CN101680652B - 具有混合挡板的减排组件及相关方法 - Google Patents
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Abstract
一种减排组件,包括:具有燃烧室的燃料燃烧器以及定位在所述燃料燃烧器的下游的颗粒过滤器。混合挡板定位在所述燃料燃烧器与所述颗粒过滤器之间。
Description
技术领域
本公开总体上涉及柴油机减排装置。
背景技术
未经处理的内燃发动机排放物(比如柴油机排放物)包括比如NOX、碳氢化合物和一氧化碳等各种排出物。而且,来自诸如柴油机等某些类型的内燃发动机的未经处理的排放物还包括颗粒状碳基物质或“积碳(soot)”。关于积碳排放标准的联邦法规正变得越来越严格,由此助长了对去除来自发动机排放物的积碳的装置和/或方法的需求。
发动机系统所释放的积碳的量能够通过利用诸如过滤器或捕集器等减排装置来减少。这种过滤器或捕集器周期性地再生,以便从过滤器或捕集器去除积碳。过滤器或捕集器可以通过利用燃料燃烧器来燃烧过滤器中所捕获的积碳而得以再生。在这种情况下,燃料燃烧器产生热,该热传递至下游过滤器,从而燃烧过滤器中所捕获的积碳。所产生的热的不良温度分布会导致过滤器的一些区域比理想状况热,而其它区域则比理想状况冷。在比理想状况热的区域中,过滤器可能会受到损坏,而较冷的区域则可能会无法再生。
发明内容
根据本公开的一个方面,减排组件包括具有燃烧室的燃料燃烧器以及定位在所述燃烧室下游的颗粒过滤器。混合挡板定位在所述燃料燃烧室与所述颗粒过滤器之间。
根据本公开的另一个方面,减排组件包括颗粒过滤器以及定位在所述颗粒过滤器上游的燃料燃烧器。所述燃料燃烧器包括具有废气入口的壳体。所述燃料燃烧器还包括具有其上固定有罩体的燃烧室。所述燃烧室和所述罩体配合而将通过所述废气入口进入所述壳体的废气流分成 燃烧气流和旁通气流,所述燃烧气流行进穿过所述燃料燃烧器的燃烧室,而所述旁通气流绕过所述燃料燃烧器的燃烧室。所述燃料燃烧器还包括定位在所述燃烧室下游和所述颗粒过滤器上游的混合挡板。所述混合挡板构造成使所述燃烧气流和所述旁通气流混合。
根据本公开的再一个方面,减排组件包括具有燃烧室的燃料燃烧器以及定位在所述燃料燃烧室下游的颗粒过滤器。所述组件还包括:混合挡板,所述混合挡板具有收集板,所述收集板具有限定在其内的孔;多孔圈,所述多孔圈固定至所述收集板;以及转向板,所述转向板固定至所述多孔圈。所述混合挡板定位在所述燃料燃烧器与所述颗粒过滤器之间,使得行进穿过所述燃烧室的废气流和绕过所述燃烧室的废气流均行进穿过所述收集板上的孔。
根据本公开的又一个方面,操作减排组件的燃料燃烧器的方法包括使废气流行进进入所述燃料燃烧器的壳体。该方法还包括将所述废气流分成行进穿过所述燃料燃烧器的燃烧室的燃烧气流以及绕过所述燃料燃烧器的燃烧室的旁通气流。该方法还包括利用位于所述燃烧室下游的气流混合器来径向向外地引导所述燃烧气流和所述旁通气流。
附图说明
图1是减排组件的立体图;
图2是沿图1的线2-2的箭头方向观察的减排组件的端部的立面图;
图3是沿图2的线3-3剖取且沿箭头方向观察的、图1的减排组件的剖视图,注意图中为了清楚图示,过滤器壳体和收集器壳体未以剖视形式示出;
图4是图3的减排组件的燃料燃烧器的放大剖视图;以及
图5是图1-4的燃料燃烧器的混合挡板的放大剖视图。
具体实施方式
下面参照图1,减排组件10具有燃料燃烧器12和颗粒过滤器14。 燃料燃烧器12定位在颗粒过滤器14的上游(相对于来自发动机的废气流)。在发动机操作期间,废气流过颗粒过滤器14,由此将积碳捕获在过滤器中。经过处理的废气通过联接至减排装置的出口的排气管而释放到大气中。在发动机操作期间,燃料燃烧器12不时地操作以再生颗粒过滤器14。
如图3和4所示,燃料燃烧器12包括壳体16,所述壳体16具有定位在其中的燃烧室18。壳体16包括废气入口20。如图1所示,废气入口20固定至排气管(未图示),所述排气管对来自柴油发动机(未图示)的废气进行导引。如此,来自柴油发动机的废气通过废气入口20进入减排组件10。
燃烧室18具有多个限定在其内的空气进入开口22。允许发动机废气通过进入开口22流入燃烧室18。由此,存在于燃烧室18内的火焰免受全部发动机废气流的影响,同时允许发动机废气的受控的量进入燃烧室18,从而提供氧以促进被供应至燃烧器12的燃料的燃烧。未进入燃烧室18的废气被引导穿过限定在罩体26中的多个开口24。
燃料燃烧器12包括具有一对电极28、30的电极组件。当向电极28、30施加电力时,在电极28与30之间的间隙32中产生火花。燃料通过燃料进口喷嘴34进入燃料燃烧器12并行进穿过电极28与30之间的间隙32,由此导致燃料被电极28、30所产生的火花点燃。应当明白,进入喷嘴34的燃料一般呈受控的空气/燃料混合物的形式。
燃料燃烧器12还包括助燃空气进口36。空气泵,或者诸如车辆涡轮增压器或空气制动系统等的其它加压空气源,产生加压空气流,所述加压空气流行进至助燃空气进口36。在颗粒过滤器14的再生期间,通过助燃空气进口36将空气流引入燃料燃烧器12,从而提供氧(除了废气中存在的氧之外)以支持燃料的燃烧。
如图3所示,颗粒过滤器14定位在燃料燃烧器12的壳体16的出口40下游(相对于废气流)。颗粒过滤器14包括过滤器基质42。如图3所示,基质42定位在壳体44中。过滤器壳体44固定至燃烧器壳体16。如此,离开燃烧器壳体16的气体被引导进入过滤器壳体44并穿过基质42。颗粒过滤器14可以是任何类型的市场上可获得的颗粒过滤器。 比如,颗粒过滤器14可以实施为任何已知的排气颗粒过滤器,诸如“深层”或“壁流”过滤器等。深层过滤器可以实施为金属丝网过滤器、金属或陶瓷泡沫过滤器、陶瓷纤维丝网过滤器等。另一方面,壁流过滤器可以实施为堇青石或碳化硅陶瓷过滤器,其具有在过滤器的前部和后部处阻塞的交替的通道,由此迫使穿过所述过滤器行进的气体进入一个通道、穿过壁并离开另一个通道。而且,过滤器基质42可以充注有比如贵金属催化材料等的催化材料。催化材料可以比如实施为铂、铑、钯---包括其组合,以及任何其它类似的催化材料。催化材料的使用降低了点燃所捕获的积碳颗粒所需的温度。
过滤器壳体44固定至收集器48的壳体46。具体而言,过滤器壳体44的出口50固定至收集器壳体46的进口52。如此,离开过滤器基质42(因而离开过滤器壳体44)的、经过处理(即经过过滤)的废气行进进入收集器48。然后,经过处理的废气行进进入排气管(未图示),因而通过空气出口54而释放到大气。应当明白,空气出口54可以联接至随后的减排装置(未图示)的进口(或联接至进口的管),如果发动机的排气系统装备有这种装置的话。
再参照图3-5,混合挡板56定位在燃烧器壳体16中。混合挡板56定位在罩体26与燃烧器壳体16的出口40之间。在文中所述的说明性实施方式中,混合挡板56包括穹顶状的转向板58、多孔环形圈60以及收集板62。如图3和4所示,收集板62焊接至或以其它方式固定至燃烧器壳体16的内表面。收集板62在其中部具有孔64。多孔环形圈60焊接至或以其它方式固定至收集板62。环形圈60的内径大于孔64的直径。如此,环形圈60环绕着收集板62的孔64。转向板58焊接至或以其它方式固定至环形圈60的、与被固定至收集板62的端部相反的另一端。转向板58是实心的(即其不具有形成在其上的孔或开口),如此,起到阻挡废气流直线穿过混合挡板56的作用。相反,转向板58使废气流径向向外地转向。
混合挡板56起到在过滤器再生期间使被引导穿过燃烧室的热的废气流与绕过燃烧室的冷的废气流混合的作用,由此将混合的废气流引入颗粒过滤器14。具体地,如上所述,进入减排组件10的废气流被分成两道气流-(i)绕过燃烧室18并行进穿过罩体26的孔24的冷旁通气流,以及(ii)行进进入燃烧室18、在燃烧室18被存在于所述燃烧室18中的火焰显著加热的热燃烧气流。混合挡板56迫使两道气流一起穿过狭窄的区域,于是导致该汇聚的气流随后径向向外地流动,由此使两道气流混合在一起。为此,冷的废气流行进穿过罩体26上的孔24,接着被引导成与收集板62的上游表面66接触。收集板62的形状使得冷气流被引向其孔64。
同样地,热的废气流被引向收集板62的孔。具体地,通过穹顶状的火焰挡件68来阻止热的废气流轴向地离开燃烧室18。火焰挡件68迫使热的废气流径向向外地穿过限定在多孔环形圈72中的多个开口70,所述多孔环形圈72与混合挡板56的多孔环形圈60类似。然后,通过包括有罩体26的下游表面74和燃烧器壳体16的内表面的表面组合体,将热的废气流引向收集板62的上游表面66。接着,热的废气流接触收集板的上游表面66,在该处板62的形状导致热的废气流被引向孔64。这使得热的废气流与冷的废气流的混合得以开始。
当冷和热的废气流进入收集板62的孔64时,混合继续进行。部分地混合的气体流被引导成与转向板58接触。转向板58阻挡气体的直线流动并向外地沿径向方向将其引导成离开转向板58。然后,废气流被引导穿过形成在混合挡板56的多孔环形圈60上的多个孔76。该径向向外的废气流撞击在燃烧器壳体16的内表面上,而后被引导穿过燃烧器壳体16的出口40并进入过滤器壳体44的进口,在所述过滤器壳体44中利用混合的废气流来再生过滤器基质42。
因而,如上所述,混合挡板56迫使非均质的废气流通过狭窄的区域而混合,然后促使混合的气流向外扩延。这防止热气体的中心气流或中心喷流的形成体撞击在过滤器基质42上。简言之,在将组合气流引到过滤器基质的表面上之前,形成了热气流和冷气流的更加均质的混合物,由此增大了过滤器的再生效率并减小了过滤器因存在过热点而损坏的可能性。
尽管本公开容许各种改型和可替代形式,但仍在附图中以示例方式示出了其具体的示例性实施方式并在文中详细描述了所述具体的示例性实施方式。然而,应当理解,并未试图将本公开限制于所公开的特定形式,相反,所试图的是覆盖落入本公开的精神和范围内的所有改型、 等同方案和替代方案。
本公开具有由文中所描述的设备、系统和方法的各种特征而引起的多个优点。应当指出,本公开的设备、系统和方法的可替代实施方式可以不包括所描述的全部特征,但仍会得益于这些特征的至少一部分优点。本领域普通技术人员可以容易地设计出他们自己的、结合有本公开的一个或多个特征且落入本公开的精神和范围内的设备、系统和方法的施行方式。
比如,混合挡板56可以应用在除由燃料燃烧器再生的颗粒过滤器56外的其它应用情形。比如,混合挡板56可以用于使尿素与废气在被引入尿素SCR催化器之前进行混合。
Claims (13)
1.一种减排组件,包括:
颗粒过滤器,以及
燃料燃烧器,所述燃料燃烧器定位在所述颗粒过滤器的上游,所述燃料燃烧器包括:
(i)壳体,所述壳体具有废气入口;
(ii)燃烧室,所述燃烧室具有固定至其上的罩体以及火焰挡件,所述燃烧室和所述罩体配合而将通过所述废气入口进入所述壳体的废气流分成(a)燃烧气流,所述燃烧气流行进穿过所述燃料燃烧器的燃烧室,以及(b)旁通气流,所述旁通气流绕过所述燃料燃烧器的燃烧室,以及
(iii)混合挡板,包括收集板和转向板的所述混合挡板定位在所述燃烧室和火焰挡件的下游和所述颗粒过滤器的上游,所述混合挡板构造成使所述燃烧气流和所述旁通气流混合。
2.如权利要求1所述的减排组件,其中:
所述收集板具有限定在其中的孔,以及
所述转向板定位在所述孔的下游。
3.如权利要求2所述的减排组件,其中:
所述混合挡板进一步包括环绕所述孔的多孔圈,
所述多孔圈的第一端固定至所述收集板,以及
所述多孔圈的第二端固定至所述转向板。
4.如权利要求3所述的减排组件,其中,所述混合挡板构造成使得:当所述燃烧气流和所述旁通气流通过与所述转向板的接触而被径向向外地引导穿过所述多孔圈时,所述燃烧气流和所述旁通气流至少部分地混合。
5.如权利要求4所述的减排组件,其中,所述转向板呈穹顶状。
6.如权利要求1所述的减排组件,其中,所述燃烧室包括多个进入开口,通过所述进入开口,所述废气的一部分进入所述燃烧室以提供热燃烧气流,并且其中所述罩体包括多个开口,通过该多个开口所述废气的剩余部分被旁通绕过所述燃烧室以提供冷旁通气流,并且其中所述混合挡板包括具有附接至所述收集板的上游端以及附接至所述转向板的下游端的多孔环形圈,使得所述热燃烧气流和冷旁通气流在流出所述罩体和所述燃烧室后向所述收集板行进。
7.如权利要求6所述的减排组件,其中,所述收集板仅具有由所述多孔环形圈环绕的单一中央开口,并且其中所述热燃烧气流和所述冷旁通气流与所述收集板的上游端面接触,所述收集板之后将所述热燃烧气流和所述冷旁通气流引导穿过所述中央开口以产生部分混合的气流,所述部分混合的气流与所述转向板接触,以及
其中所述多孔环形圈包括多个多孔的开口,穿过所述多孔环形圈中多孔的开口,所述部分混合的气流被沿径向向外引导以接触所述燃料燃烧器壳体的内表面,从而产生完全混合的气流被引导至所述壳体的出口。
8.一种减排组件,包括
燃料燃烧器,所述燃料燃烧器具有燃烧室,
颗粒过滤器,所述颗粒过滤器定位在所述燃料燃烧室的下游,以及
混合挡板,所述混合挡板包括:(i)具有限定在其中的孔的收集板;(ii)固定至所述收集板的多孔圈;以及(iii)固定至所述多孔圈的转向板,其中,所述混合挡板定位在所述燃料燃烧器与所述颗粒过滤器之间,使得行进穿过所述燃烧室的废气流和绕过所述燃烧室的废气流均行进穿过所述收集板中的孔,
其中,所述燃烧室包括多个进入开口,通过所述进入开口,所述废气的一部分进入所述燃烧室以提供热燃烧气流,并且包括一个罩体,所述罩体具有多个开口,通过该多个开口所述废气的剩余部分被旁通绕过所述燃烧室以提供冷旁通气流,并且其中所述收集板被定位在所述罩体的下游,使得所述热燃烧气流和冷旁通气流在流出所述罩体和所述燃烧室后向所述收集板行进。
9.如权利要求8所述的减排组件,包括位于所述收集板上游的火焰挡件以及定位在所述罩体内的上游环形圈,并且其中所述火焰挡件将流出所述燃烧室的所述热燃烧气流沿径向向外引导穿过所述上游环形圈内的多个开口,以及
其中所述收集板包括由所述多孔的圈环绕的中央开口,并且其中所述热燃烧气流和所述冷旁通气流与所述收集板的上游端面接触,所述收集板之后将所述热燃烧气流和所述冷旁通气流引导穿过所述中央开口以产生部分混合的气流,所述部分混合的气流与所述转向板接触,以及
其中所述多孔环形圈包括多个多孔的开口,穿过所述多孔环形圈中多孔的开口,所述部分混合的气流被沿径向向外引导以接触所述燃料燃烧器壳体的内表面,从而产生完全混合的气流被引导至所述壳体的出口。
10.一种操作减排组件的燃料燃烧器的方法,所述方法包括以下步骤:
使废气流行进进入所述燃料燃烧器的壳体,
将所述废气流分成(i)行进穿过所述燃料燃烧器的燃烧室的燃烧气流,以及(ii)绕过所述燃料燃烧器的燃烧室的旁通气流,并且
利用位于所述燃烧室下游的气流混合器来径向向外地引导所述燃烧气流和所述旁通气流,其中,在所述燃烧室的出口定位火焰挡件以及在所述火焰挡件的下游定位所述气流混合器。
11.如权利要求10所述的方法,包括使一部分所述废气行进穿过燃烧室内的多个进入开口以提供热燃烧气流,使所述废气的剩余部分绕过燃烧室并穿过罩体中形成的多个孔以提供冷旁通气流,并向所述气流混合器行进所述燃烧气流和旁通气流,其中所述气流混合器包括附接至所述燃料燃烧器壳体的收集板、具有固定至所述收集板的上游端的多孔环形圈,以及具有固定至所述多孔环形圈的下游端的转向板。
12.如权利要求11所述的方法,其中所述收集板仅具有由所述多孔环形圈环绕的单一中央开口,并且包括
使所述热燃烧气流和所述冷旁通气流向所述收集板的上游端面行进,所述收集板之后将所述热燃烧气流和所述冷旁通气流引导穿过所述中央开口,以产生部分混合的气流,
使所述部分混合的气流行进而与所述转向板接触,以及
将所述部分混合的气流沿径向向外引导穿过所述多孔环形圈中多孔的开口,以接触所述燃料燃烧器壳体的内表面,从而产生完全混合的气流被引导至所述壳体的出口。
13.如权利要求10所述的方法,包括在所述罩体中定位环形圈,将所述火焰挡件附接至所述环形圈的下游端,使热燃烧气流行进与所述火焰挡件接触,将所述热燃烧气流沿径向向外引导穿过所述环形圈中的多个开口,以与旁通气流混合,以及将所述热燃烧和旁通气流引导向所述气流混合器。
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