用于发动机的排气后处理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于发动机的排气后处理系统。所述排气后处理系统包括限定排气流动路径的预混合器管道、布置在排气流动路径中的挡板以及与排气流动路径流体连通的还原剂喷射器。挡板位于预混合器管道中，预混合器管道包括预混合器入口、过渡节段以及预混合器出口。过渡节段布置在预混合器入口和预混合器出口之间。预混合器入口与发动机流体连通。还原剂喷射器位于挡板的下游以及预混合器出口的上游。本实用新型专利技术通过所公开的预混合器管道布置实现的目的，是在出口节段内产生期望的且有利的排气的流动状况。产生的流动状况有助于避免由不均匀流动和变化的背压所引起的沉积物的形成。

【技术实现步骤摘要】

本技术一般性地涉及排气后处理系统。更具体地，本技术涉及用于排气后处理系统的预混合器管道。
技术介绍
内燃发动机的排气中可能含有诸如氮氧化物(NOx)、颗粒物等物质。一些排气物质可能对环境不利。多年来，汽车行业内曾试图在排气进入大气之前减少排气中存在的有害物质。这通过改进燃烧过程或/和排气处理得以实现。一种NOx排放物的排气处理的方案是使用选择性催化还原(SCR)系统。通常，SCR系统可包括排气管、还原剂喷射器以及SCR催化剂。在SCR系统中，还原剂(例如液态尿素通过还原剂喷射器喷射到排气管中，在排气管中与排气流混合。还原剂液滴经过蒸发和水解反应以形成氨气。氨通过SCR催化剂吸收并和排气流中的NOx起反应。在SCR催化剂的作用下，氨与NOx之间反应的最终结果是水和氮。一般来说，还原剂喷射部位可位于不同的位置，例如在管弯头处或在排气管道的直线段的中心内。本领域的技术人员将理解，成功混合方案的要素是还原剂液滴与排气流相互作用。在多数情况下，对方案的评估可以基于在SCR催化剂作用下的氨气分布均匀性，并结合SCR催化剂在排气管道上游的一部分中仅有最少量的还原剂沉淀物或没有还原剂沉淀物。与还原剂喷射相关联(特别是在管弯头入口配置中)的其中一个关键问题是尿素沉淀物的形成。在流动路径中出现沉淀物可能产生与性能相关的严重问题，例如增加背压、降低氨的分布均匀性、且如果聚集的沉淀物从混合器壁上分离并且损坏关键部件则甚至导致结构损坏。该问题通过以下事实进一步复杂化:即还原剂喷雾分布可能取决于排气条件，例如，与机器怠速相关联的低流量相对于与额定条件下处于工作状态的发动机相关联的高排气流条件。还原剂喷射面对的问题可以包括采用不同排气流条件时的喷雾分布变化，以及在喷射器末端的沉淀物风险。然而，除上述提到的不利因素外，另外的问题可能是弯管的弯曲所造成的流动情况问题。美国专利第8，091，341号描述了一种具有阶梯部的排气通道，排气通道在阶梯部以外扩张，以便在排气流中产生漩涡。在阶梯部处或其邻近处引入净化剂，从而加速净化剂的雾化。然而，在喷射位置处有利的排气流取决于排气的流入条件，该流入条件可以随发动机运行的持续时间变化。由于变化的排气流入条件，因此需要一种能以最佳性能运行的排气后处理系统。
技术实现思路
在本技术中，公开了一种排气后处理系统。所述排气后处理系统包括预混合器管道、挡板以及还原剂喷射器。预混合器管道包括限定排气流动路径的内表面。预混合器管道包括与发动机流体连通的预混合器入口。预混合器管道还包括沿着排气的流动方向与预混合器入口相对的预混合器出口。预混合器管道的预混合器出口与选择性催化还原(SCR)催化剂流体连通。此外，排气后处理系统包括在排气流动路径中的挡板。在挡板和预混合器管道的内表面之间限定环形流动路径。还原剂喷射器布置在预混合器管道中，沿着排气的流动方向位于挡板的下游和预混合器出口的上游。还原剂喷射器与排气流动路径以及还原剂源流体连通。挡板具有上游径向尺寸和下游径向尺寸，每个尺寸限定为横切于排气的相应局部流动方向。上游径向尺寸小于下游径向尺寸。预混合器管道的预混合器入口处的排气流动路径的径向尺寸与预混合器出口处的排气流动路径的径向尺寸的比值为不小于0.5且不大于1.0的值。所述预混合器管道包括过渡节段，其布置在所述预混合器管道的所述预混合器入口与所述预混合器管道的所述预混合器出口之间，所述过渡节段的上游径向尺寸小于所述过渡节段的下游径向尺寸。所述挡板沿着所述排气的流动方向布置在所述过渡节段的下游。所述挡板沿着所述排气的流动方向布置在所述过渡节段内。所述过渡节段包括圆台形表面，其从所述过渡节段的上游径向尺寸延伸至所述过渡节段的下游径向尺寸。所述过渡节段包括沿所述排气的流动方向的径向阶梯部。所述还原剂喷射器布置为距离所述挡板的下游面第一距离，并且所述第一距离与所述挡板的下游径向尺寸的比值范围为0.2至0.7，并且其中所述还原剂喷射器的所述环形流动路径的流动面积与排气流动路径的流动面积的比值范围为0.3至1.0。所述还原剂喷射器的纵向轴线大体上垂直于排气在该还原剂喷射器处的流动方向。所述预混合器管道还包括弯头管，所述弯头管沿所述排气的流动方向布置在所述挡板的上游。所述预混合器管道还包括弯头管，所述弯头管沿所述排气的流动方向布置在所述过渡节段的上游。本技术通过所公开的预混合器管道布置实现的目的，是在出口节段内产生期望的且有利的排气的流动状况。产生的流动状况有助于避免由不均匀流动和变化的背压所引起的沉积物的形成。通过以下的描述和附图，本技术的其它特征和方面将清晰可见。【附图说明】图1示出根据本技术的构思的用于发动机的排气后处理系统的示意图；图2示出根据本技术的构思的图1所示排气后处理系统的预混合器管道的第一种结构的剖面图；图3示出根据本技术的构思的图1所示排气后处理系统的预混合器管道的第二种结构的剖面图；图4示出根据本技术的构思的图1所示排气后处理系统的预混合器管道的第三种结构的剖面图；图5示出根据本技术的构思的图1所示排气后处理系统的预混合器管道的第四种结构的剖面图；图6示出根据本技术的构思的图1所示排气后处理系统的预混合器管道的第五种结构的剖面图；图7示出根据本技术的构思的图1所示排气后处理系统的挡板的透视图；图8示出根据本技术的构思的图7所示挡板的主视图；以及图9示出根据本技术的构思的图7所示挡板的剖面图。【具体实施方式】参考图1，示出一种具有排气后处理系统102的发动机100。发动机100可以包括图中未示出的特征，例如燃料系统、空气系统、冷却系统、辅助设备、传动系统部件、涡轮增压器等。发动机100可以是一种类型的燃烧发动机(内燃机、涡轮发动机、气体发动机、柴油发动机、气体燃料发动机、天然气发动机、丙烷发动机等)，可以具有其它尺寸，具有多个汽缸，以及具有多种结构(“V”形、直列式、星型等)。发动机100可以用于为机器或其它设备提供动力，包括机车应用、公路行驶卡车或车辆、非公路行驶卡车或机器、运土设备、发电机、航空航天应用、船舶应用、栗、固定设备和/或本领域已知的其它发动机驱动的应用。发动机100可以包括多个汽缸(未示出)，燃料和增压空气在其内部发生燃烧。发动机100的汽缸内的燃烧导致排气的形成。汽缸的排气被引导到排气后处理系统102。排气后处理系统102可以包括第一排气管道104、柴油颗粒过滤器106、第二排气管道108、预混合器管道110、还原剂供应系统112、第三排气管道114以及催化室116。第一排气管道104限定排气流动路径，并沿排气的流动方向118箭头所示设置。第一排气管道104包括第一入口 120和第一出口 122。第一排气管道104的第一入口 120与汽缸流体连通，使得排出汽缸的排气被引导到第一排气管道104中。第一出口 122与柴油颗粒过滤器106流体连通。柴油颗粒过滤器106被布置在第一排气管道104的下游。预混合器管道110被布置在柴油颗粒过滤器106的下游。预混合器管道110经由第二排气管道108与柴油颗粒过滤器106流体连通。预混合器管道110被布置在催化室116的上游，并与催化室116流体连通。催化室116经由第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于发动机的排气后处理系统，其特征在于，包括：预混合器管道，其具有在其中限定排气流动路径的内表面，所述预混合器管道具有与所述发动机流体连通的预混合器入口以及沿排气的流动方向与所述预混合器入口相对的预混合器出口，所述预混合器管道的所述预混合器出口与选择性催化还原催化剂流体连通；挡板，其布置在所述排气流动路径中，所述挡板和所述预混合器管道的所述内表面在其间限定环形流动路径；还原剂喷射器，其沿所述排气的流动方向布置在所述挡板的下游以及所述预混合器管道的所述预混合器出口的上游，所述还原剂喷射器与所述排气流动路径以及还原剂源流体连通，其中，所述挡板的上游径向尺寸小于所述挡板的下游径向尺寸，所述上游径向尺寸和所述下游径向尺寸的每个被限定为横切于排气的相应局部流动方向，并且其中所述预混合器管道的所述预混合器入口处的排气流动路径的径向尺寸与所述预混合器管道的所述预混合器出口处的排气流动路径的径向尺寸的比值不小于0.5且不大于1.0。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·R·路易斯，易勇，张木恒，A·朱扎尔，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：新型
国别省市：美国;US