用于發動機系統的模塊化后處理組件的制作方法

本實用新型涉及一種后處理組件，并且更具體地涉及一種用于發動機系統的模塊化后處理組件。

背景技術：

后處理組件與發動機系統相關聯。后處理組件被配置成在廢氣流排放到大氣之前處理并減少存在于廢氣流中的氮氧化物（NO_x）。為了減少NO_x，后處理系統可以包括還原劑噴射器、混合管以及選擇性催化還原（SCR）模塊。還原劑噴射器被配置成在廢氣流過SCR模塊之前將還原劑噴射到廢氣中。

在一些應用中，后處理組件的部件，諸如SCR模塊和混合管，占用了發動機罩中的大量空間。因此，在具有空間限制的小尺寸應用的情況下，可能難以將這類大尺寸的后處理部件容納在有限空間內。然而，重新調整后處理部件的尺寸以將后處理組件容納在有限空間中可能影響后處理組件的整體工作和效率。例如，在一些情況下，較小尺寸的后處理部件具有其他操作性問題，諸如后處理組件的部件承受的反向壓力增加。

美國專利號8,752,370的專利（下文稱為‘370專利）描述了一種包括具有兩個或更多個入口的殼體的排氣后處理系統，所述兩個或更多個入口被配置成從發動機接收分開進入的排氣流。所述系統包括兩個或更多個第一排氣處理裝置，它們中的每一個被配置成接收第一方向上的分開進入的排氣流中的一個。所述系統進一步包括兩個或更多個重新定向的流動通道以及中間流動區域，所述兩個或更多個重新定向的流動通道被配置成將分開的排氣流組合為在與第一方向成約180度的第二方向上流動的合并的排氣流，所述中間流動區域被配置成將合并的排氣流劃分為兩個或更多個分開排出的排氣流。所述系統還包括兩個或更多個第二排氣處理裝置，它們中的每一個被配置成接收與第二方向成約90度的第三方向上的分開排出的排氣流中的一個。

在‘370專利中，排氣后處理系統的部件包括用于從發動機接收分開的排氣流的兩個分開的入口。進一步地，‘370專利的排氣后處理系統的設計并不緊湊，且排氣后處理系統的部件無法裝配在小空間中。

技術實現要素：

本實用新型為了解決現有的排氣后處理系統的部件無法裝配到小空間中的問題，提出了一種用于發動機系統的模塊化后處理組件，結構緊湊，便于在小空間內安裝。

在本實用新型的一個方面中，提供了一種用于發動機系統的模塊化后處理組件，所述模塊化后處理組件包括具有第一區段、第二區段和第三區段的殼體，所述第一區段、第二區段和第三區段以平行布置方式彼此鄰近，且第二區段被居中地設置在殼體內；所述模塊化后處理組件還包括定位在所述殼體的第二區段內并且從殼體的第二區段延伸出的混合管，所述混合管包括入口端和出口端，混合管的入口端被用于連接發動機系統的排氣管道，混合管的出口端包括在混合管的朝上表面和朝下表面上的多個狹槽；所述模塊化后處理組件還進一步包括平行于所述混合管的擴散組件，所述擴散組件具有定位在殼體的第一區段與第二區段之間的第一擴散板和定位在殼體的第二區段與第三區段之間的第二擴散板，所述第一擴散板和第二擴散板分別包括多個開口。所述模塊化后處理組件還包括選擇性催化還原組件，該選擇性催化還原組件包括具有多個催化器的第一組催化器和具有多個催化器的第二組催化器，所述第一組催化器定位在殼體的第一區段內，且所述第二組催化器定位在殼體的第三區段內；所述模塊化后處理組件還包括多個穿孔，所述多個穿孔分別設置在第一組催化器和第二組催化器的出口面上；所述模塊化后處理組件還進一步包括分別與所述殼體的第一區段和第三區段相關聯的一對出口。

本實用新型的模塊化后處理組件采用分流設計，結構緊湊，可以安裝在小空間內，且可以減少模塊化后處理組件所承受的反向壓力。

通過以下描述和附圖，本實用新型的其他特征和方面將顯而易見。

附圖說明

圖1是根據本實用新型的一個實施例的示例性發動機系統和被設置成與該發動機系統相關聯的模塊化后處理組件的外部結構圖；

圖2是根據本實用新型的一個實施例的模塊化后處理組件的透視圖；

圖3是根據本實用新型的一個實施例的與圖2的模塊化后處理組件相關聯的混合管和擴散組件的透視圖；

圖4是根據本實用新型的一個實施例的與圖2的模塊化后處理組件相關聯的選擇性催化還原組件的一部分的透視圖。

具體實施方式

在任何可能的情況下，相同的參考數字在整個附圖中將用以指代相同或相似的部分。圖1是根據本實用新型的一個實施例的示例性發動機系統100的透視圖。在一個實施例中，發動機系統100可以與機車（未示出）相關聯。然而，應當注意的是，本實用新型的應用并不限于機車。發動機系統100可以用來給任何機器（包括但不限于公路用載重車、非公路用載重車、推土機和其他類似機器）提供動力。

如附圖中所示，發動機系統100被安裝在機車的車架102上。發動機系統100包括發動機104。發動機104給機車提供驅動動力以推進軌道（未示出）上的機車。在一個實施例中，發動機104可以包括例如柴油發動機、汽油發動機、氣態燃料動力發動機（諸如天然氣發動機、已知動力源的組合或本領域技術人員顯而易見的任何其他類型的動力源）。發動機104可以包括進氣歧管（未示出）和排氣歧管（未示出）。進氣歧管被配置成通過空氣進氣系統接收進氣空氣。燃燒產物可以經由發動機104的排氣歧管從發動機104中排出。另外，機車可以包括其他部件，諸如燃料系統（未示出）以及與發動機104和扭矩變換器108相關聯的后冷卻器106。

發動機系統100包括模塊化后處理組件200。模塊化后處理組件200被配置成處理發動機104的排氣歧管排出的廢氣。模塊化后處理組件200被設置成經由排氣管道（未示出）與發動機104的排氣歧管流體連通。

參照圖2，模塊化后處理組件200包括殼體202。殼體202大致上為立方體。基于系統要求，殼體202可以由金屬制成。殼體202的尺寸可以根據模塊化后處理組件200接收的廢氣的量的不同而變化。殼體202包括用于接收機械緊固件以將模塊化后處理組件200安裝在工作表面上的支架元件204。支架元件204可以包括隔離部件以隔離到模塊化后處理組件200和來自模塊化后處理組件200的任何振動的傳遞。殼體202包括第一區段206、第二區段208和第三區段210。第一區段206、第二區段208和第三區段210被定位成以平行布置方式彼此鄰近。第二區段208被居中地設置在殼體202的第一區段206與第三區段210之間。

第一區段206、第二區段208和第三區段210中的每一個為單獨的部件并且被組裝在一起以形成殼體202。第一區段206、第二區段208和第三區段210中的每一個分別包括凸緣212、214、216（參見圖3和圖4），所述凸緣用于接收機械緊固件以分別將第一區段206與第二區段208連接，以及將第二區段208與第三區段210連接。可選地，殼體202可以設計成在其中限定了第一區段206、第二區段208和第三區段210的整體部件。為了說明和解釋的目的，在附圖中透明示出了第一區段206、第二區段208和第三區段210中的一些部分，以描繪存在于其中的模塊化后處理組件200的部件的安裝位置和細節。

還原劑噴射器236定位在沿著混合管218并靠近混合管218的入口端220的位置。還原劑通過還原劑噴射器236噴射至混合管218中。還原劑可以是流體，諸如柴油機排氣流體（DEF）。還原劑可以包括尿素、氨或本領域中已知的其他還原劑。還原劑可以從與發動機系統100相關聯的還原劑箱（未示出）中提取。

參照圖2和圖3，殼體202的第二區段208在其內限定了內部空間。內部空間被配置成接收混合管218。混合管218的一部分從殼體202的第二區段208向外延伸。混合管218包括入口端220和出口端222，入口端220相對于殼體202的第二區段208被定位在外部。混合管218的入口端220連接發動機104的排氣管道，接收來自發動機104的排氣管道的廢氣主流228。本實用新型的模塊化后處理組件200具有單個入口以接收進入模塊化后處理組件200中的廢氣。在圖2中使用箭頭“F”示出了廢氣流入模塊化后處理組件200中且在模塊化后處理組件200內的流動方向。入口端220包括圓形凸緣部分224以將混合管218連接至排氣管道。

另外或任選地，為了促進還原劑與廢氣主流228混合，混合元件238與模塊化后處理組件200相關聯。混合元件238被設置在混合管218內。混合元件238相對于廢氣的流動方向“F”被定位在還原劑噴射器236的下游。在一個實施例中，混合元件238可以包括翻蓋式混合器。可選地，混合元件238可以包括漩渦板混合器。雖然本文說明了單個混合元件238，但是模塊化后處理組件200可以包括兩個或更多個混合元件，使得混合元件中的每一個的類型可以基于系統要求而相同或不同。

混合管218包括出口端222。如附圖中所示，出口端222包括多個狹槽226。狹槽226在平行于廢氣的流動方向“F”的方向上延伸。狹槽226具有長方形形狀并且被設置在混合管218的朝上表面234和朝下表面（未示出）上。廢氣主流228從入口端220進入模塊化后處理組件200、并朝出口端222流動，且在撞擊第二區段208的端面時進一步分離成第一廢氣流230和第二廢氣流232（參見圖2）。

第一廢氣流230和第二廢氣流232分別通過狹槽226被重定路徑或被引導朝向第一區段206和第三區段210。狹槽226被設置成在混合管218與殼體202的第一區段206、第二區段208和第三區段210中的每一個之間流體連通。在一個實例中，狹槽226的長度大約為殼體202的長度的1/4。混合管218由具有設置在其上的狹槽226的單個管形成。可選地，混合管218可以包括兩件式設計，使得其中一個管包括設置在其上的狹槽226。

參照圖3，模塊化后處理組件200包括擴散組件240。擴散組件240被定位成平行于混合管218。擴散組件240包括第一擴散板242和第二擴散板244。第一擴散板242被定位在第一區段206與第二區段208之間。進一步地，第二擴散板244被定位在第二區段208與第三區段210之間。第一擴散板242和第二擴散板244可以起到分流作用，以引導廢氣流230、232（參見圖2）并將其均勻地分配到相應的擴散板242、244的整個面上。

擴散板242、244中的每一個分別包括設置在擴散板242、244的整個面上的多個開口246、248。進一步地，擴散板242、244中的每一個均包括八個區段，使得八個區段中的每一個的開口246、248的尺寸均不同，以單獨地調節在相應的擴散板242、244的整個面上的廢氣流230、232。更具體地，開口246、248的數目被設置成使得開口246、248的直徑尺寸沿廢氣主流228的方向“F”減小（參見圖2）。直徑較小的開口246、248被設置為靠近混合管218的出口端222。這些小直徑的開口246、248用于對流過其中的廢氣流230、232進行限制，并進一步將相應的廢氣流230、232引向具有相對較大直徑的開口246、248。相對于廢氣主流228的方向“F”，直徑尺寸較大的開口246、248被設置為靠近混合管218的入口端220。

如圖2和圖4所示，模塊化后處理組件200包括選擇性催化還原（SCR）組件250。SCR組件250用于在氨存在的情況下處理發動機104排出的廢氣，其中氨在噴射到入口端220附近的廢氣主流228中的還原劑降解之后提供。SCR組件250包括第一組催化器252。第一組催化器252包括多個催化器254（參見圖4）。第一組催化器252被定位在殼體202的第一區段206內。SCR組件250還包括具有多個催化器258的第二組催化器256。第二組催化器256被定位在殼體202的第三區段210內。

為了說明的目的，現在將詳細解釋與第一區段206相關聯的第一組催化器252。然而，應該注意的是，在不限制本實用新型的范圍的情況下，下面給出的第一組催化器252的描述同樣可應用于與第三區段210相關聯的第二組催化器256。參照圖2和圖4，第一組催化器252經由第一擴散板242和狹槽226與混合管218流體連通。第一擴散板242被設置成使得第一擴散板242將第一廢氣流230（參見圖2）均勻地分配在催化器254的整個內面（未示出）上。

如圖4所示，催化器254被設置在第一框架元件264內。第一框架元件264與催化器254一起安裝在殼體202的第一區段206內。在一個實例中，第一組催化器252包括八個催化器254。可選地，每一組催化器所提供的催化器254的數目和長度可以基于系統要求而變化。在不限制本實用新型的范圍的情況下，催化器254可以包括圓形、卵形、橢圓形、長圓形或任何其他形狀的橫截面。第一組催化器252可以可拆卸地安裝在第一區段206內。進一步地，第一組催化器252還可以被拆卸以便按照要求加以清洗或者更換。

進一步地，與第一組催化器252相關聯的第一框架元件264包括多個穿孔，即第一組穿孔266和第二組穿孔268。穿孔266、268沿催化器258的出口面270設置。穿孔266、268可以起到消音作用，并且還可以減小殼體202的第一區段206中的反向壓力。第一組穿孔266和第二組穿孔268以平行于催化器254的方向延伸。在一個實例中，穿孔266、268被設計成通孔，使得穿孔266、268沿第一框架元件264的寬度方向延伸。第一組穿孔266具有圓形的截面形狀，且被居中地設置在第一框架元件264上。然而，第二組穿孔268具有近似半圓形的截面形狀，且沿第一框架元件264的周邊設置。進一步地，基于系統要求，穿孔266、268可以具有與附圖中所示不同的形狀。

應該注意的是，本文所公開的SCR組件250的布置方式本質上是示例性的。SCR組件250的第一組催化器252和第二組催化器256的布置方式以及催化器254、258中的每一個的長度可以基于混合管218的設計以及廢氣的流動速率而變化。

參照圖2，模塊化后處理組件200包括一對出口272、274。出口272、274分別與第一區段206和第三區段210流體連通。廢氣流經第一組催化器252和第二組催化器256之后，通過出口272、274排出到大氣中。出口272、274被分別設置在殼體202的第一區段206和第三區段210的相應頂表面276、278上。更具體地，出口272、274被居中地定位在第一區段206和第三區段210的頂表面276、278上。可選地，出口272、274的位置可以基于系統要求而變化。出口272、274可以被設計成方形孔或圓形孔。出口272、274可以連接至接收出口272、274排出的廢氣的通用風箱（未示出）。所述風箱可以進一步連接至層疊裝置，以將廢氣排放到大氣中。

工業實用性

模塊化后處理組件200采用分流設計。模塊化后處理組件200具有緊湊的設計，且可以安裝在小空間內。進一步地，模塊化后處理組件200由于其設計而承受的反向壓力的量減少。模塊化后處理組件200包括接收廢氣并將其引入到混合管218中的單個中心入口端220。混合管218包括被設置在出口端222處的狹槽226。狹槽226允許廢氣主流228排出混合管218，而不需偏壓第一組催化器252和第二組催化器256。由于在混合管218的出口端222處混合增加，因此混合管218內的狹槽226降低了空間要求。擴散組件240允許將相應的第一廢氣流230和第二廢氣流232朝向第一組催化器252和第二組催化器256的每個催化器254、258單獨調節。

進一步地，本文所公開的模塊化后處理組件200包括共計十六個催化器254、258。更具體地，代替提供單組催化器，分流設計包括兩組催化器252、256，每一組催化器包括相同數目的催化器254、258。提供兩組催化器252、256導致催化器面積加倍，進而減小了模塊化后處理組件200所承受的反向壓力的量。進一步地，相對于兩組催化器252、256而設置的穿孔266、268起到消音作用，并且同樣減小了SCR組件250承受的反向壓力。穿孔266、268還降低了空間要求，并且使模塊化后處理組件200的設計更加緊湊。

雖然已經參照以上實施例具體示出并描述了本實用新型的各個方面，但本領域的技術人員將理解的是，在不背離公開內容的精神和范圍的情況下，可以通過修改所公開的機器、系統和方法而構想各種其他實施例。這樣的實施例應當被理解為落在根據權利要求書及其等價物所確定的本實用新型的范圍之內。