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CN105189963A - 发动机排气后处理系统 - Google Patents

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CN105189963A
CN105189963A CN201380075456.8A CN201380075456A CN105189963A CN 105189963 A CN105189963 A CN 105189963A CN 201380075456 A CN201380075456 A CN 201380075456A CN 105189963 A CN105189963 A CN 105189963A
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exhaust gas
gas treatment
tank
degree
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Application number
CN201380075456.8A
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威廉·V·阿尔奇尼
迈克尔·戈林
王林
邢文亮
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Tenneco Automotive Operating Co Inc
Original Assignee
Tenneco Automotive Operating Co Inc
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Abstract

一种发动机排气后处理系统，其包括排气通道；与所述排气通道连通的排气处理部件壳体；位于所述壳体内的间隔开的一对挡板；定位在所述一对挡板之间的多个排气处理装置，每个排气处理装置都包括罐；多个限制装置，所述多个限制装置固定在一对挡板之间以将罐中的每个罐定位在挡板之间，每个限制装置都至少包括该限制装置的相对于罐的外表面成角度的一部分，使得限制装置的端部在所述罐的第一端部处抵接所述罐的外表面并阻止所述罐的径向运动；以及吹尘装置，所述吹尘装置定位在所述壳体中并且位于排气处理装置的上游，所述吹尘装置用于将沉积在排气处理装置中的每个排气处理装置上的微粒物质驱散开。

Description

发动机排气后处理系统
技术领域
本公开涉及发动机排气后处理系统。
背景技术
本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
已知内燃发动机产生可能会对环境有害的排放物。在试图减小发动机可能具有的环境影响时，已经对排气后处理系统进行了大量的分析和改进。辅助处理发动机排放物的各种部件包括微粒滤清器和氧化还原催化剂。
随着时间的流逝，各种排气后处理元件中的某些排气后处理元件可能需要拆除及维修。实现这一点的一种方式是使各种后处理元件都能够从组件拆除并且随后单独地清洁。然而，根据发动机应用的尺寸，该任务的耗时和困难度都有可能增大。在这方面，诸如火车、船舶和大马力静止应用之类的较大发动机应用可能会产生比例如牵引式拖车应用大得多的废气排放。因此，排气后处理系统在尺寸方面通常大得多以充分地处理由这些大尺寸应用所产生的排放物。由于后处理系统的增大，因此，对这种系统进行维修的能力也变得困难得多。
发明内容
本部分提供了本公开的总体概要，但是本部分不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
本公开提供了一种发动机排气后处理系统，该发动机排气后处理系统包括排气通道；与所述排气通道连通的排气处理部件壳体；位于所述壳体内的间隔开的一对挡板；定位在所述一对挡板之间的多个排气处理装置，每个排气处理装置都包括罐；多个限制装置，所述多个限制装置固定在所述一对挡板之间以将所述罐中的每个罐定位在挡板之间，每个限制装置都至少包括该限制装置的相对于罐的外表面成角度的一部分，使得限制装置的端部在所述罐的第一端部处抵接所述罐的外表面并阻止所述罐的径向运动；以及吹尘装置，所述吹尘装置定位在所述壳体中并且位于排气处理装置的上游，所述吹尘装置用于将沉积在排气处理装置中的每个排气处理装置上的微粒物质驱散开。
其他可适用领域将通过本文提供的描述而变得明显。本概要中的描述和具体示例仅用于说明的目的，而无意于限制本公开的范围。
附图说明
文中所描述的附图仅出于说明选定实施方式的目的而非所有可能的实现形式，并且不意在限制本公开的范围。
图1是根据本公开的原理的排气系统的示意图；
图2是根据本公开的原理的排气后处理系统的立体图；
图3是图2中示出的排气后处理系统的分解立体图；
图4是根据本公开的原理的排气处理部件的局部分解立体图；
图5是根据本公开的原理的排气处理部件的壳体的立体图；
图6是从入口侧所观察到的图5中示出的壳体的内部的立体图；
图7是从出口侧所观察到的图5中示出的壳体的内部的立体图；
图8是沿着图5中示出的线8-8截取的截面图；以及
图9是图8中示出的排气处理部件中的一个排气处理部件的放大截面图。
在所有的数个附图中，对应的附图标记指示对应的部件。
具体实施方式
现在将参照附图更加充分地描述示例实施方式。
图1示意性地示出了根据本公开的排气系统10。排气系统10至少可以包括与一对燃料源14a和14b连通的发动机12，所述燃料一旦被燃烧就将产生被排放到具有排气后处理系统18的排气通道16中的排放气体。燃料源14a和14b可以容纳不同的燃料。例如，燃料源14a可以包括低硫柴油燃料(LSF)，而燃料源14b可以包括超低硫柴油燃料(ULSF)。可以使用的其他示例性燃料包括船用轻柴油(MGO)、船用柴油(MDO)、中间燃料油(IFO)、重燃油(HFO)、天然气与柴油燃料的组合、或者天然气与氢的混合物。此外，应当理解，在燃料源14a和14b中可以存储以上提到的燃料的任意组合。
发动机12的下游可以设置排气处理部件20，排气处理部件20可以包括柴油氧化催化剂(DOC)、涂覆有催化剂的柴油微粒滤清器(DPF)部件、或者如所示出的选择性催化还原(SCR)部件22。尽管示出的是SCR部件22，但是应当理解，SCR部件22中也可以包括DOC或DPF。此外，SCR部件22可以是SCR式涂覆有催化剂的DPF或者SCR式涂覆有催化剂的流通式滤清器(FTF)。
排气后处理系统18还可以包括诸如热增强装置或燃烧器24之类的部件以使穿过排气通道16的排气的温度增高。增高排气的温度不但有利于在寒冷的气候环境下以及在起动发动机12时实现排气处理部件20中的催化剂的起燃，而且在排气处理部件20是DPF时有利于启动排气处理部件20的再生。
为了辅助减少发动机12所产生的排放物，排气后处理系统18可以包括用于将排气处理流体周期性地配送至排气流中的配送模块26。如图1中所示，配送模块26可以位于排气处理部件20的上游并且能够操作成将排气处理流体喷射到排气流中。在这方面，配送模块26通过进入管线32而与试剂箱28和泵30流体连通，以将诸如柴油燃料、尿素或气态氨之类的排气处理流体配送至排气处理部件20上游的排气通道16中。箱28可以存储液态排气处理流体、或者可以存储固态氨或气态氨。可以与尿素相结合用以增强排气处理的其他材料可以是可以存储在单独的箱(未被示出)中的乙醇或氢。
配送模块26还可以经由回流管线34与试剂箱28连通。回流管线34允许未被配送到排气流中的任何排气处理流体都回流至试剂箱28。穿过进入管线32、配送模块26以及回流管线34的排气处理流体流还辅助冷却该配送模块26以使得该配送模块26不过热。尽管未在附图中示出，但是配送模块26可以构造成包括使冷却剂围绕配送模块26穿行的冷却套以对该配送模块26进行冷却。
有效地处理排气流所需的排气处理流体的量可随负载、发动机速度、排气的温度、排气的流量、发动机燃料喷射正时、所需的NOx(氮氧化物)还原作用、气压、相对湿度、EGR率以及发动机冷却剂温度而改变。在SCR部件22的下游可以定位有NOx传感器或仪表36。NOx传感器36能够操作成向发动机控制单元(ECU)38输出指示排气的NOx含量的信号。所有的发动机操作参数或者发动机操作参数中的一些发动机操作参数可以从ECU38经由发动机/车辆数据总线供给至排气系统控制器40。排气系统控制器40也可以被包括作为ECU38的一部分。排气的温度、排气的流量、排气背压以及其他车辆操作参数可以由相应的传感器来测量，如图1中所示。
有效地处理排气流所需的排气处理流体的量还可取决于发动机12的尺寸。在这方面，用在火车、船舶应用和静止应用中的大尺寸柴油发动机可能具有超出单个配送模块26的容量的排气流量。因此，尽管仅单个配送模块26被示出为用于尿素配送，但是应当理解，通过本公开想到将多个配送模块26用于尿素喷射。
在发动机12的运转期间，如以上所指出的，向发动机12提供的燃料的类型可以在不同的燃料源14a与14b之间进行切换。在燃料源14a和14b分别承载具有不同的含硫量的燃料时，应当理解，当发动机12使用具有较高的含硫量的燃料时，后处理系统18并非必须被使用。也就是说，当发动机12是在船只距离岸边预定距离的船舶应用时，排放规定可能不要求使用后处理系统18。相应地，发动机12在使用高含硫量的燃料(或任何类型的燃料)时所产生的排气可以在不需要穿过后处理系统18的情况下排放到大气中。为了在到达后处理系统18之前将排气直接排放到大气中，排气系统10可以包括后处理旁通管44。
在旁通管44的入口处可以定位有阀48以允许排气流动穿过旁通管44或者流动穿过后处理系统18。阀48与控制器40或ECU38连通。在发动机12以高含硫量的燃料运转的情况下，控制器40或ECU38可以指令阀48以打开旁通管44以及关闭阀48下游的排气通道16，从而允许排气在不穿过后处理系统18的情况下排逸到大气中。类似地，在发动机12于排放物规定要求排气后处理的区域中操作的情况下，控制器40或ECU38可以指令阀48以关闭旁通管44，从而允许排气穿过后处理系统18。
由燃料箱14a和14b提供至发动机12的燃料分别通过阀50a和50b来控制。阀50a和50b与控制器40和/或ECU38连通。当期望在由箱14a和14b所提供的燃料之间进行切换时，控制器40或ECU38可以指令阀50a和59b打开或者关闭。例如，在发动机12从高含硫的燃料切换至低含硫的燃料的情况下，控制器40或ECU38可以指令阀50a关闭并且指令阀50b打开。在控制器40或ECU38向阀50a和阀50b发送指令以使其打开或关闭之前，控制器40或ECU38可以指令燃烧器24启动以使排气温度升高至使排气流中存在的任何未被燃烧的燃料能够被燃烧的程度(例如300℃)。在这方面，如果期望燃料的切换，则控制器40或ECU38可以发出信号指令燃烧器24启动并且延迟阀50a和50b的致动，直到燃烧器24已经操作达预定的时长为止。
尽管本公开并没有要求，但是应当理解，在燃烧器24被启动时进行燃料的切换期间，阀48可以被控制成打开旁通管44。当燃料的切换完成并且燃烧器24停用时，阀48可以关闭旁通管44并允许排气穿过排气后处理系统18。以此方式，可以确保防止任何未被燃烧的高含硫燃料到达SCR部件22。
此外，阀48可以被设计成与燃料阀50a和50b同步。也就是说，如果由控制器40向燃料阀50b发送信号以使其打开使得发动机12能够以低含硫燃料运转，则阀48能够同时接收到信号以关闭旁通管44，从而允许排气行进穿过排气后处理系统18。类似地，如果由控制器40发送信号以打开燃料阀50a使得发动机12可以以高含硫燃料运转，则阀48能够同时接收到信号以打开旁通管44，从而允许排气在穿过后处理系统18之前排放到大气中。
现在参照图2至图9，示出了根据本公开的示例性排气后处理系统18。后处理系统18包括将由发动机12所产生的排气提供至排气处理部件20的排气通道16。在排气通道16中在介于配送模块26与排气处理部件20之间的位置处可以设置有一对混合装置52。混合装置52辅助使被配送到排气通道16中的排气处理流体散布并与发动机12所产生的排气混合。尽管图2和图3中示出了一对混合装置52，但是应当理解，在不背离本公开的范围的情况下，可以使用更多或更少数目的混合装置52。排气后处理系统18可以由多个支撑结构53来支撑。
旁通管44的入口54位于混合装置52的下游。阀48可以定位于入口54处并且可操作成允许排气在排气通道16中行进以绕开排气处理部件20。尽管未在图1中示出，但是应当理解，在排气处理部件入口58处也可以定位另外的阀56，使得当旁通管44打开时可以由阀56来阻挡穿过排气处理部件20的流体流。换句话说，如果阀48打开，则阀56关闭。阀48和阀56中的每一者例如可以为由螺线管(未被示出)致动的蝶型阀。
旁通管44在设计上可以模块化。例如，旁通管44可以包括经由多个中间部分62、64和66连接的一对弯曲部分60a和60b。尽管中间部分62和66在图2和图3中被示出为圆筒形形状的管，但是应当理解，中间部分62和66可以包括在使用旁通管44期间允许热膨胀的挠性波纹管。弯曲部分60b的下游可以是出口68，出口68将旁通的排气给送回到位于排气处理部件20下游的位置处的排气通道16中。旁通管44的入口54和出口68可以是与排气通道16成整体的或成一体的，或者可以类似于弯曲部分60a和60b和中间部分62、64和66而是单独形成的部件。
排气处理部件20可以包括支撑多个SCR部件22的壳体70。在示出的实施方式中，壳体70成形为箱形并且包括多个外面板71。在壳体70的外面板71内可以设置多个桁架73。桁架73可以是在壳体70的内部内定位于外面板71的拐角部处的L状构件。桁架73向壳体70提供结构支撑并且允许壳体70支撑SCR部件22中的每个SCR部件22。在桁架73之间还可以定位横构件75。类似于桁架73，横构件75也向壳体70提供结构支撑。
壳体70支撑成阵列的九个SCR部件22。尽管图中示出了九个SCR部件22，但是应当理解，在不背离本公开的范围的情况下，可以在壳体70内支撑任意数目的SCR部件22。SCR部件22可以成形为圆筒形，但是可以设想SCR部件22的任意构型。
壳体70可以设置在入口锥形件72与出口锥形件74之间。入口锥形件72包括与壳体70的凸缘78相对应并且经由螺栓而与壳体70的凸缘78相连接的凸缘76。出口锥形体74可以包括与壳体70的另一凸缘82相对应并且经由螺栓而与壳体70的所述另一凸缘82相连接的凸缘80。这种构型实现了刚性的且气密密封的排气处理部件20。
如图5中最佳地示出的，壳体70可以包括入口侧84和出口侧86。入口侧84可以定位有微粒物质驱散装置88(下文被称作“吹尘装置”)。吹尘装置88设计成并且能够操作成朝向SCR部件22喷射压缩空气，以将可能累积在SCR部件22上的任何沉积的微粒物质驱散开。吹尘装置88包括多个由喷嘴管线92构成的阵列90，并且每个喷嘴管线92均包括用于朝向排气SCR部件22喷射压缩空气的多个喷嘴94。喷嘴管线92可以由包括铝、钢、铜的各种金属材料、或者本领域的技术人员所已知的任意其他材料形成。壳体70可以包括允许喷嘴管线92穿过的多个孔口(未被示出)。为了将喷嘴管线92紧固在孔口处，可以使用座构件98和垫圈100。
尽管期望并优选的是在SCR部件22的表面处驱散微粒物质和/或碳烟，但是应当理解，本公开不应当局限于此。相反，应当理解，本公开还设置有设计成防止微粒物质和/或碳烟累积在除SCR部件22的表面以外的位置处的吹尘装置88。更特别地，微粒物质和/或碳烟可能累积在除SCR部件22的表面之外的位置处。如果过多的微粒物质和/或碳烟累积在SCR部件22之间的这些“死角”处，则所堆积的微粒物质和/或碳烟最终可能会脱落并堵塞SCR部件22。因此，应当理解，在不背离本公开的范围的情况下，喷嘴94可以定位成在SCR部件22之间的位置处喷射压缩空气。
现在参照图4、图6以及图7至图9，将描述根据本公开的排气处理部件安装系统。壳体70可以包括一对挡板102a和102b以支撑每个SCR部件22。挡板102a和102b可以被焊接至壳体70的内表面104并包括多个通孔106(图9)，通孔106的尺寸设定成用以接纳SCR部件22。每个SCR部件22均包括容置SCR基底110的罐108。在罐108与SCR基底110之间可以设置隔离垫112。
为了将罐108固定在挡板102a与挡板102b之间，可以使用多个限制装置114。限制装置114可以是焊接在挡板102a与挡板102b之间的线性(例如平面的)构件。替代性地，限制装置114可以呈L状横截面(图7)。无论如何，如图9中最佳地示出的，限制装置114的至少一部分都定位成相对于罐108的与SCR部件22的轴线A平行地延伸的表面116成角度α。角度α可以处于1度(含1度)至20度(含20度)的范围内。优选地，角度α处于5(含5度)度至15度(含15度)的范围内。更优选地，角度α处于5(含5度)度(含5度)至10度(含10度)的范围内。
由于限制装置14的至少一部分相对于表面116成角度，因此在SCR部件22被插入到壳体70中时，限制装置114将在第一端部118处抵接罐108。一旦限制装置114抵接罐108，则SCR部件22的径向运动就被阻止。图7和图9示出了限制装置114与罐108之间的抵接。此外，在将罐插入到壳体70中的期间，限制装置114与罐108之间的抵接辅助将罐定位于挡板102a与102b之间。
在罐108抵接限制装置114之后，罐108的第二端部102可以通过经由螺栓连接耳状构件122而被固定。耳状构件122可以是焊接至罐108的第二端部120的单独形成的构件。替代性地，罐108可以在第二端部120处设置有径向延伸的凸缘(未被示出)。无论如何，耳状构件122都是能够操作成接纳紧固件124，紧固件124将耳状构件122和罐108连接至挡板102b。如图4至图6中最佳地示出的，可以使用四个限制装置144(如由耳状件122所表示的)来将罐108固定在挡板102a与102b之间。然而，应当理解，在不背离本公开的范围的情况下，可以使用更多或更少数目的限制装置114。
由于限制装置114对罐108的第一端部118进行固定，因此并非必须将罐108的第一端部118经由螺栓连接至挡板102a。使罐108可以被插入壳体107以及从壳体107拆除的容易度能够提高。更特别地，如果SCR部件22中的任何SCR部件22需要维修，仅需要拆除紧固件124以从壳体70取出SCR部件122。相比于SCR部件22在第一端部118和第二端部120都经由螺栓连接或者被焊接至挡板102a和102b的构型，这极大地减少了维修耗时。为了辅助从壳体70拆除SCR部件22，耳状构件122可以包括孔口123，孔口123可以接纳用以辅助操作者从壳体70拉出SCR部件22的工具(未被示出)。
已出于说明和描述的目的而提供了实施方式的前述描述。这些描述并不意在穷举或限制本公开。特定实施方式的各个元件或特征通常并不局限于该特定实施方式，而是在可适用的情况下，是能够互换的、或者可以用在选定实施方式中，甚至在没有具体地示出或描述的情况下也如此。特定实施方式的各个元件或特征还可以以许多方式进行改变。这些变型并不认为是与本公开相背离，而是所有这样的改型均意在被包括于本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种排气后处理部件，包括：
壳体；
位于所述壳体内的间隔开的一对挡板；
罐，所述罐包括定位在所述一对挡板之间的排气处理基底，所述罐包括第一端部和第二端部；以及
多个限制装置，所述多个限制装置固定在所述一对挡板之间以将所述罐定位在所述挡板之间，每个限制装置都至少包括其相对于所述罐的外表面成角度的一部分，使得所述限制装置的端部在所述第一端部处抵接所述罐的所述外表面并且阻止所述罐的径向运动。
2.根据权利要求1所述的排气处理部件，其中，所述罐的第二端部经由螺栓连接至所述挡板中的一个挡板。
3.根据权利要求1所述的排气处理部件，其中，所述排气处理基底是SCR基底。
4.根据权利要求1所述的排气处理部件，还包括位于所述壳体内的微粒物质驱散装置。
5.根据权利要求4所述的排气处理部件，其中，所述微粒物质驱散装置包括多个喷嘴管线，每个喷嘴管线都包括用于将沉积在所述排气处理基底上的微粒物质驱散开的多个喷嘴。
6.根据权利要求1所述的排气处理部件，其中，在所述挡板之间支撑有成阵列的多个罐。
7.根据权利要求6所述的排气处理部件，其中，每个罐都与将所述罐定位在所述挡板之间的多个限制装置相对应。
8.根据权利要求1所述的排气处理部件，其中，所述限制装置在所述壳体的入口侧处抵接所述罐。
9.根据权利要求1所述的排气处理部件，其中，所述限制装置的所述部分以处于1度(含1度)至20度(含20度)的范围内的角度α相对于所述罐的所述外表面成角度。
10.根据权利要求9所述的排气处理部件，其中，α处于5度(含5度)至15度(含15度)的范围内。
11.根据权利要求10所述的排气处理部件，其中，α处于5度(含5度)至10度(含10度)的范围内。
12.一种发动机排气后处理系统，包括：
排气通道；
与所述排气通道相连通的排气处理部件壳体；
位于所述壳体内的间隔开的一对挡板；
定位在所述一对挡板之间的多个排气处理装置，每个排气处理装置都包括罐；
多个限制装置，所述多个限制装置固定在所述一对挡板之间以将所述罐中的每个罐定位在所述挡板之间，每个限制装置都至少包括其相对于所述罐的外表面成角度的一部分，使得所述限制装置的端部在所述罐的第一端部处定位所述罐的外表面并且阻止所述罐的径向运动；以及
吹尘装置，所述吹尘装置定位在所述壳体中并且位于所述排气处理装置的上游，所述吹尘装置用于将沉积在所述排气处理装置中的每个排气处理装置上的微粒物质驱散开。
13.根据权利要求12所述的排气后处理系统，其中，所述罐的第二端部经由螺栓连接至所述挡板中的一个挡板。
14.根据权利要求12所述的排气后处理系统，其中，所述排气处理装置各自包括SCR基底。
15.根据权利要求12所述的排气后处理系统，其中，所述吹尘装置包括多个喷嘴管线，每个喷嘴管线都包括多个喷嘴。
16.根据权利要求12所述的排气后处理系统，其中，所述限制装置在所述壳体的入口侧处抵接所述罐。
17.根据权利要求12所述的排气后处理系统，其中，所述限制装置的所述部分以处于1度(含1度)至20度(含20度)的范围内的角度α相对于所述罐的所述外表面成角度。
18.根据权利要求12所述的排气后处理系统，还包括旁通管，所述旁通管指引排气绕过所述排气处理部件壳体。
19.根据权利要求18所述的排气后处理系统，其中，在所述旁通管内设置有第一阀，并且在所述排气处理部件壳体的入口处定位有第二阀。
20.根据权利要求19所述的排气处理部件系统，其中，当所述第一阀打开时，所述第二阀关闭。
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