[发明专利]用于内燃机排气流的径向混合的低压降混合器

说明书

技术领域

本发明通常涉及柴油机排气系统且更特别地涉及用于柴油机排气系统的后处理装置的混合器。

背景技术

增强环境限制和规则正促使柴油机制造商和包装者去发展用于改进和减小这种发动机的运行对于环境影响的技术。因此，许多设计工作涉及操作发动机自身内的燃烧过程的控制，试图提高燃料的经济性并且减小例如NO_x和颗粒的排放物。然而，通过所给的柴油机运行过程中的操作变量和参数和所给的在NO_x和颗粒生成之间的折衷点，许多发动机制造商和包装者已经发现应用排气后处理装置到其系统是有用的或者必须的。这些后处理装置被用于过滤或者催化地提炼来自柴油机的排气流，从而去除或者减少某些发动机的废气排放物到可接受的程度，并且为有效的运行通常地存在特别的热操作需求。

一个这种排气再处理装置叫做柴油机颗粒过滤器(DPF)。DPF设置在发动机排气系统中，以使得所有来自柴油机的排气都要流经它。DPF如此构造，使得排气中的烟灰微粒在DPF的过滤器载体沉积。这样，烟灰微粒从排气被滤出，以使得发动机或者发动机系统能够满足或者优于所实行的环境规则。

在这种装置带来重大环境益处的同时，虽然可以具有任意一种过滤器，当DPF继续积累这些颗粒时可能存在问题。在一段时间后，DPF过滤器载体变得负载足够的烟灰，引起排气经过渐增地逐渐限制的DPF产生一个相当大的压降。在过度限制的DPF下运行的结果是，由于发动机仅仅为将排气泵送通过有负载的DPF而必须工作地越来越费力，从而使得发动机热效率下降。由于在排气系统中提高的限制，发动机性能的损失随着持续的发动机运行和DPF烟灰沉积继续变得更严重，最后以发动机故障或者发动机停机而告终。

为避免这种事情的发生，发动机包装者通常在DPF的上游并入多个可能的过滤器加热装置中的一个，从而定期地清理过滤器的沉积烟灰。这些过滤器加热装置用于定期人工升高进入DPF的排气流温度到一个点，在该点积累的烟灰将氧化并且使用排气流中剩余的氧气燃烧。当在DPF的负载变得过大之前开始时，被俘获的颗粒物质的点燃和燃尽将以一个安全且可控的方式发生。以这样一种可控的方式燃烧来自DPF过滤器载体的烟灰的过程被叫做再生。DPF再生的一个重要的参数是在再生事件期间DPF中的温度均匀性。比目标再生温度更暖或者更冷的DPF的局部区域能够降低再生事件的效率。更暖的区域可使过滤器在热梯度上损害或者加速烟灰氧化，而更冷的区域可导致产生无法清理烟灰的过滤器区域。

其它发动机排气后处理装置包括柴油机氧化催化剂(DOC)，尿素选择催化还原系统(SCR)，贫NO_x俘获器，等等。许多这种装置依赖于在载体表面上与化学制品或者废气排放物发生的催化反应。一些这种装置将喷射的化学制品在载体上游混入排气流。进入这些装置的流的温度和化学均匀性对于这些装置的有效操作是关键的。当整个载体经历在理想范围内的均匀温度和化学混合物时，最大化在载体表面上昂贵的催化剂的使用。不符合目标温度或者化学组分的流所经过的载体区域将降低后处理系统的性能。

通常地，DOC必须在高于大约350℃的温度下运行并且SCR系统必须在高于大约300℃的温度下运行。这些系统中的任一个在温度低于规定值的情况下的运行导致系统性能和效率下降。贫NO_x俘获器也有温度限制，且进一步地每周期时间间隔有特定的氧气浓度需求。为使得贫NO_x俘获器能运行且净化累积NO_x的催化表面，具有低的氧含量和高的烃含量的排气必须通过载体。这是该系统附加的需求。