用于减少内燃发动机的排气后处理系统的分解反应器中还原剂沉积物形成的系统和方法与流程
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年11月6日提交的美国临时申请第62/756,195号的优先权，该美国临时申请通过引用以其整体并入本文并且用于所有目的。
本申请总体上涉及用于减少内燃发动机的排气后处理系统的分解反应器中还原剂沉积物形成的系统和方法。
背景
对于内燃发动机，例如柴油发动机，氮氧化物(nox)化合物可能被排放在排气中。为了减少nox排放，可以通过配给系统将还原剂配给到排气中。还原剂可能在配给系统内形成沉积物，例如在配给系统的分解反应器内形成沉积物。随着排气温度的降低，沉积物形成可能会增加。当配给系统内形成的沉积物的量高于阈值时，配给系统可能变得不理想。
概述
在一个实施例中，一种排气后处理系统包括分解反应器、喷射器和处理器。分解反应器包括主体、冲击结构(impingementstructure)和加热器。排气可以流动穿过主体。主体包括入口和出口。入口被配置成接纳第一温度的排气。出口被配置成选择性地排出大于第一温度的第二温度的排气。冲击结构设置在主体内位于入口与出口之间。冲击结构延伸到主体中，并且定位成使得流经主体的排气冲击在冲击结构上。加热器联接到冲击结构，并且被配置成选择性地加热冲击结构。喷射器被配置成将还原剂喷射到主体内。处理器被编程以控制加热器，从而将冲击结构加热到大于还原剂的莱顿弗罗斯特温度(leidenfrosttemperature)的第三温度。
在另一实施例中，一种排气后处理系统包括分解反应器和处理器。分解反应器包括主体、导向件、凸缘、温度受控的催化器和加热器。排气可以流动穿过主体。主体包括入口和出口。入口被配置成接纳排气。出口被配置成选择性地排出排气。导向件在入口的下游联接到主体。导向件延伸到主体中并且包括多个导向件孔口，这些导向件孔口被配置成接纳来自入口的排气。凸缘在导向件的下游联接到主体。内管联接到凸缘和导向件。内管被配置成分别地接纳来自入口和导向件的排气。内管还被配置成使排气通过凸缘并且朝向出口提供排气。温度受控的催化器在导向件下游设置在内管内。温度受控的催化器定位成使得穿过内管朝向出口的排气冲击在温度受控的催化器上。加热器联接到温度受控的催化器，并且被配置成选择性地加热温度受控的催化器。处理器被编程以控制加热器，从而加热温度受控的催化器，以执行对冲击在温度受控的催化器上的排气的水解。
在另一实施例中，一种用于排气后处理系统的分解反应器包括入口、出口、主体、内管、分配板和第一加热器。入口被配置成接纳排气。出口被配置成提供排气。主体在入口与出口之间延伸。内管定位在主体内，使得内管的至少一部分通过围绕内管延伸的气隙与主体分离。内管包括定位在入口附近的冲击结构。分配板联接到冲击结构。第一加热器联接到分配板。分配板将第一加热器与冲击结构分离。
附图简述
在附图和下面的描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。根据描述、附图和权利要求，本公开的其他特征、方面和优点将变得明显，在附图中：
图1是示例性排气后处理系统的示意性框图；
图2是示例性排气后处理系统的示例性分解反应器的截面视图；
图3是图2所示的分解反应器的细节视图；
图4是根据实施例的示例性排气后处理系统的示例性分解反应器的截面视图；
图5是根据另一实施例的图4所示的示例性分解反应器的截面视图；
图6是示例性排气后处理系统的示例性分解反应器的截面视图；
图7是示例性排气后处理系统的示例性分解反应器的截面视图；
图8是示例性排气后处理系统的示例性分解反应器的截面视图；
图9是根据实施例的图8所示的分解反应器的后视图；
图10是示例性排气后处理系统的示例性分解反应器的截面视图；
图11是根据实施例的图10所示的分解反应器的后视图；
图12是示例性排气后处理系统的示例性分解反应器的截面视图；
图13是根据实施例的图12所示的分解反应器的正视图；
图14是根据实施例的图12所示的分解反应器的后视图；
图15是是根据实施例的图12所示的分解反应器的内管的俯视图；
图16是用于排气后处理系统的示例性冲击结构的透视图；
图17是根据实施例的图17所示的冲击结构的截面视图；
图18是示例性排气后处理系统的示例性分解反应器的截面侧视图；
图19是图18所示的分解反应器的截面俯视图；
图20是示例性排气后处理系统的示例性分解反应器的截面视图；以及
图21是示例性排气后处理系统的分解反应器的加热策略的框图。
将认识到，附图中的一些或所有附图是用于说明目的的示意性图示。为了说明一个或更多个实施方式的目的而提供附图，其中应明确地理解这些附图将不用于限制权利要求的范围或含义。
详细描述
以下是与用于减少内燃发动机的排气后处理系统的分解反应器中还原剂沉积物形成的方法、设备和系统相关的各种概念及其实施方式的更详细的描述。上面已介绍的和下面更详细讨论的各种概念可以用很多方式中的任一种实现，因为所描述的概念不限于任何特定的实施方式。主要为了说明性目的来提供特定的实施方式和应用的示例。
i.综述
内燃发动机(例如，柴油内燃发动机等)产生排气，该排气通常由排气后处理系统内的配给器来进行处理。配给器通常使用还原剂来处理排气。还原剂通常从配给器提供到管或装置中，该管或装置将还原剂分配(例如，配给等)到排气部件内的排气流中。
用还原剂处理排气改变了排气的化学成分，从而减少了来自内燃发动机的排气中原本存在的燃烧副产物。在一些地区(例如国家、地方、地域等)，可以排放到大气中的燃烧副产物的量(例如，在被排气后处理系统等处理之后)被调节到阈值量。随着阈值量降低(例如，通过了新的法规等)，排气后处理系统通常被重新配置以向排气配给更多的还原剂。虽然这种额外的还原剂可以最初地在减少燃烧副产物的量方面是有用的，但其可能以相对于向排气配给较少的还原剂的排气后处理系统增加的速率在排气后处理系统内形成沉积物。此外，当排气处于较低的温度时，例如在产生排气的内燃发动机以稳态运行之前，沉积物可能更加快速地积聚。此外，将还原剂引入到排气中导致排气冷却。这种冷却的排气导致对排气后处理系统内各种表面的冷却。这种冷却可以促进沉积物进一步形成，因为沉积物更有可能在较低的温度下形成。
随着沉积物在排气后处理系统内积聚，排气后处理系统可能需要维护或清洁，或者可能需要使用烃类配给系统，使得排气后处理系统不太理想(例如，由于与维护相关的成本、由于与清洁相关的成本、由于使用烃类配给系统导致的燃料消耗增加等)。因此，随着使用更多的还原剂，典型的排气后处理系统可能需要更多的维护或清洁，因此可能变得越来越不理想，这是因为典型的排气后处理系统不能减轻沉积物在其中的积聚。
本文的实施方式涉及分解反应器，这些分解反应器包括加热器，这些加热器被配置成提高分解室内各种部件的表面温度，从而减轻或基本上消除这些部件上的沉积物形成。本文描述的一些实施方式涉及冲击结构(例如，被还原剂冷却的表面、位于还原剂喷射器附近的表面、还原剂喷射器下游的表面等)，这些冲击结构包括这种加热器，并且与排气相互作用以改变分解反应器内的排气流。冲击结构可以是，或者可以包括冲击表面。本文所述的其他实施方式涉及温度受控的催化器，该催化器包括这种加热器并且该催化器与排气相互作用以改变其化学成分，同时加热器减轻或基本上消除在温度受控的催化器上的沉积物形成。通过这些方式，加热器补偿由于还原剂被提供到排气中而发生的温度降低。
通过将加热器结合到冲击结构中和/或温度受控的催化器中，排气后处理系统可以减轻沉积物形成，而不考虑其他因素，例如混合器设计(例如，喷射器的尖端与冲击结构之间的距离、喷射器相对于排气管道的中心轴线的角度、喷射器的喷射特性、冲击结构的厚度、排气通过的形状和尺寸或内部通道等)、发动机运行特性(例如，排气的流动速率、排气的温度等)、以及排气后处理系统的运行特性(例如，还原剂配给速率、还原剂喷射时的温度等)。因此，本文所述的实施方式明显比没有将加热器结合到冲击结构和/或温度受控的催化器中的其他系统更理想，因为本文所述的实施方式能够在没有显著修改的情况下用于广泛的应用中。
ii.排气后处理系统综述
图1描绘了排气后处理系统100，该排气后处理系统具有用于排气系统104的示例性还原剂输送系统102。排气后处理系统100包括颗粒过滤器(例如，柴油颗粒过滤器(dpf)等)106、还原剂输送系统102、分解室108(例如，反应器、反应器管等)，scr催化器110以及传感器112。
dpf106被配置成(例如被构造成、能够、等)从在排气系统104中流动的排气去除颗粒物质，例如烟灰。dpf106包括入口和出口，排气在入口处被接纳，在颗粒物质基本上从排气被过滤和/或将颗粒物质转换成二氧化碳之后排气在出口处离开。在一些实施方式中，dpf106可以省略。
分解室108被配置成将还原剂转化成氨(例如nh3等)。还原剂可以是例如尿素、柴油排气处理液(def)、
分解室108包括配给模块114，配给模块114安装到分解室108，使得配给模块114可以将还原剂配给到在排气系统104中流动的排气中。配给模块114可以包括绝缘体116，绝缘体116置于配给模块114的一部分与分解室108的使配给模块114安装到其上的部分之间。配给模块114流体联接到还原剂源118(例如与其流体连通等)。还原剂源118可以包括多个还原剂源118。还原剂源118可以是例如包含
供应单元或还原剂泵120被用于对来自还原剂源118的还原剂加压以用于输送到配给模块114。在一些实施例中，还原剂泵120是压力控制的(例如，被控制以获得目标压力等)。还原剂泵120包括过滤器122。过滤器122过滤(例如，挤压(strain)等)还原剂，随后还原剂被提供给还原剂泵120的内部部件(例如活塞、叶片等)。例如，过滤器122可以抑制或防止固体(例如，固化的还原剂、污染物等)传输到还原剂泵120的内部部件。以这种方式，过滤器122可以有助于延长还原剂泵120的期望运行。在一些实施例中，还原剂泵120联接到与排气后处理系统100相关联的交通工具的底盘。
配给模块114和还原剂泵120还电气地或通信地联接到控制器124。控制器124被配置成控制配给模块114以将还原剂配给到分解室108中。控制器124也可以被配置成控制还原剂泵120。控制器124可以包括微处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)等或其组合。控制器124可以包括存储器，该存储器可以包括但不限于能够为处理器、asic、fpga等提供程序指令的电子的、光的、磁的或任何其他的储存设备或传输设备。存储器可以包括控制器124可以从其读取指令的存储器芯片、电可擦可编程只读存储器(eeprom)、可擦可编程只读存储器(eprom)、快闪存储器或任何其他合适的存储器。指令可以包括来自任何合适的编程语言的代码。
scr催化器110被配置成通过加速氨与排气的nox之间的nox还原过程来帮助将nox排放物还原成双原子氮、水和/或二氧化碳。scr催化器110包括入口和出口，入口与分解室108流体连通，排气和还原剂从入口被接纳，出口与排气系统104的端部流体连通。
排气系统104还可以包括氧化催化器(例如，柴油氧化催化器(doc))，该氧化催化器与排气系统104流体流通(例如，在scr催化器110的下游或在dpf106的上游)，以氧化排气中的烃类和一氧化碳。
在一些实施方式中，dpf106可以定位在分解室108的下游。例如，dpf106和scr催化器110可以组合成单个单元。在一些实施方式中，配给模块114可以替代地定位在涡轮增压机的下游、涡轮增压机的上游或者被集成在涡轮增压机中。
传感器112可以联接到排气系统104以检测流经排气系统104的排气的状况。在一些实施方式中，传感器112可以具有设置在排气系统104内的一部分；例如传感器112的尖端可以延伸到排气系统104的一部分内。在其他实施方式中，传感器112可以接纳穿过另一管道(例如从排气系统104延伸的一个或更多个样品管)的排气。虽然传感器112被描绘为定位在scr催化器110的下游，但是应理解，传感器112可以定位在排气系统104的任何其他位置处，包括dpf106的上游、dpf106内、dpf106与分解室108之间、分解室108内、分解室108与scr催化器110之间、scr催化器110内或scr催化器110的下游。此外，两个或更多个传感器112可以用于检测排气的状况，例如两个、三个、四个、五个或六个传感器112，其中每个传感器112位于排气系统104的前述位置中的一个位置处。然而，在其他实施例中，还原剂输送系统102不包括传感器112。
在一些实施例中，还原剂输送系统102还包括空气泵128。空气泵128从空气源130(例如，进气口等)抽吸空气。另外，空气泵128经由管道向配给模块114提供空气。配给模块114被配置成将空气和还原剂混合成空气-还原剂混合物。配给模块114还被配置成将空气-还原剂混合物提供到分解室108中。然而，在其他实施例中，还原剂输送系统102不包括空气泵128或空气源130，并且空气不与还原剂在配给模块114中混合。
iii.具有加热器和冲击结构的示例性排气后处理系统
图2示出了排气后处理系统200(例如ul2排气后处理系统、emitec排气后处理系统等)的截面视图。排气后处理系统200可以起到前述排气后处理系统100的作用。排气后处理系统200包括分解反应器202。分解反应器202可以起到前述分解室108的作用。分解反应器202包括主体203(例如，框架、外壳等)，主体203具有入口204(例如，输入口、进入口等)和出口206(例如，输出口、排出口等)。入口204被配置成接纳来自排气后处理系统200的上游部件(例如类似于前述dpf106的dpf)的排气。出口206被配置成将排气和还原剂的混合物(例如，经处理的排气等)提供到排气后处理系统200的下游部件，例如类似于前述scr催化器110的催化器。
排气后处理系统200还包括配给模块208。配给模块208可以起到前述配给模块114的作用。配给模块208被配置成从类似于还原剂泵120的还原剂泵接纳还原剂，该还原剂泵从类似于还原剂源118的还原剂供应源抽取还原剂。在一些实施例中，配给模块208还接纳来自类似于前述空气泵128的空气泵的空气，该空气泵从类似于空气源130的空气供应源抽吸空气。
配给模块208包括喷射器210(例如，侧面安装的喷射器、还原剂喷射器等)，喷射器210联接到主体203。喷射器210被配置成将还原剂从配给模块208喷射到分解反应器202中，使得分解反应器202内的排气可以用还原剂处理。喷射器210不仅仅是将还原剂按规定路径输送到分解反应器202的中心的管(例如，用于沉积在催化器上等)。相反，喷射器210被配置成将还原剂喷射到排气中。
配给到排气中的还原剂的量与排气后处理系统200排放到大气中的燃烧副产物的阈值量相关。在一些应用中，排气后处理系统200受到控制，使得排气以目标量的还原剂进行配给，使得排气后处理系统200排放目标量的燃烧副产物，该目标量的燃烧副产物低于燃烧副产物阈值量。
在典型的排气后处理系统中还原剂可能形成沉积物。这些沉积物可能降低排气后处理系统的效率。然而，排气后处理系统200包括加热器212(例如电加热器、电阻加热器等)，可以减轻或基本上防止沉积物在分解反应器202内的形成(例如，可以将沉积物形成量限制为小于使用相同量的还原剂的典型的排气后处理系统中形成的沉积物量的5％)，从而使得排气后处理系统200比典型的排气后处理系统更有效地运行。加热器212向排气提供了在其他情况下不能提供的额外的热量。
排气后处理系统200在使用相对大量的还原剂来处理排气的应用中特别是更加理想的，例如在实施法规以强制内燃发动机被允许排放的燃烧副产物的量被显著限制的应用中。在这种应用中，典型的排气后处理系统可能很快变得不太理想，这是由于沉积物的快速形成(这是因为使用大量还原剂而发生)，并且不存在用于防止沉积物形成的机制，或者由于燃料消耗增加(这是因为使用烃类配给系统来将燃料配给到排气中而发生)。此外，排气后处理系统200在未利用排气再循环的应用中特别地更加理想。在这种应用中，典型的排气后处理系统可能会排放相对高水平的燃烧副产物，这是因为未利用排气再循环。排气后处理系统200可以显著降低原本会排放的这些相对高水平的燃烧副产物。
与典型的排气后处理系统相比，排气后处理系统200的优点在处理相对低温度的排气时尤其明显，例如对于在内燃发动机热机时排放的排气。当典型的排气后处理系统处理相同的相对低温的排气时，排气对还原剂的加热减少，从而增加了沉积物形成。
加热器212被配置成直接加热分解反应器202的冲击结构214，而不仅仅是直接加热排气和间接加热分解反应器202内的表面(例如，通过与加热的排气的相互作用等)。冲击结构214是分解反应器202内的表面，这些冲击结构214联接到主体203并且非常接近喷射器210(例如，在喷射器210的下游、下方等)，这些地方在没有加热器212的情况下可能会形成沉积物。在各种实施例中，冲击结构214是防溅板的表面、旋流板的表面、旋流装置的表面、混合器的表面以及分解反应器202内的其他类似表面。
在各种实施例中，加热器212不连续地加热分解反应器202的冲击结构214。相反，加热器212选择性地加热冲击结构214。例如，在排气位于入口204处的温度与排气位于出口206处的温度之间的差高于阈值的情况下，加热器212可以不加热冲击结构214。
在一些实施例中，冲击结构214在喷射器210下方延伸，并且基本上防止还原剂接触分解反应器202。例如，冲击结构214可以是多个重叠的板，这些板有助于排气流过，但是被布置成防止还原剂从喷射器210向下喷射并且喷射到分解反应器202上。
冲击结构214可以被配置成具有最小热容量(例如，热容等)。例如，冲击结构214可以薄、小并且数量多(例如，多个薄且小的板等)。以这种方式，冲击结构214可以被快速地加热，使得对冲击结构214的预热(例如，在还原剂可以被配给到排气中之前等)的需求被最小化。冲击结构214的这种构造使可以用还原剂处理的排气的量最大化，同时通过冲击结构214减轻或基本上防止沉积物形成。
冲击结构214可以具有高于标准的表面粗糙度(例如，大于抛光表面的表面粗糙度等)，以便最小化其上的沉积物形成。例如，冲击结构214可以是纹理化的。在这些实施例中，冲击结构214的表面粗糙度引起液滴在接近冲击结构时破碎成更小的液滴。这些更小的液滴比更大的液滴分解得更快，从而降低了沉积物形成发生的可能性。然而，冲击结构214的表面粗糙度也可以保持在阈值表面粗糙度以下，在该阈值表面粗糙度时，沿着冲击结构214的流体运动受到负面影响，并且在该阈值表面粗糙度时，通过冲击结构214的热传递受到负面影响。
图3示出了示例性冲击结构214的截面的细节视图。在图3所示的实施例中，加热器212设置在冲击结构214内，使得冲击结构214的一部分延伸经过加热器212并且在加热器212上延伸。在其他实施例中，加热器212嵌入在冲击结构214内，使得加热器212暴露并且不被冲击结构214覆盖。在其他实施例中，冲击结构214是加热器212本身(例如，加热器212形成并且被构造成冲击结构214等)。
如图3所示，加热器212加热冲击结构214，使得在冲击结构214的外表面302与还原剂的液滴304之间形成蒸汽层300。应当理解，外表面302可以是冲击结构214和加热器212的任意组合，这取决于加热器212是否被冲击结构214覆盖、被冲击结构214部分覆盖或未被冲击结构214覆盖。
蒸汽层300由液滴304经由莱顿弗罗斯特效应形成。发生莱顿弗罗斯特效应是因为外表面302的温度t表面大于液滴304的莱顿弗罗斯特温度tl(例如，膜沸腾温度、莱顿弗罗斯特点(leidenfrostpoint)等)，从而导致液滴304的一部分蒸发并且使液滴304与外表面302分离。以这种方式，外表面302与液滴304分离，从而减轻或基本上防止在外表面302上的沉积物形成。
蒸汽层300具有的厚度与温度t表面相关。温度t表面与加热器212的温度、加热器212的热导率、冲击结构214的热导率以及冲击结构214在加热器212附近的厚度相关。莱顿弗罗斯特温度tl与如下相关：排气后处理系统200的构型、还原剂的类型、液滴304的温度、液滴304的韦伯数(例如，与液滴304的质量、液滴304的速度、液滴304的密度和液滴304的表面张力等相关)、分解反应器202内的压力、通过分解反应器的排气的流动速率(例如体积流动速率、质量流动速率等)、外表面302的材料、外表面302的表面粗糙度以及外表面302的热学特性(例如，热导率、厚度等)。表1和表2展示了根据各种实施例的温度tl。在表1和表2中，抛光表面的粗糙度低于未抛光表面的粗糙度。通过增加表面粗糙度，(例如，在未抛光的实施例中)温度tl通常降低，这是因为表面粗糙度在蒸汽层300中引起相应的粗糙度，这可能使液滴304破碎，从而促进液滴304分解成排气。
表1：当排气后处理系统200是ul2排气后处理系统时，液滴304在外表面302是抛光的和未抛光的情况下的温度tl。
表2：当排气后处理系统200是emitec排气后处理系统时，液滴304在外表面302是抛光的和未抛光的情况下的温度tl。
在一些实施例中，冲击结构214和/或喷射器210被配置成有助于增大液滴304在冲击结构214上的冲击能量或有助于更高的韦伯数。以这些方式，冲击结构214和/或喷射器210可以促进飞溅、液滴304的破碎和液滴304的分解，同时最小化沉积物形成。如果冲击结构214和/或喷射器210以这种方式配置，则温度tl可以增大，从而温度t表面需要相应地增大。
除了保持在温度tl以上之外，控制加热器212，使得温度t表面保持在还原剂的氧化温度to以下。高于温度to的温度还原剂将氧化。被氧化的还原剂例如通过降低定位在加热器212下游的scr催化器(例如scr催化器110)的功能性而可能对排气后处理系统的性能产生负面影响。
图4示出了示例性实施例中的分解反应器202。前述的加热器212和冲击结构214在图4中示出为加热器400和冲击结构402。冲击结构402在其之间限定多个孔口(例如，孔、通道、开口等)。排气自由地横穿这些孔口，但是受到冲击结构402的引导。以这种方式，冲击结构402可以例如起到流动矫直器的作用，使得排气流在流经分解反应器202之前被矫直。
冲击结构402中的每个冲击结构具有结合在其中的一个加热器400(例如，在冲击结构402的后缘上，在冲击结构402的上游边缘上等)，并且起到加热相关联的冲击结构402的作用。因为加热器400是分散的和局部的，所以这种布置可以有助于对冲击结构402的快速加热。
在各种实施例中，加热器400是电加热器(例如，电阻加热器、加热元件等)而不是燃烧器(例如燃烧加热器等)。结果，加热器400本身不产生任何进入排气中的直接排放物(例如燃烧副产物的排放物等)。
加热器400经由导线(例如电导线等)连接到电源(例如，与排气后处理系统200相关联的内燃发动机的电气系统等)。导线的路径是从分解反应器202外进入到分解反应器202中并到达加热器400。在一些实施例中，导线的路径是在靠近加热器400的位置处穿过分解反应器202并穿过冲击结构402到达加热器400。
在各种实施例中，分解反应器202包括旋流混合器404(例如，混合板、叶片混合器、同旋流混合器、反旋流混合器等)，旋流混合器404联接到主体203。旋流混合器404定位在冲击结构402的下游和出口206的上游。旋流混合器404被配置成有助于流经冲击结构402并且在冲击结构402之间流动的排气之间的混合。旋流混合器404可以被配置成使得分解反应器202具有目标背压和目标混合长度，使得分解反应器202适合于目标应用。在其他实施例中，分解反应器202不包括旋流混合器404。
图5示出了另一示例性实施例中的分解反应器202。前述的加热器212和冲击结构214在图5中示出为加热器400和冲击结构402，而喷射器210示出为喷射器500。喷射器500延伸到分解反应器202中，使得还原剂从喷射器500喷射到分解反应器202的中心轴线(例如，中心线等)附近。在各种实施例中，喷射器500是配给喷枪。
图6示出了又另一示例性实施例中的分解反应器202。前述的加热器212和冲击结构214在图6中示出为加热器600和冲击结构602。冲击结构602在其之间限定多个孔口(例如，孔、通道、开口等)。排气自由地横穿这些孔口，但是受到冲击结构602的引导。以这种方式，冲击结构602可以例如起到流动矫直器的作用，使得排气流在流经分解反应器202之前被矫直。
冲击结构602中的每个冲击结构具有结合在其中的一个加热器600(例如，在冲击结构602的前缘上、在冲击结构602的上游边缘上、等等)，并且起到加热相关联的冲击结构602的作用。因为加热器600是分散的和局部的，所以这种布置可以有助于对冲击结构602的快速加热。另外，冲击结构602交错排列并且布置在喷射器210下方。这种布置基本上防止还原剂被喷射器210直接喷射到主体203上，从而最小化主体203上的沉积物形成。相反，还原剂流向冲击结构602，并且被夹带在排气中或者接近冲击结构602以用于分解或者夹带在排气中。
在一些实施例中，分解反应器202还包括联接到主体203的旋流混合器604。旋流混合器604起到前述旋流混合器404的作用。在其他实施例中，分解反应器202不包括旋流混合器604。
图7示出了又另一示例性实施例中的分解反应器202。分解反应器202包括定位在其中的内管700(例如，混合管等)。内管700以基本上平行于分解反应器202的中心轴线的中心轴线为中心。内管700被配置成直接从入口204接纳排气(例如，经由内管700的前表面中的孔口等)，并且将排气提供给出口206。内管700经由凸缘702联接到分解反应器202。凸缘702可以与内管700和/或主体203成集成，和/或可以联接(例如，紧固、粘合、焊接等)到内管700和/或主体203。在一些实施例中，凸缘702有助于使排气通过，使得一些排气可以从入口204流向出口206，而不流经内管700。在其他实施例中，凸缘702密封到分解反应器202，从而防止排气绕过内管700，并且排气只能经由内管700从入口204流向出口206。
分解反应器202还包括导向件704(例如，排气辅助装置、护罩、锥体等)。导向件704联接到内管700并且围绕喷射器210定位。在一些实施例中，导向件704联接到主体203。在其他实施例中，导向件704联接到喷射器210。导向件704被配置成从喷射器210接纳还原剂并将还原剂提供到内管700中。导向件704包括多个导向件孔口705(例如，孔、开口等)，这些导向件孔口705被配置成接纳排气，使得被接纳的排气用于将还原剂从喷射器210驱动到内管700中。导向件孔口705可以设置在例如导向件704的上游面上。
前述的加热器212和冲击结构214在图7中示出为加热器706和冲击结构708。冲击结构708至少部分地设置在导向件704内，使得当排气和还原剂被驱动到内管700中时，排气和还原剂被引导通过冲击结构708。冲击结构708可以布置成在排气和还原剂上产生旋流，以有助于排气和还原剂的混合。
冲击结构708中的每个冲击结构具有结合在其中的一个加热器706(例如，在冲击结构708的中间部分上、等等)，并且起到加热相关联的冲击结构708的作用。因为加热器706是分散的和局部的，所以这种布置可以有助于对冲击结构708的快速加热。另外，冲击结构708交错排列并且布置在喷射器210下方。这种布置基本上防止还原剂被喷射器210直接喷射到内管700或导向件704上，从而最小化内管700和/或导向件704上的沉积物形成。相反，还原剂流向冲击结构708，并且被夹带在排气中或者接近冲击结构708以用于分解或者夹带在排气中。
导向件孔口705可以被配置成使得导向件704接纳目标量的排气，该目标量是将还原剂从喷射器210驱动到内管700中所需的最小排气量。通过仅使用最小排气量来将还原剂驱动到内管700中，仅需要由加热器706进行最小量的加热，从而降低了加热器706的功耗，并且使得排气后处理系统200更加理想。
加热器706经由导线(例如电导线等)连接到电源(例如，与排气后处理系统200相关联的内燃发动机的电气系统等)。导线的路径是从分解反应器202外进入到分解反应器202中并到达加热器706。在一些实施例中，导线的路径是在靠近导向件704的位置处穿过分解反应器202、沿着导向件704的下游面、穿过导向件704、并且穿过冲击结构708到达加热器706。
在一些实施例中，分解反应器202还包括联接到主体203的旋流混合器710。旋流混合器710起到前述旋流混合器404的作用。在其他实施例中，分解反应器202不包括旋流混合器710。
图8示出了又另一示例性实施例中的分解反应器202。前述的内管700、凸缘702、导向件704、导向件孔口705、加热器212和冲击结构214在图8中示出为内管800、凸缘802、导向件804、导向件孔口805、加热器806和冲击结构808。内管800包括下游端部810。下游端部810为从内管800流入到分解反应器202中的排气提供流动限制。
冲击结构808至少部分地设置在下游端部810内，使得当排气和还原剂被驱动离开内管800时，排气和还原剂被引导通过冲击结构808。冲击结构808在其之间限定多个孔口(例如，孔、通道、开口等)。排气自由地横穿这些孔口，但是受到冲击结构808的引导。以这种方式，冲击结构808可以例如布置成在排气和还原剂上产生旋流，以有助于排气和还原剂的混合。在其他应用中，冲击结构808可以起到流动矫直器的作用，使得排气流在流经分解反应器202之前被矫直。
冲击结构808中的每个冲击结构具有结合在其中的加热器806的一部分(例如，在冲击结构808中的每个冲击结构的中部部分，等等)。加热器806是在内管800和/或下游端部810内以螺旋方式延伸的连续元件，使得加热器806能够结合在冲击结构808中的每个冲击结构内。以这种方式，加热器806可以起到同时加热所有冲击结构808的作用。这种布置基本上防止还原剂在冲击结构808上形成沉积物。相反，还原剂通过冲击结构808与排气混合。
导向件孔口805可以被配置成使得导向件804接纳目标量的排气，该目标量是将还原剂从喷射器210驱动到内管800中所需的最小排气量。通过仅使用最小排气量来将还原剂驱动到内管800中，仅需要由加热器806进行最小量的加热，从而降低了加热器806的功耗，并且使得排气后处理系统200更加理想。
加热器806经由导线(例如电导线等)连接到电源(例如，与排气后处理系统200相关联的内燃发动机的电气系统等)。导线的路径是从分解反应器202外进入到分解反应器202中并到达加热器806。在一些实施例中，导线的路径是在靠近导向件804的位置处穿过分解反应器202、沿着导向件804的下游面、沿着内管800的顶表面、穿过内管800、并且穿过冲击结构808到达加热器806。
在一些实施例中，分解反应器202还包括联接到主体203的旋流混合器812。旋流混合器812起到前述旋流混合器404的作用。在其他实施例中，分解反应器202不包括旋流混合器812。
图9示出了根据图8所示实施例的分解反应器202的从出口206朝向入口204的后视图，并且没有示出旋流混合器812。如图9所示，冲击结构808联接到加热器806，并且围绕内管800的中心轴线螺旋地布置。在图9中，加热器806被示出为在冲击结构下游端部附近联接到冲击结构808中的每个冲击结构，而不是图8中描述的中间部分。如图9所示，因为加热器806连续地联接到冲击结构808中的每个冲击结构，所以加热器806在相邻的冲击结构808之间跨越。除了冲击结构808之外，加热器806被配置成经由莱顿弗罗斯特效应来有助于还原剂扩散，如相对于冲击结构808所描述的，使得加热器806的这些跨越部分有助于冲击结构808减轻或基本上防止分解反应器202中的沉积物形成。
在其他实施例中，加热器806可以替代地被替换为多个单独的加热器，每个加热器定位至一个冲击结构808。在另外其他的实施例中，加热器806可以用多个单独的加热器代替，每个加热器联接到两个或更多个冲击结构808。例如，分解反应器202可以包括两个加热器806，每个加热器联接到一半的冲击结构808。加热器806可以布置成一个或更多个螺旋、螺旋线(例如双螺旋线等)以及其他类似的形状。应当理解，对加热器806、加热器706和至少部分地设置在内管700内的任何其他加热器的描述类似地适用于加热器600、加热器400和在没有内管700的情况下使用的其他加热器的一些实施例。还应当理解，对加热器600、加热器400以及在没有内管700的情况下使用的其他加热器的描述类似地适用于加热器806、加热器706以及至少部分地设置在内管700内的任何其他加热器的一些实施例。
在各种实施例中，分解反应器202被配置成最小化通过其中的热传递，使得由加热器(例如，加热器400、加热器600、加热器706、加热器806等)提供的额外的热量被分解反应器202保留，从而利用由加热器提供的额外热量将排气和还原剂提供给排气后处理系统200的下游部件，例如scr催化器。这种额外的热量可以有助于排气后处理系统200获得更高的效率。分解反应器202可以被配置成最小化热传递，其方式为在分解反应器202周围包裹隔绝件以及利用不同的材料(例如，具有较低热传导系数的材料等)构造分解反应器202。
图10和图11示出了又另一示例实施例中的分解反应器202。前述的内管700、凸缘702、加热器212和冲击结构214在图10和图11中示出为内管1000、凸缘1002、加热器1004和冲击结构1006。如图10和图11所示，分解反应器202不包括导向件(例如，类似于导向件704的导向件等)或导向件孔口(例如，类似于导向件孔口705等)。然而，应该理解，如图10和图11所示的分解反应器202在一些实施例中可以包括导向件和导向件孔口。
内管1000包括下游端部1008。内管1000包括多个叶片1010。这些叶片1010中的每个叶片至少部分地设置在下游端部1008内，使得当排气和还原剂被驱动离开内管1000时，排气和还原剂被引导通过叶片1010。叶片1010在其之间限定多个孔口(例如，孔、通道、开口等)。排气自由地横穿这些孔口，但是受到叶片1010的引导。以这种方式，叶片1010可以例如被布置成在排气和还原剂上产生旋流，以有助于排气和还原剂的混合。在其他应用中，叶片1010可以起到流动矫直器的作用，使得排气流在流经分解反应器202之前被矫直。
冲击结构1006不是叶片1010，而是内管1000的一部分(例如，内管1000的壁节段等)。冲击结构1006设置在内管1000的上游端部1010附近。上游端部1010与下游端部1008相对。
冲击结构1006围绕内管1000延伸。在各种实施例中，冲击结构1006沿着内管1000的一半以上的圆周延伸。例如，在一些实施例中，冲击结构1006沿着内管1000的75％的圆周延伸。在一些实施例中，冲击结构1006围绕内管1000的至少整个圆周延伸。
冲击结构1006定位成至少部分地与配置成接纳喷射器210的喷射器孔口1011相对。例如，喷射器孔口1011可以设置在内管1000的顶部部分中，并且冲击结构1006可以围绕内管1000的底部部分(例如，与内管1000的顶部部分相对)延伸。
排气后处理系统200还包括分配板1012。分配板1012联接到冲击结构1006和加热器1004。结果，分配板1012和加热器1004至少部分地围绕内管1000延伸。加热器1004联接到分配板1012。在一些实施例中，加热器1004联接到分配板1012和冲击结构1006二者。分配板1012至少部分地在加热器1004与冲击结构1006之间延伸。这种布置基本上防止由喷射器210喷射的还原剂在冲击结构1006上形成沉积物。
分配板1012吸收由加热器1004提供的热量，并且起到增加由加热器1004提供给冲击结构1006的热量的均匀性的作用。例如，分配板1012可以消除由加热器1004内不同的加热元件(例如，导线、板等)提供的热量的不连续性，其方式为使分配板跨越不同的加热元件、吸收由不同的加热元件提供的热量、并且将热量分布在整个分配板1012中(例如，横跨分配板1012在不同加热元件之间延伸的部分，等等)。在各种实施例中，分配板1012由热导率高于冲击结构1006的热导率的材料构成。在一些实施例中，分配板1012由铜构成。在一个实施例中，加热器1004是2500瓦(w)的加热器。加热器1004可以限定最大工作温度(例如，高于该温度加热器1004不能理想地运行的温度等)。在一些实施例中，加热器1004的最大工作温度限定为760摄氏度(℃)。
除了冲击结构1006之外，加热器1004被配置成经由莱顿弗罗斯特效应来有助于还原剂扩散，如相对于冲击结构1004所描述的，使得加热器1004的跨越部分有助于冲击结构1004减轻或基本上防止分解反应器202中的沉积物形成。
加热器1004经由导线(例如电导线等)连接到电源(例如，与排气后处理系统200相关联的内燃发动机的电气系统等)。导线的路径是从分解反应器202外进入到分解反应器202中并到达加热器1004。
加热器1004为了保持冲击结构1006的特定表面温度σ而必须提供的热量δ可以根据各种方程式来建模。这些方程式是通过比较在喷射器210提供还原剂的时刻和喷射器210提供还原剂的时刻之后的1秒之间的不同时间(例如，在喷射器210提供还原剂的时刻，在喷射器210提供还原剂的时刻之后0.5秒，以及在喷射器210提供还原剂的时刻之后1秒，等等)的σ来导出的。这些方程式不考虑喷射器210(例如，喷射器的尖端)与冲击结构1006之间的距离、不考虑由喷射器210提供的还原剂的喷射特性、不考虑从加热器1004到排气的热损失、并且假设所有还原剂都冲击在冲击结构1006上。这些方程式取决于冲击结构1006的厚度、冲击结构1006的面积、由喷射器210提供的还原剂的初始温度以及内管1000的直径。对于冲击结构1006为钢、具有1.39毫米(mm)的厚度、645.16mm2的面积、初始温度25℃的还原剂和直径为266.7mm的内管1000，对于单位为℃的σ，单位为千瓦(kw)的δ为：
δ＝0.04425σ-15.26kw(1)
或者
δ＝0.044σ-10.85kw(2)
或者
δ＝0.0434σ-6.86kw(3)
图11示出了根据图10所示实施例的分解反应器202的从出口206朝向入口204的后视图，并且没有示出喷射器210。
在其他实施例中，加热器1004可以替代地被替换为多个单独的加热器，每个加热器定位至冲击结构1006的一个部分。例如，分解反应器202可以包括两个加热器1004，每个加热器联接到一半的冲击结构1006。加热器1004可以布置成一个或更多个螺旋、螺旋线(例如双螺旋线等)以及其他类似的形状。应当理解，对加热器1004、加热器806、加热器706和至少部分地设置在内管内或围绕内管设置的任何其他加热器的描述类似地适用于加热器600、加热器400和在没有内管700的情况下使用的其他加热器的一些实施例。还应当理解，对加热器600、加热器400以及在没有内管700的情况下使用的其他加热器的描述类似地适用于加热器1004、加热器806、加热器706以及至少部分地设置在内管内或围绕内管设置的任何其他加热器的一些实施例。
在各种实施例中，分解反应器202被配置成最小化通过其中的热传递，使得由加热器(例如，加热器400、加热器600、加热器706、加热器806、加热器1004等)提供的额外的热量被分解反应器202保留，从而利用由加热器提供的额外的热量将排气和还原剂提供给排气后处理系统200的下游部件，例如scr催化器。这种额外的热量可以有助于排气后处理系统200获得更高的效率。分解反应器202可以被配置成最小化热传递，其方式为在分解反应器202周围包裹隔绝件以及利用不同的材料(例如，具有较低热传导系数的材料等)来构造分解反应器202。
图12-图15示出了又另一示例性实施例中的分解反应器202。前述的内管700、加热器212和冲击结构214在图12-图15示出为内管1200、多个加热器1202和冲击结构1204。如图12-图15所示，分解反应器202不包括导向件(例如，类似于导向件704的导向件等)、导向件孔口(例如，类似于导向件孔口705等)、或者叶片(例如，类似于叶片1010等)。然而，应该理解，如图12-图15所示的分解反应器202在一些实施例中可以包括导向件、导向件孔口和/或叶片。
内管1200包括下游端部1206和与下游端部1206相对的上游端部1208。冲击结构1204靠近上游端部1208设置(例如，冲击结构1204定位成相比于比下游端部1206更靠近上游端部1208)。
排气后处理系统200还包括混合板1209。混合板1209设置在内管1000内并且联接到内管1000。以这种方式，混合板1209延伸经过内管1000。混合板1209位于冲击结构1204与下游端部1206之间。在各种实施例中，混合板1209位于下游端部1206附近(例如，混合板1209比上游端部1206更靠近下游端部1206)。
混合板1209包括多个混合板孔口1210和混合板通道1212。排气可以经由混合板孔口1210中的一个流过混合板1209。另外，排气可以由混合板引导至混合板通道1212，并且可以经由混合板通道1212流过混合板1209。混合板通道1212被配置成使得离开混合板通道1212的排气在混合板1209的下游发生旋流。混合板孔口1210被配置成通过使一些排气绕过混合板通道1212来减小排气后处理系统200的背压。
冲击结构1204不是混合板1209，而是内管1200的一部分(例如，内管1200的壁节段等)。冲击结构1204围绕内管1200延伸。在各种实施例中，冲击结构1204延伸内管1200的近似一半圆周。
冲击结构1204定位成至少部分地与配置成接纳喷射器210的喷射器孔口1211相对。例如，喷射器孔口1211可以设置在内管1200的顶部部分中，而冲击结构1204可以围绕内管1200的底部部分(例如，与内管1200的顶部部分相对)延伸。
排气后处理系统200还包括分配板1214。分配板1214联接到冲击结构1204和加热器1202。结果，分配板1214和加热器1202至少部分地围绕内管1200延伸。加热器1202各自联接到分配板1214。在一些实施例中，加热器1202各自联接到分配板1214和冲击结构1204二者。分配板1214至少部分地在加热器1202与冲击结构1204之间延伸。这种布置基本上防止由喷射器210喷射的还原剂在冲击结构1204上形成沉积物。
分配板1214吸收由加热器1202提供的热量，并且起到增加由加热器1202提供给冲击结构1204的热量的均匀性的作用。例如，分配板1214可以消除由不同的加热器1202提供的热量的不连续性，其方式为使分配板跨越不同的加热器1202、吸收由不同的加热器1202提供的热量并且将热量分布在整个分配板1214中(例如，横跨分配板1214在不同的加热器1202之间延伸的部分，等等)。在各种实施例中，分配板1214由热导率高于冲击结构1204的热导率的材料构成。
除了冲击结构1204之外，加热器1202被配置成经由莱顿弗罗斯特效应来有助于还原剂扩散，如相对于冲击结构1204所描述的，使得加热器1202的跨越部分有助于冲击结构1204减轻或基本上防止分解反应器202中的沉积物形成。
加热器1202经由导线(例如电导线等)连接到电源(例如，与排气后处理系统200相关联的内燃发动机的电气系统等)。导线的路径是从分解反应器202外进入到分解反应器202中并到达加热器1202。
图13示出了根据图12所示实施例的分解反应器202的从入口204朝向出口206的正视图。图14示出了根据图12所示实施例的分解反应器202的从出口206朝向入口204的后视图。如图14所示，加热器1202围绕内管1200的中心轴线螺旋地布置。如图14所示，因为分配板1214连续地联接到加热器1202中的每个加热器，所以分配板1214在相邻的加热器1202之间跨越。除了冲击结构1204之外，加热器1202被配置成经由莱顿弗罗斯特效应来有助于还原剂扩散，使得分配板1214的这些跨越部分有助于冲击结构1204减轻或基本上防止分解反应器202中的沉积物形成。图15示出了从分解反应器202取出的内管1200。
在其他实施例中，加热器1202可以替代地被替换为单个加热器1202。加热器1202可以布置成一个或更多个螺旋、螺旋线(例如双螺旋线等)以及其他类似的形状。应当理解，对加热器1202、加热器1004、加热器806、加热器706和至少部分地设置在内管内或围绕内管设置的任何其他加热器的描述类似地适用于加热器600、加热器400和在没有内管700的情况下使用的其他加热器的一些实施例。还应当理解，对加热器600、加热器400以及在没有内管700的情况下使用的其他加热器的描述类似地适用于加热器1202、加热器1004、加热器806、加热器706以及至少部分地设置在内管内或围绕内管设置的任何其他加热器的一些实施例。
在各种实施例中，分解反应器202被配置成最小化通过其中的热传递，使得由加热器(例如，加热器400、加热器600、加热器706、加热器806、加热器1004、加热器1202等)提供的额外的热量被分解反应器202保留，从而利用由加热器提供的额外的热量将排气和还原剂提供给排气后处理系统200的下游部件，例如scr催化器。这种额外的热量可以有助于排气后处理系统200获得更高的效率。分解反应器202可以被配置成最小化热传递，其方式为在分解反应器202周围包裹隔绝件以及利用不同的材料(例如，具有较低的热传导系数的材料等)来构造分解反应器202。
图16和图17示出了用于分解反应器202的冲击结构1600。冲击结构1600可以是前述的冲击结构214、冲击结构402、冲击结构602、冲击结构708、冲击结构808、冲击结构1006或冲击结构1204。在一些实施例中，冲击结构1600由不锈钢构成。在一个实施例中，冲击结构1600由ss439不锈钢构成。冲击结构1600还包括多个支腿1602(例如，支座等)。这些支腿1602中的每个支腿被配置成联接到分解反应器202的表面或部件。
冲击结构1600还包括多个加热器1604。加热器1604可以各自起到前述的加热器212、加热器400、加热器600、加热器706、加热器806、加热器1004或加热器1202的作用。加热器1604联接到冲击结构1600，使得加热器1604位于冲击结构1600和排气后处理系统1400的与支腿1602联接的部件之间。在一些实施例中，加热器1604中的每个加热器是带状加热器。在一个实施例中，加热器1604中的每个加热器是300w的带状加热器。
在一些实施例中，冲击结构1600还包括分配板1606。分配板1606至少部分地在加热器1604与冲击结构1600之间延伸。分配板1606吸收由加热器1604提供的热量，并且起到增加由加热器1604提供给冲击结构1600的热量的均匀性的作用。例如，分配板1606可以消除在相邻的加热器1604之间提供的热量的不连续性，其方式为使分配板跨越加热器1604、吸收由加热器1604提供的热量、并且将热量分布在整个分配板1606中(例如，横跨分配板1606在加热器1604之间延伸的部分)。在各种实施例中，分配板1606由热导率高于冲击结构1600的热导率的材料构成。在一些实施例中，分配板1606由铜构成。
iv.具有加热器和内部旁通氨发生器的示例性排气后处理系统
图18示出了示例性排气后处理系统1800的截面视图。排气后处理系统1800可以起到前述的排气后处理系统100和/或排气后处理系统200的作用。排气后处理系统1800包括分解反应器1802。分解反应器1802可以起到前述的分解室108和/或分解反应器202的作用。分解反应器1802包括主体1803，主体1803具有入口1804(例如，输入口、进入口等)和出口1806(例如，出口、排出口等)。入口1804被配置成接纳来自排气后处理系统1800的上游部件(例如类似于前述dpf106的dpf或doc)的排气。出口1806被配置成将排气和还原剂的混合物(例如，经处理的排气等)提供到排气后处理系统1800的下游部件，例如类似于前述scr催化器110的催化器。
排气后处理系统1800还包括配给模块1808。配给模块1808可以起到前述的配给模块114和/或配给模块208的作用。配给模块1808被配置成从类似于还原剂泵120的还原剂泵接纳还原剂，该还原剂泵从类似于还原剂源118的还原剂供应源抽取还原剂。在一些实施例中，配给模块1808还接纳来自类似于前述空气泵128的空气泵的空气，该空气泵从类似于空气源130的空气供应源抽吸空气。
配给模块1808包括喷射器1810(例如还原剂喷射器等)，喷射器1810联接到主体1803。喷射器1810可以起到前述喷射器210的作用。喷射器1810被配置成将还原剂从配给模块1808喷射到分解反应器1802中，使得分解反应器1802内的排气可以用还原剂处理。配给到排气中的还原剂的量与排气后处理系统1800排放到大气中的燃烧副产物的阈值量相关。在一些应用中，排气后处理系统1800受到控制，使得排气被配给了目标量的还原剂，使得由排气后处理系统1800排放的燃烧副产物的目标量小于燃烧副产物的阈值量。
排气后处理系统100包括定位在其中的内管1812(例如，混合管等)。内管1812可以起到前述的内管700和/或内管800的作用。内管1812以基本上平行于主体1803的中心轴线的中心轴线为中心。内管1812被配置成直接从入口1804接纳排气(例如，经由内管1812的前表面中的孔口等)，并且将排气提供给出口1806。内管1812经由凸缘1814联接到主体1803。凸缘1814可以起到前述的凸缘702和/或凸缘802的作用。凸缘1814可以与内管1812和/或主体1803集成，和/或可以联接(例如，紧固、粘合、焊接等)到内管1812和/或主体1803。
凸缘1814包括多个凸缘孔口1815(例如，开口、孔、通风口等)。多个凸缘孔口1815中的每个都有助于使排气从中通过，使得一些排气可以从入口1804流到出口1806，而不流过内管1812。
分解反应器1802还包括导向件1816(例如，护罩、锥体等)。导向件1816可以起到前述的导向件704和/或导向件804的作用。导向件1816联接到内管1812并且围绕喷射器1810定位。在一些实施例中，导向件1816联接到主体1803。在其他实施例中，导向件1816联接到喷射器1810。导向件1816被配置成从喷射器1810接纳还原剂并且将还原剂提供到内管1812中。导向件1816包括多个导向件孔口1817(例如，孔、开口等)，这些导向件孔口1817被配置成接纳排气，使得所接纳的排气用于将还原剂从喷射器1810驱动到内管1812中。导向件孔口1817可以例如设置在导向件1816的上游面上。
如图19中的流向箭头所示，排气直接流入到内管1812中(例如，穿过内管1812的入口等)或经由导向件1816(例如，穿过导向件1816中的孔口，然后从导向件1816进入到内管1812中，等等)，或者排气不流入到内管1812中(例如，排气不流入到内管1812的入口中，排气不经由设置在导向件1816上的孔口流入到导向件1816中，等等)，而是替代地流动穿过凸缘1814上的凸缘孔口1815。内管1812、凸缘1814、凸缘孔口1815和/或导向件1816可以被配置成使得目标量的排气被提供给温度受控的催化器1818。在一些实施例中，凸缘孔口1815可以选择性地变化(例如，经由电控致动器、经由电控阀等)以向温度受控的催化器1818提供目标量的排气。
分解反应器1802包括温度受控的催化器1818(例如水解催化器等)。温度受控的催化器1818被配置成使用由喷射器1810供应的还原剂来有助于排气的水解以产生氨。温度受控的催化器1818被配置成使得内管1812内的排气只有首先经过温度受控的催化器1818才能离开内管1812(例如，在通向出口1806的路径上，等等)。
在一些实施例中，温度受控的催化器1818可以基本上位于主体1803内的中心(例如，当内管1812的中心轴线基本上与主体1803的中心轴线重合时，等等)。以这种方式，温度受控的催化器1818可以与分解反应器1802下游的scr催化器，例如scr催化器110同轴对准。这种同轴对准可以显著减少排气后处理系统1800的混合长度。
温度受控的催化器1818包括加热器1820。加热器1820受到控制，以将温度受控的催化器1818加热到该温度受控的催化器1818的活化温度以上，使得温度受控的催化器1818可以催化排气。该活化温度可以是例如大约200℃。加热器1820提供的热量有助于温度受控的催化器1818对排气进行水解，并且因此产生氨。
温度受控的催化器1818可以被配置为具有最小的热容量，使得温度受控的催化器1818可以被加热器1820快速加热。在一些应用中，温度受控的催化器1818由多个薄板(例如，翅片等)组成。例如，温度受控的催化器1818可以由多个相对薄的平行板构成，这些平行板通过端盖或跨越构件接合在一起以形成筒状结构。在一些应用中，温度受控的催化器1818由单个片或多个片构成，这些片以波纹方式形成并且与同一片的另一部分或相邻的片重叠。在一些应用中，温度受控的催化器1818可以由具有相对低的热容(例如，小于0.4焦耳每克℃等)的材料构成。
加热器1820可以起到前述的加热器400、加热器600、加热器706和/或加热器806的作用。加热器1820还被配置成被加热，使得温度受控的催化器1818的表面或加热器1820的表面具有高于温度受控的催化器1818的活化温度(例如，200℃或更高，等等)的温度。以这种方式，温度受控的催化器1818可以用于催化排气，而不会积累还原剂沉积物(这些还原剂沉积物原本最终会导致分解室不理想)。
在分解反应器1802中结合温度受控的催化器1818的益处在于，由加热器1820释放的用于执行水解的热量经由排气直接提供给排气后处理系统1800的下游部件，例如scr催化器，从而潜在地提高这些下游部件的转化效率(例如，将排气转化为无害副产物的能力等)。实现这一益处是因为温度受控的催化器1818被定位在内管1812内，并且不使用迂回的(例如，弯曲的、非直接的、冗长的、弯折的等)管道来将排气从温度受控的催化器1818输送回到分解反应器1802中。通过避免使用迂回管道，排气后处理系统1800避免了来自温度受控的催化器1818的排气的热损失(如果在排气后处理系统1800中使用迂回管道则会发生热损失(例如，由于迂回管道的额外的表面积等))，从而向排气后处理系统1800的下游部件提供额外的热量。此外，排气后处理系统100由于不采用这种迂回管道避免了额外的成本和复杂性。此外，排气后处理系统1800能够具有较小的物理尺寸，这是因为没有采用这种迂回管道。更进一步，通过避免采用迂回管道，来自温度受控的催化器1818的排气流基本上保持是直的，从而增大了通过分解反应器1802的排气的流动速率，并且相应地增大了排气后处理系统1800的效率。
在各种实施例中，加热器1820是电加热器(例如，电阻加热器、加热元件等)而不是燃烧器(例如，燃烧加热器等)。结果，加热器1820本身不产生任何进入到排气中的直接排放物(例如燃烧副产物的排放物等)。
在一些实施例中，温度受控的催化器1818是二氧化钛(例如，tio2等)催化器。在这样的实施例中，温度受控的催化器1818可以通过二氧化钛的溅射沉积、二氧化钛的物理气相沉积、二氧化钛的等离子体沉积或另一类似的工艺形成。如果温度受控的催化器1818是二氧化钛催化器，则加热器1820可以将温度受控的催化器1818加热到220℃与375℃之间(含220℃和375℃)的温度。在这样的温度下，温度受控的催化器1818可以获得20％与40％之间(含20％和40％)的分解速率，这比在典型的排气后处理系统中使用的其他催化器中获得的分解速率高。然而，温度受控的催化器1818可以具有其他类似的形成方式，或者加热器1820可以将温度受控的催化器1818加热到其他温度，例如小于或等于200℃的温度，使得排气后处理系统1800适合于目标应用。
导向件孔口1817可以被配置成使得由导向件1816接纳目标量的排气，该目标量是将还原剂从喷射器1810驱动到内管1812中所需的最小排气量。通过仅使用最小排气量来将还原剂驱动到内管1812中，仅需要由加热器1820进行的最小量的加热，从而降低加热器1820的功耗并且使排气后处理系统1800更有效。
加热器1820经由导线(例如，电导线等)连接到电源(例如，与排气后处理系统1800相关联的内燃发动机的电气系统等)。导线的路径从主体1803外进入到主体1803中并到达加热器1820。在一些实施例中，导线的路径是在靠近导向件1816的位置处穿过主体1803、沿着导向件1816的下游面、经过内管1812的顶表面、在靠近加热器1820的位置处进入到内管1812中、并且穿过温度受控的催化器1818到达加热器1820。这种布置可以使导线暴露于排气最小化。在其他实施例中，导线的路径是在靠近加热器1820的位置处穿过主体1803、在靠近加热器1820的位置处进入到内管1812中、并且穿过温度受控的催化器1818到达加热器1820。
在各种实施例中，分解反应器1802包括旋流混合器1822(例如，混合板、叶片混合器、同旋流混合器、反旋流混合器等)，旋流混合器1822联接到主体1803。旋流混合器1822定位在凸缘1814和温度受控的催化器1818的下游和出口1806的上游。旋流混合器1822被配置成有助于从温度受控的催化器1818提供的排气与通过凸缘孔口1815提供的排气之间的混合。旋流混合器1822可以被配置成使得分解反应器1802具有目标背压和目标混合长度，使得分解反应器1802适合于目标应用。在其他实施例中，分解反应器1802不包括旋流混合器1822。
v.用于加热器的示例性控制系统
图20示出了示例性排气后处理系统2000。排气后处理系统2000可以是前述的排气后处理系统200或排气后处理系统100。排气后处理系统2000包括分解反应器2002。分解反应器2002可以是前述的分解反应器202或分解反应器1802。分解反应器2002具有主体2003，主体2003包括入口2004和出口2006。入口2004可以是前述的入口204或入口1804。出口2006可以是前述的出口206或出口1806。
排气后处理系统2000包括配给模块2008。配给模块可以是前述的配给模块208或配给模块1008。配给模块2008包括喷射器2010。喷射器2010可以是前述的喷射器210或喷射器1010。
在一些实施例中，分解反应器2002包括导向件2012。在分解反应器2002包括导向件2012的情况下，导向件2012可以是前述的导向件704或导向件1016。在一些实施例中，分解反应器2002还包括旋流混合器2014。在分解反应器2002包括旋流混合器2014的情况下，旋流混合器2014可以是旋流混合器404、旋流混合器404、旋流混合器710、旋流混合器812或旋流混合器1022。
分解反应器2002还包括联接到主体2003的选择性受加热的部件2016。选择性受加热的部件2016可以是冲击结构214、冲击结构402、冲击结构602、冲击结构708、冲击结构808或温度受控的催化器1018。分解反应器2002还包括联接到主体2003的加热器2018。加热器2018可以是加热器400、加热器600、加热器706、加热器806或加热器1020。
应当理解，排气后处理系统2000的描述进一步描述了一些实施例中的排气后处理系统200或排气后处理系统100。例如，选择性受加热的部件2016的描述被理解为进一步描述了一些实施例中的冲击结构602，或者进一步描述了一些实施例中的温度受控的催化器1018。
分解反应器2002包括控制器2020。控制器2020可以包括微处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、等等，或其组合。控制器2020可以包括存储器，该存储器可以包括但不限于能够为处理器、asic、fpga等提供程序指令的电子的、光的、磁的或任何其他的储存设备或传输设备。存储器可以包括控制器2020可以从其读取指令的存储器芯片、电可擦可编程只读存储器(eeprom)、可擦可编程只读存储器(eprom)、快闪存储器或任何其他合适的存储器。指令可以包括来自任何合适的编程语言的代码。
控制器2020电气或通信地联接到加热器2018。控制器2020被配置成控制加热器2018，以选择性地加热(例如，当需要时加热，当需要时不加热，等等)该选择性受加热的部件2016。例如，控制器2020可以被配置成选择性地改变供应给选择性受加热的部件2016的电量。随着更多的电力被供应到选择性受加热的部件2016，选择性受加热的部件2016可以产生更多的热量。虽然未示出，但是应当理解，选择性受加热的部件可以类似地包括电气或通信地联接到加热器2018的机载控制器。
在一些实施例中，分解反应器2002包括表面温度传感器2022。表面温度传感器2022被配置成测量选择性受加热的部件2016的外表面(例如，外部表面、暴露表面等)的表面温度。例如，表面温度传感器2022可以测量冲击结构214的表面的表面温度或温度受控的催化器1018的表面温度。表面温度传感器2022电气或通信地联接到控制器2020。例如，控制器2020可以从表面温度传感器2022接收温度受控的催化器1018的表面温度的测量值。响应于控制器2020请求由表面温度传感器2022测量的选择性受加热的部件2016的表面温度的测量值，表面温度的测量值可以由表面温度传感器2022提供给控制器2020。
分解反应器2002包括联接到主体2003的上游温度传感器2024和联接到主体2003的下游温度传感器2026。上游温度传感器2024定位在入口2004与选择性受加热的部件2016之间。下游温度传感器2026定位在选择性受加热的部件2016与出口2006之间。上游温度传感器2024和下游温度传感器2026电气或通信地联接到控制器2020。上游温度传感器2024被配置成测量选择性受加热的部件2016上游的排气的温度，并且下游温度传感器2026被配置成测量选择性受加热的部件2016下游的排气的温度。控制器2020可以接收这些测量值，以响应控制器发送给上游温度传感器2024和下游温度传感器2026的请求。在这些实施例中，控制器2020还接收参数(例如，通过排气后处理系统2000的排气的质量流动速率等)，并且被配置成将该参数、选择性受加热的部件2016上游的排气的温度、和选择性受加热的部件2016下游的排气的温度相关联，以确定选择性受加热的部件2016的表面温度(例如，代替由表面温度传感器2022测量的选择性受加热的部件2016的表面温度，等等)。在各种实施例中，上游温度传感器2024和下游温度传感器2026是热敏电阻(例如，高温热敏电阻等)。在一些实施例中，在分解反应器2002包括上游温度传感器2024和下游温度传感器2026时，分解反应器2002不包括表面温度传感器2022。
因此，(i)表面温度传感器2022用于直接获得选择性受加热的部件2016的表面温度，或者(ii)上游温度传感器2024和下游温度传感器2026用于间接地获得选择性受加热的部件2016的表面温度。一旦控制器2020具有选择性受加热的部件2016的表面温度，则控制器2020就实施加热策略2100来控制加热器2018。加热策略2100如图21所示。
加热策略2100开始于框2102，其中由控制器2020获得选择性受加热的部件2016的表面温度(例如，经由表面温度传感器2022、经由上游温度传感器2024和下游温度传感器2026等)。例如，控制器2020可以确定选择性受加热的部件2016的表面温度为180℃。
加热策略2100在框2104中继续，其中由控制器2020确定选择性受加热的部件2016的表面温度是否小于目标表面温度。目标表面温度可以被下载到控制器2020(例如，经由可移除的记忆棒、经由互联网等)或者可以由控制器2020确定(例如，经由机器学习等)。目标表面温度可以基于选择性受加热的部件2016的表面温度与选择性受加热的部件2016上沸腾的膜的函数图表，或者基于选择性受加热的部件2016的表面温度与选择性受加热的部件2016上的立即分解的函数图表来确定。
如果选择性受加热的部件2016的表面温度小于目标表面温度，则加热策略2100在框2106中继续，其中控制器2020配置(例如，指示、提供电力等)加热器2018，以向选择性受加热的部件2016提供最大的加热。加热策略2100然后从框2102重新开始。
如果选择性受加热的部件2016的表面温度不小于目标表面温度，则加热策略2100在框2108中继续，其中由控制器2020获得分解反应器2002内的排气的温度。分解反应器2002内的排气的温度由控制器2020使用上游温度传感器2024和/或下游温度传感器2026来确定。例如，控制器2020从上游温度传感器2024获得温度读数，并且确定分解反应器2002内的排气的温度等于温度读数。
在框2110中，加热策略2100继续，其中由控制器2020确定分解反应器2002内的排气的温度是否大于或等于目标表面温度。如果分解反应器2002内的排气的温度大于或等于目标表面温度，则加热策略2100在框2112中继续，其中控制器2020配置加热器2018，以不向选择性受加热的部件2016提供加热。加热策略2100然后从框2102重新开始。
如果分解反应器2002内的排气的温度小于目标表面温度，则加热策略2100在框2114中继续，其中确定加热器2018的功率水平(例如，加热器占空比等)。加热器2018的功率水平等于排气的功率损失和还原剂冷却的功率损失之和。在各种实施例中，加热器2018的功率水平使用排气的条件(例如，温度、流动速率、压力等)、还原剂配给速率要求、表面温度和表面性质来确定。加热器2018的功率水平应该在考虑在靠近选择性受加热的部件2016的膜沸腾条件下发生的热传递的因素下确定。加热策略2100随后在框2116中继续，其中配置加热器2018以向选择性受加热的部件2016提供由该功率水平产生的热量。加热策略2100随后从框2102重新开始。
如果喷射器2010在表面温度的温度等于目标温度的温度之前配给排气，则控制器2020可以被配置成配置加热器，以在表面温度的温度等于目标温度之后继续加热选择性受加热的部件2016，以便分解可能已经在选择性受加热的部件2016上形成的任何沉积物。
vii.示例性实施例的设计
虽然本说明书包含许多特定的实施方式细节，但是这些不应被解释为对可要求保护的内容的范围的限制，而更确切地应被解释为特定的实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可组合地在单个实施方式中实施。相反地，单个实施方式的上下文中所描述的各个特征也可以在多个实施方式中单独地实施或以任何合适的子组合实施。而且，虽然特征可以被描述为以某些组合起作用且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可以从该组合删除，而且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
如在本文使用的，术语“基本上(substantially)”、“总体上(generally)”和类似的术语旨在具有与本公开的主题所属的领域中的普通技术人员的常见和被接受的使用一致的广泛含义。查阅本公开的本领域的技术人员应当理解，这些术语旨在允许对所描述和要求保护的某些特征的说明，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确的数值范围。因此，这些术语应被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或非紧要的修改或改变被认为在如所附权利要求中所述的本发明的范围内。
本文中所使用的术语“联接(coupled)”、“附接(attached)”、“紧固(fastened)”、“固定(fixed)”以及类似术语意味着两个部件彼此直接或间接地接合。这样的接合可以是静止不动的(例如，永久的)或可移动的(例如可移除的或可释放的)。这样的接合可以通过以下实现，两个部件或两个部件与任何另外的中间部件作为单个整体主体彼此集成地形成；两个部件；或两个部件和任何另外的中间部件附接到彼此。
本文使用的术语“流体地联接(fluidlycoupled)”、“与……流体连通(fluidlycommunicablewith)”以及类似术语意指两个部件或对象具有在这两个部件或对象之间形成的通路，流体(例如空气、液态还原剂、气态还原剂、含水氨、气态氨等)可以在干扰或不干扰部件或对象的情况下在该通路中流动。用于实现流体连通的流体联接或构造的示例可以包括管道、通道或用于实现流体从一个部件或对象到另一部件或对象的流动的任何其他适当的部件。
重要的是要注意，在各个示例性实施方式中示出的系统的结构和布置在性质上只是说明性的而非限制性的。在所述实施方式的精神和/或范围内的所有改变和修改需要被保护。应该理解，一些特征可能不是必要的，且缺乏这些各种特征的实施方式可以被预设为在本申请的范围内，所述范围由所附的权利要求限定。当语言“一部分(aportion)”被使用时，该物品可包括一部分和/或整个物品，除非明确地相反地陈述。
此外，术语“或(or)”以其包容性意义(而不是其排他性意义)被使用，使得例如当用于关联元件列表时，术语“或(or)”是指列表中的元件中的一个、一些或全部。诸如短语“x、y或z中的至少一个”的连词性语言除非另外明确地说明，否则关于如通常所使用的上下文被理解成表示：物品、术语等可以是x；y；z；x和y；x和z；y和z；或x，y和z(例如，x、y和z的任意组合)。因此，这样的连词性语言一般不意图暗示某些实施例要求至少一个x、至少一个y和至少一个z中的每一个都存在，除非另有说明。
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