后处理系统的制作方法

本发明涉及后处理系统。更具体地，本发明涉及一种用于处理大容量排气流的后处理系统。

背景技术：

例如用于海洋应用、发电和其他应用等的大型内燃机可在操作期间产生大容量排气流。可以在后处理系统内处理这种大容量排气流以符合排放控制标准。然而，由于通过后处理系统的排气流的有限流量，流过后处理系统的各种部件的大容量排气可能导致后处理系统内的过度背压。

在一些情况下，可以通过增加导管和后处理系统的其他部件的直径或长度(或其他尺寸)来增加后处理系统的流量，包括但不限于催化剂、混合元件、过滤器和外壳。这可能导致后处理系统的整体尺寸增加。后处理系统及其部件的尺寸的增加反过来可能导致成本(例如研发成本、制造成本、新工具以及其他成本)增加。因此，需要一种改进的后处理系统，用于处理大容量排气流，同时减轻这种成本增加。

德国专利号4,114,745描述了一种用于四冲程内燃机的排气系统。发动机以脉动工作频率运行，该工作频率由多个气缸驱动，每个气缸具有到歧管的出口，用于排气的脉动排放。两个脉动排气流过催化剂基质相，其相对于工作频率周期的三分之一到三分之二相互移位。每个脉动排气流通过由两个气缸组合并的歧管供应。由此产生的公共排气歧管从相对的两端与催化转化器基质结合。经处理的排气通过共同的排气管离开催化基质。

技术实现要素：

在本发明的一个方面，提供了一种用于处理大容量排气流的后处理系统。后处理系统包括具有第一混合元件的第一模块。后处理系统包括具有第二混合元件的第二模块。第二模块具有与第一模块的配置类似的配置。后处理系统包括适于接收排气流的主入口导管。后处理系统包括流体联接到主入口导管和第一模块的第一入口导管。后处理系统包括流体联接到主入口导管和第二模块的第二入口导管。后处理系统还包括流体联接到第一模块的第一出口导管。后处理系统还包括流体联接到第二模块的第二出口导管。第一入口导管和第二入口导管中的每一个适于将主入口导管下游的排气流分流成分别流过其中的第一流和第二流。排气流的分流适于限制后处理系统内的背压。第一混合元件和第二混合元件中的每一个适于分别改善第一模块和第二模块内的第一流和第二流的混合。

在本发明的另一方面，提供了一种发动机。发动机包括发动机缸体和设置在发动机缸体中的多个气缸。发动机包括设置在发动机缸体上的气缸盖。发动机还包括流体联接到多个气缸的排气歧管。排气歧管适于接收来自多个气缸的大容量排气流。发动机还包括流体联接到排气歧管的后处理系统。后处理系统适于接收和处理来自排气歧管的大容量排气流。后处理系统包括具有第一混合元件的第一模块。后处理系统包括具有第二混合元件的第二模块。第二模块具有与第一模块的配置类似的配置。后处理系统包括流体联接到排气歧管的主入口导管。主入口导管适于接收来自排气歧管的排气流。后处理系统包括流体联接到主入口导管和第一模块的第一入口导管。后处理系统包括流体联接到主入口导管和第二模块的第二入口导管。后处理系统还包括流体联接到第一模块的第一出口导管。后处理系统还包括流体联接到第二模块的第二出口导管。第一入口导管和第二入口导管中的每一个适于将主入口导管下游的排气流分流成分别流过其中的第一流和第二流。排气流的分流适于限制后处理系统内的背压。第一混合元件和第二混合元件中的每一个适于分别改善第一模块和第二模块内的第一流和第二流的混合。

在本发明的又一方面，提供了一种用于限制具有大容量排气流的后处理系统内的背压的方法。该方法包括通过主入口导管接收排气流。该方法包括使用第一入口导管在第一流中和使用第二入口导管在第二流中分流主入口导管下游的排气流。该方法包括通过第一模块接收第一流。该方法包括通过第二模块接收第二流。该方法还包括使来自第一模块的第一流流过第一出口导管。该方法还包括使来自第二模块的第二流流过第二出口导管。

根据以下描述和附图，本发明的其他特征和方面将是显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的示例性发动机的透视图。

图2是根据本发明的一个实施例的图1的发动机的后处理系统的顶视图；

图3是根据本发明的一个实施例的图2的后处理系统的透视图；

图4是根据本发明的另一个实施例的图1的发动机的后处理系统的透视图；

图5是根据本发明的另一个实施例的图1的发动机的后处理系统的透视图；

图6是根据本发明的一个实施例的图5的后处理系统的前视图；以及

图7是示出根据本发明的一个实施例的图2、图4和图5的后处理系统的工作方法的流程图。

具体实施方式

只要有可能，在整个附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。参照图1，示出了示例性发动机102。发动机102是由本领域已知的任何燃料(例如天然气、柴油、汽油和/或其组合)提供动力的内燃发动机。在一些实施例中，发动机102可以与机器(未示出)相关联，机器包括但不限于机车、船舶、陆地车辆和发电机等。发动机102和/或机器可以用于任何工业，包括但不限于建筑、农业、林业、采矿、运输、废物管理、航空、船舶、材料处理和发电。

发动机102包括发动机缸体104。发动机缸体104包括设置在其中的一个或多个气缸105。气缸105可以以任何配置布置，包括但不限于直列、径向和“v”等。每个气缸105适于在其中接收活塞(未示出)。气缸105适于从其中产生大容量排气流。发动机102还包括安装在发动机缸体104上的气缸盖106。气缸盖106容纳发动机102的一个或多个部件和/或系统，包括但不限于进气歧管107、气门机构(未示出)和传感器(未示出)等。

发动机102还包括设置在气缸盖106上的排气歧管108。在一个实施例中，排气歧管108可以联接到气缸盖106。在另一个实施例中，基于应用要求，排气歧管108可以相对于气缸盖106是一体的。排气歧管108流体联接到气缸105。因此，排气歧管108适于接收来自气缸105的大容量排气流。另外，发动机102可包括各种其他部件和/或系统(未示出)，其他部件和/或系统包括但不限于曲轴箱、燃料系统、空气系统、冷却系统、润滑系统、涡轮增压器、排气再循环系统和其他外围设备。

参照图2、图3、图4、图5和图6，示出了后处理系统202。在本发明的某些方面，后处理系统202可以与发动机102相关联。后处理系统202在下文中可互换地称为“系统202”。系统202流体联接到排气歧管108。因此，系统202适于接收和处理来自排气歧管108的大容量排气流。系统202适于使用本领域已知的各种方法(包括但不限于过滤、氧化和还原等)来处理排气流中存在的排气。

系统202包括主入口导管204。主入口导管204流体联接到排气歧管108。因此，如箭头206所示，主入口导管204适于从排气歧管108接收其中的排气流。在所示的实施例中，主入口导管204包括中空细长圆柱形配置，限定其纵向轴线x-x'。在其他实施例中，基于应用要求，主入口导管204可以包括任何其他配置，包括但不限于三角形、椭圆形和矩形等。

系统202包括第一入口导管208和第二入口导管210。在所示实施例中，第一入口导管208和第二入口导管210中的每一个包括中空细长圆柱形配置，分别限定其纵向轴线y-y’、z-z’。在其他实施例中，基于应用要求，第一入口导管208和第二入口导管210中的每一个可以包括任何其他配置，包括但不限于三角形、椭圆形和矩形等。

而且，第一入口导管208和第二入口导管210中的每一个分别包括第一部分212、214和第二部分216、218。第一入口导管208的第一部分212相对于其第二部分216倾斜，在其间限定角度“p1”。第二入口导管210的第一部分214相对于其第二部分218倾斜，在其间限定角度“p2”。在所示实施例中，角度“p1”等于角度“p2”。在其他实施例中，基于应用要求，角度“p1”可以相对于角度“p2”变化。

第一入口导管208和第二入口导管210中的每一个流体联接到主入口导管204。更具体地，第一入口导管208的第一部分212联接到主入口导管204，其相对于主入口导管204的纵向轴线x-x’限定角度“a1”。并且，第二入口导管210的第一部分214联接到主入口导管204，其相对于主入口导管204的纵向轴线x-x’限定角度“a2”。在所示实施例中，角度“a1”等于角度“a2”。在其他实施例中，基于应用要求，角度“a1”可以相对于角度“a2”变化。

第一入口导管208和第二入口导管210中的每一个适于将主入口导管204下游的排气流分流成分别流过其中的第一流220和第二流222。在所示实施例中，第一入口导管208的横截面积等于第二入口导管210的横截面积。因此，第一流220的体积等于第二流222的体积。同样的，排气流分别在第一流220和第二流222中以50:50的比例在主入口导管204的下游分流。

在其他实施例中，第一入口导管208的横截面积可以相对于第二入口导管210的横截面积不同。因此，第一流220的体积可以相对于第二流222的体积而变化。同样的，基于应用要求，排气流分别在第一流220和第二流222中可以以任何比例在主入口导管204的下游分流，包括但不限于40:60、60:40、30:70和70:30等。主入口导管204下游的排气流分流成第一流220和第二流222适于限制系统202内和/或发动机102上的背压。

系统202包括流体联接到第一入口导管208的第一模块224。更具体地，第一模块224包括第一子模块226和第二子模块228。第一子模块226流体联接到第一入口导管208的第二部分216。因此，第一子模块226适于从第一入口导管208接收第一流220。

第一子模块226和第二子模块228中的每一个包括中空细长圆柱形配置，分别限定其纵向轴线m-m'、n-n'。在其他实施例中，基于应用要求，第一子模块226和第二子模块228中的每一个可以包括任何其他配置，包括但不限于矩形和三角形等。因此，第一子模块226和第二子模块228中的每一个分别包括第一端230、232和第二端234、236。第一端230、232分别相对位于第二端234、236远侧。

第一子模块226和第二子模块228中的每一个适于容纳系统202的一个或多个部件。例如，在所示实施例中，第一子模块226包括第一过滤器元件(未示出)。第一过滤器元件适于过滤来自第一流220的颗粒物质。第一过滤器元件可以是本领域已知的任何过滤器元件，包括但不限于柴油机微粒过滤器(dpf)和部分流动过滤器等。另外或可选地，第一子模块226还可以包括基于应用要求的本文未示出的其他部件。

而且，第二子模块228包括第一催化还原单元(未示出)。第一催化还原单元适于减少第一流220中存在的氮氧化物(nox)。第一催化还原单元可以是本领域已知的任何催化转化器，例如选择性催化还原(scr)单元。另外或可选地，基于应用要求，第二子模块228还可以包括其他部件，例如氨氧化催化剂(aoc)单元(未示出)。

第一模块224还包括第一辅助导管238。第一辅助导管238流体联接到第一子模块226和第二子模块228。更具体地，第一辅助导管238流体联接到第一子模块226的第二端234和第二子模块228的第一端232。因此，第一辅助导管238适于从第一子模块226接收第一流220，并且第一流220流入第二子模块228。

第一辅助导管238包括第一定量单元(未示出)和其中的第一混合元件(未示出)。第一定量单元适于将还原剂流体注入第一流220中。第一定量单元可以是本领域已知的任何定量单元，例如柴油机排气处理液(def)定量单元。第一混合元件可以是本领域已知的任何混合单元，包括但不限于穿孔型混合单元、襟翼式混合单元、湍流型混合单元、螺旋流式混合单元和/或其组合等。第一混合元件适于改善第一模块224内的还原剂流体和第一流220的混合。在其他实施例中，基于应用要求，第一辅助导管238可包括系统202的任何其他部件。

应当注意，这里描述的第一子模块226、第二子模块228和第一辅助导管238仅仅是示例性的。在另一个实施例中，第一模块224可以包括没有第一辅助导管238的单个子模块。在又一个实施例中，基于应用要求，第一模块224可以包括多个子模块，每个子模块可以具有或不具有第一辅助导管238。此外，基于应用要求，第一子过滤器元件、def定量单元、第一混合元件、第一催化还原单元、和/或第一子模块226内的aoc单元、第二子模块228、和/或第一辅助导管238的位置、顺序、配置和包含物可以变化。

系统202还包括流体联接到第二入口导管210的第二模块240。第二模块240包括与第一模块224的配置类似的配置。因此，第二模块240包括第三子模块242和第四子模块244。第三子模块242流体联接到第二入口导管210的第二部分218。因此，第三子模块242适于从第二入口导管210接收第二流222。

第三子模块242和第四子模块244中的每一个包括中空细长圆柱形配置，分别限定其纵向轴线o-o'、p-p'。在其他实施例中，基于应用要求，第三子模块242和第四子模块244中的每一个可以包括任何其他配置，包括但不限于矩形和三角形等。因此，第三子模块242和第四子模块244中的每一个分别包括第一端246、248和第二端250、252。第一端246、248分别相对位于第二端250、252远侧。

第三子模块242和第四子模块244中的每一个适于容纳系统202的一个或多个部件。例如，在所示实施例中，第三子模块242包括第二过滤器元件(未示出)。第二过滤器元件适于过滤来自第二流222的颗粒物质。第二过滤器元件可以是本领域已知的任何过滤器元件，包括但不限于柴油机微粒过滤器(dpf)和部分流动过滤器等。另外或可选地，基于应用要求，第三子模块242还可以包括本文未示出的其他部件。

而且，第四子模块244包括第二催化还原单元(未示出)。第二催化还原单元适于减少第二流222中存在的氮氧化物(nox)。第二催化还原单元可以是本领域已知的任何催化转化器，例如选择性催化还原(scr)单元。另外或可选地，基于应用要求，第四子模块244还可以包括其他部件，例如氨氧化催化剂(aoc)单元。

第二模块240还包括第二辅助导管254。第二辅助导管254流体联接到第三子模块242和第四子模块244。更具体地，第二辅助导管254流体联接到第三子模块242的第二端250和第四子模块244的第一端248。因此，第二辅助导管254适于从第三子模块242接收第二流222，并且还允许第二流222流入第四子模块244。

第二辅助导管254包括第二定量单元(未示出)和其中的第二混合元件(未示出)。第二定量单元适于将还原剂流体注入第二流222中。第二定量单元可以是本领域已知的任何定量单元，例如柴油机排气处理液(def)定量单元。第二混合元件可以是本领域已知的任何混合单元，包括但不限于穿孔型混合单元、襟翼式混合单元、湍流型混合单元、螺旋流式混合单元、和/或其组合。第二混合元件适于改善第二模块240内的还原剂流体和第二流222的混合。在其他实施例中，基于应用要求，第二辅助导管254可包括系统202的任何其他部件。

应当注意，这里描述的第三子模块242、第四子模块244和第二辅助导管254仅仅是示例性的。在另一个实施例中，第二模块240可以包括没有第二辅助导管254的单个子模块。在又一个实施例中，基于应用要求，第二模块240可以包括多个子模块，每个子模块可以具有或不具有第二辅助导管254。此外，基于应用要求，第二过滤器元件、def定量单元、第二混合元件、第二催化还原单元、和/或第三子模块242内的aoc单元、第四子模块244、和/或第二辅助导管254的位置、顺序、配置和包含物可以变化。

系统202包括第一出口导管256和第二出口导管258。在所示实施例中，第一出口导管256和第二出口导管258中的每一个包括中空细长圆柱形配置，分别限定纵向轴线q-q’、r-r’。在其他实施例中，基于应用要求，第一出口导管256和第二出口导管258中的每一个可以包括任何其他配置，包括但不限于三角形、椭圆形和矩形等。

而且，第一出口导管256和第二出口导管258中的每一个分别包括第一部分260、262和第二部分264、266。第一出口导管256的第一部分260相对于其第二部分264倾斜，在其间限定角度“p3”。第二出口导管258的第一部分262相对于其第二部分266倾斜，在其间限定角度“p4”。在所示实施例中，角度“p3”等于角度“p4”。在其他实施例中，基于应用要求，角度“p3”可以相对于角度“p4”变化。

第一出口导管256流体联接到第一模块224。更具体地，在所示实施例中，第一出口导管256的第二部分264流体联接到第一模块224的第二子模块228。第一出口导管256适于从第二子模块228接收第一流220。另外，第二出口导管258流体联接到第二模块240。更具体地，在所示实施例中，第二部分266的第二出口导管258流体联接到第二模块240的第四子模块244。因此，第二出口导管258适于从第四子模块244接收第二流222。

系统202还包括主出口导管268。在所示实施例中，主出口导管268包括中空细长圆柱形配置，限定其纵向轴线s-s'。在其他实施例中，基于应用要求，主出口导管268可以包括任何其他配置，包括但不限于三角形、椭圆形和矩形等。主出口导管268流体联接到第一出口导管256和第二出口导管258中的每一个。

因此，主出口导管268适于分别从第一出口导管256和第二出口导管258接收第一流220和第二流222。而且，如箭头270所示，主出口导管268适于将第一流220和第二流222并流。基于应用要求，主出口导管268可以进一步流体联接到下游部件(未示出)，包括但不限于消声器、消音器、漏斗和扩口等。

在所示实施例中，第一出口导管256和第二出口导管258中的每一个相对于主出口导管268倾斜。更具体地，第一出口导管256的第一部分260联接到主出口导管268，相对于主出口导管268的纵向轴线s-s'限定角度“a3”。此外，第二出口导管258的第一部分262联接到主出口导管268，相对于主出口导管268的纵向轴线s-s'限定角度“a4”。在所示实施例中，角度“a3”等于角度“a4”。在其他实施例中，基于应用要求，角度“a3”可以相对于角度“a4”变化。

在所示实施例中，第一出口导管256的横截面积等于第二出口导管258的横截面积。因此，流过第一出口导管256的第一流220的体积等于流过第二出口导管258的第二流222的体积。在其他实施例中，第一出口导管256的横截面积可以相对于第二出口导管258的横截面积不同。因此，基于应用要求，分别在第一出口导管256和第二出口导管258中，第一流220的体积可以相对于第二流222的体积而变化，包括但不限于比例为40:60、60:40、30:70和70:30等。

基于应用要求，包括第一子模块226和第二子模块228的第一模块224，以及包括第三子模块242和第四子模块244的第二模块240可以相对于彼此以任何配置定向。例如，参照图2、图3和图4所示，第一子模块226、第二子模块228、第三子模块242和第四子模块244中的每一个在一个水平面彼此平行并且间隔地设置。

在另一个实施例中，参照图5和图6所示，第一模块224分别在不同的垂直平面中相对于第二模块240彼此平行并且间隔地设置。而且，第一子模块226和第二子模块228中的每一个在堆叠配置中在单个垂直平面中彼此平行并且间隔地设置。类似地，第三子模块242和第四子模块244中的每一个在堆叠配置中在单个垂直平面中彼此平行并且间隔地设置。

基于应用要求，第一入口导管208、第二入口导管210、第一出口导管256和第二出口导管258可以分别以任何取向联接到第一模块224和第二模块240。例如，参照图2和图3所示，第一入口导管208的第二部分216平行于第一子模块226的纵向轴线m-m'定向。而且，沿着第一子模块226的横向轴线t-t'，第一入口导管208的第二部分216联接到第一子模块226的第一端230。第二入口导管210的第二部分218平行于第三子模块242的纵向轴线o-o'定向。此外，沿着第三子模块242的横向轴线u-u'，第二入口导管210的第二部分218联接到第三子模块242的第一端246。

此外，第一出口导管256的第二部分264平行于第二子模块228的纵向轴线n-n'定向。而且，沿第二子模块228的横向轴线v-v'，第一出口导管256的第二部分264联接到第二子模块228的第二端236。第二出口导管258的第二部分266平行于第四子模块244的纵向轴线p-p'定向。而且，沿着第四子模块244的横向轴线w-w'，第二出口导管258的第二部分266联接到第四子模块244的第二端252。

在其他实施例中，参照图4、图5和图6所示，相对于第一子模块226的横向轴线t-t'，第一入口导管208的第二部分216以角度“b1”联接到第一子模块226的第一端230。此外，第二入口导管210的第二部分218联接到第三子模块242的第一端246，第一端246相对于第三子模块242的横向轴线u-u'以角度“b2”倾斜。

此外，第一出口导管256的第二部分264联接到第二子模块228的第二端236，第二子模块228相对于第二子模块228的横向轴线v-v'以角度“b3”倾斜。第二出口导管258的第二部分266联接到第四子模块244的第二端252，第四子模块244相对于第四子模块244的横向轴线w-w'以角度“b4”倾斜。在图示的实施例中，角度“b1”、“b2”、“b3”和“b4”中的每一个彼此相等。在其他实施例中，基于应用要求，角度“b1”、“b2”、“b3”和“b4”中的一个或多个可以而相对于彼此变化。

需要说明的是，基于应用要求，这里所述的第一模块224、第一子模块226、第二子模块228、第二模块240、第三子模块242、第四子模块244、第一入口导管208、第二入口导管210、第一出口导管256、和/或第二出口导管258的方向、布置、位置、配置仅仅是示例性的，可以变化。例如，基于应用要求，系统202的一个或多个子模块可以布置在单个水平或垂直平面中，并且剩余的子模块可以布置在单独的水平或垂直平面中。而且，基于申请要求，系统202的一个或多个导管可以沿着相应子模块的任何轴定向，并且其余导管可以相对于相应子模块的任何轴以任何其他角度定向。

此外，参照图3、图4、图5和图6所示，系统202可包括一个或多个安装元件272，包括但不限于一个或多个安装支架，以及紧固件等。安装元件272适于将系统202安装在地面上或相对于彼此安装。例如，如图3和4所示，安装元件272水平布置以在其上接收第一模块224和第二模块240，以便将系统202安装在地面上。而且，如图5和图6所示，安装元件272垂直布置以在其上接收第一模块224和第二模块240，以便将系统202安装在堆叠配置中。

工业实用性

本发明涉及后处理系统202的工作方法700。参照图7，示出了方法700的流程图。在步骤702，如箭头206所示，主入口导管204接收其中的大容量排气流。排气流通过主入口导管204从发动机102的排气歧管108接收。在步骤704，排气流在主入口导管204的下游分流。更具体地，使用第一入口导管208在第一流220中分流排气流。此外，使用第二入口导管210在第二流222中分流排气流。在其他实施例中，基于应用要求，排气流可以分流成多个流。大容量排气流的分流提供了系统202和/或发动机102内的背压的限制。

在步骤706，通过第一模块224从第一入口导管208接收第一流220。更具体地，通过第一子模块226、第一辅助导管238和第二子导管接收第一流220。同样的，可以通过第一过滤器元件、def定量单元、第一混合元件、第一催化还原单元、和/或aoc单元接收第一流220。第一混合元件用于改善第一模块224内的第一流220的混合。

在步骤708，通过第二模块240从第二入口导管210接收第二流222。更具体地，通过第三子模块242、第二辅助导管254和第四子模块254接收第二流222。同样的，可以通过第二过滤器元件、def定量单元、第二混合元件、第二催化还原单元、和/或aoc单元接收第二流222。第二混合元件用于改善第二模块240内的第二流222的混合。应当注意，步骤706和步骤708同时进行。

在步骤710，第一流220通过第一出口导管256从第一模块224流出。在步骤712，第二流222从第二模块240通过第二出口导管258流动。另外或可选地，第一流220和第二流222分别在第一模块224和第二模块240的下游并流。在这种情况下，如箭头270所示，第一流220和第二流222分别在第一模块224和第二模块240下游的主出口导管268中并流。应当注意，步骤710和步骤712同时执行。

系统202提供了一种简单、有效且成本有效的方法，用于在大容量排气流期间限制背压并改善系统202内的排气流的混合。同样的，系统202相对于单个大的后处理模块采用相对小尺寸的第一模块224和第二模块240。因此，与单个大型后处理模块的开发和制造成本相比，系统202的开发和制造成本可以显着降低。

基于应用或用户要求，系统202还提供模块化设计。更具体地，可以将类似于第一模块224和第二模块240的多个模块/子模块添加到系统202，以便增加其容量，和/或限制系统202内和/或发动机102上的背压。此外，第一模块224和第二模块240可以具有与现有后处理模块类似的配置，进而降低系统202的总成本。系统202可以在任何大容量排气流系统中进行改装，其中对现有系统的修改很少或没有。

虽然已经参考上述实施例具体示出和描述了本发明的各方面，但是本领域技术人员将理解，通过修改所公开的机器、系统和方法可以预期各种附加实施例而不脱离本发明的精神和范围。应当理解，这些实施例落入基于权利要求及其任何等同物确定的本发明的范围内。