用于柴油氧化催化剂和选择性催化还原过滤器的直线布置的柴油排气流体混合系统

摘要

本发明涉及用于柴油氧化催化剂和选择性催化还原过滤器的直线布置的柴油排气流体混合系统。提供一种用于柴油发动机的排气系统，包括适合于连接至柴油发动机的排气通道。柴油氧化催化剂与设置在柴油氧化催化剂下游的选择性催化还原装置一起设置在排气通道中。柴油排气流体混合系统包括柴油排气流体喷射喷嘴和混合装置，所述混合装置限定由局部螺旋流动通道相互连接的单个入口开口和单个出口开口。柴油排气流体喷射喷嘴将柴油排气流体直接喷射到局部螺旋流动通道的入口开口中。

说明书

技术领域

本发明涉及用于柴油发动机的排气处理，并且更具体地涉及一种用于减少来自柴油发动机的NO_X排放的柴油排气流体混合系统。

背景技术

该部分提供不一定是现有技术的与本公开相关的背景信息。

柴油发动机能在稀薄燃烧的空燃比(过化学计量比)的情况下运转，以确保烟尘的完全燃烧并防止未燃烧的燃料的排出。过量的氧必然导致由空气中的氮气生成氧化氮(NO_X)，所述氧化氮是有害的污染物。选择性催化还原用于减少释放到大气中的NO_X的量。柴油排气流体(来自单独的DEF罐)被喷射到排气管线中，含水的尿素汽化并分解，以形成氨和二氧化碳。在SCR催化剂内，NO_X由氨(NH₃)催化地还原成水(H₂O)和氮气(N₂)，水(H₂O)和氮气(N₂)都是无害的；并且它们然后通过排气释放。柴油排气流体(DEF)是现代柴油发动机所要求的排放控制液体。其被喷射到排气流中。DEF从未被添加至柴油燃料。其是在67.5%的去离子水中的32.5%的尿素的无害溶液。DEF是透明和无色的，并且看起来完全像水。其与有些家用清洁剂相似，具有轻微的氨的味道。DEF在选择性催化还原(SCR)技术中被使用以便从柴油发动机中去除有害的NO_X排放。

近来，美国环境保护局(EPA)引进了要求中型和重型车辆显著减少发动机排放、尤其是NO_X和颗粒物质(PM)排放的新的排放标准。车辆制造商使用SCR以满足这些标准。将DEF喷洒到排气中，以利用先进的催化剂系统将NO_X气体分解成氮气和水。结果，大部分新的柴油卡车、皮卡、SUV和货车现在配备有SCR技术，并具有必须定期重新填充的DEF罐。

柴油排气流体在SCR上游与废气混合。当前混合器的一个问题是，它们倾向于具有尿素沉积积聚，该尿素沉积积聚可阻止正常流过的排气流，并因此需要维护。因此，希望的是，提供一种减少尿素沉积并改善尿素混合的柴油排气流体混合装置。

发明内容

该部分提供本公开的概述，并且不是其完整范围或其全部特征的全面公开。

提供一种用于柴油发动机的排气系统，包括适合连接至柴油发动机的排气通道。柴油氧化催化剂与设置在柴油氧化催化剂下游的选择性催化还原装置一起设置在排气通道中。柴油排气流体混合系统包括柴油排气流体喷射喷嘴和混合装置，所述混合装置限定由局部螺旋流动通道相互连接的单个入口开口和单个出口开口。柴油排气流体喷射喷嘴将柴油排气流体直接喷射到局部螺旋流动通道的入口开口中。

本发明提供以下技术方案：

1.一种用于柴油发动机的排气系统，包含：

排气通道，其适合于连接至柴油发动机；

在所述排气通道中的柴油氧化催化剂；

选择性催化还原装置，其设置在所述柴油氧化催化剂下游；

柴油排气流体混合系统，其包括柴油排气流体喷射喷嘴和混合装置，所述混合装置限定由局部螺旋流动通道相互连接的单个入口开口和单个出口开口，其中，所述柴油排气流体喷射喷嘴将柴油排气流体直接喷射到所述入口开口中。

2.根据方案1所述的排气系统，其中，所述选择性催化还原装置与所述柴油氧化催化剂成一直线地排列。

3.根据方案1所述的排气系统，还包含在所述入口开口下游的所述局部螺旋流动通道内的撞击板。

4.根据方案1所述的排气系统，其中，所述局部螺旋流动通道具有在所述入口开口下游的具有减小的横截面的收缩区域、在所述收缩区域下游的过渡区域和在所述过渡区域下游的具有增大的横截面的扩张区域。

5.根据方案1所述的排气系统，其中，所述局部螺旋流动通道跨越在螺旋的90与180度之间。

6.根据方案1所述的排气系统，其中，所述局部螺旋流动通道跨越在螺旋的120与150度之间。

7.根据方案1所述的排气系统，其中，所述局部螺旋流动通道由被接纳在所述排气通道中的一对相对的壳体限定。

8.一种用于柴油发动机的排气系统，包含：

排气通道，其适合于连接至柴油发动机；

在所述排气通道中的柴油氧化催化剂；

选择性催化还原装置，其设置在所述柴油氧化催化剂下游；

柴油排气流体混合系统，其包括柴油排气流体喷射喷嘴和混合装置，所述混合装置限定由流动通道相互连接的单个入口开口和单个出口开口，所述流动通道具有在所述入口开口下游的具有减小的横截面的收缩区域、在所述收缩区域下游的过渡区域和在所述过渡区域下游的具有增大的横截面的扩张区域，其中，所述柴油排气流体喷射喷嘴将柴油排气流体直接喷射到所述入口开口中。

9.根据方案8所述的排气系统，其中，所述选择性催化还原装置与所述柴油氧化催化剂成一直线地排列。

10.根据方案8所述的排气系统，还包含在所述入口开口下游的所述流动通道内的撞击板，其中，所述柴油排气流体喷射喷嘴将柴油排气流体直接喷射在所述撞击板。

11.根据方案8所述的排气系统，其中，所述流动通道在形状上是部分螺旋的。

12.根据方案11所述的排气系统，其中，所述局部螺旋流动通道跨越在螺旋的90与180度之间。

13.根据方案11所述的排气系统，其中，所述局部螺旋流动通道跨越在螺旋的120与150度之间。

14.根据方案8所述的排气系统，其中，所述流动通道由被接纳在所述排气通道中的一对相对的壳体限定。

适用性的其它领域将通过在此提供的说明而变得显而易见。说明和特定的示例在该发明内容中仅为了例证，而不用于限制本公开的范围。

附图说明

在此描述的图仅为了所选择的实施例而非所有可能的实施的说明目的，并且不用于限制本公开的范围。

图1是结合根据本公开的原理的柴油排气流体混合系统的车辆发动机的示意图；

图2是根据本公开的原理的在柴油氧化催化剂与选择性催化还原过滤器之间的柴油排气流体混合器的示意图；

图3是图2所示的柴油排气流体混合器的前视透视图；

图4是图2所示的柴油排气流体混合器的后视透视图；

图5是图2所示的柴油排气流体混合器的分解透视图；以及

图6是通过图2所示的柴油排气流体混合器的局部螺旋通道的剖视图。

对应的附图标记贯穿附图的多个视图指示对应的部分。

具体实施方式

现在将参考附图更充分地描述示例的实施例。

提供示例的实施例，使得本公开将是详尽的，并且将本公开的范围完整地传达给本领域的熟练技术人员。陈述了诸如特定的部件、装置和方法的示例的许多特定的细节，以提供本公开的实施例的彻底理解。对本领域的熟练技术人员显而易见的是，不必采用特定的细节，该示例的实施例可以许多不同的形式具体化，并且同样不应被解释为限制本公开的范围。在有些示例的实施例中，不详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术。

在此使用的术语仅为了描述特定的示例实施例的目的，并且不用于限制。如在此所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”和“该”同样可用于包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”是包含性的，因此指定所声明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合的存在或添加。除非被特别地指明作为执行的顺序，否则在此描述的方法步骤、过程和操作不应被解释成一定要求它们按所讨论或图示的特定顺序执行。还应理解的是，可采用附加的或替代的步骤。

当元件或层被称为“在另一元件或层上”、“接合至”、“连接至”或“联接至”另一元件或层时，其可直接在其他元件或层上、接合、连接或联接至其他元件或层，或者可存在中间元件或层。相反地，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件或层时，可不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他文字应以相同的方式解释(例如，“在…之间”相对“直接在…之间”，“邻近”相对“直接邻近”等)。如在此所使用的，术语“和/或”包括列出的相关项目中的一个或多个的任何和全部组合。

诸如“内部的”、“外部的”、“在…的下面”、“在…下方”、“较低的”、“在…上方”、“较高的”等空间相对术语在此为便于说明，以便如图所示地描述一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间相对术语可用于包括，除了图中所描绘的取向之外，装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的装置翻转，则如描述成在其他元件或特征“下方”或在其他元件或特征“下面”的元件则取向成在其他元件或特征“上方”。因而，示例的术语“在…下方”能包括在上方和在下方的两种取向。装置可以另外的方式取向(旋转90度或在其他取向)，并且可相应地解释在此所使用的空间相对描述词语。

参考图1，示出了具有发动机12的车辆10的一部分，所述发动机12带有空气与燃料进气系统14和排气系统16。排气系统16能包括涡轮增压器17和排气通道18，所述排气通道18包括相互非常靠近地封装在非常小量的空间中的柴油氧化催化剂(DOC)20和选择性催化还原装置22。选择性催化还原装置22能包括选择性催化还原剂(SCR)或选择性催化还原过滤器(SCRF)。柴油排气流体混合系统24被紧凑地封装在DOC20下游并且在选择性催化还原装置22上游的排气通道中的非常小的空间中，用于如在此所说明地使柴油排气流体与排气通道18内的废气混合。柴油氧化催化剂20示出与选择性催化还原装置22成一直线地排列，但也可使用诸如L形和角取向的其他布置。

在图2-6中更详细地示出了柴油排气流体混合系统24。柴油排气流体混合系统24(在图3、4和6中最佳地示出)包括柴油排气流体喷射喷嘴26和可由一对相对的壳体30、32限定的局部螺旋流动通道28。该对相对的壳体包括上游壳体30和下游壳体32。上游壳体30限定入口开口34，并且下游壳体32限定出口开口36。局部螺旋流动通道28能跨越在90与360度之间并且更优选地在120与270度之间的部分螺旋角度。参考图6，局部螺旋流动通道28可包括在入口开口34下游的具有减小的横截面的收缩区域38、在收缩区域38下游的过渡区域40和在过渡区域40下游的具有增大的横截面的扩张区域42。

局部螺旋流动通道28的出口开口36在大体上与排气通道18的流动轴线垂直的方向上以宽的横截面敞开。柴油排气流体喷射喷嘴26将柴油排气流体直接喷射到局部螺旋流动通道28的入口开口34中。在入口开口34下游的局部螺旋流动通道28内设置有撞击板44，使得柴油排气流体直接撞击在撞击板44上。撞击板44可包括孔隙和尖头以及其他混合增强特征。撞击板44产生流体液滴和废气湍流，以在局部螺旋流动通道28的高速流动区域中提供柴油排气流体与废气的彻底混合。收缩区域38中的高速流动使柴油排气流体汽化，使得没有柴油排气流体沉积保留在撞击板44上。柴油排气流体混合系统24的出口开口36如图4所示相对于排气通道18的中心轴线偏离中心定位，使得离开局部螺旋流动通道28的离开的废气产生围绕SCR装置22的开口的面的漩涡。

柴油排气流体喷射以高速流动区域为目标，以减少壁润湿并提高汽化速率和混合速率。螺旋混合系统的紧凑的轴向长度有效地利用可用于混合和流动分配的空间。流动通道28的螺旋流动、收缩和扩张区域形成用于混合增强的漩涡和湍流。改善的混合消除DEF沉积，降低DEF消耗，改善NO_X转化，并改善催化剂体积利用。

为了图示和说明的目的已提供了实施例的前述说明。其不是详尽的或者不用于限制本公开。特定实施例的各独立的元件或特征通常不限于该特定的实施例，而是在可适用的情况下，即使未具体示出或描述，各独立的元件或特征也可互换并且能用于所选择的实施例。特定实施例的各独立的元件或特征同样可以许多方式改变。这样的变化不被认为是本公开的偏离，并且所有这样的变型确定为被包括在本公开的范围内。