用于排放物清洁模块的出口模块的制作方法

用于排放物清洁模块的出口模块的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于燃烧发动机的排放物清洁模块(1)的出口模块(100)以及包括这种出口模块的排放物清洁模块。出口模块包括安装在壳体(110)的孔口(112)内的管状构件(130)，使得管状构件的内部部分(1331)定位在壳体内，并且管状构件的外部部分(132)以悬臂方式从壳体延伸。出口模块可在管状构件的位置以及与外部管道(200)的一部分的连接点允许柔性。另外，出口模块可设置外部管道的所述部分的悬臂支承，从而避免外部管道的所述部分的附加物理支承的需要。
【专利说明】用于排放物清洁模块的出口模块

【技术领域】
[0001]本发明涉及用于清洁燃烧发动机操作期间排放的排出流体的设备。特别是，本发明涉及一种用于排放物清洁模块的出口模块以及包括所述出口模块的排放物清洁模块。

【背景技术】
[0002]例如燃烧汽油、柴油或生物燃料的IC发动机等的发动机输出各种有害物质，这些有害物质必须被处理以满足目前和将来的排放法规。最常见的这些物质包括碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、一氮氧化物(NOx)和颗粒物质，例如碳(C)、煤烟成分。这些物质中的一些可以通过仔细控制发动机的操作条件来减少，但通常需要在发动机下游提供例如排放物清洁模块的设备来处理排出流体中夹带的这些物质中的至少一些。用于减少和/或消除排放物中的成分的各种设备是已知的。例如，已知提供例如柴油氧化催化剂的氧化装置来减少或消除碳氢化合物(HC)和/或一氧化碳。氧化装置通常包括催化剂来将这些物质转化成二氧化碳和水，它们明显更加无害。又例如，排放物清洁模块可包括颗粒过滤器以限制排出气体中存在的颗粒被输出到大气。
[0003]通过使用排放物清洁模块，发动机排放物可以被清洁，意味着否则会被释放到大气的有害物质的一部分相反被转化成二氧化碳(CO2)、氮(N2)和水(H2O)。
[0004]另外，已知通过与排出气体中夹带的例如氨(NH3)的化学品催化反应转换成二原子氮(N2)和水(H2O)来减少或消除柴油燃烧排放物中的一氮氧化物(NOx)。通常氨不存在于排出流体内因此必须在催化器上游将其引入，典型情况下通过将在足够高的温度下分解为氨的尿素溶液喷射到排出气体中。
[0005]通过这些方法，发动机流体可被清洁，意味着否则会释放到大气中的一部分有害物质相反被转换为二氧化碳(CO2)、氮(N2)和水(H2O)。
[0006]通常，排放物清洁模块的出口可以作为排气装置的部分连接。排气装置可包括排放物清洁模块和可以连接到排放物清洁模块的排气管道。例如发动机护罩的其他部件可形成排气装置的部分。不同发动机和不同安装设施(车载或静态)会需要不同构造，并且会对于排气装置具有不同空间限制。
[0007]US2011/0284308描述一种排气系统，其包括与出口管道连接的排出气体处理单元，使得出口管道与排出气体处理单元的主要腔室一起延伸，以减小排出气体处理单元的总体长度。
[0008]在这个背景下，提供一种用于燃烧发动机的排放物清洁模块的改进出口模块。


【发明内容】

[0009]本发明提供一种用于燃烧发动机的排放物清洁模块的出口模块，出口模块包括:
[0010]i)壳体，其限定出口腔室，壳体设置形成出口模块的入口的第一孔口和第二孔口 ；以及
[0011]ii)管状构件，其形成出口模块的出口；
[0012]其中管状构件安装在第二孔口内，使得管状构件的内部部分定位在出口腔室内，并且管状构件的外部部分以悬臂方式从壳体延伸。
[0013]本发明还提供一种包括刚刚描述的出口模块的排放物清洁模块。
[0014]本发明还提供一种排气装置，其包括刚刚描述的排放物清洁模块和外部管道的一部分，其中外部管道的该部分以悬臂方式安装到出口模块，而没有其他物理支承件。

【专利附图】

【附图说明】
[0015]现在参考附图，只通过例子，描述本发明的实施方式，附图中:
[0016]图1示出根据本发明的排放物清洁模块；
[0017]图2示出图1的排放物清洁模块的支承框架；
[0018]图3示出经过图1的排放物清洁模块的一部分的横截面，还示出在排放物清洁模块上就位的端板热屏蔽件；
[0019]图4是图1的排放物清洁模块的出口模块的分解透视图；
[0020]图5是排放物清洁模块及其出口模块和端板热屏蔽件的分解透视图；
[0021]图6是图1的排放物清洁模块的透视图，示出外部管道的一部分的附接；
[0022]图7是图1的排放物清洁模块的端视图，说明出口模块的角度定向；
[0023]图8是图1的排放物清洁模块的一部分的横截面图，其中外部管道的一部分装配其上，并示出邻近的发动机护罩；
[0024]图9是用于图1的排放物清洁模块的出口模块的第二实施方式的横截面图；
[0025]图10是图9的一部分的放大横截面图；
[0026]图11是图9的出口模块的分解透视图；以及
[0027]图12是图9的出口模块的透视图。

【具体实施方式】
[0028]排放物清洁模块I的例子的总体结构图示于图1中，并且可包括第一导管10和第二导管20。还可存在第三导管30和支承结构40。如图2所示，支承结构40可包括第一支承构件50和第二支承构件60。
[0029]每个支承构件50、60可大体是平面的并且可由刚性材料(例如金属)制成。
[0030]第一、第二和第三导管10、20、30可以是细长的，具有细长轴线，并且可具有沿着细长轴线基本上恒定的横截面。第一、第二和第三导管10、20、30是大体柱形的。
[0031]第一导管10可包括为导管提供入口的第一端11和为导管提供出口的第二端12。第二导管20可包括为导管提供出口的第一端21和为导管提供入口的第二端22。第三导管30可包括为导管提供入口的第一端31和为导管提供出口的第二端32。
[0032]第一、第二和第三导管10、20、30可在支承构件50、60之间延伸。第一、第二和第三导管10、20、30可大体基本上平行。第一、第二和第三导管10、20、30的第一端11、21、31可分别接收在第一支承构件50的第一、第二和第三开口 51、52、53内并与其形状相对应。第一、第二和第三导管10、20、30的第二端12、22、32可分别接收在第二支承构件60的第一、第二和第三开口 61、62、63内并与其形状相对应。通过这种设置，可限制导管的横向运动。
[0033]如图2所示，每个开口 51、52、53、61、62、63可包括围绕开口圆周延伸的凸缘51a、52a、53a、61a、62a、63a。每个支承构件50、60可进一步包括向内翻转的唇部59、69，唇部至少部分围绕支承构件50、60的外围延伸。
[0034]第一、第二和第三导管10、20、30可全部具有基本类似的长度。第一导管10可具有第一直径，第二导管20可具有第二直径以及第三导管30可具有第三直径。第二直径可小于第一和第三直径。
[0035]第一、第二和第三导管10、20、30的第一和第二端11、21、31、12、22可焊接、粘附或者以其他方式固定到限定或者环绕开口的那部分支承构件50、60上。可替换地，第一、第二和第三导管10、20、30的第一和第二端11、21、31、12、22、32可邻接支承构件50、60的内侧以便覆在支承构件50、60的相应开口上。
[0036]第一、第二和第三导管10、20、30以及第一和第二支承构件50、60可以以限制这些部件相对平移运动的方式相互连接。作为替代或者另外地，第一、第二和第三导管10、20、30以及第一和第二支承构件50、60可以以限制一个部件相对于另一个部件转动运动的方式相互连接。
[0037]第一导管10可经由第一端部联接器15流体联接到第二导管20上，第一端部联接器可流体连接第一导管10的出口和第二导管20的入口。第二导管20可经由第二端部联接器25联接到第三导管30上，用来流体连接第二导管20的出口和第三导管30的入口。第一和第二端部联接器中的每一个可结合其相应的支承构件限定流体流动路径，排出流体(例如排出气体)可通过该流体流动路径在相邻导管之间经过。
[0038]在排放物净化模块I的流体流动路径中，可设置柴油氧化催化器(DOC)模块71、柴油颗粒过滤器(DPF)模块70、选择性催化还原(SCR)模块和氨氧化催化器(AMOX)模块73。该流体流动路径还设置有混合导管和喷射器模块16，它们的功能将在下文中进一步描述。
[0039]DOC模块71可朝着形成第一导管10的入口的第一端11定位在第一导管10的第一部分内。DPF模块70可朝着形成第一导管10的出口的第二端12定位在第一导管10的第二部分内。第一端部联接器15可提供从第一导管10的第二端12到第二导管20的第二端22的流体流动路径。
[0040]SCR模块可朝着第三导管30的第一端31定位在第三导管30的第一部分内。SCR模块可包括用来使在混合导管内混合并通过扩散器输出的两种流体之间产生催化反应的催化表面。AMOX模块73可朝着第三导管30的第二端32定位在第三导管30的第二部分内。AMOX模块73可包括催化器，该催化器可催化SCR模块输出的一个或多个产物的反应。
[0041]混合导管75可定位在第二导管20内或由第二导管20形成。
[0042]如图1所示，喷射器模块16定位在混合导管的入口上游，其中喷射器模块16的出口被定向成将添加剂喷射到混合导管的入口内。喷射器模块16可安装在第一端部联接器15内。
[0043]在使用中，例如排出气体的流体可以经由入口 4供应到排放物清洁模块1，如图3所示。流体可进入第一导管10的第一部分内的DOC模块71。在于入口 4处接收之前，流体的压力可以通过背压阀控制。
[0044]DOC模块71可包括一种或多种催化剂，诸如钯或钼。这些材料用作催化剂以使流体流中存在的碳氢化合物([HC])和一氧化碳(CO)氧化以便产生二氧化碳(CO2)和水(H2O)。催化剂可以以如下方式进行分配以便使催化剂材料的表面积最大，由此增加催化剂在催化反应中的效果。
[0045]流体可从DOC模块71流向DPF模块70，DPF模块包括用来阻止粉尘形式的碳(C)前行通过的特征。因此，流体中的碳颗粒被截留在过滤器中。过滤器可通过已知的再生技术进行再生。这些技术可涉及控制流体温度、流体压力以及流体中未燃烧燃料的比例中的一种或多种。
[0046]流体可从DOC模块71经过位于第一端部联接器15中的喷射器模块16。喷射器模块16可连接或附接到泵电子罐单元(PETU)。泵电子罐单元可包括罐，用于为要通过喷射器喷射的添加剂流体提供容器。这种添加剂流体可包括尿素或氨。
[0047]PETU可进一步包括被构造成控制通过喷射器要从罐喷射的添加剂流体的体积的控制器。控制器可具有输入，例如，可由SCR模块中的传感器导出的温度信息以及NOx量信肩、O
[0048]流体可经过喷射器模块16，此处它可接收喷射的添加剂流体，且排出流体和添加剂流体的合成混合物然后经由入口进入混合导管。
[0049]来自混合导管的流体可接着经过第二端部联接器25经由第二端部联接器25进入定位在第三导管30的第一部分内的SCR模块。SCR模块可包括排出流体和尿素/氨的混合物可流过其中的一个或多个催化器。随着混合物经过催化剂表面之上，会出现将氨和NOx转换成双原子氮(N2)和水(H2O)的反应。
[0050]流体可从SCR模块流到定位在第三导管30的第二部分内的AMOX模块73。AMOX模块73可包括可造成离开SCR模块的流体中存在的残留氨反应以产生氮(N2)和水(H2O)的氧化催化剂。
[0051]流体可接着从AMOX模块73流到定位在第三导管30的第二端32处的排放物清洁模块I的出口模块100。
[0052]出口模块100的第一实施方式在图3中示出。出口模块100包括限定出口腔室117并设置形成入口的第一孔口 111以及第二孔口 112的壳体110。第一孔口 111和第二孔口112都设置在壳体110的第一面113内。第一孔口 111被设置尺寸以便连接到排放物清洁模块I。如图3所示，第一孔口 111可连接到第三导管30的第二端32。如上所述，AMOX模块73可定位在第三导管30的第二端32处或朝着第三导管30的第二端32定位。
[0053]壳体110可具有限定大端120和小端121的渐缩形状，如图4最清楚看到。第一孔口 111可定位在大端120处，并且第二孔口 112可定位在小端121处。
[0054]管状构件130安装在壳体110的第二孔口 112内，如图3所示。管状构件130可以是细长的。管状构件130安装在第二孔口 112内使得管状构件130的内部部分131定位在壳体110内，并且管状构件130的外部部分132以悬臂方式从壳体110延伸。管状构件130限定出口模块100的出口 133。
[0055]管状构件130的内部部分131可包括多个孔口 136，其在使用中可允许流体从管状构件130外侧输送到管状构件130内部。
[0056]壳体110可由连接在一起以限定出口模块100的出口腔室117的第一盖构件122和第二盖构件123形成。第一盖构件122可限定壳体110的第一孔口 111和第二孔口 112两者。第一孔口 111和第二孔口 112可都面向相同方向。第二盖构件123可设置W形强化凹槽124，如图1和4所示，其可增加出口模块100的结构刚性。在本发明的范围内也可考虑强化凹槽的其他形状。例如，第二盖构件123可设置U形凹槽或两个间隔开的U形凹槽，其可增加出口模块100的结构刚性。
[0057]第一盖构件122和第二盖构件123可通过适当机构连接在一起。例如，第一盖构件122和第二盖构件123可焊接在一起。另外，管状构件130可在第二孔口 112的位置处的结合部137处焊接到第一盖构件122。
[0058]管状构件130可在壳体110内延伸到与第二盖构件123接触的安装件。第二盖构件123可包括可接收管状构件130的孔口 118，以便将管状构件130安装到第二盖构件123。可以提供第二盖构件123和管状构件130之间的焊接连接。
[0059]管状构件130的第一端可形成在使用中允许流体流过其中的开口端。管状构件130的相对的第二封闭端134可通过端盖135封闭，如图3所示。开口端可形成出口模块100 的出口 133。
[0060]壳体110可包括用于将出口模块100连接到排放物清洁模块I的安装凸缘140。如图3所示，安装凸缘140可以连接到第三导管30的第二端32。该连接可以借助于焊接。如上所述，第三导管30的第二端32可以焊接到第二支承构件60的凸缘63a。另外，除了焊接到第三导管30之外或代替焊接到第三导管30，出口模块100的安装凸缘140可以焊接到第二支承构件60。
[0061]如图5所示，排放物清洁模块I可设置可以覆盖第三导管30以及排放物清洁模块I的其他部件的顶部主体热屏蔽件162和底部主体热屏蔽件163。排放物清洁模块I还可包括可以覆盖出口模块100的至少一部分的端板热屏蔽件160，如图3和6所示。线网161可设置成填充端板热屏蔽件160和出口模块100之间的任何间隙。另外，线网161可设置成填充第二支承构件60和出口模块100之间的任何间隙，如图6所示。线网161可用来防止碎屑进入并收集在空隙空间中。线网161可用作柔性的耐热部件，其可以与周围部件一起膨胀和收缩。
[0062]图4示出组装之前的出口模块100的部件。出口部件100的组装以及出口模块100与排放物清洁模块I的连接可以如下进行:
[0063]1.首先，管状构件130可以插入第一盖构件122的第二孔口 122。
[0064]2.接着，焊接连接可以形成在管状构件130和第一盖构件122之间以形成子组件。
[0065]3.接着，管状构件130和第一盖构件122的子组件可以连接到第三导管30的第二端32，并且可以在其之间形成内部焊接连接。此时，用于形成第一盖构件122和第三导管30之间的焊接的通道可以来自内侧，即经过第一盖构件122的开放后面。
[0066]4.接着，第二盖构件123可安装到第一盖构件122，并可以在其之间形成外部焊接连接。
[0067]5.接着，可以形成第二盖构件123和管状构件130的封闭端134之间的焊接连接。
[0068]6.最后,端盖135可以定位在管状构件130内并焊接其上。
[0069]随后，端板热屏蔽件160可以安装到排放物清洁模块I。如图6所示，通过安装的端板热屏蔽件160，出口模块100的至少小端121可伸出到端板热屏蔽件160外部，以允许外部管道200的一部分装配到管状构件130。
[0070]出口模块100可连接到第三导管30，其中管状构件130围绕第三导管30的纵向轴线A定位在多个角度位置。如图7所示，管状构件130的角度位置可限定为对着从经过纵向轴线A的竖直线到从纵向轴线A延伸并经过管状构件130的中心的线的顺时针方向的角度a。所示的角度α在图7所示的取向上观察时围绕纵向轴线A的顺时针方向(即从第一支承构件50朝着第二支承构件60)上测量。
[0071]图7所示的角度α是345°。可以选择其他角度，例如角度α可以是300°或330。。
[0072]改变角度α可允许根据排放物清洁模块I形成其中一部分的总体排气装置可以设置的空间限制来更容易地调整排放物清洁模块I和出口模块100。
[0073]图8示出结合有本发明的排放物清洁模块I和出口模块100的排气装置的一个例子。如所示，外部管道200的一部分已经安装到管状构件130的外部部分132。在此例子中，外部管道200的一部分具有L形形式，其具有轴向延伸部分201和相对于轴向延伸部分201以90°延伸的狗腿形部分202。排气装置还可包括其他未连接的部件，例如发动机护罩文氏管210。
[0074]外部管道200的连接到出口模块100的部分可通过连接到管状构件130得到完全支承。与管状构件130的连接可以是干涉配合、滑动配合、可释放夹持连接或永久连接，例如焊接。
[0075]在使用中，流体从第三导管30的第二端32进入出口模块100的出口腔室117，如图3最清楚看出。流体流被偏转经过孔口 136，由此将流体输送到管状构件130的内部。端盖135防止离开管状构件130的流体到右侧，如图3的取向所示。相反，流体偏转离开出口133进入外部管道200的部分(图3未示出)。在进入第一孔口 111以及经过管状构件130内的第二孔口 112离开之间，流体可以偏转180°。
[0076]图9-12示出根据本发明的出口模块100的第二实施方式。第二实施方式和第一实施方式之间的类似部件使用相同附图标记标示，并且只进一步详细描述该实施方式之间的差别。
[0077]如图9所示，出口模块100的第二实施方式可以通过可释放机构(例如夹持机构)而不是通过永久焊接连接来连接到排放物清洁模块I的第三导管30。如图11所示，夹持机构可包括夹持构件150、适配器环180和安装环181。安装环181可以通过焊接连接紧固到第三导管30，如图10所示。安装环181可在离开第三导管30的远端处包括凸缘184。适配器环180可以通过形成在适配器环180的环部分182和第一盖构件122的第一孔口 111之间的焊接连接紧固到第一盖构件122的第一孔口 111。适配器环180的远端可以包括增大直径的部分186,如图10所不。
[0078]夹持构件150可包括带夹，例如Marman夹，其可包括环形空腔187和紧固机构188，通过紧固机构可以调节带夹的周长。
[0079]在使用中，第二实施方式的出口模块100可通过如上所述首先将管状构件130安装到第一盖构件122来组装。适配器环180可接着通过焊接紧固到第一盖构件122。随后，第二盖构件123可紧固到第一盖构件122，管状构件130可以紧固到第二盖构件123，并且端盖135可以如之前所述紧固。单独地，安装环181可以焊接到第三导管30的第二端32。
[0080]为了安装出口模块100，夹持构件150的紧固机构188可以被松动，以增加带夹的周长，适配器环180的增大直径部分186邻靠安装环181的凸缘184，夹持构件150的紧固机构188重新紧固，如图10所示，以便将适配器环180夹持到安装环181。
[0081]如同第一实施方式，夹持机构允许出口模块100的第二孔口 112围绕第三导管30的纵向轴线A以变化角度α定位。
[0082]经过出口模块100的第二实施方式的流体流如以上结合第一实施方式描述。
[0083]工业实用性
[0084]本发明提供一种用于燃烧发动机的排放物清洁模块的改进出口模块以及包括这种出口模块的排放物清洁模块。排放物清洁模块可用来处理燃烧汽油、柴油或生物燃料的IC发动机产生的流体，以便减少或消除必须处理以满足当前和将来排放物立法的多种有害物质。出口模块可允许更紧凑的排气装置，并特别是可允许外部管道与出口模块的改进连接。出口模块可允许与外部管道的连接点位置的更大灵活性。另外，出口模块可设置外部管道的一部分的悬臂支承，可以消除为外部管道的所述部分提供任何附加物理支承的需要。出口模块还允许出口模块与排放物清洁模块的更便利的装配和移除，改进排放物清洁模块的维护效率。
【权利要求】
1.一种用于燃烧发动机的排放物清洁模块的出口模块，出口模块包括: i)壳体，其限定出口腔室，壳体设置第二孔口和形成出口模块的入口的第一孔口 ；以及 ?)管状构件，其形成出口模块的出口 ； 其中管状构件安装在第二孔口内，使得管状构件的内部部分定位在出口腔室内，并且管状构件的外部部分以悬臂方式从壳体延伸。
2.根据权利要求1所述的出口模块，其中，壳体具有渐缩形状，其限定大端和小端；其中第一孔口定位在大端处，并且第二孔口定位在小端处。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的出口模块，其中，第一孔口和第二孔口都设置在壳体的第一面内。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的出口模块，其中，管状构件的内部部分包括多个孔口，以便将流体流输送到管状构件的内部中。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的出口模块，其中，壳体包括第一盖构件和第二盖构件，其连接在一起；第一盖构件限定壳体的第一孔口和第二孔口两者。
6.根据权利要求5所述的出口模块，其中，管状构件在壳体内延伸到与第二盖构件接触的安装件。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的出口模块，其中，管状构件包括形成出口的第一开口端和通过端盖封闭的第二端。
8.根据前述权利要求任一项所述的出口模块，还包括用于将出口模块夹持到排放物清洁模块的夹持构件。
9.根据前述权利要求任一项所述的出口模块，其中，壳体包括如下特征的一种或多种: (a)W形强化凹槽； (b)U形强化凹槽；以及 (C) 一对间隔开的U形强化凹槽。
10.一种包括根据前述权利要求中的任一项所述的出口模块的排放物清洁模块。
11.根据权利要求10所述的排放物清洁模块，其中，壳体包括焊接到排放物清洁模块的安装凸缘。
12.根据权利要求10所述的排放物清洁模块，其中，还包括将出口模块夹持到排放物清洁模块的夹持构件。
13.根据权利要求10-12中的任一项所述的排放物清洁模块，还包括连接在壳体的出口处的管状构件，其中管状构件平行于排放物清洁模块的导管定向。
14.根据权利要求10-13中的任一项所述的排放物清洁模块，其中，热屏蔽件定位在排放物清洁模块上，覆盖出口模块；并且其中出口模块的包括管状构件的至少一部分的部分伸出到热屏蔽件的外部。
15.一种排气装置，其包括根据权利要求10-14中的任一项所述的排放物清洁模块和外部管道的一部分，其中外部管道的该部分以悬臂方式安装到出口模块，而没有其他物理支承件。
【文档编号】F01N13/00GK104395578SQ201380033551
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年4月8日 优先权日:2012年4月24日
【发明者】N·尼亚兹 申请人:珀金斯发动机有限公司