專利名稱：罐式后處理模塊的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種后處理模塊，更特別地涉及一種罐式后處理模塊。
背景技術(shù)：
包括柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機、氣體燃料動力的發(fā)動機以及本領域已知的其他發(fā)動機在內(nèi)的內(nèi)燃機排放空氣污染物的復雜混合物。這些空氣污染物由氣體化合物組成，這些氣體化合物尤其包括氮氧化物(NOx)。由于環(huán)境意識的提高，尾氣排放標準越來越嚴格，可以根據(jù)發(fā)動機的型號、發(fā)動機的大小和/或發(fā)動機的類型對由發(fā)動機排放到大氣中的NOx的量進行規(guī)定。為了滿足NOx的法規(guī)，一些發(fā)動機制造商已經(jīng)實現(xiàn)了一種被稱為選擇性催化還原(SCR)的策略。SCR是還原劑(最常見的為尿素((NH2)2CO)或水/尿素溶液)被選擇性地 噴射到發(fā)動機的廢氣流中以及被吸附在下游的載體上的過程。被噴射的尿素溶液分解成氨(NH3),氨與廢氣中的NOx反應形成水(H2O)和雙原子氮(N2)。在一些應用中，可能需要用于SCR目的的載體非常大以有助于確保其具有足夠的表面積或有效的體積來吸附對于有效還原NOx而言所需的適當量的氨。這些大型的載體非常昂貴而且在排氣系統(tǒng)中需要相當大的空間。此外，載體必須被布置在噴射位置的下游足夠遠的地方以使得氨溶液有時間分解為氨氣并均勻地分布在廢氣流中以有效地還原N0X。這種空間布置會進一步增加排氣系統(tǒng)的封裝難度。在Makoto的在2008年11月13日出版的日本專利公開文件No. 2008/274，851 (’851公開文件)中公開了一種與內(nèi)燃機一起使用的示例性的配備SCR的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)包括廢氣凈化設備，該廢氣凈化設備具有氣體聚集罐、一個單獨的分散罐、以及在氣體聚集罐和氣體分散罐的邊緣之間連接的混合管。顆粒過濾器和氧化催化器被布置在氣體聚集罐中，而SCR催化器和氨還原催化器則被布置在氣體分散罐內(nèi)。氨噴射器位于混合管中，在SCR催化器的上游。雖然在尺寸上緊湊了，但是’ 851專利可能依然存在問題。尤其是在’ 851系統(tǒng)中使用的多個罐可能增加部件成本、封裝復雜度以及系統(tǒng)的整體尺寸。此外，單個的SCR催化器可能很大并由此使系統(tǒng)成本上升。本發(fā)明所公開的后處理模塊解決了在上面所述的一個或多個問題和/或現(xiàn)有技術(shù)中的其他問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面公開了一種后處理模塊。該后處理模塊可以包括罐、和被布置在罐中的并沿軸向?qū)⒐薹譃榈谝徊糠趾偷诙糠值谋?。該后處理模塊還可以具有布置在第一部分內(nèi)的第一處理裝置、與第一部分連接的入口、布置在第二部分內(nèi)的第二處理裝置、與第二部分連接的出口以及從第一部分延伸到第二部分的外部的管。本發(fā)明的第二方面公開了另一種后處理模塊。該后處理模塊可以包括罐、在罐的第一端部部分處位于罐中的第一處理裝置、以及在罐的相對的第二端部部分處位于罐中的第二處理裝置。該后處理模塊還可以包括物理上位于第一和第二處理裝置之間并且在第一和第二處理裝置兩者的上游的入口，和物理上位于第一和第二處理裝置之間并且在第一和第二處理裝置兩者的下游的出口。本發(fā)明的第三方面公開了又一種后處理模塊。該后處理模塊可以包括罐，該罐具有在第一端部處的入口和在對置的第二端部處的出口。該后處理模塊還可以包括外部的管，其與入口連接并具有總流動長度是罐的流動長度多倍的蜿蜒形狀。該外部的管可以被包含在罐的軸向長度尺寸之內(nèi)。該后處理模塊還可以包括布置在外部的管內(nèi)的第一處理裝置和布置在罐內(nèi)的第二處理裝置。


圖I以橫向剖視圖示出了示例性公開的后處理模塊，圖2以右視圖示出了圖I的后處理模塊，
圖3以端視圖示出了圖I的后處理模塊，以及圖4以立體圖示出了另一后處理模塊。
具體實施例方式在圖I至圖3中示出了示例性的后處理模塊10。后處理模塊10可包括單個罐12，該罐由具有防腐蝕特性的材料制成，例如不銹鋼。在圖I至圖3中所示出的實施例里，罐12包括單個入口 14和單個出口 16。然而，可以預計的是，后處理模塊10可以包括所希望的任何數(shù)量的入口和出口。后處理模塊10還可以包括內(nèi)壁18，其沿軸向?qū)⒐?2分成第一部分20和第二部分22，該第一部分相對于第二部分密閉地密封。壁18可以相對于罐12的縱向軸線傾斜，從而使得在入口 14處的流動區(qū)域和在出口 16處的流動區(qū)域各自與入口 14和出口 16的距離變小。外部的管24可以將第一部分20與第二部分22流體連通。在一種實施例中，外部的管24可以與罐12軸向平行，并且通過撓性聯(lián)接件26在相對的兩端連接到罐12的圓柱形側(cè)面。該撓性聯(lián)接件26可以是能夠彎曲大約90度角以及在罐12上具有橢圓形開口并在管24處具有圓形開口的眼鏡蛇頭型聯(lián)接件。若需要的話，也可以使用其他類型的聯(lián)接件。后處理模塊10還可以具有位于第一部分20的第一端部內(nèi)的一個或多個處理裝置，以及位于第二部分22的第二對置端部內(nèi)的一個或多個處理裝置。例如，氧化催化器28可以布置在第一部分20內(nèi)，而組合式柴油顆粒濾清器/SCR(OTS)催化器30可以布置在第二部分22內(nèi)。在一種實施例中，還可以在第二部分22內(nèi)在⑶S催化器30的下游布置附加的催化器32。催化器32可以包括起SCR催化器作用的上游區(qū)域32A以及起清理催化器(如氨還原催化器)作用的下游區(qū)域32B。在一種替代的實施例中，催化器32可以是專門的清理催化器(例如，催化器32可以不具備SCR功能性)。可以想到的是，雖然在罐12中需要額外的空間，但是在需要時CDS催化器30可以替代地被一個單獨的且專門的顆粒濾清器和SCR催化器代替。在罐12的相對兩端可以留有空間34，該空間位于所有布置在罐中的處理裝置的軸向外側(cè)，以用作有益于廢氣在通向和來自外部的管24的聯(lián)接件26的相應處理裝置的表面上充分平均分配的歧管。
在上面所描述的結(jié)構(gòu)中，入口 14和出口 16兩者都可以在物理上位于在第一部分20和第二部分22內(nèi)的處理裝置之間。入口 14可以位于所有處理裝置的上游。出口 16可以位于所有處理裝置的下游。入口 14可以從罐12沿大致與出口 16的延伸方向相反的方向延伸。氧化催化器28可以是例如柴油氧化催化器(DOC)。作為D0C，氧化催化器28可包括多孔陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)、金屬網(wǎng)、金屬或陶瓷泡沫，或者其他涂有或以其它方式含有催化材料(例如貴金屬)的合適載體，該催化材料催化化學反應來改變經(jīng)由氧化催化器28的廢氣的組分。在一種實施例中，氧化催化器28可以包括有利于將NO轉(zhuǎn)化為NO2的鈀、鉬、釩、或它們的混合物。在另一實施例中，氧化催化器28可以替代地或附加地執(zhí)行顆粒捕捉功能(也就是說，氧化催化器28可以是催化微粒捕捉器，例如CRT或CCRT)、減少碳氫化合物的功能、減少一氧化碳的功能，和/或本領域已知的其他功能。如上面所描述的，⑶S催化器30可以被構(gòu)造用于執(zhí)行顆粒捕捉功能。特別地，⑶S催化器30可以包括被構(gòu)造用于從廢氣流中除去顆粒物的濾清介質(zhì)。在一種實施例中，CDS 催化器30的濾清介質(zhì)可以是通常為圓柱形的深埋型(deep-bed type)濾清介質(zhì),其被構(gòu)造用于以大致均質(zhì)的方式在其整個厚度上積累顆粒物。濾清介質(zhì)可以包括具有流動入口側(cè)和流動出口側(cè)以及通過燒結(jié)工藝由金屬顆?；蛱沾深w粒制成的低密度材料?？梢韵氲降氖牵瑸V清介質(zhì)可以替代地是表面型濾清介質(zhì)，其由陶瓷泡沫、金屬網(wǎng)或任一其他適合的材料制成。 ⑶S催化器30還可以被構(gòu)造用于執(zhí)行SCR功能。具體地，⑶S催化器30的濾清介質(zhì)可以由陶瓷材料例如鈦氧化物；賤金屬氧化物，如釩和鎢；沸石；和/或貴重金屬制成或者以其它方式涂層有上述材料。通過這種合成物，在經(jīng)過CDS催化器30的廢氣流中伴隨的分解的還原劑可以被吸附到濾清介質(zhì)的表面上和/或濾清介質(zhì)內(nèi)，在那里還原劑可以與廢氣中的NOx (NO和NO2)反應以形成水(H2O)和雙原子氮(N2)?？梢韵氲降氖?，CDS催化器30可以在CDS催化器30的整個介質(zhì)上同時執(zhí)行顆粒捕捉功能和SCR功能或者替代地在需要時以串行的方式執(zhí)行顆粒捕捉功能和SCR功能。如上面所描述的，催化器32可包括上游區(qū)域32A和下游區(qū)域32B。特別地，催化器32的單載體塊可以包括基本上位于上游的區(qū)域(32A)，該區(qū)域與CDS催化器30類似，由下述材料制成或者以其它方式涂層有這種材料，該材料在表面上吸附還原劑或以其它的方式使還原劑內(nèi)含，以與經(jīng)過它的廢氣中的NOx (NO和NO2)反應，形成水(H2O)和雙原子氮(N2)。同時，催化器32的載體塊還可以包括基本上位于下游的區(qū)域(32B)，該區(qū)域涂層有或者以其它方式含有將廢氣中殘留的還原劑氧化的不同的催化劑。還原劑噴射器36可以被布置在管24的上游端部或者靠近管24的上游端部(例如，在管24的上游端部內(nèi)、在聯(lián)接件26內(nèi)或者在間隙34內(nèi))并且被構(gòu)造用于將還原劑噴射到流經(jīng)管24的廢氣中。氣態(tài)或液態(tài)的還原劑，通常為水/尿素溶液、氨氣、液化無水氨、碳酸銨、氨絡物的鹽，或碳氫化合物(如柴油)，可被還原劑注射器36噴灑或以其它方式推進到流經(jīng)管24的廢氣中。還原劑噴射器36可以被布置在位于⑶S催化器30上游的一段距離處，以允許噴射的還原劑在進入CDS催化器30之前有足夠的時間與廢氣混合并且能夠充分地分解。這樣，充分分解的還原劑在流經(jīng)⑶S催化器30的廢氣中的均勻分布可以增強廢氣中NOx的還原。在還原劑噴射器36和⑶S催化器30之間的距離(即，管24的長度)可基于廢氣流經(jīng)后處理模塊10和/或在管24的橫截面區(qū)域上的流動速率。在圖I至圖3中所繪的例子中，管24可以延伸罐12的長度的大部分。為了增強還原劑與廢氣的結(jié)合，在管24內(nèi)可以設有混合器38。在一種實施例中，混合器38可以包括翼或葉片以在廢氣流過管24時產(chǎn)生廢氣的渦旋運動。在另一實施例中，混合器38可以包括從管24的內(nèi)壁沿徑向朝內(nèi)向管24的縱向軸線延伸一段距離的環(huán)，該環(huán)被構(gòu)造用于增強在管24內(nèi)的廢氣紊流。在又一實施例中，混合器38可以位于還原劑噴射器36的上游或下游(在圖I至圖3中所示)。可設置一個或多個探測器用于監(jiān)控后處理模塊10的參數(shù)。例如，第一探測器40可以位于第二部分22的空間34中(例如，相對于罐12的中心從CDS催化器30沿軸向向外)，而第二探測器42可以位于第二部分22內(nèi)出口 16處(例如，沿軸向在氧化催化器28與催化器30和32之間)。在一種實施例中，第一探測器40可以是溫度探測器，其被構(gòu)造用于產(chǎn)生指不進入CDS催化器30的廢氣的溫度的第一信號。該第一信號可以尤其被用于確 定⑶S催化器30的工作溫度和預計效率。第二探測器42可以被用于檢測離開催化器32的廢氣的成分，例如NOx的濃度或殘余還原劑。第二探測器42可以產(chǎn)生指示這種成分的第二信號，第二信號尤其被用于確定CDS催化器30和/或催化器32的實際效率?？梢韵氲降氖牵谛枰獣r，第一和/或第二探測器40、42可以被構(gòu)造用于檢測其他參數(shù)，以及被用于其他目的?？梢韵氲降氖牵谀承┣闆r下，能夠接觸后處理模塊10的處理裝置可以是有幫助的。因此，在一種實施例中，在后處理模塊10的各對置端部處圍住空間34的、罐12的端部部分能夠以可移去的方式與裝有氧化催化器28、CDS 30和催化器32的罐12的中間部分連接。例如，若需要的話，端部部分可以與中間部分螺紋連接或者閂鎖連接。通過這種構(gòu)造，端部部分可以選擇性地被移去以檢查和/或更換各個催化器。圖4示出了后處理模塊10’的一個替代的實施例。與圖I至圖3的實施例類似的，圖4的后處理模塊10’可以包括罐12’，該罐具有入口 14’和出口 16’以及圍成的相對置的端部空間34’和第二部分22’。然而，與圖I至圖3的實施例不同的是，圖4的后處理模塊10’可以不包括第一部分20。也就是說，在圖4的實施例中，氧化催化器28’和還原劑噴射器36’可以被布置在管24’中，而不是在罐12’中。此外，管24’可以具有總體上蜿蜒的形狀并多次改變流動方向。在這種構(gòu)造中，管24’可以具有為罐12’的流動長度三倍的流動長度，而依然能夠被容納在罐12’的軸向長度內(nèi)(即，管24’不會在軸向上延伸超出罐12’的端部)。工業(yè)實用件本發(fā)明的后處理模塊可以被用于需要凈化成分的任何發(fā)動機構(gòu)造的排氣系統(tǒng)，在該發(fā)動機中部件封裝是非常重要的問題。所公開的后處理模塊可以通過使用單個罐以容納裝置來改善封裝，并且通過使用外部的管還能提供充分的還原劑混合和分解?，F(xiàn)在對經(jīng)由后處理模塊的廢氣流進行描述。參見圖1，廢氣流含有空氣污染物的復雜混合物，其尤其包括氮的氧化物(NOx)，廢氣流可以從發(fā)動機(未示出)經(jīng)由入口 14被引導到后處理模塊10中。廢氣可從入口 14流入到后處理模塊10中，并且流向壁18，在壁處廢氣流通過壁18的傾斜而轉(zhuǎn)向，穿過氧化催化器28。壁18的角度與用于到來的廢氣流的相應的逐步限制可以促進廢氣在氧化催化器28的面上的大致均勻的分布。當廢氣經(jīng)過氧化催化器28時，廢氣中的一些NO可被轉(zhuǎn)化
為 NO2。在經(jīng)過氧化催化器28后，廢氣可流入到在罐12的第一部分20中的空間34內(nèi)，流經(jīng)管24，并流入到罐12的第二部分22中的空間34內(nèi)。此時，可以在混合器38的上游將還原劑噴射到廢氣流中，使得通過混合器38增強的廢氣的渦流和/或紊流可以被用于在廢氣流中夾帶并分配還原劑。在廢氣和還原劑的渦流和/或紊流沿管24的長度經(jīng)過時，該混合物可以繼續(xù)均質(zhì)化并且還原劑可開始分解。當混合物到達CDS催化器30時，大多數(shù)的還原劑應該已經(jīng)分解，以用于在⑶S催化器30和催化器32內(nèi)的NOx還原目的。當廢氣經(jīng)過⑶S催化器30時，顆粒物可以被從廢氣中去除，并且NOx可與還原劑反應而被還原成水和雙原子氮。廢氣隨后可離開CDS催化器30并進入催化器32中，在催化器32中可發(fā)生NOx的進一步還原，并且剩余的還原劑可被吸收。在在催化器32內(nèi)進行 處理后，廢氣可以被壁18再次引導以經(jīng)由出口 16排放到大氣(或其他下游的排氣系統(tǒng)部件)中。參見圖4，廢氣流含有空氣污染物的復雜混合物，其尤其包括氮氧化物(NOx)，廢氣流可以從發(fā)動機(未示出)經(jīng)由管24’的入口 14’以及經(jīng)過氧化催化器28’被引導到后處理模塊10’中。當廢氣經(jīng)過氧化催化器28’時，廢氣內(nèi)的一些NO可被轉(zhuǎn)化為N02。此時，可以在混合器38’的上游將還原劑噴射到廢氣流中，使得通過混合器38’增強的廢氣的渦流和/或紊流可以被用于在廢氣流內(nèi)夾帶并分配還原劑。在廢氣和還原劑的渦流和/或紊流沿管24’的長度經(jīng)過時，該混合物可以繼續(xù)均質(zhì)化并且還原劑可開始分解。當混合物到達在第二部分22’內(nèi)的CDS催化器30’時，大多數(shù)的還原劑應該已經(jīng)分解，以用于在CDS催化器30’和催化器32’內(nèi)的NOx還原目的。當廢氣經(jīng)過⑶S催化器30’時，顆粒物可以被從廢氣中去除，并且NOx可與還原劑反應而被還原成水和雙原子氮。廢氣隨后可離開CDS催化器30’并進入催化器32’中，在催化器32’中可發(fā)生NOx的進一步還原，并且剩余的還原劑可被吸收。在在催化器32’內(nèi)進行處理后，廢氣可以被再次引導以經(jīng)由出口 16’排放到大氣(或其他下游的排氣系統(tǒng)部件)中。后處理模塊10和10’可以促進均勻的廢氣分布和充分的還原劑分解。特別地，入口 14、14’以及出口 16、16’的位置，與壁18的傾斜相結(jié)合可以促進經(jīng)過在罐12和12’內(nèi)的處理裝置的均勻分布，而管24、24’的位置和長度與混合器38、38’ 一起可促進還原劑分解。空間34、34’與聯(lián)接件26、26’的結(jié)構(gòu)一起也可以促進分布和還原劑分解。后處理模塊10和10’可以是簡單的、緊湊的并且相對低成本的。后處理模塊10、10’可以是簡單的且緊湊的，因為它們可以僅使用一個單罐和提供多種功能的催化器。例如，CDS催化器30、30’可以同時提供顆粒捕獲及NOx還原的功能，而催化器32、32’可以提供NOx還原和還原劑吸收的功能。后處理模塊10和10’的簡單性可實現(xiàn)廢氣后處理的低成本解決方案。對于本領域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在不脫離本公開的范圍的情況下對本發(fā)明的后處理模塊做出各種更改和變型。對于本領域技術(shù)人員而言，在考慮在此所公開的說明書和后處理模塊的實施方式的情況下，其他實施例也是顯而易見的。說明書和各個示例均應被理解為僅是示例性的，本公開的實際保護范圍由下面的權(quán)利要求和它們的等同物指出。
權(quán)利要求
1.一種后處理模塊(10)，包括te (12)； 壁(18)，其被布置在所述罐內(nèi)并沿軸向?qū)⑺龉薹譃榈谝徊糠?20)和第二部分(22)； 第一處理裝置(28)，其布置在所述第一部分內(nèi)； 入口(14)，其與所述第一部分連接； 第二處理裝置(30)，其布置在所述第二部分內(nèi)； 出口(16)，其與所述第二部分連接；以及 外部的管(24)，其從所述第一部分延伸到所述第二部分。
2.按照權(quán)利要求I所述的后處理模塊，其中，所述壁相對于所述罐的縱向軸線傾斜，使得入口處的流動區(qū)域變得與入口的距離更小，并且出口處的流動區(qū)域變得與出口的距離更小。
3.按照權(quán)利要求4所述的后處理模塊，其中，所述入口沿基本上與出口相反的方向從罐 突出。
4.按照權(quán)利要求I所述的后處理模塊，其中，所述第一處理裝置為氧化催化器，以及所述第二處理裝置為組合的顆粒濾清器和SCR催化器。
5.按照權(quán)利要求4所述的后處理模塊，還包括位于所述第二處理裝置下游的清理催化器(32)。
6.按照權(quán)利要求5所述的后處理模塊，還包括位于所述第二處理裝置下游并且與所述清理催化器整合的附加的SCR催化器(32A)。
7.按照權(quán)利要求I所述的后處理模塊，還包括位于所述外部的管的上游的還原劑噴射器(36)。
8.按照權(quán)利要求I所述的后處理模塊，其中，所述外部的管連接到所述罐的一側(cè)，并且被容納在所述罐的長度之內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求I所述的后處理模塊，其中，所述入口和所述出口沿軸向位于所述第一處理裝置和所述第二處理裝置之間。
10.按照權(quán)利要求I所述的后處理模塊，還包括下列裝置中的至少一個 溫度探測器(40)，其相對于所述入口和出口從所述第二處理裝置軸向靠外；以及成分傳感器(42)，其在軸向上位于所述第一處理裝置和第二處理裝置之間，并且位于所述第一處理裝置和第二處理裝置兩者的下游。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于與發(fā)動機一起使用的后處理模塊(10)。該后處理模塊可以包括罐(12)、和被布置在罐中的并沿軸向?qū)⒐薹譃榈谝徊糠?20)和第二部分(22)的壁(18)。該后處理模塊還可以具有布置在第一部分內(nèi)的第一處理裝置(28)、與第一部分連接的入口(14)、布置在第二部分內(nèi)的第二處理裝置(30)、與第二部分連接的出口(16)以及從第一部分延伸到第二部分的外部的管(24)。
文檔編號B01D53/94GK102725489SQ201080062273
公開日2012年10月10日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者C·P·希特爾, R·G·希爾弗 申請人:卡特彼勒公司