用于排气后处理的气体/液体混合装置的制作方法

本发明的示意性实施例涉及废气处理系统，且更具体地涉及用于内燃机以及结合内燃机的车辆的废气处理系统。

背景技术：

内燃机的制造商必须满足顾客需求，同时符合用于降低排放和改善燃料经济性的各种规定。一些类型的排气处理系统用于应用内燃机的车辆中。这些系统采用各种排气处理装置。一种这样的排气处理系统采用尿素选择性催化还原(“SCR”)催化剂和NOx还原剂(例如，尿素)，该还原剂使用流体喷射器喷射至SCR催化剂的上游。NOx还原剂转换成废气流中的氨，然后用来将NOx还原成N2。使用尿素作为还原剂需要一种尿素输送系统以及用于这种二次流体的车载监测系统。

用于控制废气中颗粒物质的高水平的排气处理技术为柴油机颗粒过滤器(“DPF”)装置。这里有一些在DPF装置中使用的已知过滤器结构，其展示了在将颗粒物质从废气中移除的有效性，例如陶瓷蜂窝壁流过滤器、缠绕的或填充的纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属纤维等。陶瓷壁流过滤器在汽车应用中已经得到广泛地接受。过滤器是用于从废气中移除颗粒的物理结构，且作为结果，过滤后的颗粒物质的积聚将有增加发动机遭受的排气系统背压的影响。为了解决由于废气颗粒的积聚而增加的背压，DPF装置定期清理或再生。在车辆应用中DPF的再生通常是自动的且由发动机或其它控制器基于由发动机和排气系统传感器产生的信号来控制。再生事件涉及将过滤器的温度增加至能够燃烧所积聚的颗粒物质的水平。

一种在排气系统中产生用于DPF装置再生所需的温度的方法是将未燃烧的碳氢化合物(“HC”)输送至设置在DPF装置上游的氧化催化剂装置。通常使用排气流体喷射器来直接地将燃料喷射进废气系统中来输送HC。HC在氧化催化剂装置中氧化，从而导致提升废气温度的放热反应。加热后的废气向下游行进流至DPF装置且燃烧位于过滤器中的颗粒积聚。尽管采用SCR催化剂、DPF装置和氧化催化剂的系统已经用于减低废气流中的排放物，由于用于包装装置的组合的有效的降低的空间以及描述的引入各种排气处理流体所需的相关喷射系统，各种装置的包装便成为一个问题，尤其是在相对较小的具有短轴距的车辆中。各种混合器已经被提出，但是会存在缺陷。

技术实现要素：

在一示意性实施例中，一种用于废气导管的混合装置包括：第一内部套管，其具有上游端、下游端以及通过其中延伸的直径为“D”的内部通道；导流片，其在第一内部套管中形成的且延伸至内部通道中；以及第二外部气隙外壳，其具有上游端、下游端以及具有大于第一内部套管的直径D的直径“D1”的中心部分。内部套管设置在第二外部气隙外壳中，且上游端和下游端密封地固定到第一内部套管，从而绕着第一内部套管中形成有导流片的部分限定气隙。

在另一示例性实施例中，用于内燃机的废气系统包括配置成用于传输来自内燃机的废气的废气导管，设置在废气导管中的排气处理装置，以及设置在废气导管中、所述排气处理装置上游的混合装置。混合装置包括：第一内部套管，其具有上游端、下游端以及通过其中延伸的直径为“D”的内部通道，导流片，其在第一内部套管中形成的延伸至内部通道中，第二外部气隙外壳，其具有上游端、下游端以及具有大于第一内部套管的直径D的直径“D1”的中心部分。内部套管设置在第二外部气隙外壳中，且上游端和下游端密封地固定到第一内部套管，从而绕着第一内部套管中形成有导流片的部分限定气隙。

从以下结合附图对实现本发明的详细描述中，将很容易清楚本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

仅仅作为实例，在以下的实施例说明中显示了其它的特征、优点和细节，该说明参考附图，其中：

图1是体现本发明的特征的内燃机和排气系统的示意图；

图2是体现本发明的特征的、图1的柴油机颗粒过滤器装置的沿图1中的圈2的局部透视图；

图3是图2的柴油机颗粒过滤器装置的略去一些部件的局部剖视图；

图4是体现本发明的特征的、图1中的排气内部套管混合器的分解透视图；

图5A示出了图4的排气内部混合器的导流片的实施例；

图5B示出了图4的排气内部套管混合器的导流片的另一实施例；

图5C示出了图4的排气内部套管混合器的导流片的另一实施例；以及

图6是体现本发明的特征的、图1的排气系统的沿图1中的圈6的局部透视图。

具体实施方式

以下的描述在本质上仅仅是示例性的，并不意图限制本公开、其应用或者使用。应该认识到，在整个附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。如在此使用的，术语车辆不限于只是汽车、货车或运动型多功能车辆，而包括任何适用于输送负荷的自驱动或牵引运输工具。

现参考图1，在一示意性实施例中，示出了排气处理系统10，其用于减少来自内燃(“IC”)机12的经调节的废气成分。这种系统可包括但不限于汽油机、柴油机和均质压燃发动机系统。废气处理系统包括废气导管14，废气导管14可包括若干区段，这些区段用作将来自内燃机12的废气16传输至各个排气处理装置。排气处理装置可包括氧化催化剂(“OC”)装置18。该OC装置具有包含铂系金属(例如铂(“Pt”)、钯(“Pd”)、铑(“Rh”))的氧化催化剂化合物，或其它合适的氧化催化剂，或应用至其中的它们的组合。该OC装置用于处理未燃烧的气态的和不挥发的碳氢化合物(“HC”)以及一氧化碳(“CO”)，它们氧化以形成二氧化碳和水。

选择性催化剂还原(“SCR”)装置22可以设置在OC装置18的下游。以与OC装置相同的方式，SCR装置22具有选择性催化剂还原催化剂化合物，该化合物包含沸石和一种或多种基底金属部件，例如铁(“Fe”)、钴(“Co”)、铜(“Cu”)或钒(“V”)或应用至其中的它们的组合。在喷射流体(例如氨(“NH₃”)还原剂)的存在下，催化剂化合物有效地操作以转化位于废气16中的NO_x成分。通过导管17从还原剂供应箱19供应的NH3还原剂23使用喷射器26在SCR装置22的上游位置处可喷射进废气导管14中。

在排气处理系统10的一个示例性实施例中，废气过滤器组件(在此情况中为柴油颗粒过滤器(“DPF”)装置28)位于废气处理系统内、SCR装置22下游并且操作以过滤碳和其它颗粒物质的废气16。DPF装置28可以使用具有与废气导管14流体连通的入口和出口的陶瓷壁流式单块过滤器30而构造。进入过滤器30的废气16强制迁移通过相邻纵向延伸壁(未示出)并且其通过此壁流式机构，以从废气16中过滤碳和其它颗粒物质。过滤后颗粒沉积在过滤器30中，并且随着时间的推移，将具有增加内燃机12经历的废气背压的效果。

在示例性实施例中，由颗粒物质的积累引起的排气背压的增加要求定期清洗或再生DPF装置28。再生涉及积累的碳和其它颗粒物质在通常高温(>600℃)环境中的氧化或燃烧。为了再生目的，第二OC装置20可以位于过滤器30上游、靠近其上游端。在所说明的实施例中，第二OC装置20设置在DPF装置28的滤罐31中。然而，预期的是，取决于包装和其它系统约束，第二OC装置20也可以设置在位于DPF装置28(例如，OC装置18)上游的单独滤罐(未示出)内。HC或燃料喷射器32设置在OC装置20上游、与废气导管14中的废气16流体连通。燃料喷射器32通过燃料导管38与燃料供应箱36中的液态碳氢化合物34流体连通。燃料喷射器32将诸如未燃烧的HC34的流体引入至废气流16中以输送至OC装置20。

控制器40(诸如车辆或发动机控制器)可操作地连接至废气处理系统10并且通过与数个传感器进行的信号通信来监测废气处理系统10。如本文中所使用，术语控制器可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用、专用或分组)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能性的其它合适部件。

位于SCR装置22附近的NOx传感器46产生指示废气16中的NOx水平的信号。当确定NOx水平已达到预定水平时，控制器40可以启动喷射器26以将还原剂23输送至废气导管14中与废气16混合。氨/废气混合物进入SCR装置22，其中氨将NOx还原为N2。

位于第二OC装置20和DPF装置28附近的氧气(O2)传感器42和背压传感器44产生指示OC装置的功能以及装载在陶瓷壁流式单块过滤器30中的碳和颗粒的信号。当确定DPF装置中的背压已达到指示需要再生DPF装置28的预定水平时，控制器40启动HC喷射器32以将HC34输送至废气导管14中与废气16混合。燃料/废气混合物进入OC装置20，从而引发HC在废气16中的氧化并且将废气温度升高至适用于过滤器30中的碳和颗粒物质的再生的水平(例如，>600℃)。控制器40可以通过温度传感器48监测第二OC装置20和陶瓷壁流式单块过滤器30中的放热氧化反应的温度，并且调整喷射器32的HC输送速率以维持预定温度。

现在参考图2、3和4并且继续参考图1，排气处理系统10的部分示为处于DPF装置28上游。如所提及，当确定DPF装置28的过滤器30需要再生时，控制器40将启动位于OC装置20上游的HC喷射器32。不管提供在导管14中介于HC喷射器32与第二OC装置20之间的空间(即，长度、几何形状等)如何，希望喷射的液态碳氢化合物34在废气16中完全雾化和/或蒸发以及完全扩散，并且与废气混合以充分分布在整个OC装置18中，从而确保随着其越过氧化型催化剂时进行有效氧化。出于此原因，在实施例中，排气内部套管混合器50设置在HC喷射器32下游并且配置成将湍流引发至废气流中以使气流中的分层破裂，从而保证废气16变为其各种成分的均匀混合物并且改进废气横贯(例如)OC装置催化剂基底24的面的分布。在实施例中，排气内部套管混合器包括具有第一上游端54、第二下游端56和直径“D”的第一内部套管52，在实施例中所述直径“D”与废气导管14的直径“d”相同。因此，通过第一内部套管52的废气16并未经受将负面地影响其流动特性的显著直径变化。导流片58形成在第一内部套管52中并且延伸至由第一内部套管52限定的轴向延伸内部通道60中。取决于其下游的废气16中所需要的流动特性，导流片58可以包括图5的数种配置中的任一种。另外，同样取决于其下游的废气16中所需要的流动特性，一个以上导流片58可以形成在内部套管52中。在所说明的实施例中，导流片58在第一内部套管58中打孔或切割(即，由第一内部套管58形成)且因而与内部套管成一体。结果是耐用混合设备既不经受随时间的推移而脱离的风险，也不涉及安装至传统的排气混合器通常需要的废气导管中的制造复杂性。

排气内部套管混合器50进一步包括具有第一上游端64、第二下游端66和具有直径“D1”的中心部分68的第二外部气隙外壳62，在实施例中所述直径“D1”大于第一内部套管52的直径“D”。在实施例中，第一内部套管52设置在第二外部气隙外壳62中，且外部气隙外壳的第一端64和第二端66密封地焊接至第一内部套管52以由此围绕第一内部套管中形成导流器或导流片58的所述部分限定无泄漏气隙70。第二外部气隙外壳62的施用提供若干优点。首先，外部气隙外壳允许(多个)导流片58集成至第一内部套管中，导致其中的废气混合器不具有组装至废气导管14中的附加部件，附加部件会随着由寿命或其它影响引起的磨损和撕裂而脱离。另外，无泄漏气隙70在热废气16与排气处理系统的外部之间的绝热层，绝热层用于保持废气中的热量以实现再生DPF装置28以及减小排气处理系统10在可以定位成紧邻的车辆部件上的热负载的目的。对于附加隔热，预期可以在气隙70中设置耐热绝热层。

现在参考图6，在实施例中，将排气套管内部混合器50放置在诸如SCR装置22上游的位置中可能是有用的。在混合器的此放置中，希望保证废气16中的足够湍流使得NOx传感器46在其将信息传输至控制器40时暴露于废气的精确取样。在没有关于废气16的构成的精确信息的情况下，控制器可以命令NH3喷射器26将过多或过少的还原剂喷射在SCR装置22上游，这可导致废气16中的NOx成分的不正确处理。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等效物替代其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应于本发明的教导。因此，本发明并不限于作为实现本发明的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明将包括落在本申请的范围内的所有实施例。