[發明專利]用于內燃機排氣流的徑向混合的低壓降混合器

有效

• 申請號: 200980112674.8
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN102007278A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: C·佩特森;D·B·馬斯特伯根
• 申請（專利權）人: 伍德沃德調速器公司
• 主分類號: F01N3/24
• 分類號: F01N3/24;F01N3/08;F01N7/08
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 蔡勝利

技術領域

本發明通常涉及柴油機排氣系統且更特別地涉及用于柴油機排氣系統的后處理裝置的混合器。

背景技術

增強環境限制和規則正促使柴油機制造商和包裝者去發展用于改進和減小這種發動機的運行對于環境影響的技術。因此，許多設計工作涉及操作發動機自身內的燃燒過程的控制，試圖提高燃料的經濟性并且減小例如NO_x和顆粒的排放物。然而，通過所給的柴油機運行過程中的操作變量和參數和所給的在NO_x和顆粒生成之間的折衷點，許多發動機制造商和包裝者已經發現應用排氣后處理裝置到其系統是有用的或者必須的。這些后處理裝置被用于過濾或者催化地提煉來自柴油機的排氣流，從而去除或者減少某些發動機的廢氣排放物到可接受的程度，并且為有效的運行通常地存在特別的熱操作需求。

一個這種排氣再處理裝置叫做柴油機顆粒過濾器(DPF)。DPF設置在發動機排氣系統中，以使得所有來自柴油機的排氣都要流經它。DPF如此構造，使得排氣中的煙灰微粒在DPF的過濾器載體沉積。這樣，煙灰微粒從排氣被濾出，以使得發動機或者發動機系統能夠滿足或者優于所實行的環境規則。

在這種裝置帶來重大環境益處的同時，雖然可以具有任意一種過濾器，當DPF繼續積累這些顆粒時可能存在問題。在一段時間后，DPF過濾器載體變得負載足夠的煙灰，引起排氣經過漸增地逐漸限制的DPF產生一個相當大的壓降。在過度限制的DPF下運行的結果是，由于發動機僅僅為將排氣泵送通過有負載的DPF而必須工作地越來越費力，從而使得發動機熱效率下降。由于在排氣系統中提高的限制，發動機性能的損失隨著持續的發動機運行和DPF煙灰沉積繼續變得更嚴重，最后以發動機故障或者發動機停機而告終。

為避免這種事情的發生，發動機包裝者通常在DPF的上游并入多個可能的過濾器加熱裝置中的一個，從而定期地清理過濾器的沉積煙灰。這些過濾器加熱裝置用于定期人工升高進入DPF的排氣流溫度到一個點，在該點積累的煙灰將氧化并且使用排氣流中剩余的氧氣燃燒。當在DPF的負載變得過大之前開始時，被俘獲的顆粒物質的點燃和燃盡將以一個安全且可控的方式發生。以這樣一種可控的方式燃燒來自DPF過濾器載體的煙灰的過程被叫做再生。DPF再生的一個重要的參數是在再生事件期間DPF中的溫度均勻性。比目標再生溫度更暖或者更冷的DPF的局部區域能夠降低再生事件的效率。更暖的區域可使過濾器在熱梯度上損害或者加速煙灰氧化，而更冷的區域可導致產生無法清理煙灰的過濾器區域。

其它發動機排氣后處理裝置包括柴油機氧化催化劑(DOC)，尿素選擇催化還原系統(SCR)，貧NO_x俘獲器，等等。許多這種裝置依賴于在載體表面上與化學制品或者廢氣排放物發生的催化反應。一些這種裝置將噴射的化學制品在載體上游混入排氣流。進入這些裝置的流的溫度和化學均勻性對于這些裝置的有效操作是關鍵的。當整個載體經歷在理想范圍內的均勻溫度和化學混合物時，最大化在載體表面上昂貴的催化劑的使用。不符合目標溫度或者化學組分的流所經過的載體區域將降低后處理系統的性能。

通常地，DOC必須在高于大約350℃的溫度下運行并且SCR系統必須在高于大約300℃的溫度下運行。這些系統中的任一個在溫度低于規定值的情況下的運行導致系統性能和效率下降。貧NO_x俘獲器也有溫度限制，且進一步地每周期時間間隔有特定的氧氣濃度需求。為使得貧NO_x俘獲器能運行且凈化累積NO_x的催化表面，具有低的氧含量和高的烴含量的排氣必須通過載體。這是該系統附加的需求。