一種用於排氣後處理系統的可重構的雙金屬混合器及其使用方法

2023-07-01 12:45:01 2

專利名稱：一種用於排氣後處理系統的可重構的雙金屬混合器及其使用方法
技術領域：
本發明示範性的實施例涉及一種用於排氣後處理系統的可重構的混合器和，更特別地，涉及一種使用這類混合器來增強系統性能的排氣系統，尤其更特別地，涉及使用它們的方法。
背景技術：
內燃機排氣後處理系統使用氧化催化劑(OC)，選擇性催化還原催化劑(SCR)，顆粒過濾器(PF)和其它排氣後處理系統。在這些系統中，OC裝置頻繁地使用固定在其上遊的碳氫(HC)噴射器來噴射碳氫化合物，通常為燃料，到排氣流中以為OC中氧化反應提升排氣流的溫度；例如當PF需要再生時。有效地使用在OC中的HC是尤其重要的，因為其直接 影響了發動機的效率(如，燃油經濟性)和發動機和排氣後處理系統的排放性能，還因為未燃HC(HC洩露)的排放是受到法律限制的。為了確保HC在使用HC噴射器的系統中的有效利用，這些系統頻繁地在噴射器的下遊使用混合器，該混合器也被稱為蒸發器或者汽化器，以確保噴射到系統中的燃料被完全地蒸發並散布到排氣流中使得其可以在OC中被最大可能範圍的氧化。這些混合器被設計來增強排氣流中的紊流以提供HC的混合和分散。然而對該目的的影響在於，混合器同時也在排氣流中產生了與流體路徑的部分堵塞和預定紊流的生成相關聯的背壓。由於混合器被永久地設置在這些系統中，因此甚至當不噴射HC和並不需要使用它們時，混合器都會產生背壓並影響流動。其它混合器也與其它排氣後處理裝置一起結合使用。例如，SCR催化裝置頻繁地使用尿素SCR(U-SCR)催化劑，其需要在上遊噴射尿素，例如尿素水溶液到排氣流中。U-SCR催化劑和其它下遊的排氣後處理裝置的性能，耐久性和運行成本強烈地依靠噴射到排氣流中的流體的混合度和發散度。混合器也使用在這些裝置的上遊來增加噴射到排氣流中的液體的發散度和增加用於催化反應的氨水產物。甚至當尿素不被噴射也不需要使用的時候，這些混合器也會產生不需要的系統背壓和紊流。因此，迫切地需要具有所必要的混合功能同時能減少系統背壓的混合器和採用該混合器並使用混合方法的排氣後處理系統。

發明內容
在本發明的一個示範性實施例中，提供了一種用於排氣後處理系統的混合器。所述混合器包括被構造來布置在排氣後處理系統的排氣管道中、並位於排氣後處理裝置的上遊的本體部。混合器還包括布置在本體部上的、在展開位置和縮回位置之間可逆地移動的翼型部，其中翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，展開阻力大於縮回阻力，本體部和翼型部一起組成了混合器。混合器進一步包括可操作地連接到混合器的雙金屬偶，其被構造來從縮回位置向展開位置可逆地移動翼型部。
在本發明的另一個示範性實施例中，提供了一種內燃機的排氣後處理系統。所述系統包括構造來與內燃機流體連接以通過排氣管道接收來自發動機的排氣的排氣後處理裝置。所述系統還包括定位在排氣後處理裝置上遊的混合器，所述混合器包括被構造來布置在排氣管道中的本體部和布置在本體部上的、在展開位置和縮回位置之間可逆地移動的翼型部，其中翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，展開阻力大於 縮回阻力。所述系統進一步包括定位在混合器上遊的噴射器，所述噴射器被構造來噴射還原劑到排氣流中。在本發明的另一個示範性實施例中，提供了一種內燃機的排氣後處理系統的運行方法。所述方法包括，布置混合器到排氣後處理系統的排氣管道中，所述混合器包括被構造來布置在排氣管道中的本體部，包含活性材料的翼型部被布置在本體部上，在活性材料的激活下，其可逆地在展開位置和縮回位置之間移動。在展開位置，翼型部提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了縮回阻力，其中展開阻力大於縮回阻力。所述方法還包括運行內燃機來在排氣管道中產生排氣流。所述方法進一步包括激活活性材料來移動翼型部到展開位置。進一步地，所述方法包括通過定位在混合器上遊的噴射器開始進入到排氣管道中的還原物質的噴射。進一步地，所述方法還包括去激活雙金屬偶活性材料來移動翼型部到縮回位置。本發明上述的特點和優點以及其它特點和優點將從下面參考相應附圖的具體描述中變得顯而易見。本發明還提供了以下方案I、一種用於排氣後處理系統的混合器，包括本體部，其被構造來布置在排氣後處理裝置上遊的排氣後處理系統的排氣管道中；翼型部，其布置在本體部上並可在展開位置和縮回位置之間可逆地移動，其中所述翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，所述展開阻力大於所述縮回阻力，所述本體部和翼型部包括混合器；和雙金屬偶，其可操作地連接到混合器且被構造來從所述縮回位置向所述展開位置可逆地移動所述翼型部。2、如方案I所述的混合器，其中所述雙金屬偶包括具有第一熱膨脹係數的第一金屬和具有第二熱膨脹係數的第二金屬，其中所述第一熱膨脹係數與第二熱膨脹係數是不相同的。3、如方案2所述的混合器，其中所述混合器包括布置在所述混合器上的第一金屬和第二金屬來形成第一金屬和第二金屬的雙金屬偶。4、如方案3所述的混合器，其中所述第二金屬被布置在所述本體部或者翼型部上，或者布置在兩者之上，以形成雙金屬偶。5、如方案I所述的混合器，其中所述混合器包括第一金屬，所述雙金屬偶包括第二金屬和與所述第一金屬不同的第三金屬。6、如方案I所述的混合器，其中所述翼型部具有在展開位置的展開形狀和在縮回位置的縮回形狀，所述展開形狀和縮回形狀具有相同的形狀。7、如方案I所述的混合器，其中所述翼型部具有在展開位置的展開形狀和在縮回位置的縮回形狀，所述展開形狀和縮回形狀具有不相同的形狀。8、如方案7所述的混合器，其中所述展開形狀是彎曲的平面形狀，所述縮回形狀是平的平面形狀。9、如方案2所述的混合器，進一步包括與雙金屬偶可操作地相關的激活裝置，所述激活裝置被構造來與控制器信號連接，其中所述雙金屬偶被激活來通過所述激活裝置和所述控制器進行所述翼型部的移動。10、如方案I所述的混合器，其中所述混合器本體部包括帶，其具有關於混合器軸徑向延伸、周向隔開的多個葉片，所述翼型部包括多個從所述帶軸向延伸的可移動的翼型部件，所述翼型部件被構造用於在所述展開位置和縮回位置之間的移動。11、如方案I所述的混合器，其中所述帶包括多個焊接的帶節段。12、一種用於內燃機的排氣後處理系統，包括排氣後處理裝置，其被構造來與內燃機流體連接以通過排氣管道接收來自內燃機的排氣流；混合器，其定位在所述排氣後處理裝置上遊的排氣管道中，所述混合器包括被構造來布置在所述排氣管道中的本體部，還包括布置在本體部上的、在展開位置和縮回位置之間可逆地移動的翼型部，其中翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，展開阻力大於縮回阻力；和噴射器，其定位在混合器上遊，所述噴射器被構造來噴射還原劑到排氣流中。13、如方案12所述的排氣後處理系統，其中所述混合器包括活性材料，其被構造用於激活和所述翼型部在所述展開位置和縮回位置之間的可逆移動。14、如方案13所述的排氣後處理系統，其中所述活性材料包括雙向形狀記憶合金。15、如方案13所述的排氣後處理系統，進一步包括位於所述混合器上遊的氧化催化劑，其中所述氧化催化劑被構造來提供所述活性材料的激活。16、如方案13所述的排氣後處理系統，進一步包括可操作地耦合到活性材料的激活裝置，所述激活裝置構造來與控制器信號通信，其中所述激活裝置和控制器提供所述活性材料的激活。17、一種內燃機的排氣後處理系統的運行方法，包括布置混合器到排氣後處理系統的排氣管道中，所述混合器包括被構造來布置在排氣管道中的本體部，以及包含活性材料的翼型部，其被布置在本體部上，並通過活性材料的激活，所述翼型部可逆地在展開位置和縮回位置之間可移動，其中所述翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了縮回阻力，其中所述展開阻力大於所述縮回阻力；運行內燃機來在排氣管道中產生排氣流；激活活性材料來移動翼型部到展開位置；通過定位在混合器上遊的噴射器開始進入到排氣管道中的還原材料的噴射；終止所述還原材料的噴射；以及去激活所述活性材料來移動翼型部到縮回位置。18、如方案17所述的方法，其中激活所述活性材料包括當所述混合器被加熱到預、定溫度時，通過開始所述活性材料內從第一相到第二相的相變而導致的被動激活，其中去激活所述活性材料包括當混合器被冷卻到預定溫度之下時，通過開始所述活性材料內從第二相到第一相的逆相變而導致的被動去激活。19、如方案17所述的方法，其中所述排氣後處理系統進一步包括激活裝置和控制器，所述激活裝置可操作地偶合到活性材料並被構造來與所述控制器信號通信，其中通過從所述控制器到所述激活裝置的信號通信完成激活和去激活所述活性材料。20、如方案19所述的方法，其中激活所述活性材料包括
提供加熱信號到所述激活裝置；和加熱所述活性材料到預定的溫度以開始所述活性材料內從第一相到第二相的相變；其中去激活所述活性材料包括從所述激活裝置中移除加熱信號；和當所述混合器被冷卻到預定溫度之下時，冷卻所述活性材料以開始所述活性材料內從第二相到第一相的逆相變。


圖I是本發明處於展開位置的混合器的示範性實施例的示意圖；圖2是圖I中的混合器的側視圖；圖3是圖I中的混合器的頂視圖；圖3B是圖I中的混合器處於收縮位置的頂視圖；圖4是圖3A中的混合器沿4-4截面的截面圖；圖5是圖3B中的混合器沿5-5截面的截面圖；圖6是本發明具有混合器的排氣後處理系統的示範性實施例的示意圖；圖7是本發明使用排氣後處理系統和混合器的示範性方法的流程圖；圖8是可以用來形成本發明的混合器的一部分的合金片的示範性實施例的正視圖；圖9是由圖8中的合金片形成的混合器的示範性實施例的正視圖；圖10是圖9中的混合器沿著截面10-10的截面圖，其示出了本發明示範性實施例的雙金屬偶。圖11是圖13中的混合器沿著11-11截面的截面圖，其示出了本發明第二示範性實施例的雙金屬偶。圖12是可以用來形成本發明的混合器的一部分的合金片的第二示範性實施例的正視圖；圖13是由圖12中的合金片形成的混合器的一部分的示範性實施例的正視圖；其它目的，特徵，優點和細節，僅通過例子的方式體現在下面實施例的具體描述中，所述參考附圖的具體描述如下。
具體實施例方式參考圖1-6，根據本發明示範性的實施例，揭示了一種用於內燃機12的排氣後處理系統10的混合器100。混合器100被構造來布置在排氣處理系統10的排氣管道14內。其可以以任意合適的方式布置在排氣管道14內。這可以包括所有形式的固定連接件，例如各種類型的焊接，或者可拆卸連接件，包括各種螺紋緊固件，夾子，夾板，彈簧偏壓件，過盈配合件或其它可拆卸的連接件，或者它們的組合。混合器100在發動機12和排氣後處理系統10的運行期間被重構以改變靠近混合器100的排氣管道14中的排氣流16的本質，並改變在所述流體中的紊流的擾動程度或者總量。混合器100可以被重構來增加更多的紊流與上遊噴射的反應流體例如HC或者尿素一起 到排氣管道14和排氣流16中，以增加或者增強反應流體混合到所述流體中。混合器100隨後可以被重構來在其它運行條件下增加較少的紊流，例如當反應流體不被噴射到排氣管道14和排氣流16中時。混合器100可以被布置在任意合適的排氣後處理系統15的上遊，包括氧化催化裝置(OC) 18，32，選擇性催化還原催化裝置(SCR) 22或者顆粒過濾器裝置(PF) 28。混合器100可以優選地被布置在反應流體噴射器例如還原劑噴射器26或者HC噴射器38的下遊，以增加反應流體與在排氣管道14中的排氣流16的混合，並增強在排氣後處理裝置15下遊的流體的化學反應。然而這只是混合器100的一個有用的結構，所述混合器還可以被布置在排氣系統10中的任意合適的位置來增加排氣流16的紊流或者混合。混合器100包括混合器本體部102,其被構造來布置在排氣系統10的排氣後處理裝置15上遊的排氣管道14內。混合器100也包括翼型部分104，其被布置在本體部102上且可逆地在展開位置106 (圖3A，4)和縮回位置108 (圖3B，5)之間移動。本體部102可以具有任意合適的形狀或大小，且可以在其中包括延長的帶110。帶110可以是連續的帶，例如形成所述帶成封閉的形式，例如圓柱的形式，其允許連接所述帶110的第一端112到第二端114(圖9)。在第一端112不連接到第二端114處，帶110也可以是具有形狀和尺寸的不連續的帶110，例如具有曲率半徑大於圓柱形的排氣管道14的、圓柱形的帶，其中所述帶110可以被壓縮來減小位於所述管道下方的曲率半徑以將所述帶插入到所述管道中，並因為過盈布置或者基於插入而彈性地開口。帶110也可以包括多個具有相應的、且可以被任意合適的連接方式，包括焊接的方式相互連接(如圖1-5所示)的端部118，120的帶部件116。帶部件116可以具有任意合適的形式並可以具有多個相同或者不同的形狀。如圖1-3B所示，當被相互連接時，帶部件116可以被構造來提供任意需要的帶110形狀。在圖1-3B所示的示範性實施例中，帶部件116包括三葉片的形狀，其具有三個徑向延伸，周向隔開的葉片122，所述葉片被構造來通過固定或者通過混合器100的可拆卸連接布置在排氣管道14中。在圖1-6的示範性實施例中，葉片122是相同的且相對於混合器軸A等距地周向隔開(圖3A)。帶110也可以包括向內凸起的部件124，其將帶110與排氣管道14的壁126隔開使得排氣流16可以通過內部區域128和外部區域130兩者流入到管道中(圖3B)。稱之為翼型部104是因為其被構造在展開位置106 (圖1，3A和4)來改變排氣流16的方向以增加在流體中的紊流並增強所噴射的反應物質，例如所噴射的反應流體的混合度。翼型部104使用排氣流16的相對移動來提供反作用力以重新導向流體，並產生了提升和拖曳區域從而導致排氣流體16的重新導向部分相互碰撞，混合器的部件或者排氣管道14的壁126因此增加了液體紊流的流動情況和所噴射的反應性液體的混合度。排氣流16與翼型部104經過加熱的表面的碰撞同時也增加了反應性流體中相變，例如蒸發或者升華，並進一步增加了在排氣流16中的反應性流體的混合度。正如此處所使用的，排氣流16還包圍流體，滴狀，顆粒狀或者其它形式的被噴射到排氣管道14和排氣16中的反應性物質(或者各種物質)，不論所述反應性物質是否包括例如固體顆粒，液滴或者其它的非氣體成分。在展開位置106，翼型部104提供了對排氣流16的展開阻力和在排氣管道14中相應背壓。在縮回位置108，翼型部104提供對排氣流16的縮回阻力和在排氣管道14中的相關背壓，其中展開阻力和背壓大於縮回阻力和背壓。在圖1-6的示範性實施例中，翼型部104包括多個從帶110和帶部件116凸起的可反轉移動的指部。在縮回位置108，翼型部104大體上與帶110共面並從帶110軸向地延伸，展開角度(a)儘可能的小，優選地大約0°。在展開位置106，翼型部104相對於帶110成銳角展開角度(a)。任意合適的角度都可以使用。在一個示範性實施例中，銳角展開角度(a )優選地在大約30°至大約60°之間，更優選地為大約45°。在圖1_6的示範性實 施例中，翼型部104具有平的光滑表面134。在另一個實施例中，翼型部104可以具有彎曲的平面形狀，且可以或者沿著其長度(I)或者沿著其寬度(W)，或者沿著兩者彎曲(圖I)。翼型部表面134的彎曲可以相對簡單，例如通過具有沿著兩個尺寸的任一個或者兩個延伸的曲率半徑，或者可以相對複雜，例如通過具有沿著其長度和寬度的任一個或者兩者延伸的部分球狀，螺旋狀，拋物線狀，橢圓狀或者其它複雜的曲面。翼型部104和翼型表面134可以在展開位置106具有如圖4所示的展開形狀136，在縮回位置108具有如圖5所示的縮回形狀138。展開形狀136和縮回形狀138可以具有相同的形狀(例如彎曲的平面形狀)，或者可選擇地，展開形狀136可以具有一個形狀(如彎曲的平面形狀)，而縮回形狀138可以具有另一個不同的形狀(如平的平面形狀)。參考圖8-10，混合器100包括可操作地連接到混合器100上的雙金屬偶150，其被構造來可逆地移動翼型部104從圖5的縮回形狀138到圖4的展開形狀136。雙金屬偶150包括至少兩種不同的材料，例如第一材料152和第二材料154，如圖10所示，在至少一個方向例如沿著翼型部104的長度方向(I)上，它們具有不同的熱膨脹係數(CTE)(如，CTE不匹配)。儘管材料的寬度是相同的，但是CTE的不相等也可以存在於不同的方向上，例如在橫穿翼型部104的寬度(W)方向上。第一材料152和第二材料154之間的CTE不匹配導致雙金屬偶響應於溫度的改變(或者增加或者減少)彎折或者彎曲。這樣，在一個示範性實施例中，雙金屬偶150和第一材料152和第二材料154可以被選擇和形成來提供翼型部104在大氣溫度下的縮回形狀138，和在排氣後處理系統10的運行溫度下的展開形狀136。在另一個不範性實施例中，雙金屬偶150和第一材料152和第二材料154可以被選擇和形成來提供在排氣後處理系統10的第一運行溫度下的異型部104的縮回形狀138和在排氣後處理系統10的高於所述第一運行溫度的第二運行溫度下的異型部104的展開形狀136。用於形成雙金屬偶150的第一材料152和第二材料154可以是任意合適的材料，所述材料提供了所需要的CTE不匹配的總量以獲得雙金屬偶150所需要的響應和提供了翼型部104在所使用的混合器100的預定範圍的運行溫度下從縮回位置138到展開位置136的移動。第一材料152和第二材料154可以被選擇來在排氣後處理系統10的熱排氣流106中的提供良好的高溫耐腐蝕性性和耐抗氧化性。在一個示範性實施例中，可以使用高溫金屬和金屬合金，例如各種鐵基，鎳基或者鈷基的超級合金；各種鋼鐵，包括各種不鏽鋼，和特特殊的鈷基合金。第一材料152和第二材料154被連接在一起以提供一種機械偶合，這樣由於CTE不匹配造成的不同的膨脹導致它們之間相互作用從而提供了所需的彎曲和此處所描述的形狀改變。第一材料152和第二材料154可以被任意合適的連接件和連接方法所連接，包括包覆、焊接、鉚接、立樁和類似的方式。在圖10的示範性實施例中，混合器100包括第一金屬156形式的第一材料152，第二金屬158形式的第二材料被布置在混合器100中以形成包括第一金屬156和第二金屬158的雙金屬150。第二金屬158可以被布置在本體部102或者翼型部104上，或者在它們兩者上，以形成雙金屬偶150。在翼型部104上的布置如圖10所示。在如圖11所示的另一個示範性實施例中，混合器100包括第一金屬156，雙金屬偶150包括連接到與第一金屬156不同的第三金屬160上的第二金屬158,其中所述雙金屬偶150可以被布置在本體部102或者翼型部104上，或者在它們兩者上以形成雙金屬偶150。在翼型部104上的布置如圖11所示。 前驅體混合器200，或者例如可以用於形成已經搭接到翼型部104的帶部件116的前驅體混合器100的一部分可以通過衝切從雙金屬偶150的合金塊中切除，以形成如圖19和13所示的形狀。前驅體混合器200或者混合器100的一部分例如帶部件116，隨後可以被形成到如圖1-6所示的多個帶部件116中，例如通過各種衝壓或者其它合適的形成混合器100的金屬形成方式。如此處所描述的，雙金屬偶150可以提供在所形成的帶部件116的之前或者之後。在另一個示範性實施例中，第三金屬160，如圖11-13所示，可以包括構造來獲得翼型部104在展開位置106和縮回位置108之間的可逆移動和激活的活性金屬。翼型部104可以完全地、或者部分地由活性金屬形成，所使用的活性金屬的總量基於，例如成本、所需要的性能而定。因為活性金屬比不鏽鋼和其它用於形成帶110或者翼型部104的其它不移動部件的適宜的耐高溫材料貴，因此在某些實施例中其優選地減小活性金屬的使用量，通過限制其使用到翼型部104的那些需要移動來形成翼型表面134或者將翼型表面從展開位置106移動到縮回位置108的部分中來實現。雙金屬偶150隨後可以被構造和使用，例如，在展開位置，沿著翼型部104的長度「L」和寬度「W」影響其曲率以在展開位置106獲得展開形狀136，和在縮回位置獲得縮回形狀138。活性材料可以包括雙向形狀記憶合金(SMA)。形狀記憶合金展現的獨特特性在於這些特性典型地不存在於其它金屬中。形狀記憶效應(SME)在當金屬處於冷態並受到彎曲、加壓、剪切、或者拉伸變形而第一次劇烈地形變時展現。累積的應力可以隨後通過提升溫度到允許其恢復到在熱態中的形成的原始形狀的變形溫度之上而被移除。通過這種方式，材料就像是「記住」 了其原始形狀。展現單向形狀記憶效應的形狀記憶合金在其返回冷態時並不恢復到形變後的形狀。在冷態時，任何所需要的變形都應當是應力誘發的。內在的顯微結構上的效應是基於在冷態下的應力感應的去孿生(形變)，和溫度感應下的馬氏體-奧氏體相變(形狀恢復)。可選擇地，SMA的另一個主要特性，超級彈性，使得這些材料發生在應力感應下的熱態中的奧氏體-馬氏體相變而變形。在拉伸中，線性的應力-應變曲線被維持奧氏體材料形變直到馬氏體變化。應變隨後在恆定的應力下增加(如,應力-應變曲線達到平衡)，直到所有的材料都變成馬氏體。所述材料在應力被釋放時恢復其形狀從而獲得了可逆的相變。注意，冷態和熱態是相對於轉變溫度而言的，且可以被配置到特定的應用中，包括暴露在排氣後處理系統10的運行溫度中。某些SMA例如Ni-Ti合金的另一個優點是，它們的耐腐蝕度高於其它典型地用做混合器的金屬。形狀記憶合金是具有至少兩種不同的基於溫度的相的合金組合物。這些相的最通常的利用是馬氏體和奧氏體相。在下面的討論中，馬氏體相通常指的是形變度大的，較低溫度的相，而奧氏體相通常指的是更為堅硬的，更高溫度下的相。當SMA在馬氏體相被加熱時，其開始轉變為奧氏體相。該現象開始時 的溫度通常稱為奧氏體開始溫度(As)。該現象完成時的溫度通常稱為奧氏體完成溫度(Af)。當SMA在 奧氏體相被冷卻時，其開始轉變為馬氏體相，該現象開始時的溫度通常稱為馬氏體開始溫度(Ms)。奧氏體完成轉變為馬氏體時的溫度被稱為馬氏體完成溫度(Mf)。應當注意的是，上述的轉變溫度是SMA樣本的應力承受下的函數。特別地，這些溫度隨著應力的增加而增加。參考前述的特性，SMA的形變優選地在奧氏體轉變溫度或者之下進行。隨後在奧氏體轉變溫度之上的加熱使得變形的形狀記憶合金樣本恢復成其恆定形狀。這樣，與SMA —起使用的合適的激活信號是具有足夠大小來引發馬氏體和奧氏體相之間的轉變的熱激活信號。奧氏體完成溫度，例如，SMA記憶了其加熱時的高溫形態的溫度，可以通過輕微的調整合金的組分和熱-機械進程而調整。在鎳-鈦型SMA中，例如，其可以從高於大約270。改變到低於大約100。。形狀恢復過程可以在僅僅幾度的範圍內進行或者說呈現一種更逐步變化的恢復。轉變的完成或者開始可以控制在1°或者2°，這取決於所需要的應用和合金的組分。SMA的機械特性在生成它們形變的、提供形狀記憶效應，超級彈性效應和高減震能力的溫度範圍上劇烈的變化。例如，在馬氏體相就觀察到比在奧氏體相低的彈性模量。馬氏體相的形狀記憶合金通過在所施加的應力下的晶體結構的重新排列布置可以承受很大的形變。在應力被移除後，材料將保持該形狀。如上所述，形狀恢復發生在當SMA承受形變同時處於易改變的低溫相併隨後遇到比轉變溫度大的熱量(如，奧氏體完成溫度)時。恢復應力可以超過400MPa(60，OOOpsi)。對於單次的恢復循環，可恢復的應變力大約為8% (對於銅SM，大約為4% -5% )並且隨著循環次數的增加大致上降低。SMA可以是任意合適的形狀，例如此處描述的帶狀，片狀或者條狀，但是其它形狀的使用並非排除在外。具體的形狀和組份並非限制性的。合適的SMA材料包括，但是非限制地，鎳-鈦基合金，銅基合金(如，銅-鋅合金，銅-鋁合金，銅-金，和銅-錫合金)，金鎘基合金，銀-鎘基合金，銦-鎘基合金，錳-銅基合金，鐵-鋁基合金，鐵-鈀基合金，或者類似的合金。所述合金可以是二元的，三元的或者更高序列的合金只要所述合金展現形狀記憶效應(如，形狀、定向，屈服強度，彎曲模量，減震性能，超級彈性，和/或相似特性的改變)。合適的SMA的選擇基於混合器100工作於其中的排氣後處理系統10的溫度範圍。在一個示範性實施例中，SMA包括鎳鈦合金。雙向形狀記憶訓練過程可以通過傳統的SME訓練或S頂訓練實現。在SME訓練中，樣本被冷卻在Mf以下並被彎曲到所需要的形狀。其隨後被加熱到高於Af的溫度並允許自由地展現奧氏體形狀。所述過程重複20-30次後完成訓練。樣本此時基於Mf以下的冷卻呈現其預定的形狀並當被加熱到Af以上時呈現其奧氏體形狀。在S頂訓練中，樣本僅在Ms之上被彎曲以進行優選的加壓下的奧氏體的變形，隨後被冷卻到Mf溫度下。基於隨後被加熱到Af溫度之上，所述樣本恢復到其原始的奧氏體形狀。該過程被重複20-30次。
在示範性實施例中，縮回位置108和縮回形狀138可以是當SMA低於Mf時翼型部104和翼型表面134所呈現的預定的形狀和位置，而展開位置106和展開形狀136可以是當SMA被加熱到Af之上時翼型部104和翼型表面134所呈現的預定的形狀和位置。現在參考圖6，本發明的示範性實施例涉及一種排氣後處理系統，大體如標記10所示，以進行內燃機12排放的受限制排氣汙染物的還原反應。發動機12可以包括任意的內燃機，包括那些使用汽油，柴油，生物柴油，天然氣或者其它碳氫燃料的內燃機。這類內燃機可以包括，但非限制性的，汽油直噴系統和均質壓縮點火發動機系統。可以包括幾個節段的排氣管道14起到了從內燃機12運送排氣16到排氣後處理系統10的各類排氣後處理裝置15的功能。此處涉及的在排氣管道14內的混合器100的布置包括將其布置在排氣管道14中，同時布置在任意一個與排氣流16流體連接的排氣後處理裝置15中。排氣後處理裝置15可以包括第一氧化催化裝置(OCl) 18。OCl可以被形成成具有與排氣管道14連體連通的進口和出口的、被堅硬的外殼或罐21封裝的流通金屬或者陶瓷單塊基體20。所述基體20具有布置於其中的氧化催化劑混合物(未示出)。氧化催化劑混合物可以被應用成載體塗料且可以包括鉬族金屬，例如鉬(Pt)，鈀(Pd)，銫(Rh)，或者其它合適的氧化性催化劑，或者它們的組合。OCl 18對於處理未燃的汽油和非揮發性的HC和CO是有效的，它們在放熱反應中被氧化成二氧化碳和水。在圖6的示範性實施例中，OCl 18被設置在混合器100的上遊且可以被形成來提供排氣流16的溫度的升高和雙金屬偶150的如有採用時的活性材料的熱激活，因此引發翼型部104從縮回位置108移動到展開位置106。SCR催化裝置22被布置在OCl 18的下遊且可以被構造成具有與排氣管道14連體連通的進口和出口的、被堅硬的外殼或者罐25封裝的流通金屬或者陶瓷單塊基體24。所述基體24具有應用於其中的NOx還原催化劑組分，例如SCR催化劑組分(未示出)。SCR催化劑組分優選地包括沸石或者一種或多種基金屬組分例如鐵(Fe)，鈷(Co)，銅(Cu)或者釩(V)，它們在還原劑23例如氨水(NH3)存在的情況下有效地運行以轉化在排氣流16中的NOx成份。順3可以在排氣後處理系統10中，通過還原劑例如氨水的熱分解而產生。SCR催化劑混合物優選地能阻止HC的吸收和中毒，正如已經示出的某些銅基的催化劑混合物。從還原劑供給箱19通過管道17輸送的NH3還原劑23，被與排氣管道14流體連接的以還原劑噴射器26的形式存在的還原劑噴射器噴射到位於SCR催化裝置22上遊的排氣管道14內，或者以其它合適的方法輸送還原劑到排氣流16中。NH3還原劑23可以是氣體，液體或者尿素水溶液的形式且可以在還原劑噴射器26中與空氣混合以添加到噴射流的散布中。在示範性實施例中，排氣過濾裝置，在該例子中為PF裝置28被定位到排氣後處理系統10的內部，而位於SCR催化裝置22的下遊，其被操作來過濾排氣流16中的碳和其它排氣塵土顆粒。PF裝置28可以被形成成具有與排氣管道14連體連通的進口和出口的、被堅硬，耐熱的外殼或者罐31封裝的陶瓷壁流整體式排氣過濾器30。進入到排氣過濾器30的排氣流16被受迫遷移通過多孔的，鄰近延伸的壁面，通過這種機械方式排氣中的碳和其它顆粒物被過濾掉。過濾掉的顆粒物存積在排氣過濾器30的內部。應當理解的是陶瓷壁流式整體排氣過濾器30本質上僅僅是示範性的，PF裝置28可以包括其它過濾器裝置例如纏繞或封裝的纖維過濾器，開孔泡沫塑料，燒結金屬纖維，等。在示範性實施例中，由於顆粒物質的累積引起的排氣被壓的增加需要PF裝置28、被周期性地清潔或再生。再生包括在典型的高溫環境(> 600° )下氧化或者燃燒所積累的碳和其它顆粒物。出於再生的目的，第二氧化催化裝置(OC2)被布置在PF裝置28的上遊，位於PF轉子和SCR催化裝置22之間。OC2 32可以定位在獨立的罐35中，如圖6所示，或者可以被布置在PF罐31中(未示出)。與OCl 18相同，0C2 32可以包括被當加熱時會膨脹來保護和隔絕罐35內的基體34的發泡墊(未示出)所包覆的流通金屬或者陶瓷整體式基體34。基體34具有氧化催化劑混合物(未示出)布置於其中。OC混合物可以被應用程載體塗料且可以包括鉬族金屬 例如鉬(Pt)，鈀(Pd)，銫(Rh)，或者其它合適的氧化催化齊U，或者它們的組合。如圖6所示，布置在OCl 18的上遊，與排氣管道14中的排氣流16相流體連接的是HC或者燃料噴射器38。通過流體管道44與燃料供給箱42中的HC供給40相流體連接的燃料噴射器38被構造來引導未燃的HC46進入到OCl 18的上遊的排氣中。控制器，例如車輛或者發動機控制器48可操作地採用多個傳感器通過信號連通連接到並監測排氣後處理系統10。如此處所使用的，術語控制器可以包括專用集成電路(ASIC)，電路，處理器(共用，專用或者集成)和運行一個或多個軟體或者軟體包程序的的內存，混合邏輯電路，和/或其它合適的組件以提供所需的功能。在示範性實施例中，背壓傳感器50，定位在PF這種28的上遊，產生了指示存積在陶瓷壁流整體式排氣過濾器30上的碳或者顆粒物的信號。基於判定所述背壓已經達到了預定的水平，指示出需要清潔或者再生所述PF裝置28排氣過濾器30，控制器48激活燃料噴射器38以提供HC40到排氣流16中，正如所描述的。在特定的實施例中示出了，OCl 18具有一個體積和一個被充分激活來氧化噴射器38噴射的HC40的僅僅一部分的催化劑混合物加載部分。OCl 18被構造來氧化HC46的僅僅一部分，這會導致SCR催化裝置22上遊的排氣流16的溫度的增加到SCR催化裝置22將不能吸收以未氧化狀態通過OCl 18的未燃HC46的水平；因此避免了 SCR催化劑組分的中毒和失活性。穿過SCR催化裝置22的所噴射的HC 46的剩餘部分被混合器100完全地混合到排氣流16中。緊接著其從SCR催化裝置22的排出，HC/排氣混合物進入到0C2 32中，在這裡，所噴射的HC40的剩餘的未然部分在其進入到PF裝置28之前被氧化。在示範性實施例中，0C2 32加載一個充分激活的催化劑混合物來氧化燃料噴射器38噴射的、但是已經穿過OCl 18或者從OCl 18洩露通過的HC46的剩餘部分，並導致排氣流16的溫度增加一個適宜陶瓷壁流整體式排氣過濾器30中的碳或者顆粒物質的燃燒的溫度。控制器48可以通過溫度傳感器52監測陶瓷壁流整體式排氣過濾器30中的排氣流的溫度，和通過溫度傳感器54監測位於OCl 18上遊的排氣的溫度，並調節燃料噴射器38的HC輸送率來維持所需要的溫度，正如所提示的。混合器100的雙金屬偶150,與如果使用的活性材料160 —起,可以被混合器100的與排氣流16內的溫度變化相關的溫度改變而熱激活。排氣後處理系統10和混合器100也可以選擇地被激活裝置激活，例如包含可操作地與雙金屬偶150相熱連接的電阻加熱器的熱激活裝置142。激活裝置142被構造成與發動機控制器48信號連接，其中雙金屬偶150被發動機控制器48控制的激活裝置142的運行而激活來進行翼型部104的移動。參考圖1-7, —種使用和操作內燃機12的排氣後處理系統10的方法201包括,布置210混合器100到排氣後處理系統12的排氣管道14中。混合器100包括被構造來布置在排氣管道14中的本體部102，包括雙金屬偶150 (還包括其中使用的活性材料160)的翼型部104被布置在本體部102上，在雙金屬偶150的激活下，其可逆地在展開位置106和縮回位置108之間移動。在展開位置106，翼型部104提供了對排氣流16的展開阻力，在縮回位置108提供了縮回阻力，其中展開阻力大於縮回阻力。方法201還包括220運行內燃機12來在排氣管道14中產生排氣流16。方法201進一步包括激活230雙金屬偶150來移動翼型部104到展開位置106，緊接著通過定位在混合器100上遊的噴射器26開始240進入到排氣管道14中的還原物質的噴射。進一步地，方法201包括終止250還原物質的噴射和去激活260雙金屬偶150來移動翼型部104到縮回位置108。在一個示範性實施例中，激活230雙金屬偶150包括基於當混合器100被加熱到一個預定溫度時的第一物質152和第二物質154的CTE不匹配的被動激活，其中去激活260活性材料包括通過基於當混合器 100被冷卻到預定溫度之下時的CTE不匹配的相同機制的反轉的被動去激活。在方法201的另一個示範性實施例中，排氣後處理系統10進一步包括激活裝置142和發動機控制器48，激活裝置142可操作地偶合到雙金屬偶150，且被構造來與發動機控制器48信號連接，通過從發動機控制器48到激活裝置142的信號連接完成激活230和去激活260所述活性雙金屬偶150。在另一個示範性實施例中，激活230雙金屬偶150包括提供232 —個加熱信號到激活裝置142中，和加熱234雙金屬偶150來在所述偶中提供必要的CTE以改變位置和形狀，去激活260雙金屬偶150包括從激活裝置142中移除262加熱信號，當混合器100被冷卻到預定溫度之下時，冷卻264雙金屬偶150以開始CTE不匹配的反轉。儘管本發明已經參考示範性的實施例被描述，但是本領域技術人員應當理解的是，在沒有超出本發明的範圍的情況下，各種改變都可以進行且各種等同物都可以作為其中元件的替換。另外，在沒有超出本發明本質範圍的各種教導下，各種修正都可以進行來適應特定的條件或者材料。因此，本發明並不意圖限制到執行本發明的所披露的特定實施例上，相反本發明將包括所有落入本申請範圍之內的實施例。
權利要求
1.一種用於排氣後處理系統的混合器，包括 本體部，其被構造來布置在排氣後處理裝置上遊的排氣後處理系統的排氣管道中； 翼型部，其布置在本體部上並可在展開位置和縮回位置之間可逆地移動，其中所述翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，所述展開阻力大於所述縮回阻力，所述本體部和翼型部包括混合器；和 雙金屬偶，其可操作地連接到混合器且被構造來從所述縮回位置向所述展開位置可逆地移動所述翼型部。
2.如權利要求I所述的混合器，其中所述雙金屬偶包括具有第一熱膨脹係數的第一金屬和具有第二熱膨脹係數的第二金屬，其中所述第一熱膨脹係數與第二熱膨脹係數是不相同的。
3.如權利要求2所述的混合器，其中所述混合器包括布置在所述混合器上的第一金屬和第二金屬來形成第一金屬和第二金屬的雙金屬偶。
4.如權利要求3所述的混合器，其中所述第二金屬被布置在所述本體部或者翼型部上，或者布置在兩者之上，以形成雙金屬偶。
5.如權利要求I所述的混合器，其中所述混合器包括第一金屬，所述雙金屬偶包括第二金屬和與所述第一金屬不同的第三金屬。
6.如權利要求I所述的混合器，其中所述翼型部具有在展開位置的展開形狀和在縮回位置的縮回形狀，所述展開形狀和縮回形狀具有相同的形狀。
7.如權利要求I所述的混合器，其中所述翼型部具有在展開位置的展開形狀和在縮回位置的縮回形狀，所述展開形狀和縮回形狀具有不相同的形狀。
8.如權利要求7所述的混合器，其中所述展開形狀是彎曲的平面形狀，所述縮回形狀是平的平面形狀。
9.一種用於內燃機的排氣後處理系統，包括 排氣後處理裝置，其被構造來與內燃機流體連接以通過排氣管道接收來自內燃機的排氣流； 混合器，其定位在所述排氣後處理裝置上遊的排氣管道中，所述混合器包括被構造來布置在所述排氣管道中的本體部，還包括布置在本體部上的、在展開位置和縮回位置之間可逆地移動的翼型部，其中翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，展開阻力大於縮回阻力；和 噴射器，其定位在混合器上遊，所述噴射器被構造來噴射還原劑到排氣流中。
10.一種內燃機的排氣後處理系統的運行方法，包括 布置混合器到排氣後處理系統的排氣管道中，所述混合器包括被構造來布置在排氣管道中的本體部，以及包含活性材料的翼型部，其被布置在本體部上，並通過活性材料的激活，所述翼型部可逆地在展開位置和縮回位置之間可移動，其中所述翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了縮回阻力，其中所述展開阻力大於所述縮回阻力； 運行內燃機來在排氣管道中產生排氣流； 激活活性材料來移動翼型部到展開位置； 通過定位在混合器上遊的噴射器開始進入到排氣管道中的還原材料的噴射；終止所述還原材料的噴射；以及去激活所述活性防料來移動翼型部到縮回位置。 ·
全文摘要
本發明涉及一種用於排氣後處理系統的可重構的雙金屬混合器及其使用方法。具體地，本發明揭示了一種用於排氣後處理系統的混合器。所述混合器包括被構造來布置在排氣後處理系統的排氣管道中、並位於排氣後處理裝置的上遊的本體部。混合器還包括布置在本體部上的、在展開位置和縮回位置之間可逆地移動的翼型部，其中翼型部在展開位置提供了對排氣流的展開阻力，在縮回位置提供了對排氣流的縮回阻力，展開阻力大於縮回阻力，本體部和翼型部一起組成了混合器。混合器進一步包括可操作地連接到混合器的雙金屬偶，其被構造來從縮回位置向展開位置可逆地移動翼型部。
文檔編號F01N3/24GK102748112SQ201210234658
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者P·迪馬蒂諾, Y·苗 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司