CN204783193U - 用于内燃机的排气后处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于内燃机的排气后处理系统，所述排气后处理系统中包括辅助冷却剂箱，所述辅助冷却剂箱包括入口连接端口和出口通道。所述出口通道包括第一部分和第二部分。所述第一部分平行于第一侧的平面和上表面的平面而延伸。所述第一部分在所述第一部分的一端包括流体收集端口。所述流体收集端口与第一上拐角相邻。所述第一部分在靠近第二上拐角的位置处连接到所述第二部分。所述第二部分平行于所述第三侧的平面和所述上表面的所述平面而延伸。所述第二部分在所述第二部分的一端包括出口端口。

Description

用于内燃机的排气后处理系统

技术领域

本实用新型大体来说涉及排气后处理系统。更具体地，本实用新型涉及用于内燃机的排气后处理系统的辅助冷却剂箱。

背景技术

内燃机的排气可含有对环境不利的物质，如氮氧化物（NOx）、颗粒物等。这些年来，已经在汽车行业和非公路用车行业内做出了努力以减少排气中不利物质的排放。这已经通过燃烧过程的改进和在排放到大气之前的排气处理得以实现。一种NOx排放物的催化还原合理使用选择性催化还原（SCR）系统实现，该系统可以包括还原剂箱、还原剂喷射器以及催化室。还原剂箱可以存储还原剂并将还原剂供应到还原剂喷射器用于催化还原。催化还原可以涉及将还原剂通过还原剂喷射器引入废气流。还原剂通常可以是液氨源，例如尿素水溶液。还原剂喷射器可以位于催化室的上游，所述催化室可包含SCR催化剂。SCR催化剂通常可以包括催化剂粉末的混合物，所述催化剂粉末例如氧化钛，氧化钒以及氧化钨。在此过程中，SCR催化剂促进还原剂（例如氨）和NOx之间的反应，以产生水和氮气，从而从排气中去除NOx。

在运行期间，还原剂喷射器可能变得过热，这可能有损于还原剂喷射器的性能。因此，可以提供冷却装置以防止还原剂喷射器变热。但是，当发动机被断开或关闭时，由于到还原剂喷射器的冷却剂流停止，还原剂喷射器可能要经历热吸收。还原剂喷射器的高温可以导致冷却剂在还原剂喷射器中局部沸腾。冷却剂通道内的还原剂的局部沸腾可以导致防止热散逸的气穴。

防止还原剂喷射器过热的一种方法是使用发动机延时停机（DES），其中发动机在切断电源之后在一定时间段内保持运转以允许冷却剂流到还原剂喷射器。然而，一些机器操作者使用DES可能不愿使用，且因此需要其它替代冷却方式。需要用于在排气后处理系统中使用还原剂喷射器的改进的冷却装置。

实用新型内容

本实用新型涉及一种用于内燃机的排气后处理系统。所述排气后处理系统包括至少一种选择性催化还原（SCR）催化剂和至少一个还原剂喷射器。所述还原剂喷射器配置成将还原剂喷射到内燃机的排气部分下游的排气通道。所述排气后处理系统进一步包括冷却剂回路以冷却还原剂喷射器。所述冷却剂回路包括配置成将冷却剂输送到还原剂喷射器的主冷却剂箱，以及与还原剂喷射器流体连通的辅助冷却剂箱。辅助冷却剂箱包括上表面、下表面和四个侧面。

根据本实用新型，辅助冷却剂箱包括入口连接端口和出口通道。所述入口连接端口构造和设置在辅助冷却剂箱的下表面内。所述出口通道包括第一部分和第二部分。所述第一部分平行于第一侧的平面和上表面的平面而延伸。所述第一部分在第一部分的一端包括流体收集端口。所述流体收集端口与由第一侧、第二侧以及上表面限定的第一上拐角相邻。所述第二部分在邻近第二上拐角的位置处连接到第一部分，所述第二上拐角由第一侧、上表面以及与第二侧相对的第三侧限定。所述第二部分平行于第三侧的平面和上表面的平面而延伸。所述第二部分在第二部分的一端处包括出口端口。

根据本实用新型的一个方面，辅助冷却剂箱包括L形的出口通道。

由于设计辅助的冷却剂箱，当发动机处于热停机状态时，由于光照强度蒸汽倾向于向上移动，并且较高密度液体倾向于向下移动，辅助的冷却剂箱提供了冷却剂环绕还原剂喷射器的自然循环，避免了还原剂喷射器的高温可能导致冷却剂在还原剂喷射器中局部沸腾现象的发生。

附图说明

图1示出了根据本实用新型构思的发动机系统的示意图；

图2示出了根据本实用新型构思的图1的发动机系统中的排气后处理系统的辅助冷却剂箱；

图3示出了根据本实用新型构思的图2的辅助冷却剂箱的透视图，去除了辅助冷却剂箱的上表面，以示出箱体中冷却剂出口通道的结构；

图4示出了根据本实用新型构思的沿水平定向的图2的辅助冷却剂箱；

图5示出了根据本实用新型构思的沿顺时针倾斜定向的图2的辅助冷却剂箱；以及

图6示出了根据本实用新型构思的沿逆时针倾斜定向的图2的辅助冷却剂箱。

具体实施方式

参照图1，示出了发动机系统100。发动机系统100可以包括发动机102和排气后处理系统104。发动机102可以包括未示出的特征，例如燃料系统、空气系统、冷却系统、辅助装置、传动系统部件、涡轮增压器等。发动机102可以是任何类型的发动机（内燃机、涡轮机、燃气、柴油、气体燃料、天然气、丙烷等），可以具有任意大小，具有任意数目的汽缸，及任意构造（“V”，直列式，径向等）。发动机102可以用于为任何机器或其它装置提供动力，所述任何机器或其它装置包括：机车应用、高速公路卡车或车辆、非公路用卡车或机器、推土设备、发电机、航空应用、船只应用、泵、固定设备，和/或本领域已知的其它发动机驱动应用。

参照在图1中所示的特征，发动机102可以包括多个汽缸106和多个排气部分108。多个汽缸106位于发动机102中并可以接收空气和燃料的组合。空气/燃油混合物在多个汽缸106中燃烧。空气/燃油混合物的燃烧在汽缸106中产生排气。来自汽缸106的排气流动通过排气部分108，进入排气后处理系统104。

排气后处理系统104配置成处理由在发动机102的汽缸106中的燃烧产生的一个或多个排气流。排气后处理系统104包括各种排放处理技术，包括但不限于：再生装置、热源、氧化催化剂、柴油氧化催化剂（DOC）、柴油颗粒过滤器（DPF）、选择性催化还原催化剂（SCR）、稀薄NOx捕捉器（LNT）、消音器，或其它装置。

排气后处理系统104可以包括排气通道110、SCR模块112、排气出口114、中间流动区116、还原剂系统118，以及控制器120。排气通道110位于排气部分108的下游并与排气部分108流体连通。通过箭头122描述从排气部分108引导排气流动。排气流通过排气通道110引导至SCR模块112。通过箭头124描述离开SCR模块112的已处理过的排气流引导朝向排气出口114的流动。SCR模块112可以是包括SCR催化剂126的流通支撑体。SCR模块112有利于排气流（由122示出）穿过SCR模块112朝向排气出口114的连续通过。SCR催化剂126通过将排气中的NOx排放物转换成双原子氮气（N2）和水（H2O）来减少NOx排放物。

还原剂系统118可包括还原剂源128、还原剂泵130、还原剂喷射器132以及冷却剂回路134。还原剂系统118可按照各种方式进行配置。可使用任何能够基于需求将所需量的还原剂供给至排气流的系统。在一示范性实施例中，还原剂源128为盒形箱，如图1所示。还原剂源128可以是箱、容器、吸收材料或本领域中公知的能够存储和释放还原剂的其它装置。还原剂可以是尿素、氨气、柴油燃料或其它用于从排气流中除去NOx排放物的碳氢化合物。还原剂源128通过还原剂泵130与还原剂喷射器132流体连通。还原剂泵130可以是任何能够从还原剂源128中抽出还原剂并将还原剂输送至还原剂喷射器132的提取装置。阀（未示出）可以位于还原剂源128与还原剂喷射器132之间，包括所述阀以调节或控制还原剂向还原剂喷射器132的输送。

还原剂喷射器132分别包括冷却剂端口连接件136和冷却剂出口端口138，它们配置成允许冷却剂进入和离开还原剂喷射器132。然而，还原剂喷射器132可包括弹簧、垫圈、冷却通道、喷射器引脚和/或其它未示出的特征。还原剂喷射器132布置在中间流动区116的上游。还原剂喷射器132配置成将还原剂喷射至离开汽缸106并进入到中间流动区116中的排气流中。中间流动区116位于SCR模块112的上游。在中间流动区116中，还原剂通过还原剂喷射器132注入，并且因此，还原剂与排气流混合。中间流动区116可包括多个结构，这些结构增强对混合物的流动流的干扰和/或为排气与还原剂的充分混合提供足够的时间。还原剂和排气流的混合物流过中间流动区116并进入SCR模块112。在SCR模块112中，SCR催化剂126通过将排气中的NOx排放物转化为双原子氮气（N₂）和水（H₂O）来降低NOx排放物。

此外，排气后处理系统104还包括冷却剂回路134，该冷却剂回路134可以冷却还原剂喷射器132，特别是还原剂喷射器132的尖端部分（未示出）。冷却剂回路134包括主冷却剂箱140、冷却剂泵142、辅助冷却剂箱144、第一冷却剂通道146、第二冷却剂通道148以及第三冷却剂通道150。主冷却剂箱140存储冷却剂，并经由第一冷却剂通道146流体地连接到冷却剂泵142。由发动机102提供动力的冷却剂泵142配置成将冷却剂从主冷却剂箱140泵送至还原剂喷射器132。冷却剂泵142经由第一冷却剂通道146与还原剂喷射器132的冷却剂端口连接件136流体连通。冷却剂通过冷却剂出口端口138离开还原剂喷射器132。冷却剂出口端口138经由第二冷却剂通道148与辅助冷却剂箱144流体连通。辅助冷却剂箱144经由第三冷却剂通道150流体地连接到主冷却剂箱140，从而允许冷却剂流回主冷却剂箱140。

在正常工作状态中，当冷却剂泵142由发动机102提供动力时，冷却剂沿逆时针方向在冷却剂回路134中循环。冷却剂从主冷却剂箱140循环至还原剂喷射器132。来自还原剂喷射器132的热冷却剂流至辅助冷却剂箱144并循环回到主冷却剂箱140。在冷却剂泵142不运行的情形下，冷却剂停止在冷却剂通道中流动。此时，如果还原剂喷射器132变得过热，则热被传递至还原剂喷射器132中的冷却剂通道（未示出）。热传递至冷却剂通道（未示出）导致围绕还原剂喷射器132的冷却剂沸腾和蒸发。冷却剂通道（未示出）内的冷却剂蒸气经由第二冷却剂通道148上升并流向辅助冷却剂箱144。冷却剂蒸气朝向辅助冷却剂箱144的运动导致在还原剂喷射器132的冷却剂通道（未示出）中形成空隙，或低压区域。因此，来自辅助冷却剂箱144的冷却剂沿第二冷却剂通道148向下急速流动并被输送到还原剂喷射器132。因此被输送的冷却剂在还原剂喷射器132的冷却剂通道（未示出）中循环，从而冷却还原剂喷射器132。

排气后处理系统104还包括控制器120，该控制器120配置成控制并监视排气后处理系统104的操作。排气后处理系统104可以经由多个连通管线152与还原剂系统118连通。多个连通管线152控制还原剂泵130和阀（未示出），并监视还原剂系统118的各个方面，例如，可从还原剂源128获得的还原剂的量。

参考图2，示出冷却剂回路134（图1）的辅助冷却剂箱144。辅助冷却剂箱144位于冷却剂回路134（图1）中的还原剂喷射器132（图1）之上。辅助冷却剂箱144配置成容纳流入还原剂喷射器132的冷却剂。不论多种操作条件下的机器的安装角度和/或倾斜角度如何，辅助冷却剂箱144还配置成保持作为冷却剂回路134一部分的冷却剂。换句话说，不管多种操作条件下的机器的安装角和/或倾斜角，所公开的设计促进在辅助冷却剂箱144内保留最大体积的冷却剂。

辅助冷却剂箱144包括上表面200、下表面202、第一侧204、第二侧206、第三侧208以及第四侧210。上表面200和下表面202相对放置，并以一定距离平行于彼此。第一侧204邻近于第二侧206和第三侧208，并相对地平行于第四侧210。上表面200、下表面202、第一侧204、第二侧206、第三侧208以及第四侧210形成封闭外壳，如图2所示。第一侧204连同第二侧206和上侧200限定第一上拐角212。相似地，第一侧204连同第三侧208和上表面200限定第二上拐角214。辅助冷却剂箱144还可以包括安装支架216以促进辅助冷却剂箱144的安装。

参考图3，示出辅助冷却剂箱144，其包括入口连接端口300和出口通道302。入口连接端口300构造和设置在辅助冷却剂箱144的下表面202中。入口连接端口300配置成允许来自还原剂喷射器132的加热过的冷却剂进入辅助冷却剂箱144。发动机关闭后，当冷却剂沿顺时针方向流动时（如图1所示的），入口连接端口300充当从辅助冷却剂箱144流至还原剂喷射器132的冷却剂的出口。

在实施例中，出口通道302可为L形通道。出口通道302包括第一部分304和第二部分306。第一部分304平行于第一侧204的平面，以及上表面200的平面而延伸。第一部分304包括流体收集端口308，该流体收集端口308邻近第一上拐角212布置。流体收集端口308被称为点，冷却剂从此点进入出口通道302的第一部分304。进入出口通道302的第一部分304的冷却剂流到第二部分306。第一部分304与第二部分306流体连通。第二部分306在邻近第二上拐角214的位置处连接到第一部分304。第二部分306沿平行于第三侧208的平面，以及平行于上表面200的平面的方向延伸。此外，第二部分306包括布置于第二部分306的一端的出口端口310。

参照图4，示出了辅助冷却剂箱144的水平定向。由于流体收集端口308的位置，所以冷却剂的体积在辅助冷却剂箱144中保持在第一液面400处。最小体积的冷却剂通过出口端口310离开辅助冷却剂箱144。

参照图5，沿顺时针倾斜定向示出了辅助冷却剂箱144。由于出口端口310的位置，所以冷却剂的体积以第二液面500保存在辅助冷却剂箱144中。最小体积的冷却剂沿辅助冷却剂箱144的顺时针倾斜定向通过出口端口310离开辅助冷却剂箱144。

参照图6，沿逆时针倾斜方向示出了辅助冷却剂箱144。由于流体收集端口308的位置，所以最大体积的冷却剂以第三液面600保存在辅助冷却剂箱144中。最小体积的冷却剂沿辅助冷却剂箱144的逆时针倾斜定向通过出口端口310离开辅助冷却剂箱144。

因此，在图4至6的上述配置中，总有一定量的冷却剂保存在辅助冷却剂箱144中。参照图4至6，在辅助冷却剂箱144的水平定向、顺时针定向以及逆时针定向上，冷却剂分别以第一液面400、第二液面500以及第三液面600保存在辅助冷却剂箱144中。

在示范性实施例中，冷却剂在出口通道302中的路径是L形。冷却剂在出口通道302中的路径不限于L形，而是可具有任何其它形状，包括直线路径，这样，沿着辅助冷却剂箱144的上表面200，出口端口310与流体收集端口308彼此斜对角地相对，并位于同一平面中。

工业实用性

提供了排气后处理系统104的辅助的冷却剂箱144。不论在不同运行条件下机器的安装角度和/或倾斜角度如何，辅助的冷却剂箱144都保持住冷却剂的贮存器。换句话说，在辅助的冷却剂箱144的不同定向（例如安装角度和/或运行角度）的范围内，辅助的冷却剂箱144都使保存在辅助的冷却剂箱144中的冷却剂的数量最多。当发动机102处于热停机状态时，由于光照强度蒸汽倾向于向上移动，并且较高密度液体倾向于向下移动，辅助的冷却剂箱144提供了冷却剂环绕还原剂喷射器132的自然循环。

在运行中，大气空气可被吸进发动机102与燃料混合，然后燃烧以产生机械功。因而，由空气-燃料混合物燃烧产生的排气可以从发动机102引至排气部分108。排气流从排气部分108引导至排气通道110，然后流至中间流动区116。排气流从中间流动区116引导至SCR模块112。在排气流进入SCR模块112之前，来自还原剂喷射器132的还原剂被引入在中间流动区116内流动的排气流。流经中间流动区116的排气流具有高温。在中间流动区116中部分地突出的还原剂喷射器132暴露于排气流，并且由于流经中间流动区116的排气流的高温而得到加热。但还原剂喷射器132也可以由于还原剂在高喷射压力下的喷射和绕还原剂喷射器132流动的热排气而被加热。因此，冷却剂泵142由发动机102提供动力以促进还原剂喷射器132的冷却。

冷却剂泵142将冷却剂循环至排气后处理系统104的还原剂喷射器132。这便对可在还原剂的操作和喷射期间进行加热的还原剂喷射器132实现了冷却。在正常的运行条件下，当冷却剂泵142由发动机102提供动力时，冷却剂在冷却剂回路134中沿逆时针方向循环。冷却剂经由第一冷却剂通道146从主冷却剂箱140循环至还原剂喷射器132。从还原剂喷射器132离开的热冷却剂经由第二冷却剂通道148流向辅助冷却剂箱144。保存在辅助冷却剂箱144中的冷却剂随后经由第三冷却剂通道150循环回到主冷却剂箱140。在一些情况下，可以将发动机102切断或停机，并且，冷却剂泵142可能无法运行。在热停机期间，由于流过还原剂喷射器132的冷却剂流停止，因此，对还原剂喷射器132进行热浸处理。热浸处理使得还原剂喷射器132变热。还原剂喷射器132的温度上升导致还原剂喷射器132内的冷却剂的局部沸腾。由于冷却剂的局部沸腾，冷却剂蒸发并形成蒸气。冷却剂的蒸气从还原剂喷射器132中逸出并经由第二冷却剂通道148向上移动至辅助冷却剂箱144。冷却剂蒸气的移动产生了空隙或气穴，这些空隙或气穴防止热量从还原剂喷射器132中散发出去并在还原剂喷射器132中形成了低压区域。储存在辅助冷却剂箱144中的冷却剂经由第二冷却剂通道148流向还原剂喷射器132，以充满空隙或气穴。此外，无论辅助冷却剂箱144的定向如何，辅助冷却剂箱144内都保存有最大量的冷却剂。因此，始终都有冷却剂从辅助冷却剂箱144输送至还原剂喷射器132。

所公开的辅助冷却剂箱144具有组合式设置和定位的各元件，以便使辅助冷却剂箱144可在不同位置进行定向，且同时允许最小量的冷却剂从出口端口310逸出（当没有压力时）。这样做是很有用的，这是因为辅助冷却剂箱144的公开设计可与在不同定向上的不同车辆发动机一起使用，以便最大程度地利用包装解决方案（例如，辅助冷却剂箱不需要总是定向在一个位置中）。

应当理解，上述描述仅仅用于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本实用新型的范围。因此，本领域技术人员将会理解的是，本实用新型的其它方面能够从对附图、说明书和所附权利要求的研究中获得。

Claims (2)

1.一种用于内燃机的排气后处理系统，其特征在于，所述排气后处理系统包括至少一种选择性催化还原催化剂、配置成将还原剂喷射到所述内燃机的排气部分下游的排气通道中的至少一个还原剂喷射器，以及冷却所述至少一个还原剂喷射器的冷却剂回路，其中，所述冷却剂回路包括配置成将冷却剂输送到所述至少一个还原剂喷射器的主冷却剂箱以及与所述至少一个还原剂喷射器和所述主冷却剂箱流体连通的辅助冷却剂箱，其中，所述辅助冷却剂箱具有上表面、下表面和四个侧面，所述辅助冷却剂箱包括：

入口连接端口，其构造并设置在所述辅助冷却剂箱的所述下表面中；以及

出口通道，其包括：

第一部分，其平行于第一侧的平面以及所述上表面的平面延伸，所述第一部分在所述第一部分的一端包括流体收集端口，其中所述流体收集端口靠近由所述第一侧、第二侧及所述上表面限定的第一上拐角；以及

第二部分，其在靠近由所述第一侧、所述上表面以及与所述第二侧相对的第三侧限定的第二上拐角的位置处连接到第一部分，所述第二部分平行于所述第三侧的平面和所述上表面的所述平面而延伸，其中所述第二部分在所述第二部分的一端包括出口端口。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的排气后处理系统，其特征在于，所述出口通道为L形。