷射到混合器中的第一定量给料器和构造成在第一后处理基底上游喷射还原剂的第二定量给料器。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，第一后处理基底定位在涡轮增压器紧接着的下游，并且系统包括围绕第二后处理基底的壳体、具有与涡轮增压器出口管流体连通的第一管端和与壳体的入口流体连通的第二管端的第一管、以及具有与涡轮增压器出口管流体连通的第一管端和与壳体的入口流体连通的第二管端的第二管，并且其中，旁通阀定位在第一管和第二管中一者之内。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，旁通阀定位在第一管内，并且第一后处理基底定位在第二管内以提供并联构造。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，旁通阀定位在第一管内，并且第一后处理基底定位在第一管内、旁通阀下游，并且其中，当旁通阀处于关闭位置中时，排气气体对第一后处理基底旁通，并且经第二管流到壳体的入口。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，旁通阀定位在第一管内并且第一后处理基底定位在第二管内，并且其中，当旁通阀处于关闭位置中时，排气气体经第二管流入第一后处理基底。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，第一后处理基底定位在涡轮增压器紧接着的下游，并且系统包括围绕第二后处理基底的壳体；将第一后处理基底的出口流体连接到壳体的入口的第一增压室、与涡轮增压器出口管流体连通的第二增压室，其中，第一后处理基底定位在第一增压室与第二增压室之间；以及将第二增压室连接到第一增压室并平行于第一后处理基底延伸的管部分，并且其中，旁通阀位于所述管部分内。
根据本公开的另一示例性方面，一种排气系统主要包括：第一后处理部件和位于第一后处理部件下游的第二后处理部件，第一后处理部件包括构造为从发动机接收排气气体的至少一个第一后处理基底。第一壳体围绕至少一个上游基底，第二壳体围绕至少一个第二后处理基底，并且混合器具有混合器壳体，该混合器壳体具有连接到第一壳体的上游端和连接到第二壳体的下游端。第一后处理基底小于第二后处理基底。旁通阀构造成当排气气体温度低于预先确定的温度时在排气气体进入第二后处理基底之前引导排气气体穿过第一后处理基底，并且构造成当排气气体温度高于预先确定的温度时允许排气气体对第一后处理基底旁通，并进入第二后处理基底。
在任何前述系统的另一非限制性实施例中，至少一个第一后处理基底和至少一个第二后处理基底包括SCR基底，并且其中，上游基底包括DOC或DOC/DPF，并且系统包括喷射系统，喷射系统至少具有构造成将还原剂喷射到混合器中的第一定量给料器和构造成将还原剂喷射到第一后处理基底上游的第二定量给料器，并且其中，旁通阀以及第一和第二定量给料器由至少一个电子控制单元控制。
前述段落的实施例、示例和替代方式，权利要求书或以下描述和附图，包括它们的各个方面或相应的单独特征中的任何一个可以独立地或以任何组合来采用。结合一个实施例描述的特征可适用于所有实施例，除非这些特征不兼容。
附图说明
从具体实施方式部分所公开的示例的各种特征和优点将对于本领域技术人员变得明显。具体实施方式部分所附的附图可简要描述如下：
图1是一个车辆排气系统的示意图。
图2是图1所示排气系统的旁通结构的第一示例的立体图。
图3是图1所示排气系统的旁通结构的另一示例的立体图。
图4是图1所示排气系统的旁通结构的另一示例的立体图。
图5是图1所示排气系统的旁通结构的另一示例的立体图。
具体实施方式
本公开详述了一种具有带旁路构造的点火式后处理部件的示例性排气系统。
如图1所示，车辆排气系统10包括发动机12，发动机产生通过排气歧管14输送到各种下游排气部件的排气气体。在一个示例构造中，涡轮增压器16位于排气歧管14下游，并包括涡轮增压器出口管18。在一个示例中，直排式排气后处理组件20位于涡轮增压器出口管18下游。在一个示例中，直排式排气后处理组件20包括具有第一后处理基底24的第一排气部件22、位于第一排气部件22下游的混合器26、以及具有位于混合器26下游的第二后处理基底30的第二排气部件28。在该示例性结构中，第一排气部件22、混合器26和第二排气部件28均彼此同轴，从而形成直排式排气后处理组件20。
在直排式排气后处理组件20上游是旁通结构40，其包括附加的后处理排气部件。在一个示例中，旁通结构40包括后处理基底42和阀44。旁通结构40构造成提供超低的NOx排放并有助于减少冷启动排放。旁通结构40可包括各种构造，其示例在图2－5中示出。在一个示例中，旁通结构40位于涡轮增压器出口管18紧接着的下游，并且位于直排式排气后处理组件20紧接着的上游。这使后处理基底42更靠近发动机热源，从而减小热惯性并提供了更早的熄灭。这将在下文中更详细地讨论。
排气气体离开旁通结构40并进入直排式排气后处理组件20的第一排气部件22。在一个示例中，第一排气部件22的第一后处理基底24包括柴油氧化催化器(DOC)或结合柴油颗粒过滤器(DPF)的DOC。排气气体离开第一排气部件22并进入混合器26，混合器26用于将还原剂和发动机排气气体的混合物引导到第二排气部件28的第二后处理基底30中。第二后处理基底30包括例如至少一个催化还原(SCR)基底24。在第二后处理基底30下游，可存在有各种附加的下游排气部件46，其可包括管、消声器、谐振器等。下游排气组件46将排气气体经由排气管48引导至通入大气的出口。各部件可根据应用场合的类型和可用的封装空间来以各种不同的构造和组合进行安装。
喷射系统50包括喷射器或定量给料器52，其将还原剂例，如NOx还原流体，诸如尿素、碳酸铵或任何还原气体或为尿素和水的溶液的液体递送到混合器26的内腔54中并位于第二后处理基底30上游。定量给料器52的运行是已知的，并且可使用任何类型的喷射器或定量给料器。混合器26将发动机排气气体与所喷射的还原剂混合。在一个示例中，如图2所示，定量给料器52在定量给料器安装接口58处安装至混合器26的外壳56的外周表面。定量混合器52接收来自流体供应部60的还原剂，并且控制器62，例如电子控制单元如已知的那样控制流体的喷射。
在一个示例中，旁通结构40包括如图1所示的第二喷射器或定量给料器64。定量给料器64将还原剂注入到在后处理基板42上游的一位置处离开涡轮增压器16的排气气体流中。定量给料器64安装在定量给料器安装接口66处的旁路结构40内(图2－5)。定量给料器64从流体供应部60接收还原剂，并且控制器62控制还原剂的喷射。可选地，定量给料器64具有单独的流体供应部和/或单独的控制器。
控制器62可包括处理器、存储器以及一个或多个输入和/或输出接口，该一个或多个输入和/或输出接口经由包括例如一个或多个总线和/或其它有线或无线连接的本地接口通信地联接。控制器62以已知的方式运行，并且可以是用于执行软件的硬件装置，并且可包括处理器、中央处理单元(CPU)或通常用于执行软件指令的任何装置。控制器62可以是主车辆控制器或用于排气系统的专用控制器。一个或多个车辆传感器38将车辆数据提供给控制器62。在一示例中，传感器38包括温度传感器，用于感测周围环境的温度。
旁通装置40提供上游后处理基板，例如，上游SCR，以使其在尺寸方面小于下游后处理基板30，例如下游SCR。旁通阀44构造成当排气气体温度例如低于预先确定的温度时在进入下游SCR之前引导排气气体通过上游SCR，并且造成当排气气体温度高于预先确定的温度时允许排气气体对上游SCR旁通并进入下游SCR。这使得能够更靠近发动机热源引燃较小直径(较小尺寸)的SCR，以减小热惯性并使得能够尽较早引燃。较小尺寸SCR可在冷启动条件期间提供更快的引燃，但在系统处于所期望的运行温度且不再需要引燃SCR时，在较高的排气气体流率下会限制流量。这实现了紧密联接的后处理和常规后处理系统能够在发动机12的整个运行范围内独立地工作而没有背压损失。
在图2－5中示出了旁通结构40的示例。在每个示例中，第一后处理基底42比直排式排气后处理组件20更靠近发动机12。在一个示例中，第一后处理基底42定位在涡轮增压器16紧接着的下游以提供紧密联接构造，使得在涡轮增压器16与旁通结构40之间没有其它后处理部件。在每个示例中，第一排气部件22包括第一外壳68，第二排气部件28包括第二外壳70，且混合器外壳56将第一外壳68和第二外壳70连接在一起。例如，混合器壳体56的上游端72连接至第一外壳68，而混合器壳体56的下游端74连接至第二外壳70。在图2所示的示例中，第一端盖76连接有第一外壳68的上游端，而第二端盖78连接到第二外壳70的下游端。第一端盖76包括连接到旁通结构40的出口的入口80，而第二端盖78包括连接到下游排气部件46(图1)的出口82。
在图2所示的示例中，旁通结构40包括第一管84，第一管84具有与涡轮增压器出口管18流体连通的第一管端86和与入口80流体连通的第二管端88。第二管90具有与涡轮增压器出口管18流体连通的第一管端92和与入口80流体连通的第二管端94。在该示例中，旁通阀44定位在第一管84内，并且第一后处理基底42定位在第二管90内以提供并联构造。在一个示例中，旁通阀44包括蝶形阀，该蝶形阀具有瓣片，该瓣片在关闭位置与打开位置之间运动，在关闭位置中，相关联的管道的大部分或全部横截面被瓣片阻挡，而在打开位置中，提供了最大量的排气气体流量。在一个示例中，旁通阀44仅可在打开位置与关闭位置之间运动。可选地，控制器62可使阀44在多个位置之间运动。在图2所示的示例中，当阀44关闭时，在进入下游组件20之前，排气气体被迫流入第二管90以穿过第一后处理基底42。当达到期望的温度时，阀44打开并且排气气体可以经第一管84流入下游组件20。第一后处理基底42用作限制，使得当阀44打开时大部分排气气体流经第一管84而不是第二管90。
在一个示例中，第一后处理基底42包括中心壳体96、连接到中心壳体96的上游端的入口锥体98和连接到中心壳体96的下游端的出口锥体100。在一个示例中，入口锥体98包括定量给料器安装接口66，其构造成接收定量给料器64。
在图3所示的示例中，旁通阀44定位在第一管84内，并且第一后处理基底42定位在第一管84内、旁通阀44下游。当旁通阀44处于关闭位置中时，所有排气气体的对第一后处理基底42旁通，并且经第二管90流到入口80。当旁通阀44处于打开位置中时，排气气体的一部分流经第一后处理基底42，之后进入下游组件20。在此构造中，第一端盖76替换为增压室102，该增压室将第一后处理基底42的出口流体连接到第一外壳68的入口。第二管90的第二管端94在第一后处理基底42下游直接连接到入口增压室102。因此，该构造提供了U型增压室，其中，第一后处理基底42与下游排气后处理组件20并联安装，并且旁通阀44位于第一后处理基底42上游，这迫使排气气体通过旁通管90到达下游排气后处理组件20。
图4示出了一示例构造，其中，旁通阀44定位在第一管84以内，并且第一后处理基底42定位在第二管90内。当旁通阀44处于关闭位置中时，排气气体经第二管90流入第一后处理基底42，之后进入下游排气后处理组件20。当旁通阀44处于打开位置中时，排气气体的大部分经第二管90流到下游排气后处理组件20。在该构造中，第一端盖76也替换为增压室102，增压室将第一后处理基底42的出口流体连接到第一壳体68的入口。第一管84的第二管端88在第一后处理基底42下游直接连接到入口增压室102。因此，该构造类似于图3所示的构造，但是在相反的位置中，其中，旁通阀44与第一后处理基底42并联。
图5示出了带有两个增压室的示例。在该示例中，第一增压室102将第一后处理基底42的出口流体连接到第一外壳68的入口。第二增压室104与涡轮增压器出口管18流体连通，并且第一后处理基板42定位在第一增压室102与第二增压室104之间。第一管部分106将第二增压室104连接到第一增压室102，并平行于第一后处理基底42延伸。旁通阀44位于第一管部分106内。第二管部分108将涡轮增压器出口管18连接至第二增压室104的入口。附加的管部分108包括定量给料器安装接口66，其构造成接收定量给料器64。因此，该构造类似于图4所示的构造，但是包括代替第一管84和第二管90以减小总体复杂性的入口增压室104，并且减少了从发动机热源开始的总有效长度和热惯性，以允许第一后处理基底42更快地加热。
尽管在本公开的附图中图示了特定的部件关系，但是这些图示并不旨在限制本公开。换句话说，所示的各种部件的放置和定向可以在本公开的范围内变化。此外，本公开所附的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被夸大或最小化，以示出特定部件的某些细节。
前述描述本质上是示例性的而不是限制性的。对于所公开的示例的变型和修改对于本领域技术人员而言可以变得明显，而不必脱离本公开的实质。因此，只能通过研究以下权利要求来确定给予本公开的法律保护范围。

Claims (20)

1.一种排气系统，包括：
构造为接收来自发动机的排气气体的第一后处理基底；
位于所述第一后处理基底下游的第二后处理基底，其中，所述第一后处理基底小于所述第二后处理基底；以及
旁通阀，所述旁通阀构造成当排气气体温度低于预先确定的温度时在所述排气气体进入所述第二后处理基底之前引导所述排气气体穿过所述第一后处理基底，并且构造成当所述排气气体温度高于所述预先确定的温度时允许排气气体对所述第一后处理基底旁通并进入所述第二后处理基底。
2.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述第一后处理基底和第二后处理基底包括SCR基底。
3.如权利要求2所述的排气系统，其特征在于，包括位于所述第二后处理基底上游且位于所述第一后处理基底下游的混合器和DOC或DOC/DPF。
4.如权利要求3所述的排气系统，其特征在于，包括喷射系统，所述喷射系统至少具有构造成将还原剂喷射到所述混合器中的第一定量给料器和构造成在所述第一后处理基底上游喷射还原剂的第二定量给料器。
5.如权利要求4所述的排气系统，其特征在于，所述旁通阀和所述第一定量给料器以及所述第二定量给料器由至少一个电子控制单元控制。
6.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述第一后处理基底定位在涡轮增压器的紧接着的下游，并且包括：
围绕所述第二后处理基底的壳体，
第一管，所述第一管具有与涡轮增压器出口管流体连通的第一管端和与所述壳体的入口流体连通的第二管端，以及
第二管，所述第二管具有与所述涡轮增压器出口管流体连通的第一管端和与所述壳体的入口流体连通的第二管端，并且其中，所述旁通阀定位在所述第一管与所述第二管中的一者之内。
7.如权利要求6所述的排气系统，其特征在于，所述旁通阀定位在所述第一管内，并且所述第一后处理基底定位在所述第二管内以提供并联构造。
8.如权利要求6所述的排气系统，其特征在于，所述旁通阀定位在所述第一管内，并且所述第一后处理基底定位在所述第一管内、所述旁通阀下游，并且其中，当所述旁通阀处于关闭位置中时，所述排气气体对所述第一后处理基底旁通，并且经所述第二管流到壳体的入口。
9.如权利要求8所述的排气系统，其特征在于，包括入口增压室，所述入口增压室将所述第一后处理基底的出口流体连接到所述壳体的入口，并且其中所述第二管的所述第二管端在所述第一后处理基底下游直接连接到所述入口增压室。
10.如权利要求6所述的排气系统，其特征在于，所述旁通阀定位在所述第一管内，并且所述第一后处理基底定位在所述第二管内，并且其中，当所述旁通阀处于关闭位置中时，排气气体经第二管流入所述第一后处理基底。
11.如权利要求10所述的排气系统，其特征在于，包括入口增压室，所述入口增压室将所述第一后处理基底的出口流体连接到所述壳体的入口，并且其中，所述第一管的所述第二管端在所述第一后处理基底下游直接连接到所述入口增压室。
12.如权利要求6所述的排气系统，其特征在于，所述第一后处理基底包括围绕所述第一后处理基底的中心壳体、连接到所述中心壳体的上游端的入口锥体和连接到所述中心壳体的下游端的出口锥体，并且其中，所述入口锥体包括构造为接收定量给料器的定量给料器安装接口。
13.如权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述第一后处理基底定位在涡轮增压器的紧接着的下游，并且包括：
围绕所述第二后处理基底的壳体，
将所述第一后处理基底的出口流体连接到所述壳体的入口的第一增压室，
与涡轮增压器出口管流体连通的第二增压室，其中，所述第一后处理基底定位在所述第一增压室与所述第二增压室之间，以及
管部分，所述管部分将所述第二增压室连接到所述第一增压室并平行于所述第一后处理基底延伸，并且其中，所述旁通阀位于所述管部分内。
14.如权利要求13所述的排气系统，其特征在于，包括附加的管部分，所述附加的管部分将所述涡轮增压器出口管连接到所述第二增压室的入口，并且其中，所述附加的管部分包括构造为接收定量给料器的定量给料器安装接口。
15.一种排气系统，包括：
第一后处理部件，所述第一后处理部件包括构造为接收来自发动机的排气气体的至少一个第一后处理基底；
第二后处理部件，所述第二后处理部件位于所述第一后处理部件下游，并且包括围绕至少一个上游基底的第一壳体、围绕至少一个第二后处理基底的第二壳体、以及混合器，所述混合器具有带有连接到所述第一壳体的上游端和连接到所述第二壳体的下游端的混合器壳体，并且其中，所述第一后处理基底小于所述第二后处理基底；以及
旁通阀，所述旁通阀构造成当排气气体温度低于预先确定的温度时在所述排气气体进入所述第二后处理基底之前引导所述排气气体穿过所述第一后处理基底，并且构造成当所述排气气体温度高于所述预先确定的温度时允许排气气体对所述第一后处理基底旁通并进入所述第二后处理基底。
16.如权利要求15所述的排气系统，其特征在于，所述至少一个第一后处理基底和所述至少一个第二后处理基底包括SCR基底，并且其中，上游基底包括DOC或DOC/DPF，并且所述排气系统包括喷射系统，所述喷射系统至少具有构造成将还原剂喷射到所述混合器中的第一定量给料器和构造成将还原剂喷射到所述第一后处理基底上游的第二定量给料器，并且其中，所述旁通阀以及所述第一定量给料器和所述第二定量给料器由至少一个电子控制单元控制。
17.如权利要求15所述的排气系统，其特征在于，所述第一后处理基底定位在涡轮增压器的紧接着的下游，并且包括：
第一管，所述第一管具有与涡轮增压器出口管流体连通的第一管端和与所述第一壳体的入口流体连通的第二管端，以及
第二管，所述第二管具有与所述涡轮增压器出口管流体连通的第一管端和与所述第一壳体的入口流体连通的第二管端，并且其中，所述旁通阀定位在所述第一管与所述第二管中的一者之内。
18.根据权利要求17所述的排气系统，其特征在于，
所述旁通阀定位在所述第一管内，并且所述第一后处理基底定位在所述第二管内以提供并联构造，
所述旁通阀定位在所述第一管内，并且所述第一后处理基底定位在所述第一管内、所述旁通阀下游，并且其中，当所述旁通阀处于关闭位置中时，所述排气气体对所述第一后处理基底旁通，并且经所述第二管流到所述第一壳体的入口，或者
所述旁通阀定位在所述第一管内，并且所述第一后处理基底定位在所述第二管内，并且其中，当所述旁通阀处于关闭位置中时，所述排气气体经第二管流入所述第一后处理基底。
19.如权利要求18所述的排气系统，其特征在于，包括入口增压室，所述入口增压室将所述第一后处理基底的出口流体连接到所述第一壳体的入口。
20.如权利要求15所述的排气系统，其特征在于，所述第一后处理基底定位在涡轮增压器的紧接着的下游，并且包括：
将所述第一后处理基底的出口流体连接到所述第一壳体的入口的第一增压室，
与涡轮增压器出口管流体连通的第二增压室，其中，所述第一后处理基底定位在所述第一增压室与所述第二增压室之间，以及
管部分，所述管部分将所述第二增压室连接到所述第一增压室并平行于所述第一后处理基底延伸，并且其中，所述旁通阀位于所述管部分内。
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