用于发动机系统的模块化后处理组件的制作方法

本实用新型涉及一种后处理组件，并且更具体地涉及一种用于发动机系统的模块化后处理组件。

背景技术：

后处理组件与发动机系统相关联。后处理组件被配置成在废气流排放到大气之前处理并减少存在于废气流中的氮氧化物（NO_x）。为了减少NO_x，后处理系统可以包括还原剂喷射器、混合管以及选择性催化还原（SCR）模块。还原剂喷射器被配置成在废气流过SCR模块之前将还原剂喷射到废气中。

在一些应用中，后处理组件的部件，诸如SCR模块和混合管，占用了发动机罩中的大量空间。因此，在具有空间限制的小尺寸应用的情况下，可能难以将这类大尺寸的后处理部件容纳在有限空间内。然而，重新调整后处理部件的尺寸以将后处理组件容纳在有限空间中可能影响后处理组件的整体工作和效率。例如，在一些情况下，较小尺寸的后处理部件具有其他操作性问题，诸如后处理组件的部件承受的反向压力增加。

美国专利号8,752,370的专利（下文称为‘370专利）描述了一种包括具有两个或更多个入口的壳体的排气后处理系统，所述两个或更多个入口被配置成从发动机接收分开进入的排气流。所述系统包括两个或更多个第一排气处理装置，它们中的每一个被配置成接收第一方向上的分开进入的排气流中的一个。所述系统进一步包括两个或更多个重新定向的流动通道以及中间流动区域，所述两个或更多个重新定向的流动通道被配置成将分开的排气流组合为在与第一方向成约180度的第二方向上流动的合并的排气流，所述中间流动区域被配置成将合并的排气流划分为两个或更多个分开排出的排气流。所述系统还包括两个或更多个第二排气处理装置，它们中的每一个被配置成接收与第二方向成约90度的第三方向上的分开排出的排气流中的一个。

在‘370专利中，排气后处理系统的部件包括用于从发动机接收分开的排气流的两个分开的入口。进一步地，‘370专利的排气后处理系统的设计并不紧凑，且排气后处理系统的部件无法装配在小空间中。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有的排气后处理系统的部件无法装配到小空间中的问题，提出了一种用于发动机系统的模块化后处理组件，结构紧凑，便于在小空间内安装。

在本实用新型的一个方面中，提供了一种用于发动机系统的模块化后处理组件，所述模块化后处理组件包括具有第一区段、第二区段和第三区段的壳体，所述第一区段、第二区段和第三区段以平行布置方式彼此邻近，且第二区段被居中地设置在壳体内；所述模块化后处理组件还包括定位在所述壳体的第二区段内并且从壳体的第二区段延伸出的混合管，所述混合管包括入口端和出口端，混合管的入口端被用于连接发动机系统的排气管道，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个狭槽；所述模块化后处理组件还进一步包括平行于所述混合管的扩散组件，所述扩散组件具有定位在壳体的第一区段与第二区段之间的第一扩散板和定位在壳体的第二区段与第三区段之间的第二扩散板，所述第一扩散板和第二扩散板分别包括多个开口。所述模块化后处理组件还包括选择性催化还原组件，该选择性催化还原组件包括具有多个催化器的第一组催化器和具有多个催化器的第二组催化器，所述第一组催化器定位在壳体的第一区段内，且所述第二组催化器定位在壳体的第三区段内；所述模块化后处理组件还包括多个穿孔，所述多个穿孔分别设置在第一组催化器和第二组催化器的出口面上；所述模块化后处理组件还进一步包括分别与所述壳体的第一区段和第三区段相关联的一对出口。

本实用新型的模块化后处理组件采用分流设计，结构紧凑，可以安装在小空间内，且可以减少模块化后处理组件所承受的反向压力。

通过以下描述和附图，本实用新型的其他特征和方面将显而易见。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施例的示例性发动机系统和被设置成与该发动机系统相关联的模块化后处理组件的外部结构图；

图2是根据本实用新型的一个实施例的模块化后处理组件的透视图；

图3是根据本实用新型的一个实施例的与图2的模块化后处理组件相关联的混合管和扩散组件的透视图；

图4是根据本实用新型的一个实施例的与图2的模块化后处理组件相关联的选择性催化还原组件的一部分的透视图。

具体实施方式

在任何可能的情况下，相同的参考数字在整个附图中将用以指代相同或相似的部分。图1是根据本实用新型的一个实施例的示例性发动机系统100的透视图。在一个实施例中，发动机系统100可以与机车（未示出）相关联。然而，应当注意的是，本实用新型的应用并不限于机车。发动机系统100可以用来给任何机器（包括但不限于公路用载重车、非公路用载重车、推土机和其他类似机器）提供动力。

如附图中所示，发动机系统100被安装在机车的车架102上。发动机系统100包括发动机104。发动机104给机车提供驱动动力以推进轨道（未示出）上的机车。在一个实施例中，发动机104可以包括例如柴油发动机、汽油发动机、气态燃料动力发动机（诸如天然气发动机、已知动力源的组合或本领域技术人员显而易见的任何其他类型的动力源）。发动机104可以包括进气歧管（未示出）和排气歧管（未示出）。进气歧管被配置成通过空气进气系统接收进气空气。燃烧产物可以经由发动机104的排气歧管从发动机104中排出。另外，机车可以包括其他部件，诸如燃料系统（未示出）以及与发动机104和扭矩变换器108相关联的后冷却器106。

发动机系统100包括模块化后处理组件200。模块化后处理组件200被配置成处理发动机104的排气歧管排出的废气。模块化后处理组件200被设置成经由排气管道（未示出）与发动机104的排气歧管流体连通。

参照图2，模块化后处理组件200包括壳体202。壳体202大致上为立方体。基于系统要求，壳体202可以由金属制成。壳体202的尺寸可以根据模块化后处理组件200接收的废气的量的不同而变化。壳体202包括用于接收机械紧固件以将模块化后处理组件200安装在工作表面上的支架元件204。支架元件204可以包括隔离部件以隔离到模块化后处理组件200和来自模块化后处理组件200的任何振动的传递。壳体202包括第一区段206、第二区段208和第三区段210。第一区段206、第二区段208和第三区段210被定位成以平行布置方式彼此邻近。第二区段208被居中地设置在壳体202的第一区段206与第三区段210之间。

第一区段206、第二区段208和第三区段210中的每一个为单独的部件并且被组装在一起以形成壳体202。第一区段206、第二区段208和第三区段210中的每一个分别包括凸缘212、214、216（参见图3和图4），所述凸缘用于接收机械紧固件以分别将第一区段206与第二区段208连接，以及将第二区段208与第三区段210连接。可选地，壳体202可以设计成在其中限定了第一区段206、第二区段208和第三区段210的整体部件。为了说明和解释的目的，在附图中透明示出了第一区段206、第二区段208和第三区段210中的一些部分，以描绘存在于其中的模块化后处理组件200的部件的安装位置和细节。

还原剂喷射器236定位在沿着混合管218并靠近混合管218的入口端220的位置。还原剂通过还原剂喷射器236喷射至混合管218中。还原剂可以是流体，诸如柴油机排气流体（DEF）。还原剂可以包括尿素、氨或本领域中已知的其他还原剂。还原剂可以从与发动机系统100相关联的还原剂箱（未示出）中提取。

参照图2和图3，壳体202的第二区段208在其内限定了内部空间。内部空间被配置成接收混合管218。混合管218的一部分从壳体202的第二区段208向外延伸。混合管218包括入口端220和出口端222，入口端220相对于壳体202的第二区段208被定位在外部。混合管218的入口端220连接发动机104的排气管道，接收来自发动机104的排气管道的废气主流228。本实用新型的模块化后处理组件200具有单个入口以接收进入模块化后处理组件200中的废气。在图2中使用箭头“F”示出了废气流入模块化后处理组件200中且在模块化后处理组件200内的流动方向。入口端220包括圆形凸缘部分224以将混合管218连接至排气管道。

另外或任选地，为了促进还原剂与废气主流228混合，混合元件238与模块化后处理组件200相关联。混合元件238被设置在混合管218内。混合元件238相对于废气的流动方向“F”被定位在还原剂喷射器236的下游。在一个实施例中，混合元件238可以包括翻盖式混合器。可选地，混合元件238可以包括漩涡板混合器。虽然本文说明了单个混合元件238，但是模块化后处理组件200可以包括两个或更多个混合元件，使得混合元件中的每一个的类型可以基于系统要求而相同或不同。

混合管218包括出口端222。如附图中所示，出口端222包括多个狭槽226。狭槽226在平行于废气的流动方向“F”的方向上延伸。狭槽226具有长方形形状并且被设置在混合管218的朝上表面234和朝下表面（未示出）上。废气主流228从入口端220进入模块化后处理组件200、并朝出口端222流动，且在撞击第二区段208的端面时进一步分离成第一废气流230和第二废气流232（参见图2）。

第一废气流230和第二废气流232分别通过狭槽226被重定路径或被引导朝向第一区段206和第三区段210。狭槽226被设置成在混合管218与壳体202的第一区段206、第二区段208和第三区段210中的每一个之间流体连通。在一个实例中，狭槽226的长度大约为壳体202的长度的1/4。混合管218由具有设置在其上的狭槽226的单个管形成。可选地，混合管218可以包括两件式设计，使得其中一个管包括设置在其上的狭槽226。

参照图3，模块化后处理组件200包括扩散组件240。扩散组件240被定位成平行于混合管218。扩散组件240包括第一扩散板242和第二扩散板244。第一扩散板242被定位在第一区段206与第二区段208之间。进一步地，第二扩散板244被定位在第二区段208与第三区段210之间。第一扩散板242和第二扩散板244可以起到分流作用，以引导废气流230、232（参见图2）并将其均匀地分配到相应的扩散板242、244的整个面上。

扩散板242、244中的每一个分别包括设置在扩散板242、244的整个面上的多个开口246、248。进一步地，扩散板242、244中的每一个均包括八个区段，使得八个区段中的每一个的开口246、248的尺寸均不同，以单独地调节在相应的扩散板242、244的整个面上的废气流230、232。更具体地，开口246、248的数目被设置成使得开口246、248的直径尺寸沿废气主流228的方向“F”减小（参见图2）。直径较小的开口246、248被设置为靠近混合管218的出口端222。这些小直径的开口246、248用于对流过其中的废气流230、232进行限制，并进一步将相应的废气流230、232引向具有相对较大直径的开口246、248。相对于废气主流228的方向“F”，直径尺寸较大的开口246、248被设置为靠近混合管218的入口端220。

如图2和图4所示，模块化后处理组件200包括选择性催化还原（SCR）组件250。SCR组件250用于在氨存在的情况下处理发动机104排出的废气，其中氨在喷射到入口端220附近的废气主流228中的还原剂降解之后提供。SCR组件250包括第一组催化器252。第一组催化器252包括多个催化器254（参见图4）。第一组催化器252被定位在壳体202的第一区段206内。SCR组件250还包括具有多个催化器258的第二组催化器256。第二组催化器256被定位在壳体202的第三区段210内。

为了说明的目的，现在将详细解释与第一区段206相关联的第一组催化器252。然而，应该注意的是，在不限制本实用新型的范围的情况下，下面给出的第一组催化器252的描述同样可应用于与第三区段210相关联的第二组催化器256。参照图2和图4，第一组催化器252经由第一扩散板242和狭槽226与混合管218流体连通。第一扩散板242被设置成使得第一扩散板242将第一废气流230（参见图2）均匀地分配在催化器254的整个内面（未示出）上。

如图4所示，催化器254被设置在第一框架元件264内。第一框架元件264与催化器254一起安装在壳体202的第一区段206内。在一个实例中，第一组催化器252包括八个催化器254。可选地，每一组催化器所提供的催化器254的数目和长度可以基于系统要求而变化。在不限制本实用新型的范围的情况下，催化器254可以包括圆形、卵形、椭圆形、长圆形或任何其他形状的横截面。第一组催化器252可以可拆卸地安装在第一区段206内。进一步地，第一组催化器252还可以被拆卸以便按照要求加以清洗或者更换。

进一步地，与第一组催化器252相关联的第一框架元件264包括多个穿孔，即第一组穿孔266和第二组穿孔268。穿孔266、268沿催化器258的出口面270设置。穿孔266、268可以起到消音作用，并且还可以减小壳体202的第一区段206中的反向压力。第一组穿孔266和第二组穿孔268以平行于催化器254的方向延伸。在一个实例中，穿孔266、268被设计成通孔，使得穿孔266、268沿第一框架元件264的宽度方向延伸。第一组穿孔266具有圆形的截面形状，且被居中地设置在第一框架元件264上。然而，第二组穿孔268具有近似半圆形的截面形状，且沿第一框架元件264的周边设置。进一步地，基于系统要求，穿孔266、268可以具有与附图中所示不同的形状。

应该注意的是，本文所公开的SCR组件250的布置方式本质上是示例性的。SCR组件250的第一组催化器252和第二组催化器256的布置方式以及催化器254、258中的每一个的长度可以基于混合管218的设计以及废气的流动速率而变化。

参照图2，模块化后处理组件200包括一对出口272、274。出口272、274分别与第一区段206和第三区段210流体连通。废气流经第一组催化器252和第二组催化器256之后，通过出口272、274排出到大气中。出口272、274被分别设置在壳体202的第一区段206和第三区段210的相应顶表面276、278上。更具体地，出口272、274被居中地定位在第一区段206和第三区段210的顶表面276、278上。可选地，出口272、274的位置可以基于系统要求而变化。出口272、274可以被设计成方形孔或圆形孔。出口272、274可以连接至接收出口272、274排出的废气的通用风箱（未示出）。所述风箱可以进一步连接至层叠装置，以将废气排放到大气中。

工业实用性

模块化后处理组件200采用分流设计。模块化后处理组件200具有紧凑的设计，且可以安装在小空间内。进一步地，模块化后处理组件200由于其设计而承受的反向压力的量减少。模块化后处理组件200包括接收废气并将其引入到混合管218中的单个中心入口端220。混合管218包括被设置在出口端222处的狭槽226。狭槽226允许废气主流228排出混合管218，而不需偏压第一组催化器252和第二组催化器256。由于在混合管218的出口端222处混合增加，因此混合管218内的狭槽226降低了空间要求。扩散组件240允许将相应的第一废气流230和第二废气流232朝向第一组催化器252和第二组催化器256的每个催化器254、258单独调节。

进一步地，本文所公开的模块化后处理组件200包括共计十六个催化器254、258。更具体地，代替提供单组催化器，分流设计包括两组催化器252、256，每一组催化器包括相同数目的催化器254、258。提供两组催化器252、256导致催化器面积加倍，进而减小了模块化后处理组件200所承受的反向压力的量。进一步地，相对于两组催化器252、256而设置的穿孔266、268起到消音作用，并且同样减小了SCR组件250承受的反向压力。穿孔266、268还降低了空间要求，并且使模块化后处理组件200的设计更加紧凑。

虽然已经参照以上实施例具体示出并描述了本实用新型的各个方面，但本领域的技术人员将理解的是，在不背离公开内容的精神和范围的情况下，可以通过修改所公开的机器、系统和方法而构想各种其他实施例。这样的实施例应当被理解为落在根据权利要求书及其等价物所确定的本实用新型的范围之内。