专利名称：具有还原剂混合的排放物系统安装装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种排放物系统安装装置，并且更特别是，本发明涉及一种包括至少一个被构造成将还原剂混合到废气流中的装置的排放物系统安装装置。
背景技术：
用于发动机、工厂和电站的传统的柴油驱动系统产生含有多种污染物的排放物。 这些污染物包括例如颗粒物质(例如烟灰)、氧化氮(NOx)和硫化物。由于对环境问题的高度重视，发动机废气排放物标准已经变得越来越严格。为了符合排放物标准，机器制造商已经开发和采用了多种废气处理部件来在废气释放到大气之前减少废气中的污染物。废气处理部件可包括例如柴油颗粒过滤器、选择性催化还原装置、柴油氧化催化器、用于柴油颗粒过滤器再生的燃料点燃燃烧器、消声器和其他类似的部件。包括其相关的传感器和电子器件的这些废气处理部件通常在可用空间内使用单独支架单独安装在废气系统内。但是，由于废气处理部件的增加的复杂性和数量以及少量的可用空间，已经证明使得废气处理部件安装和互连是困难的。用于在壳体内组合废气处理装置的一种方法在授权给Theis的美国专利公开文献No. 2006/0264296(' 296公开文献)中披露。具体地，，296公开文献披露一种支承第一稀NOx捕集器(LNT)、第二 LNT和选择性催化还原(SCR)装置的壳体。壳体还支承用于引入发热剂的第一端口和用于引入还原剂的第二端口。第二端口定位在SCR上游。还原剂可从第二端口引入废气流，以便对SCR预处理。另外，在LNT和SCR之间具有间隙，以有助于混
I=I O虽然’ 296公开文献的系统可能披露了一种具有LNT和SCR以减少排放物的壳体， 但’ 296系统会具有局限性。例如，，296系统只实现还原剂与废气流的有限混合，可能造成不良的NOx还原。本发明的装置针对克服以上提到的一个或多个问题。
发明内容
在一个方面，本发明针对一种排放物控制系统。排放物控制系统可包括第一废气处理装置。排放物控制系统还可包括限定连接到第一废气处理装置的端部的混合腔室的端盖。混合腔室可被构造成增强还原剂和从第一废气处理装置接收的废气流之间的混合。排放物控制系统还可包括被构造成在废气流和还原剂经过混合腔室之后接收废气流和还原剂的第二废气处理装置。在另一方面，本发明针对另一种排放物控制系统。排放物控制系统可包括第一支架和连接到第一支架的第二支架。排放物控制系统还可包括通过第一支架和第二支架支承的第一废气处理装置。排放物控制系统还可包括通过第一支架和第二支架支承的第二废气处理装置。排放物控制系统还可包括具有固定混合器的管。管可通过第一支架和第二支架支承。管、第一废气处理装置以及第二废气处理装置可经由一个或多个连接器流体连通。一
3个或多个连接器以并排取向连接第一废气处理装置、第二废气处理装置和管。在另一方面，本发明针对另一种排放物控制系统。排放物控制系统可包括安装件。 排放物控制系统还可包括通过安装件支承的柴油颗粒过滤器。排放物控制系统还可包括通过安装件支承的稀NOx捕集器或选择性催化还原装置的至少一种。排放物控制系统还可包括限定连接到柴油颗粒过滤器的端部的混合腔室的端盖。混合腔室可被构造成接收来自柴油颗粒过滤器的废气流和注射的还原剂。
图1是包括排放物控制系统的示例性公开动力系统的示意图；图2是可以和图1的排放物控制系统一起使用的示例性安装件的示意图；图3是具有延伸套筒的示例性排放物控制系统的示意图；图4是排放物控制系统的另一实施方式的示意图；图6是图5的端盖的另一视图；图7是包括双重端盖的排放物控制系统的示意图；图8是包括排放物控制系统的示例性公开的动力系统的示意图；图9是包括带有端盖的排放物控制系统的示例性公开的动力系统的另一示意图； 以及图10是包括带有双重端盖的排放物控制系统的示例性公开的动力系统的另一示意图。
具体实施例方式图1表示动力系统10的示意图，动力系统10可包括动力源12和废气系统14。动力源12可体现为燃烧式发动机，例如柴油发动机、汽油发动机、气态燃料驱动发动机(例如天然气发动机)或本领域普通技术人员公知的任何其他类型的燃烧式发动机。动力源12 可具有将潜在的化学能(通常是可燃烧气体的形式)转换成有用机械功的多个燃烧室(未示出)。还考虑到动力源12可体现为熔炉或类似装置。动力源12可从经由吸入装置17与动力源12流体连通的空气清洁器15接收空气。动力源12可经由废气管23输出废气流。废气系统14可将废气经由废气管23从动力源12引导到排放物控制系统16。在经过排放物控制系统16之后，废气可以被引导到大气。废气系统14的排放物控制系统16 可被构造成监控、控制和/或调节废气排放物。排放物控制系统16可包括一个或多个废气处理装置22、与废气处理装置22相关的电子器件对、和安装件26。废气处理装置22可以是被构造成减少有害气体、颗粒物质的排放物和/或减小从动力源12释放的噪音的装置。每个废气处理装置22可例如体现为柴油氧化催化器(DOC)、 颗粒过滤器(PF或DPF)、选择性催化还原(SCR)装置、稀NOx捕集器(LNT)、消声器、再生装置、还原剂混合装置或本领域公知的任何其他废气处理装置。考虑到每个废气处理装置22 还可包括废气处理装置的组合，例如DOC和DPF的组合；催化器和DPF(即⑶PF)的组合； DOC、DPF和SCR的组合；或者本领域公知的其他组合。电子器件M可被构造成监控和/或控制废气处理装置22的操作。电子器件M 可包括一种或多种电子装置，例如传感器、微型处理器、电源回路、信号调节回路、致动器驱动回路、电磁阀、继电器、电子阀、线圈和/或本领域公知的其他类型的电子器件和回路。例如，电子器件M可包括被构造成控制还原剂(例如用于SCR或LNT的还原剂)注射到废气处理装置22之一的微型处理器和其他电子硬件。电子器件M还可包括被构造成控制用于废气处理装置22之一(例如DPF再生)的再生过程的微型处理器和其他电子硬件。如图2所示，安装件沈可以是被构造成使用单个结构来支承多个废气处理装置22 的装置。特别地，安装件26可以被构造成以紧凑的构型来固定废气处理装置22。安装件 26可包括第一支架观和第二支架30。第一支架观和第二支架30可平行定向，但是彼此隔开。第一支架观可以使用一个或多个刚性横梁构件32连接到第二支架30。横梁构件 32可经由机械紧固件(例如螺栓、螺钉、铆钉等)、焊接、铜焊或本领域公知的任何其他结合工艺附接到第一支架观和第二支架30。替代地，第一支架观、第二支架30和横梁构件32 可使用单次铸造形成。第一支架28和第二支架30中的每个包括第一支承表面34。第一支架28的第一支承表面34和第二支架30的第一支承表面34可以被构造成支承第一废气处理装置36的每个端部。第一支架观和第二支架30中的每个还可包括第二支承表面38。第一支架观的第二支承表面38和第二支架30的第二支承表面38可被构造成支承第二废气处理装置 40的每个端部。除了连接第一支架观和第二支架30之外，一个或多个横梁构件32可被构造成支承第一废气处理装置36和/或第二废气处理装置40的中间部分。考虑到第一支承表面34的几何形状可以成形为与第一废气处理装置36的外部几何形状匹配，并且第二支承表面38的几何形状可以成形为与第二废气处理装置40的外部几何形状匹配。例如，在第一废气处理装置36和第二废气处理装置40被成形为罐时，第一支承表面34和第二支承表面38可具有大致弓形表面，其曲率半径分别与第一废气处理装置36和第二废气处理装置40大致相同。如图1和3所示，一个或多个带47可经过废气处理装置22之上，并将废气处理装置22固定到安装件26。在一些实施方式中，如图3所示，一个或多个废气处理装置22可包括延伸套筒52。延伸套筒52可至少部分在废气处理装置22的端部之上滑动，或者邻靠废气处理装置22的端部。考虑到延伸套筒52可包括例如钢、铝、铁、合金、合成物或本领域公知的其他材料。延伸套筒52可以通过螺栓连接、焊接或其他方式形成或附接到废气处理装置22的端部。考虑到延伸套筒52可延伸给定废气处理装置22的表面区域，使得带47可经过延伸套筒52的周围，并将给定废气处理装置22固定到安装件26。回到图2，安装件沈包括具有一个或多个支脚50的底座部分48。特别地，第一支架观和第二支架30的每个可包括例如至少两个支脚50。每个支脚50可被构造成安装到动力源12或者动力系统10内的另一框架或结构(未示出)。安装件沈还可包括第一支架观内的第一开口 42和第二支架30内的第二开口 44。第一开口 42和第二开口 44中的每个可包括第三支承表面49。第一开口 42的第三支承表面49和第二开口 44的第三支承表面49可被构造成例如支承第三废气处理装置46的每个端部。应该注意到第一支承表面34、第二支承表面38和第三支承表面49可被定位成使得第一废气处理装置36、第二废气处理装置40和第三废气处理装置46分别以紧凑并排的平行定向定位。例如，第一支承表面；34的轴线Al、第二支承表面38的轴线A2和第三支承表面49的轴线A3可以都是平行的。考虑到安装件沈可被构造成使得每个废气处理装置 22容易接近和移除。在排放物控制系统16的示例性实施方式中，第一废气处理装置36可体现为柴油颗粒过滤器，第二废气处理装置40可体现为消声器，并且第三废气处理装置46可体现为混合管M。安装件26还可支承或容纳第四废气处理装置51 (参见图1和4)。第四废气处理装置51可以例如体现为再生装置，诸如燃烧燃料的燃烧器。第四废气处理装置51可被构造成注射燃料，并点燃被注射的燃料，从而加热经由废气管23从动力源12接收的废气流。参考图4，混合管M可以是被构造成输送废气流并增强还原剂与废气流混合的大致管状构件。混合管M可以是圆筒形的，或者具有任何其他适当的截面形状。混合管M 可将第一废气处理装置36与第二废气处理装置40流体连接。特别地，混合管M可经由第一连接器56连接到第一废气处理装置36，并且经由第二连接器58连接到第二废气处理装置40。第一连接器56和第二连接器58可例如体现为弯头式连接器。特别地，第一连接器56和第二连接器58可体现为蛇头式连接器，其中第一连接器56和第二连接器58的底座部分60比终端部分62宽。底座部分60可具有大致卵形或椭圆形形状，而终端部分62 可具有大致圆筒形形状，使得终端部分62与混合管M配合。考虑到第一连接器56和第二连接器58可分别与第一废气处理装置36和第二废气处理装置40形成整体。替代地，第一连接器56和第二连接器58可使用机械紧固、焊接、铜焊或任何其他适当的紧固方法分别附接到第一废气处理装置36和第二废气处理装置40。第一连接器56和第二连接器58可具有简单的90度弯头或弯曲弯头。混合管M可包括被构造成在废气流经过混合管M时将还原剂分散或混合到废气流内的内部混合装置63 (见图8和9)。混合装置63可以沿着混合管M的长度定位在任何位置上，并且可体现为例如固定混合器，例如混合板、混合叶片、挡板或本领域公知的其他类型的固定混合器。混合装置63可替代地体现为可转动混合装置63。在一些实施方式中， 混合管M可包括沿着混合管M的长度定位的多个混合装置63。混合装置63还可体现为沿着混合管M的内表面定位的紊流器。考虑到相对于图4所示的排放物控制系统16和安装件沈的实施方式，安装件沈的第一开口 42和第二开口 44可省略，并且混合管M可只通过第一连接器56和第二连接器58固定。在其他方面，图4的实施方式可类似于这里描述的排放物控制系统16的其他实施方式。如图5所示，排放物控制系统16可包括端盖64。端盖64可连接到第一废气处理装置36的下游端或与第一废气处理装置36的下游端形成整体。端盖64可以是被构造成增强被注射还原剂与废气流在混合腔室66内的混合的装置。端盖64可包括被构造成在混合腔室66内形成转动流动的滚流发生器68。滚流发生器68可包括例如定位成在废气流离开第一废气处理装置36并进入端盖64时使得废气流改变方向的多个导流片69 (同样见图 6)。特别地，导流片69可体现为倾斜的通道、挡板、叶片，使得在废气流进入混合腔室66内时，废气流朝着混合腔室66的壁67改变方向。导流片69的角度可以在30°和75°之间， 并且更特别地，大致是60°。考虑到滚流发生器68可增加还原剂在废气流中的分散，并有助于防止还原剂液滴形成在混合腔室66的壁67上。
图7表示排放物控制系统16的另一替代实施方式。在图7的实施方式中，混合管 M可以省略，并且用双重端盖70代替。双重端盖70的第一端可连接到第一废气处理装置 36的下游端，并且双重端盖70的第二端可连接到第二废气处理装置40的上游端。双重端盖70可限定与第一废气处理装置36的下游端相关联的第一混合腔室73以及与第二废气处理装置40的上游端相关联的第二混合腔室75。双重端盖70可包括大致与图4和5的实施方式中的滚流发生器68相同的滚流发生器68。双重端盖70可包括定位在第一混合腔室73和第二混合腔室75之间的滚流混合器71。类似于滚流发生器68，滚流混合器71可包括多个导流片79。滚流混合器71的导流片79可例如体现为增强还原剂与废气流混合并将混合的废气和还原剂分散到第二混合腔室75内的通道、挡板或叶片。导流片79可以30°和75°之间的任何适当角度倾斜，更特别地以大致45°倾斜。如图8所示，排放物控制系统16可包括选择性地将还原剂注射到废气流中的注射系统72。注射系统72可包括例如注射器74、流体源76和控制器78。注射器74可以是被构造成注射还原剂以便给第二废气处理装置40剂量的流体注射器。注射器74可以体现为本领域公知的任何类型的流体注射器。注射器74可与流体源76 (例如供应罐)流体连通，以便提供还原剂的重复注射。还原剂可以例如是气态氨、水溶液中的氨、含水尿素、来自氨发生器的氨、柴油燃料或本领域公知的任何其他适当的还原剂。注射器74可定位在第二废气处理装置40的上游。参考图8 (表示省略端盖64的废气系统14的实施方式)，注射器74可定位在第一废气处理装置36的下游。例如注射器74可定位在第一连接器56处。在此实施方式中，注射器74可容纳在第一连接器56内或附接到第一连接器56，使得注射器74沿着混合管M 的中心轴线A4注射还原剂。注射器74还可被构造成略微偏离中心轴线A4注射，以补偿废气流的动量，使得被注射的还原剂在其沿着混合管M流动时终止于混合管M的中央。参考图9 (表示包括端盖64的废气系统14的实施方式)，注射器74可被构造成将还原剂注射到混合腔室66内。注射器74可被连接到端盖64的与第一连接器56相对的壁 67。在致动时，注射器74可横过离开滚流发生器68的废气流并朝着第一连接器56注射还原剂。在一些实施方式中，注射系统72可包括用于注射还原剂的多个注射器74。例如， 多个注射器74可以围绕第一连接器56、混合管M、端盖64或双重端盖70的周边径向定位。控制器78可以是被构造成控制注射器74的装置。控制器78可体现为能够控制多种机械功能的通用机械微型处理器。控制器78可包括存储器、存储装置、处理器和本领域公知的部件。多种其他的回路可与控制器78相关联，例如电源回路、信号调节回路、数据获得回路、信号输出回路、信号放大回路和本领域公知的其他类型的回路。控制器78可被构造成选择性地致动注射器74，以便给第二废气处理装置40剂量。考虑到控制器78可以与注射器74连通并根据来自一个或多个传感器(未示出)的输入来致动注射器74，所述传感器例如是NOx传感器、氨传感器、流速传感器、压力传感器、温度传感器和本领域公知的其他传感器。工业实用性本发明的排放物控制系统可适用于任何动力系统。本发明的排放物控制系统可提供增加的还原剂混合能力，以便用于废气处理装置。现在将描述本发明动力系统的操作。参考图8，空气可以经由吸入装置17被抽取到动力源12以便燃烧。燃料和空气可被燃烧以便产生机械功输出和废气流。废气流可包括具有气体和颗粒物质的空气污染物的复杂混合物。废气流可经由废气管23从动力源12引导到废气处理装置22。废气流可经过第一废气处理装置36，并经由第一连接器56进入还原剂混合管M。注射器74可在废气流进入混合管M时将还原剂注射到废气流中。在废气流和还原剂经过混合管M时，混合装置63可将还原剂混合并分散到废气流中。废气流和还原剂的混合物可接着经过第二连接器58，进入第二废气处理装置40。考虑到第二废气处理装置40可包括例如SCR催化器或 LNT。在位于第二废气处理装置40的内部时，废气会进行污染物还原反应。废气流可接着被释放到大气。参考图9，如上所述，空气和燃料可被抽吸到动力源12，并燃烧以产生机械功输出和废气流。废气流可经由废气管23从动力源12引导到废气处理装置23。废气流可经过第一废气处理装置36。在经过第一废气处理装置36之后，废气可经过滚流发生器68，因此在废气流进入混合腔室66时产生转动流动。注射器74可接着在废气流进入混合腔室66时将还原剂注射到废气流中。废气在混合腔室66中的转动流动有助于还原剂混合到废气流中。还原剂和废气混合物可接着离开混合腔室66，并进入混合管M。在废气流和还原剂经过混合管M时，混合装置63还可将还原剂混合和分散到废气流中(但是考虑到在一些实施方式中，可以省略混合装置6 。废气流和还原剂的混合物可接着经过第二连接器58，进入第二废气处理装置40。在位于第二废气处理装置40内部的同时，废气可进行污染物还原反应。废气流可接着被释放到大气。在图10所示的实施方式中，排放物控制系统16可包括双重端盖70。如上所述， 空气和燃料可被抽吸到动力源12，并且燃烧以便产生机械功输出和废气流。废气流可经由废气管23从动力源12引导到废气处理装置23。废气流可经过第一废气处理装置36。在经过第一废气处理装置36之后，废气可经过滚流发生器68，因此在废气流进入双重端盖70 的第一混合腔室73时产生转动流动。注射器74可接着在废气流进入第一混合腔室73时将还原剂注射到废气流中。废气在第一混合腔室73内的转动流动可有助于还原剂混合到废气流中。还原剂和废气混合物可经过滚流混合器71，因此在废气流进入第二混合腔室75 时进一步将还原剂混合和分散到废气流中。废气流和还原剂混合物可接着进入第二废气处理装置40。在位于第二废气处理装置40的内部的同时，废气可进行污染物还原反应。废气流接着被释放到大气。在所有其他方面，图10所示的动力系统10的操作可基本上与图 8和9所示的操作相同。考虑到第一连接器56和第二连接器58可颠倒流体流动的方向。换言之，在废气流从第一废气处理装置36、经过第一连接器56并进入混合管M时，废气流的流动方向可以颠倒。在废气流从混合管M、经过第二连接器58并进入第二废气处理装置40时，废气流的流动方向可再次颠倒。流动方向的两次颠倒可在第一废气处理装置36、第三废气处理装置 46 (例如混合管54)和第二废气处理装置40之间形成“S”形的流动路径。还可考虑到在一些实施方式中，废气流可在进入第一废气处理装置36之前经过第四废气处理装置51 (例如再生装置)。本发明的排放物控制系统可适用于任何动力系统。本发明的安装件可提供用于在动力系统中安装废气处理装置的紧凑结构，因此为其他动力系统部件保留空间。另外，通过并排的废气处理装置形成的“S”形流动路径可减小废气处理系统的总体长度和尺寸。同样，本发明的混合装置可在废气到达下游废气处理装置之前确保还原剂在废气中适当混合和分散，因此改善了本发明排放物控制系统的性能。 本领域普通技术人员将明白可以对本发明的排放物控制系统进行多种改型和变型。本领域的普通技术人员从说明书的考量和本发明排放物控制系统的实践中明白其他的实施方式。所打算的是说明书和例子只作为示例性考虑，其真实范围通过下面的权利要求指明。
权利要求
1.一种排放物控制系统(16)，包括第一废气处理装置(36)；端盖(64)，其限定连接到所述第一废气处理装置的端部的混合腔室(66)，所述混合腔室能够增强还原剂和从所述第一废气处理装置接收的废气流之间的混合；以及第二废气处理装置(40)，其能够在废气流和还原剂经过所述混合腔室之后接收废气流和还原剂。
2.根据权利要求1所述的排放物控制系统，其中所述端盖还包括位于所述第一废气处理装置和所述混合腔室之间的滚流发生器(68)。
3.根据权利要求2所述的排放物控制系统，其中所述滚流发生器包括多个导流片 (69)，每个所述导流片以30和75度之间的角度倾斜。
4.根据权利要求2所述的排放物控制系统，还包括定位在所述端盖内的注射器(74)， 所述注射器能够注射还原剂。
5.根据权利要求1所述的排放物控制系统，其中所述端盖是双重端盖(70)，所述双重端盖的第一端连接到所述第一废气处理装置，所述双重端盖的第二端连接到所述第二废气处理装置，所述双重端盖包括滚流混合器(71)。
6.一种排放物控制系统(16)，包括第一支架(28)；第二支架(30)，其连接到所述第一支架；第一废气处理装置(36)，其通过所述第一支架和所述第二支架支承；第二废气处理装置(40)，其通过所述第一支架和所述第二支架支承；以及管(M)，其具有固定混合器(63)，所述管通过所述第一支架和所述第二支架支承，其中所述管、所述第一废气处理装置和所述第二废气处理装置经由一个或多个连接器流体连通，所述一个或多个连接器以并排取向连接所述第一废气处理装置、所述第二废气处理装置和所述管。
7.根据权利要求6所述的排放物控制系统，其中所述固定混合器包括混合板、挡板或叶片中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的排放物控制系统，还包括具有混合腔室(66)的端盖(64)，所述端盖被连接到所述第一废气处理装置。
9.根据权利要求8所述的排放物控制系统，还包括定位在所述端盖内的注射器(74)， 所述注射器能够注射还原剂。
10.根据权利要求6所述的排放物控制系统，还包括连接器(56)，其能够将所述第一废气处理装置与所述管流体连通；以及注射器(74)，其定位在所述连接器内，所述注射器能够注射还原剂。
全文摘要
披露一种排放物控制系统(16)。排放物控制系统可具有第一废气处理装置(36)。排放物控制系统还可具有限定连接到第一废气处理装置的端部的混合腔室(66)的端盖(64)。混合腔室可被构造成增强还原剂和从第一废气处理装置接收的废气流之间的混合。排放物控制系统还可具有被构造成在废气流和还原剂经过混合腔室之后接收废气流和还原剂的第二废气处理装置(40)。
文档编号F01N3/10GK102292526SQ201080005485
公开日2011年12月21日 申请日期2010年1月26日 优先权日2009年1月26日
发明者A·尼利, E·L·施罗伊德, J·A·梅尔钱特, P·F·奥尔森, S·D·罗曾布姆, 古玉祥, 孙金辉 申请人:卡特彼勒公司