用於向排氣後處理系統傳送高度霧化的柴油排氣處理液的系統、方法和裝置的製作方法
2023-06-17 23:15:46 1
專利名稱：用於向排氣後處理系統傳送高度霧化的柴油排氣處理液的系統、方法和裝置的製作方法
用於向排氣後處理系統傳送高度霧化的柴油排氣處理液的系統、方法和裝置相關串請
本申請涉及並要求2010年9月23日提交的名稱為「SYSTEM, METHOD, ANDAPPARATUS FOR DELIVERING HIGHLY ATOMIZED DIESEL EXHAUST FLUID TO AN EXHAUSTAFTERTREATMENT SYSTEM(用於向排氣後處理系統傳送高度霧化的柴油排氣處理液的系統、方法和裝置)」系列號為61/385，888的美國臨時專利申請的利益，還涉及2011年9月23 日提交的名稱為 「SYSTEM, METHOD, AND APPARATUS FOR DELIVERING HIGHLY ATOMIZEDDIESEL EXHAUST FLUID TO AN EXHAUST AFTERTREATMENT SYSTEM(用於向排氣後處理系統傳送高度霧化的柴油排氣處理液的系統、方法和裝置)」申請號為13/243，096的美國專利申請，這兩個文件通過引用以全文的方式併入本文用於所有目的。
背景技術：
世界許多區域的排放標準已引入利用內燃機後處理系統的需求。示例性系統使用柴油排氣處理液(DEF)例如噴射到發動機排氣流中的尿素-水溶液，在存在適當的選擇的催化劑時，DEF與排氣流中的NOx反應，以通過還原反應消除部分N0X。DEF的使用對於還原NOx是有效的，但具有幾個缺陷。DEF在寒冷的周圍環境下會凍結，從而在發動機起動後導致長的延遲時間直到後處理系統完全起作用以還原排放物。DEF流體必須在排氣處理液中被霧化成非常小的液滴以支持DEF的蒸發，以及在可實施的情況下進一步支持尿素分解成氨。確保霧化的特定系統包括DEF噴射系統中的空氣輔助裝置。適當設計的空氣輔助裝置在確保DEF在排氣流中完全被霧化是有效的。但是，空氣和DEF之間的接觸，特別是在流體溫度低的情況下，會導致DEF的成分在噴射器上、流動管內或系統的其他區域中的結晶，這導致次優性能或系統故障。在DEF的成分結晶發生時，在不執行全方位維修事件的情況下檢測和處理結晶狀況可能是非常困難的。
發明內容
一個實施例是用於向內燃機的後處理系統提供高度霧化的尿素-水混合物的獨特裝置。進一步的實施例、形式、目的、特徵、優點、方面和益處根據下面的描述和附圖將變得顯而易見。
圖1是使用車輛空氣供給裝置的空氣輔助配給系統的示意性方塊圖。圖2是使用獨立空氣供給裝置的空氣輔助配給系統的示意性方塊圖。圖3描述了示例性混合室。圖4描述了另一個示例性混合室的剖面圖。圖5描述了頂蓋被移除的配給模塊的封裝示例。圖6描述了底蓋示出為分離的配給組件的封裝示例的另一個示圖。
圖7A描述了用於配給組件的外殼。圖7B描述了與安裝頭接合配給組件的外殼。圖8描述了底蓋示出為分離的封裝示例的另一個示圖，並示出了冷卻劑流動路徑。圖9描述了用於排氣處理液噴射的示例性噴嘴。圖10描述的示例性配給器和現有技術的配給器的對比。圖11描述了凸起安裝的配給器和中心線安裝的配給器的對比模擬數據。圖12描述了組裝後的示例性配給組件的封裝件。
具體實施例方式為了促進對本發明原理的理解，現在將參考在附圖中示出的實施例並且將使用特定的語言來描述本發明的原理。儘管如此，應該理解的是不因此意圖限制本發明的範圍，任何在示出的實施例中進行的改變和進一步修改以及如與本發明相關的技術領域的技術人員會通常想到的其中所示出的本發明原理的任何進一步應用在本文中都是可以預想的。參見如圖1，系統100包括柱形混合室102，具有兩個入口 108，112和一個出口104。如本文中所使用的，柱形描述了具有細長截面形狀的腔室。示例性柱形混合室是圓柱形混合室，儘管其他截面形狀或各截面形狀的組合在本文都是可以預想的。出口 104流體連接於輸送管線106。系統100進一步包括輸送管線106下遊的噴嘴116。噴嘴116流體連接於內燃機的排氣流(未示出)。圖1中的噴嘴116示意性地示出。參照圖9，示例性噴嘴116示出為具有噴射孔902。柴油排氣處理液(DEF)和空氣(或其他支持氣體)的混合流體流從輸送管線106接收並通過孔902噴射到排氣流中。本文包括DEF的描述是指任何包括尿素的流體，而不管是應用於相關的柴油發動機或應用於使用尿素-水流體混合物的任何其他處理系統。返回圖1，入口中的第一入口 108流體連接於DEF流110。在圖1的示例中，DEF流110從DEF箱122引入系統100，並通過泵120提供至混合室102，DEF箱122可以包括篩或其他裝置。示例性的泵120是隔膜泵，儘管與DEF兼容的任意類型的泵120在本文中都是可以預想的。第二入口 112流體連接於空氣流114。 DEF流110與空氣流114以離散角相交。示例性的離散角是直角(即90度或基本上類似角度)。仍能提供足夠霧化的其他陡斜角度在本文中都是可以預想的。參見圖3，示出了閉合的示例性混合室102。接收空氣流的第二入口 112和接收DEF流的第一入口 108具有由是離散角的角302分開的中心線。在圖3的示例中，離散角是直角。DEF流與混合室102成一直線，而空氣流垂直於混合室102。在一些進一步的實施例中，系統100包括在具有至少5mm長度的孔內終止於柱形混合室102的空氣流114。參見圖4，孔402設置在第二入口 112處。孔402設置為至少5_長。在一些實施例中，孔402具有的直徑尺寸定為提供以設計空氣流速的期望空氣流速。示例性系統100包括能夠向空氣流提供足夠的空氣流量以使孔402內空氣流的空氣速度至少為47m/sec的空氣源。在一些實施例中，系統100包括在孔上遊的位置處設置在空氣流中的止回閥。附加地或可選地，空氣源可以是車輛空氣供給裝置118或專用空氣泵。參見圖2，獨立空氣供應裝置202包括向系統100提供專用空氣用於空氣流114的空氣泵。示例性的系統100進一步包括熱連接於DEF流110的冷卻劑腔。冷卻劑腔可以構建成接收發動冷卻劑。在一些實施例中，冷卻劑腔由連接至配給組件的外殼壁形成。參見圖8，底蓋602 (外殼壁)連接至配給組件800以在其中形成用於冷卻劑流動路徑802的腔室。底蓋602的連接機構包括緊固件、振動焊接或超聲波焊接。焊接的使用消除了彈性體密封件或墊片的需要，並且提供用於無洩露冷卻劑室以抵抗振動和老化。冷卻劑沿第一冷卻劑入口 504和第一冷卻劑出口 502而行或沿第二冷卻劑入口 702和第二冷卻劑出口 704而行。多個冷卻劑入口和出口設置用於多種安裝選擇方案。未處於使用的冷卻劑入口和出口可以被密封或不呈現。在一些實施例中，系統100包括旁通管線130，其可用作多項功能中的任一或所有功能。旁通管線130可以防止泵120超壓，提供加熱機構(例如在旁通管線130上的加熱器在旁通管線130再循環時加熱DEF流110)，和/或旁通線路130提供用於改善從冷卻劑室向DEF流110的熱傳輸的流體移動(參見圖8)。本文預想的系統進一步的實施例在下面進行描述。參見圖1，示出了用於向內燃機的排氣流傳送DEF的系統100的示意圖。系統100包括空氣源118。在圖1的示例中，空氣源118是車輛空氣供給裝置118，例如車載空氣壓縮機箱或其他供給裝置。空氣源118包括壓力調節器，粒子篩和/或網，以及常閉的閘閥。進一步在圖1中，配給組件設置在外殼內，配給組件具有空氣流114和DEF流110。空氣流114穿過止回閥(例如單向閥)並以90度角或以基本上90度角與DEF流110相會。在一些實施例中，DEF流和空氣流之間的相交角可以變化。配給模塊包括柱形混合室102。相對於鐘形或以其他方式張開的混合室，柱形混合室102的使用減少了混合流體在混合室102中的停留時間。減少的停留時間減少了 DEF的局部部分可能幹燥並形成活性DEF成分例如尿素或部分反應的尿素成分的結晶。柱形混合室102還減少或消除了混合室內的任何渦流或回流，這些會導致混合室102內活性DEF成分的結晶也是公知的。配給組件進一步包括DEF流110。DEF流110接收來自DEF箱122的DEF，DEF箱包括顆粒過濾器。配給組件進一步包括在DEF入口上的附加的篩，以及在配給泵120之前DEF流中設置的止回閥。雖然在示圖中的配給泵120是隔膜泵，但是可以是在配給組件中存在的溫度下可與DEF流體兼容的任何類型的泵。配給組件可以包括位於泵120下遊的止回泵(未示出)。在一些實施例中，配給組件進一步包括與DEF流110成直線的脈動消除器124以及精細過濾器132 (例如10微米)。配給組件進一步包括向混合室102提供加壓的DEF的配壓閥(未示出)。圖1的示例包括在空氣流114上的壓力傳感器140，其可以用於空氣壓力的反饋控制中和/或其可以用於確定所需的DEF流壓力和/或流速以在輸送管線106中實現期望的DEF流速。圖1中的示例進一步包括DEF流110上的壓力傳感器138和/或溫度傳感器136。DEF流110上的壓力傳感器138和/或溫度傳感器136可以用於診斷以控制DEF泵120、控制配壓閥，或者用於本領域可理解的任何其他用途。配給組件可以進一步包括尿素質量傳感器(未示出)。示出和描述的特定傳感器是可選的，並且可以再定位或被排除。混合室102向噴嘴116的下遊提供混合的空氣和DEF。噴嘴116在DEF應用於排氣流中的地方上遊的位置處流體連接至內燃機的排氣流。示例性系統包括選擇性催化還原(SCR)元件，在存在DEF的情況下其還原排氣流中大量的N0X。排出噴嘴的混合的空氣和DEF包括霧化的DEF流。在圖1中示出了至DEF入口的旁通管線130。旁通管線130包括通過控制器和/或壓力閾值可控的常閉旁通閥。旁通管線130允許用於加熱旁通流以使整個DEF流110升溫。可選地或附加地，旁通管線130允許DEF泵120以高於要求的速率的速率運行，由此保持DEF流110中的壓力以用於瞬間操作。旁通線路130的加熱通過將旁通線路130熱暴露於更熱的流，例如設置成與旁通線路130熱接觸的室內的發動機冷卻劑。在一些實施例中，電阻元件定位成與旁通線路130熱接觸並選擇地使旁通線路130升溫。參見圖2，示出了與圖1中所示系統相似的系統200的示意圖。圖2的系統200包括獨立空氣供給裝置202，其可以包括專用的空氣泵。空氣供給裝置202包括空氣入口、顆粒過濾器和在本領域理解的任意類型的空氣泵。空氣源進一步包括設置在空氣泵各側上的止回閥。在一個示例中，空氣源壓力通過使用配給組件上的壓力泵的控制器控制，其中控制器操作泵以保持特定的壓力和/或確保空氣源不超過特定壓力。可選地或附加地，空氣源壓力可以通過連續地將空氣輸送通過空氣流、混合室和噴嘴進行控制。進一步地，空氣源可以包括空氣壓力減壓閥，其被使用以控制空氣壓力或僅將空氣壓力限定到最大值。在圖1和圖2中示出了示例性的空氣源，但是本文可以預想本領域已知的或在具體車輛上可使用的任何空氣源。圖3示出了混合室102的一個示圖。混合室是柱形的並向圖3的右側排放。DEF從左側輸入並且空氣從上部輸入。空氣流與DEF流以90度角相交。圖2中的混合室102是塑料的混合室102，但是混合室102可以是在配給組件內的溫度下不與DEF流發生反應並且進一步與配給組件的溫度和振動環境兼容的任何材料。圖3中的DEF流入口包括間隔，用於雙重冗餘密封。密封包括徑向O形環和面密封O形環，並進一步包括第二組O形環。在配給組件內的任何DEF洩露都會導致尿素或配給組件內的其他DEF成分結晶，從而包括在DEF流和/或空氣流內。在配給組件內的任何結晶都會導致次優性能或失效。在混合室外面的空氣流和DEF流的混合可能導致尿素或其他DEF成分的冷卻和乾燥，也會導致結晶。在一些實施例中，配給組件內的各內部管道連接都包括徑向O形環和面密封O形環。附加地，一些實施例在一些管道連接上、在用於DEF流110的內部管道連接上和/或對於所有內部管道連接包括雙重冗餘密封。參見圖4，示出了示例性混合室。混合室包括位於上部的空氣輸入孔402。空氣輸入孔的直徑為1.5mm並且長度為5.5mm。在一些實施例中，已示出有利的是對於空氣流出口和DEF的混合點間隔開約6mm以防止來自進入的空氣流的DEF液滴並防止形成結晶。6mm可以由孔的長度形成，如圖所示，並且可以由空氣流中的止回閥的幾何形狀形成，以向從空氣流出口和DEF的混合點的流動路徑提供一些附加的長度。進一步地，空氣輸入孔和空氣流速協作以在空氣流出口和DEF的混合點之間提供最小的空氣線速度。在一些實施例中，最小線速度是約每秒47米。在圖4的示圖中，DEF從圖3的右側進入，與空氣混合，並在左側排出至輸送管線(未示出)前穿過柱形混合室。在DEF側的腔室在DEF流的連接處容納密封件，並且在配給組件的操作期間不暴露於流體。參見圖5，示出了配給組件的封裝示例500。大型部件例如泵120、混合室102和脈動消除器124的定位是舉例性的並是非限制性的。設置了冷卻劑入口 504和冷卻劑出口502。DEF流110的入口在左側，並且輸送管線106連接位於中心。在圖5的示例中空氣入口設置在配給組件的上部處。在一些實施例中，配給組件的所有內部管線連接都包括徑向和面密封O形環，並且一些連接是雙重冗餘的以防止液體洩露。參見圖6，提供了示例性封裝示例的另一個示圖600。頂蓋606包括墊片密封件並且可移除以維修或維護。底蓋602示出為與配給組件分離。在一些實施例中，底蓋602是永久固定的，並且限定腔室用於發動機冷卻劑或其他加熱機構熱暴露於DEF流110。底蓋602可以超聲波或振動焊接至配給組件，儘管用於附接蓋的其他方法在本領域是已知的。底蓋602可以完全密封配給組件的底部或者可以可連接於用於安裝或其他連接目的的適配器604。參見圖7A，示例性配給組件700示出為用於在應用時直接安裝的裸配置。配給組件包括具有在底部的接收孔以接收安裝螺栓的適配器720。在右側配給組件與安裝頭接合。參見圖7B，配給組件701附接至安裝頭708，其允許用於冷卻劑入口 702和冷卻劑出口 704的可選連接。配給組件700，701使用可選位置726用於輸送管線連接，儘管在本文中可預想配給組件上的任何位置。圖7B的實施例示出了用於提供電力和/或至配給組件701的連通的連接器706。參見圖9，示出了示例性噴嘴116。噴嘴116設置到發動機的排氣流內，並從配給組件接收DEF-空氣混合物。噴射孔902位於噴嘴116的端部，並後在一些實施例中，其設置在噴嘴116的側面上。噴射孔902的側面定位允許DEF沿軸向噴入排氣流內，而不是如側面安裝的噴嘴通常沿徑向噴射。在噴嘴116選擇性地定尺寸和定位的情況下，DEF進一步在排氣流的中心線處或附近噴射。參見圖10，僅使用DEF流體的噴射器包括在「無空氣」圖表1006中示出的結果。使用DEF-空氣混合物的噴射器包括在「空氣輔助」圖表1008中示出的結果。通過觀察拍攝的噴射圖片1002，1004，空氣輔助提供了更高質量的噴射。參見數量資料，看到空氣輔助的噴射對噴射速率更敏感，例如曲線1006在約4.0kg/hr的流速之上快速升起。儘管如此，空氣輔助噴射在測試的流速範圍內提供更小得多的液滴尺寸。更小的液滴尺寸改善向液滴內的熱傳輸、液滴的蒸發率、減少結晶的形成或副反應以及減少還原劑(例如尿素)的噴射與SCR催化劑內的還原劑或其他目標成分的可用性之間的還原時間延遲。由於SCR系統提供還原劑的實時傳送，即還原劑被噴射以滿足當前NOx還原需求，所以噴射和可用性之間的時間延遲對於避免浪費DEF、滿足NOx排放目標以及避免從SCR組件的例如氨洩露的不希望的環境事件。參見圖11，示出了側面安裝(即凸出安裝、徑向傳送)噴射器和中心線噴射器的流動結果1100。第I次運行是在第一流速(例如如通過第I次運行和第2次運行之間的ΛΡ差值所表示的)下並且第2次運行在第二流速下。比較數據1106，1108中兩個構造之間的第I次運行，顯然中間線噴射在徑向方向提供了改善的蒸發和均勻性(Π是均勻性指數)。比較在低流速下的第2次運行，再次觀察到中心線噴射的更大程度的蒸發和均勻性。圖1102，1108提供了 DEF噴射器下遊(在噴射器下遊36英寸上)DEF分布的直觀圖像。從直觀圖像1102,1104在質量上顯然的是中心線噴射提供了改善的分布均勻性。參見圖12，示出了頂蓋1202就位的封裝示例。在圖12中示出了可選的輸送管線連接106A，106B。在特定的實施例中，可能只存輸送管線連接106A，106B中的一個。在示例性實施例中頂蓋1202是可移除的，以允許操作配給組件的內部部件以進行維修或維護。
描述了周期性地清洗混合室的示例性程序。示出的操作應理解為僅是示例性的，並且操作可以組合或分開和添加或去除以及在整體或部分上重新排序，除非本文明確地相反地說明。示出的一些操作可以通過計算機在計算機可讀介質上執行電腦程式產品來實現，其中電腦程式產品包括使得計算機執行一項或多項操作或向其他裝置發出命令以執行一項或多項操作的指令。示例性程序包括確定清洗循環指數，並且響應於清洗循環指數超過清洗閾值，提供清洗程序命令。清洗循環指數可以是自從上一次清洗循環操作的時間、柱形混合室的Λ壓力值、清洗循環觸發事件的發生率和/或自從上一次清洗循環操作累計參數值。清洗循環觸發事件包括從空氣源的空氣損失(例如空氣泵故障或中斷一段時間)、柱形混合室內溫度閾值之下的溫度偏移和/或維修輸入請求。在進一步的實施例中，示例性程序包括在進行清洗操作之前確定發動機的排氣流的溫度在閾值之上。在發動機的排氣流的溫度過低的情況下，可以控制清洗程序並且一旦排氣溫度達到閾值(檢查或不檢查清洗循環指數)就執行清洗程序。示例性的排氣溫度閾值是300°C。示例性累計參數包括車輛行駛裡程、發動機運行時間、發動機產生的NOx、發動機消耗的燃料和DEF流體噴射量。與DEF成分結晶可能形成在混合室內和/或空氣輸入至混合室的孔內的長期可能性相關的任何參數可以理解為在本文是可預想的。混合室內的壓降可以與結晶形成相關。示例性程序包括通過停止DEF流、然後停止空氣流、然後使一定量的DEF流動通過柱形混合室、然後再停止DEF流、然後再繼續空氣流並且然後再繼續DEF流來執行清洗程序。示例性程序可以進一步包括，在停止DEF流之後等待第一時間段，並且然後停止空氣流。示例性程序可以進一步包括等待流動沒有空氣流的DEF流的第二時間段直到流過清洗量的DEF。示例性程序可以進一步包括等待第三時間段並再繼續空氣流的流動。示例性程序可以進一步包括等待第四時間段並然後再繼續正常的DEF流和空氣流的流動。在一些實施例中，第一時間段是5秒，第二時間段是5秒，DEF流的清洗量在10秒鐘期間0.1毫升和每秒0.1毫升持續10秒之間，第三時間段是5秒並且第四時間段是10秒。本文可以預想本領域中已知的任何時間值和流量，包括通過安排具有本文公開的益處的測試而確定為有效的那些值。描述了用於向噴射噴嘴提供DEF的另外的示例性程序。程序包括向混合室提供DEF的操作，以相對於DEF的離散角向混合室提供空氣流的操作，以及將混合室的排出物提供至與內燃機的排氣流流體連接的噴嘴的操作。示例性的離散角包括直角。在一些實施例中，提供空氣流的操作包括接入車輛空氣系統。示例性程序進一步包括提供能具有入口速度至少為47m/sec的空氣流至混合室的操作。示例性程序進一步包括將熱量從發動機冷卻劑流傳輸至DEF的操作。在一些實施例中，方法包括執行發動機冷起動並且在發動機冷起動之後在40分鐘內將DEF加熱至運行溫度。如根據上面提供的圖和文字明顯的，可以預想根據本發明的多個實施例。示例性的實施例是一種系統，包括具有兩個入口和一個出口的柱形混合室。出口流體連接至輸送管線，第一入口流體連接至柴油排氣處理液(DEF)流，並且第二入口流體連接到空氣流。DEF是包括水的溶解狀態下的流體，並進一步包括NOx還原劑例如尿素。DEF流和空氣流以90度角相交，並且系統包括位於輸送管線下遊的噴嘴。噴嘴流體連接到內燃機的排氣流。系統進一步包括在具有至少5_長度的孔內終止於柱形混合室的空氣流，或從空氣流和DEF流的相交處返回至空氣流中的止回閥的距離至少為6mm，並且系統進一步包括向空氣流提供足夠的空氣流量以使孔內的空氣流的空氣速度至少為47m/sec的空氣源。示例性系統進一步包括設置在空氣流中處於孔的上遊的一位置處的止回閥，其中空氣源包括車輛空氣源和/或專用空氣泵。示例性系統進一步包括是車輛空氣源的空氣源，並且系統進一步包括設置在空氣源和止回閥之間的空氣調節器。示例性系統進一步包括用於空氣流的內部管線連接的多個密封件以及用於DEF流的內部管線連接的多個密封件。每一個密封件包括徑向和面密封O形圈。而且，密封件中的一些、一個都沒有或所有的是雙重冗餘的。示例性系統進一步包括熱連接至DEF流的冷卻劑腔。冷卻劑腔接收發動機冷卻劑。冷卻劑腔由可以被焊接並進一步可以振動焊接和/或超聲波焊接的外殼壁形成。在一些進一步的實施例中，系統包括柔性的電阻元件，其選擇性地加熱DEF流。在一些實施例中，對於DEF流的加熱能夠將DEF流在40分鐘內從冷起動加熱至運行溫度。冷起動條件包括現有技術中已知的任何冷起動條件。示例性的冷起動條件包括冷浸溼發動機起動、其中環境溫度低於DEF凍結溫度的發動機起動、其中環境溫度低於DEF的結晶溫度的發動機起動、其中DEF流的溫度低於DEF的凍結溫度的發動機起動以及其中DEF流的溫度低於DEF的結晶溫度的發動機起動。在一些實施例中，提供了空氣輔助的、中心線或中心線附近的噴射器。噴射器向發動機的排氣流提供噴射的尿素，噴射的尿素具有的液滴特徵包括小於80微米的沙得平均直徑(SMD)、15微米-30微米的SMD、低於260微米的DV90液滴尺寸和/或小於或等於80微米的DV90液滴尺寸。在一些實施例中，系統包括在功能上執行一些操作以清洗混合室的控制器。控制器確定清洗循環指數，並且響應於清洗循環指數超過清洗閾值提供清洗程序命令。在一些實施例中，控制器進一步確定排氣流的溫度足夠高以執行清洗程序。示例性的排氣流的足夠溫度為大於300°C。示例性的清洗循環指數包括自從上一次清洗循環操作的時間、柱形混合室的Λ壓力值、清洗循環觸發事件的發生率和自從上一次清洗循環操作的累計參數值。示例性的清洗循環觸發事件包括從空氣源的空氣損失、柱形混合室內溫度閾值之下的溫度偏移和維修輸入請求。示例性累計參數值包括車輛行駛裡程、發動機運行時間、發動機產生的Ν0Χ、&動機消耗的燃料和噴射的DEF流體。示例性的方法包括使用具有控制器的系統，並且響應於清洗程序命令，按順序執行:停止DEF流，在第一時間段之後停止空氣流，在第二時間段之後使沒有空氣流的DEF流流動直到流過了清洗量的DEF，在第三時間段之後再繼續空氣流的流動，並且在第一時間段之後再繼續DEF流和空氣流的正常流動。另一個示例性方法包括:響應於清洗程序命令，按順序執行:停止DEF流，停止空氣流，使一定量的DEF流動通過柱形混合室，停止DEF流，再繼續空氣流並且再繼續DEF流。另一個示例性實施例是向內燃機的排氣流提供DEF的方法。方法包括:確定DEF目標配給量，確定響應於目標配給量在離散時間窗期間的DEF配給量，並響應於離散時間窗期間的配給量提供二進位配壓閥命令。二進位配壓閥命令包括接通時間命令和斷開時間命令、佔空比或者二進位配壓閥響應於命令的其他接通-斷開類型的命令。二進位配壓閥命令可選地或附加地響應於DEF源的壓力和混合室的壓力而提供。混合室從DEF供給裝置通過配壓閥接收DEF並且進一步從空氣源接收空氣。示例性方法進一步包括減小高目標配給量的離散時間窗的尺寸並增大低目標配給量的離散時間窗的尺寸。高目標配給量和低目標配給量之間的示例性邊界包括0.1毫升/秒。示例性增加的離散時間窗尺寸為I秒並且示例性減小的離散時間窗尺寸為1/3秒.在一些實施例中，方法包括控制在配壓閥上遊側觀測的DEF源的壓力。示例性方法包括確定混合室的壓力作為DEF源的壓力、空氣源的壓力、混合室下遊輸送管線內的壓降、輸送管線下遊噴嘴內的壓降以及配給量的函數。可選地，示例性方法包括將混合室的壓力估計為空氣源的壓力。示例性方法進一步包括提供混合室下遊的輸送管線、輸送管線下遊的噴嘴，並且通過內燃機排氣流的中心線處的噴嘴噴射配給量的DEF。另一個示例性方法包括通過噴嘴將配給量的DEF軸向地噴射到內燃機排氣流內。另外一組實施例是包括具有兩個入口和一個出口的柱形混合室的系統。出口流體連接至輸送管線，入口中的第一個入口流體連接至柴油排氣處理液(DEF)流，並且第二入口流體連接至空氣流。DEF流與空氣流以離散角相交。示例性的離散角為直角(即90度或基本類似的角度)。仍能提供足夠霧化的其他陡斜角度在本文是可以預想的。系統包括輸送管線下遊的噴嘴，其中噴嘴流體連接至內燃機的排氣流。在進一步的一些實施例中，系統包括在具有至少5_長度的孔內終止於柱形混合室的空氣流。示例性系統進一步包括能夠向空氣流提供足夠的空氣流量以使孔內的空氣流的空氣速度至少為47m/sec的空氣源。在一些實施例中，系統包括設置在空氣流中處於孔的上遊的一位置處的止回閥。附加地或可選地，空氣源可以是車輛空氣源或專用空氣泵。示例性系統進一步包括熱連接至DEF流的冷卻劑腔。冷卻劑腔可以構造成接收發動機冷卻劑。在一些實施例中，冷卻劑腔由連接至配給組件的外殼壁形成。外殼壁的連接機構包括緊固件、振動焊接或超聲波焊接。在一些實施例中，連接機構不包括設置在外殼壁和配給組件之間的彈性體元件。在一些實施例中，系統包括用於將DEF流在40分鐘內從冷起動加熱至運行溫度的裝置。用於加熱DEF流的方式非限定地包括循環發動機冷卻劑通過與至少一部分DEF流熱接觸的腔室，提供與至少一部分DEF流熱接觸的電阻加熱元件，以及與配給組件外殼的壁接觸地循環發動機冷卻劑由此加熱配給組件。在一些實施例中，冷起動表示的條件包括:冷浸溼發動機起動、其中環境溫度低於DEF凍結溫度的發動機起動、其中環境溫度低於DEF的結晶溫度的發動機起動、其中DEF流的溫度低於DEF的凍結溫度的發動機起動和/或其中DEF流的溫度低於DEF的結晶溫度的發動機起動。在一些實施例中，系統包括向排氣流提供具有選擇的液滴特徵的噴射的尿素的裝置。選擇的液滴特徵包括小於80微米的沙得平均直徑(SMD)、15微米-30微米的SMDjg於260微米的DV90液滴尺寸和/或小於或等於80微米的DV90液滴尺寸。用於提供選擇的液滴特徵的方式非限制地包括:以分散的角度接觸空氣和DEF並且向噴射噴嘴提供混合流；將以流速至少為47米/秒行進的空氣和DEF以離散角接觸並向噴射噴嘴提供混合流；將空氣和DEF以直角接觸並向向噴射噴嘴提供混合流；將在長度至少為5_的孔內流動的空氣和DEF以離散角接觸並向噴射噴嘴提供混合流；將混合的DEF-空氣流在與排氣流的徑向邊緣偏離的位置噴射至內燃機的排氣流內；將混合的DEF-空氣流在排氣流的徑向中心附近的位置處或在排氣流的徑向中心處噴射至內燃機的排氣流內；將混合的DEF-空氣流通過面向排氣流下遊方向的一個或多個噴嘴孔噴射至內燃機的排氣流內；以及用於提供選擇的液滴特徵的所述方式的任意組合。另一組實施例是一種方法，包括:向混合室提供柴油排氣處理液(DEF)，以相對於DEF的離散角向混合室提供空氣流，並向與內燃機的排氣流流體連接的噴嘴提供混合室的排出物。示例性的離散角包括直角。在一些實施例中，提供空氣流包括接入車輛空氣系統。示例性方法進一步包括提供空氣流能夠具有至少47米/秒的至混合室的入口速度。不例性方法進一步包括從發動機冷卻劑流向DEF傳輸熱量。在一些實施例中，方法包括執行發動機冷起動並在發動機冷起動之後在40分鐘內將DEF加熱至運行溫度。另一組示例性實施例包括一種裝置，包括具有兩個入口和一個出口的柱形混合室，其中出口適於連接到輸送管線，其中第一入口適於流體連接至柴油排氣處理液(DEF)流，並且其中第二入口適於流體連接至空氣流。裝置進一步包括DEF流入口，其包括具有長度至少為6 (5)_的孔。裝置進一步包括以離散角進入混合室的空氣流輸入孔。在一些實施例中，裝置進一步包括形成混合室、兩個入口和一個出口的外殼，其中裝置進一步包括連接至外殼並且在其間形成冷卻劑室的板。冷卻劑室構造用於在冷卻劑室內的冷卻劑和DEF之間提供熱接觸。在一些實施例中，裝置包括通過超聲波焊接和振動焊接之一連接至外殼的板。儘管在附圖和前述描述中已詳細示出和描述了本發明，但是附圖和前述描述被認為是舉例性的並且在特徵上是非限定的，應理解僅一些示例性實施例被示出和描述，並且在本發明的實質內出現的所有變化和修改都是要保護的。在閱讀權利要求時，意圖是當使用「一」、「一個」、「至少一個」或「至少一部分」時，並不意圖將權利要求限制為僅一個物體，除非在權利要求中明確地表示為相反的含義。當使用語言「至少一部分」和/或「一部分」時，物體可以包括一部分和/或整個物體，除非明確地表示為相反的含義。
權利要求
1.一種系統，包括: 具有兩個入口和一個出口的柱形混合室，其中出口流體連接至輸送管線，其中第一入口流體連接至柴油排氣處理液(DEF)流，並且其中第二入口流體連接至空氣流； 其中DEF流和空氣流以離散角相交；以及 輸送管線下遊的噴嘴，其中噴嘴流體連接至內燃機的排氣流。
2.如權利要求1所述的系統，其中空氣流在具有至少5_長度的孔內終止於柱形混合室，並且系統進一步包括構造用於向空氣流提供足夠的空氣流量以使孔內空氣流的空氣速度至少為47米/秒的空氣源。
3.如權利要求1所述的系統，其中離散角是直角。
4.如權利要求2所 述的系統，進一步包括在孔的上遊的位置處設置在空氣流中的止回閥。
5.如權利要求3所述的系統，其中空氣源包括車輛空氣源和專用空氣泵之一。
6.如權利要求1所述的系統，進一步包括與DEF流熱連接的冷卻劑腔。
7.如權利要求6所述的系統，其中冷卻劑腔構造用於接收發動機冷卻劑。
8.如權利要求7所述的系統，其中冷卻劑腔由振動焊接的外殼壁和超聲波焊接的外殼壁之一形成。
9.如權利要求1所述的系統，進一步包括用於將DEF流在40分鐘內從冷起動加熱至運行溫度的裝置。
10.如權利要求9所述的系統，其中冷起動包括從由下列條件組成的各起動條件中選擇的起動條件:冷浸溼發動機起動、其中環境溫度低於DEF凍結溫度的發動機起動、其中環境溫度低於DEF的結晶溫度的發動機起動、其中DEF流的溫度低於DEF的凍結溫度的發動機起動以及其中DEF流的溫度低於DEF的結晶溫度的發動機起動。
11.如權利要求1所述的系統，進一步包括用於向排氣流提供噴射的尿素的裝置，噴射的尿素具有從由以下特徵組成的各液滴特徵中選擇的液滴特徵:小於80微米的沙得平均直徑(SMD)、15微米-30微米的SMD、低於260微米的DV90液滴尺寸和小於或等於80微米的DV90液滴尺寸。
12.—種方法,包括: 將柴油排氣處理液(DEF)提供至混合室； 將空氣流以相對於DEF的離散角提供至混合室； 向流體連接至內燃機的排氣流的噴嘴提供混合室的排出物。
13.如權利要求12所述的方法，其中離散角包括直角。
14.如權利要求12所述的方法，其中提供空氣流包括接入車輛空氣系統。
15.如權利要求12所述的方法，其中提供空氣流包括以至少為47米/秒的至混合室的進入速度提供空氣流。
16.如權利要求12所述的方法，進一步包括從發動機冷卻劑流向DEF傳輸熱量。
17.如權利要求12所述的方法,進一步包括執行發動機冷起動並且在發動機冷起動後將DEF在40分鐘內加熱至運行溫度。
18.一種裝置，包括: 具有兩個入口和一個出口的柱形混合室，其中出口適於連接至輸送管線，其中第一入口適於流體連接至柴油排氣處理液(DEF)流，並且其中第二入口適於流體連接至空氣流；並且 其中DEF流入口包括具有長度至少為5mm的孔，並且其中孔和空氣流入口以離散角進入混合室。
19.如權利要求18所述的裝置，進一步包括形成混合室、兩個入口和出口的外殼，裝置進一步包括連接至外殼並在其間形成冷卻劑室的板，冷卻劑室構造用於在冷卻劑室內的冷卻劑和DEF之間提供熱接觸。
20.如權利要求19 所述的裝置，其中板通過超聲波焊接和振動焊接之一連接至外殼。
全文摘要
一種系統包括具有兩個入口和一個出口的柱形混合室。出口流體連接至輸送管線，並且噴嘴設置在輸送管線下遊。噴嘴流體連接至內燃機的排氣流。系統進一步包括流體連接至柴油排氣處理液(DEF)流的第一入口和流體連接至空氣流的第二入口。DEF流和空氣流以離散角相交。
文檔編號B01D50/00GK103209750SQ201180056255
公開日2013年7月17日 申請日期2011年9月23日 優先權日2010年9月23日
發明者C.彭納思普爾, S.L.埃普沃金, S.霍爾, J.F.伯克, J.海謝爾貝赫, A.邁爾, M.A.扎策克, Y.柴, E.伯梅斯特, N.加勒特 申請人:卡明斯公司