CN102007278B - 用于内燃机排气流的径向混合的低压降混合器 - Google Patents

Abstract

提供一种排气后处理系统。排气后处理系统包括用于沿着流动路径混合排气流的混合装置。混合装置径向成角度地重新排列两种不同部分的气流区段从而混合不同部分的气流。混合装置最初将通常的径向分层的温度分布图转换为成角度分层的温度分布图，从而提高在冷排气区段和热排气区段之间的表面积。后处理系统还可以包括燃烧室、燃烧器壳体和燃烧器衬管。混合装置位于燃烧室的下游，从而引导径向向外的热排气通过燃烧器衬管并且引导径向外侧的冷排气以交叉的方式径向向内地在衬管和燃烧器壳体之间通过。

Description

用于内燃机排气流的径向混合的低压降混合器

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。

如前面所讨论的，许多柴油机排气后处理装置具有特定的工作温度并且有时候具有物质组分需求。这些系统存在的困难是发动机排气不会一直都是合适的温度或者组分，从而维持这些设备的运行。已经设计出许多方法来为后处理装置的正常运行提供所必须的附加热或者成分浓度。例如，柴油机的工作参数可以这种方式修改，从而使得排气温度升高到一个适合装置正常运行的程度。还能在排气通过柴油机氧化催化剂(DOC)之前，立刻喷入烃燃料到柴油机的排气中。DOC使得排气流中的过量的烃燃料通过排气的氧气与烃在催化剂下的催化反应的方式转换为热，因此在排气进入通过其它后处理装置的通道之前增加排气温度。然而，如前面提到的，DOC具有它自身的温度限制并且可以在DOC之前需要添加的热从而确保正常的操作。还可以通过采用将辅助的电加热器设置在排气路径中的方式在排气流中产生补充热。这种补充热在排气进入通过后处理装置的通道之前被加入排气中。作为采用电加热器的替换的实施例，过滤器再生的另一个方法是采用点燃燃料喷燃器或者燃烧器来加热排气。

当采用点燃燃料喷燃器来执行热的添加时的挑战在于制造的燃烧器要在满足熄灭特性、燃烧稳定性、排放物和排气压力损失的标准的同时升高排气温度。此外，还需要以这种模式操作点燃燃料喷燃器，即在供给过量的烃满足上述需求的同时减少剩余的发动机排气氧含量。这两种燃烧器操作模式在柴油机排气环境下运行时都具有挑战。特别地，在柴油机排气系统中的运行条件非常不同于其它使用燃烧器的运行环境，例如在燃气轮机中。由此，燃烧器必须在排气流率、温度和氧气浓度的宽范围内运行。在柴油机排气流中，氧气浓度的范围可以为大约3％到19％的质量比，其它稀释成分例如CO₂和H₂O可以占有很大的分量。当柴油机在各种条件状态下运行时，可作为燃烧器中的氧化剂使用的发动机排气的成分和温度能够在量上并且在非常短的时间内发生很大程度地改变。这些在供给排气系统燃烧器的氧化剂上的改变给满足上面所描述的需求的稳定、持续的燃烧创造困难的环境。

作为在发动机排气系统中运行的燃烧器所需的困难的燃烧需求的结果，需要在燃烧器系统方面的新的设计和更新。已经确定采用多级燃烧过程的燃烧器对于本申请来说是有益的。Eickhoff等的美国专利No.4,951,464教导富燃料混合物能够部分地在被隔离的“主”燃烧室中燃烧，剩余的燃料随后在其后的燃烧室中被用于提供氧气所添加的发动机排气氧化，从而完成剩余燃料的燃烧。然而，由于该设计不能控制被导入燃烧剩余燃料的发动机排气量，如Eickhoff所描述的燃烧器设计存在不足。添加太少的用于完成燃料燃烧的发动机排气将导致不完全反应，这导致来自装置的烃排放物提高。添加太多的用于与剩余燃料进行燃烧反应的发动机排气将导致燃烧猝熄，进而导致烃排放物提高。

一些后处理装置的进一步通常的需求在于进入装置的均匀的温度分布。通常的后处理装置的平均的温度需求也通常比喷燃器燃烧温度低得多。因为需要降低燃烧温度到可接受的程度，所有的或者部分发动机排气通常从燃烧过程中转移并且用于冷却燃烧事件中的产物。当试图满足设置在燃烧器下游的后处理装置的温度均匀性需求时，热的和相对冷的气体的重组提出重要的挑战。通常的燃烧器设计具有靠近燃烧器组件的中心轴线的燃烧区域，并且使发动机排气转入围绕燃烧器的环形通道，这导致在中心特别地热且朝向外侧较冷的这种输出温度分布图。Brighton的美国专利4,651,524教导这样一种通常的燃烧器组件。此外，由于这种装置通常的高温运行，例如Brighton公开的阻焰器装置可额外地限制燃烧器装置的流量和具有苛刻的材料需求。

Shinzawa等的美国专利No.4,538,413和Tokura等的美国专利No.4,541,239都教导将所有的或者部分的围绕燃烧事件的发动机排气转移的概念。然后旁通的发动机排气产物在离开燃烧器之前必须通过燃烧衬管中的孔或者开口或者其它的设备来与燃烧产物混合。该方法的不利之处在于混合机械装置对于通过开口或者孔的压降的内在需求。这种类型的混合装置需要要形成的较冷排气的喷入流，以快速地将排气与燃烧产物混合。混合效果取决于喷射流的动能，其导致通过开口的压降的直接结果，喷射流在开口处形成。这种用于发动机的装置的应用复杂性在于，发动机通常具有非常宽的排气流范围。通过燃烧器装置的宽范围的流导致通过这些开口的宽范围的流，从而导致通过开口的宽范围的压降。因而，喷入式混合器通常具有不能被完全消除的低效率。低流动性不能产生在混合器上的足够压力损失从而提供高能量的喷射流，导致不充分的混合。在高流动性下，高流动性产生在混合器上的过度压力损失，在高流动性下由于发动机的过度背压导致系统低效率和增加的发动机燃料消耗量。

发明内容

本发明的实施例提供混合从内燃机流出的排气流的新的且改进的装置和方法。新的且改进的装置和方法通过将上游流分隔成多个区段然后在新的下游方向重新排列这些区段来提供低压降混合。新的且改进的方法和装置的实施例将排气流的温度分布图从通常径向分层调整为成角度地分层，从而增加表面区域和排气流区段之间的相互作用。进一步地，本发明的实施例涉及引导排气流而不是强硬地通过将流体迫入孔来形成径向定向喷射流。这样，本发明的实施例在一个相当大的流率范围内并且在降低压降的情况下工作。换句话说，进行气流的重新排列，不需要在多个喷射形成孔的上游产生高压，从而高速地加速流体使得形成径向向内的定向喷射流，例如在其它混合装置中的那样。

此外，在本发明的一个具体实施方式中，提供一种混合沿着流动轴线流动的排气流的方法。方法通常包括沿着流动轴线重新排列排气流。重新排列排气流包括引导气流的第一部分径向向外地远离流动轴线，并且引导气流的第二部分径向向内地靠近流动轴线。引导第一和第二部分的步骤包括将第一部分分隔成多个第一区段且径向向外地引导第一区段、将第二部分分隔成多个第二区段且径向向内地引导第二区段，其中重新排列的步骤包括增大第一和第二部分之间的表面积。

在一个实施方式中，第一区段是多个第一角区段并且第二区段是多个第二角区段，在重新排列步骤之后通过大致交替第一和第二角区段形成排气流。同样，在重新排列的步骤之前排气流可以具有最初径向分层的温度分布图，在径向内侧气流(第一部分)为高温而在径向外侧气流(第二部分)相对于内侧流为低温。然而，在重新排列步骤之后，排气流的温度分布图基本上由高温和低温的第一和第二角区段相对彼此交替地成角度分层。

在更具体的实施方式中，方法可以包括改变气流的第一部分的第一区段的横截面形状和改变气流的第二部分的第二区段的横截面形状。在所述实施例的优选的实施方式中，在保持气流的第一和第二部分的横截面积的同时进行横截面形状的改变，从而避免两个气流部分压缩导致在重新排列过程中不期望的压降。

在又一个实施方式中，引导气流的第一和第二部分的步骤包括：在重新排列步骤之前，相对于气流的第二部分改变气流的第一部分的径向分布以使得气流的第一部分距离流动轴线具有第一平均距离；且在重新排列的步骤之后，气流的第一部分距离流动轴线具有第二平均距离，第二平均距离大于第一平均距离；且其中在重新排列的步骤之前，气流的第二部分距离流动轴线具有第三平均距离；且在重新排列的步骤之后，气流的第一部分距离流动轴线具有第四平均距离，第四平均距离小于第三平均距离。

在根据本发明的方法的一些实施方式中，热中心排气流没有被直接引导径向向外，而是主要由于直接引导径向外侧的冷排气流径向向内，通过向外汲取热排气流，热中心排气流被间接引导径向向外。这避免使高温排气流直接冲击在混合装置部分上。

还提供一种用于交叉来自内燃机的排气流部分的新的且改进的排气混合器。新的且改进的排气混合器具有低压降，因此它的结构能够被容易地开始设计成根据排气流的横截面外形来实行非常协调的排气流混合。排气混合器通常包括多个第一流动定向翼片和多个第二流动定向翼片。第一和第二流动定向翼片设置成包围流动轴线。第一流动定向翼片设置并配置成引导径向向内的排气流径向向外，而第二流动定向翼片设置成引导径向向外的排气流径向向内。这种混合装置引起排气流的热的中心核区段与排气流的冷的外圆环区段交叉。

在一个优选的实施方式中，第一流动定向翼片具有上游的入口端和下游的出口端。第二流动定向翼片具有上游的入口端和下游的出口端。第一流动定向翼片的入口端在第一流动定向翼片的出口端的径向内侧。第二流动定向翼片的入口端在第一流动定向翼片的出口端的径向外侧。第一流动定向翼片的入口端在第二流动定向翼片的入口端的径向内侧。第一流动定向翼片的出口端在第二流动定向翼片的出口端和第一流动定向翼片的入口端的径向外侧。多个第一流动定向翼片的入口端可以比下游的出口端窄，而多个第二流动定向翼片的入口端可以比下游的出口端宽。

在又一个混合装置的实施方式中，每个第一和第二流动定向翼片都具有面对上游的上游表面。第一流动定向翼片的上游表面从入口端向出口端凹入，以使得当从入口端向出口端方向移动时，在上游表面的切线与流动轴线之间的角度在大小上增大。第二流动定向翼片的上游表面从入口端向出口端凹入，以使得当从入口端向出口端方向移动时，在上游表面的切线与流动轴线之间的角度在大小上增大。凹入特性为排气流的各个区段提供平滑的过渡，从而在没有强烈的湍流和降低压降的情况下从与流动路径基本上相切、也就是与流动路径平行的流动过渡到相对流动路径歪斜的流动。

同样，在一个更优的实施方式中，在第一流动定向翼片的上游表面和靠近入口端的流动轴线之间的角度大约在0-20度之间，而在切线和靠近出口端的第一流动定向翼片的上游表面之间的角度大约在30到70度(65度)之间。在第二流动定向翼片的上游表面和靠近入口端的流动轴线之间的角度大约在0-20度之间，而在切线和靠近出口端的第二流动定向翼片的上游表面之间的角度大约在30到70度之间。

在一个实施方式中，第一流动定向翼片的上游表面面对径向外侧，而第二流动定向翼片的上游表面面对径向内侧。每个第一流动定向翼片都为铲形，其包括槽底和两个通常径向延伸侧壁，所述侧壁从槽底向外延伸且径向向外。每个第二流动定向翼片都为铲形，其包括槽底和两个通常径向延伸侧壁，所述侧壁从槽底向外延伸且径向向内。铲形的翼片能够更加有效地俘获不同部分的排气流并且使得不同部分的排气流改向，并且防止排气横向(即，成角度地)流动离开流动定向翼片的上游面。

在本发明的又一个实施方式中，提供用于处理来自内燃机的柴油机燃料排气的柴油机燃料排气后处理系统。所述后处理系统包括热产生装置，用于加热排气来产生径向分层的温度分布图。该系统还包括位于热产生装置下游的混合装置，其包括构造成引导排气流的径向向内部分径向向外的多个第一流动定向翼片和构造成引导排气流的径向向外部分径向向内的多个第二流动定向翼片。

一个更优选的实施方式中，后处理系统进一步包括燃烧器壳体、燃烧器衬管、设在燃烧器壳体和燃烧器衬管之间的环室。燃烧器衬管设置在燃烧器壳体内，排气流的径向向内部分通过燃烧器衬管而排气流的径向向外部分流动通过环室。第一流动定向翼片汲取排气的朝着燃烧器壳体的内表面径向向外地通过燃烧器衬管的径向向内部分，而第二流动定向翼片引导排气的径向向外部分径向向内地通过环室，以使得混合装置构造成形成多个成角度地分层区段，所述区段通过交替排气的向内部分和排气的向外部分的区段来形成。这种装置提高排气的内侧和外侧部分之间的表面区域的相互作用，从而促进它们之间增强的混合和热传递，从而促进在整个排气流横截面上的更快速的温度分布。

同样，在一个实施方式中，垂直于流动路径的、通过在混合装置上游的环室和燃烧器衬管的排气的温度分布图通常径向分层，在径向内侧气流具有高温且相对于内侧气流在径向外侧流具有更低的温度。垂直于流动路径的、在混合装置下游的排气温度分布图通常成角度地分层，具有分别交替的高温和低温部分。高温部分(高和低作为相对术语使用)基本上由高温排气形成，所述高温排气被第一流动定向翼片径向向外地引导且基本上与第一流动定向翼片对齐，低温部分基本上由低温排气形成，所述低温排气被第二流动定向翼片径向向内地引导且基本上与第二流动定向翼片对齐。

在优选的实施方式中，第一流动定向翼片具有位于内衬管径向外侧的入口端和位于内衬管径向内侧的出口端。然而，当第一流动定向翼片直接引导径向外侧的冷排气向内时，冷排气形成缓冲器，从而防止内部的热排气部分直接冲击径向向内延伸超过内衬管的第一流动定向翼片部分，从而减小给第一流动定向翼片的热传递，从而保护翼片不受热的损坏。

当混合装置上游的温度分布图可以不完全关于流动轴线对称时，在一些实施例中，至少一个第一流动定向翼片可与另一个第一流动定向翼片不同地构造、且至少一个第二流动定向翼片与另一个第二流动定向翼片不同地构造。这提供如下好处，即能够更准确地调节混合装置来引导冷热排气流到预期的位置从而更快速地均衡在整个排气流横截面上的温度。进一步地，还在一些实施方式中，这可以用于调节混合装置产生不均匀的温度分布图，但是期望温度分布图是例如一种稍稍倒转的径向分层的温度分布图，其中温度分布图的外侧部分高于温度分布图的径向内侧部分。由于下游系统的运行参数，这能够是有益的。

如果期望具有更有效的流动定向翼片，流动定向翼片能够为径向凹入且成角度地凹入的铲形。

本发明其它的方面、目的和优点将根据接下来的详细描述结合附图变得显而易见。

附图说明

并入且形成说明书一部分的所附的附图示出本发明的几个方面，并且与详细描述一起，用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本发明的教导构造的燃烧器的一个实施例的简化侧视截面图，其设置在柴油机排气流动路径中位于柴油机颗粒过滤器(DPF)上游；

图2是根据本发明的一个实施例构造的燃烧器衬管的第一部分侧向横截面图，所述燃烧器衬管具有锥形外扩件管使得喷嘴流附着在衬管上并且被引导向外，从而充满第一(主)燃烧区域；

图3是衬管的替换实施例的侧视截面图，其没有锥形外扩件管来引导喷嘴流，认识到喷嘴流动模式支配在燃烧器的第一(主)区域内的空气流模式，并且示出在衬管的狭窄部分处一个可选的流动板；

图4是衬管的又一个实施例的侧视截面图，其并入围绕喷嘴的穹顶旋流器使得来自衬管外侧的气体进入第一(主)区域内；

图5是衬管退出/混合区域的实施例的简化立体图；

图6是包括等温线的图5中简化的衬管退出/混合区域的立体图，所述等温线绘制在与位于混合几何形状的末端的喷燃器轴线垂直的横截面上，混合几何形状示出逸出衬管的热气和被引导围绕热气的较冷的排气；

图7是在燃烧衬管的下游端被示出的可替换的混合装置的简化的横截面示意图；

图8是图7中的混合装置的简化透视图；

图9是在燃烧衬管的下游端被示出的可替换的混合装置的简化的横截面示意图；

图10是图9中的混合装置的流动定向翼片的透视图；

图11-14是根据本发明的替换的混合装置的简化透视图，示出在排气通过混合装置之后在温度分布图上的改变；且

图15是图11的混合装置的端视图。

虽然本发明将结合某些优选的实施例进行描述，但是并不意欲限于这些实施例。相反，意图覆盖包括在由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的所有的替换、修改和等效物。

具体实施方式

如上面简要讨论的并且根据用于论述本发明的实施例的内容，DPF被安装在柴油机的排气流动路径内位于排气出口之前或者上游，从而滤出来自柴油机排气的颗粒。为从DPF中清除收集的颗粒例如烟灰，燃烧器可以用在DPF的上游但是位于发动机排气入口的下游。发动机排气流过燃烧器的开口并且在通过排气出口进入外界环境之前通过DPF。

在通常的燃料点火燃烧器中，燃料和空气通过燃料阀和空气阀供给，例如电控电磁阀。然后燃料和空气混合物通过一个或者多个设置在其中的火花塞点燃。点火控制器能够与发动机管理系统(EMS)通信，并且可以接收例如来自发动机速度传感器、节气门位置传感器、背压传感器等的各种发动机和系统操作参数。点火控制器还接收来自传感器的排气温度输入值，所述传感器设置用于感应整个系统不同位置的温度。

现在具体回到附图，在图1中示出一个燃烧器系统100的实施例的简化图。为便于描述和理解本发明实施例的发明特征，该简化图没有包括例如燃料喷射器、点火源、传感器等许多燃烧器的部件。

燃烧器系统100通常包括外壳体116(也被称为燃烧器罐)，其中安装有内衬管108。离开内燃机的排气进入燃烧器系统100且特别地通过排气入口112进入内衬管。

第一部分排气被接纳通过排气进气孔110进入中心衬管108。如公知的那样，这部分排气流用于产生火焰或者至少在燃烧器系统100中被火焰加热，从而升高通过燃烧器系统100的排气流温度，来帮助下游的DPF或者其它后处理装置(未示出)的再生和/或后处理。通过内衬管108的这部分排气流因而接着在相应的时期内具有高温。

没有被输入衬管108中的第二部分排气被转向围绕衬管108并且通过环室114。环室114形成在内衬管108和壳体116之间。这外部分的排气流没有经过衬管108中的燃烧并且因而相对于衬管108中的那部分气流温度更低。

同样，排气流的完整的温度分布图(从到衬管108的内部气流和在环室114内形成)是具有热的中心核和冷的径向外周的基本上径向分层的。然而，如前面记载的，当排气进入下游的DPF或者其它后处理装置时，通常期望有通常的排气均匀温度分布。同样，衬管108包括混合装置105，用于改进流入衬管108中的热排气与流过环室114的冷排气的混合。

在通过所提到的燃烧器系统100的排气流的总体概述后，将描述燃烧器系统100和它的各种特征、组件和部件的更具体的操作。

为简要描述，燃烧器系统100将分成三个区域102，104，106。主区域102利用燃气轮机气流冲击型喷嘴132(参见图2)或者其它喷嘴技术，以产生与高速率空气流一起的雾化或者蒸发的燃料，用于产生加热导入衬管108的排气的火焰。当并入如图4所示的穹顶旋流器130时，喷嘴仅仅能够产生燃料喷雾，以与来自穹顶旋流器的气流混合从而实现相同的效果。气流冲击型喷嘴132在整个宽的气流范围内具有好的燃料雾化性能。气流冲击型喷嘴132的另一个益处是它引导大量的空气进入燃烧器系统100的主区域102。由于相对于燃料流率来说通过气流冲击型喷嘴132的空气流量相对大，通过喷嘴132导入的空气能够用于燃烧。通过喷嘴的计量空气和燃料的导入随同通过衬管孔110的排气的狭窄范围调节一起允许在主区域102内在点燃区118处对空燃比进行精确控制，导致可靠的熄灭。通过使用喷嘴132来在主区域102中进行燃料的雾化、热保护和合适的流动模式的初始化，该喷嘴还使得添加的空气得到最佳的应用。用于气流冲击型喷嘴132的空气能够通过辅助源或者通过发动机排气本身来提供。

主区域102的主要性能的支配者是空气流动模式。通过结合几何尺寸、例如在主区域102的末端的伞状件103(如图1所示)、旋流喷嘴空气和可选的穹顶旋流器，在主区域102中的气体的空气流模式能够优化来产生良好的混合、流动隔离和稳定的流动模式例如流动再循环。特别地，图2中的实施例包括在左侧即上游侧的锥形外扩件126，从而允许喷嘴流紧贴衬管108并且被向外引导，充满第一主燃烧区域102。图3的实施例没有锥形外扩件引导喷嘴流。喷嘴流模式支配在这个燃烧器的主区域102中的空气流模式。可选的非流线形体128在图中也被示出在衬管108的狭窄部分处。图4的实施例加入围绕喷嘴的穹顶旋流器130。穹顶旋流器允许气体从衬管108的外侧进入主区域102。

为增强燃烧器系统100的性能，本发明的实施例利用这些设计方面。空气流模式具有这样的设计特征，从而使点燃位置与排气隔离。气流冲击喷嘴还能够将燃料喷雾引导到点火器区域118中的位置，以有助于点火的可靠性。

包括在一些实施例的其它特征是非流线形体128，其有意地位于燃烧器系统100的主区域102的末端。该非流线形体128不同于其它的火焰稳定器在于，其中它位于火焰的下游端。为更直接地控制在主区域102中的空气流的方向，非流线形体128作为主区域壁的伞状件103(参见图1)的延续。为改进点火的可靠性，非流线形体128能够有助于主区域102与排气隔离。

作为这些设计特征的结果，主区域102的实施例提供点火器区域118的隔离用于保护(穹顶旋流器也是)、再循环用于稳定性和混合、燃烧混合物的自调节、以及低温操作模式来保护组件(富燃操作)。为再循环，实施例还扩展到下游端，且能够包括可选的非流线形体和/或可选的穹顶旋流器。主区域102小于中间区域104，并且在一些实施例中可以提供非对称排气出口的保护。

示出的燃烧器系统100的中间区域104并入几个明显不同于其它后处理燃烧器的设计特征。与其它设计相比主要改变是绝大部分的这部分燃烧器衬管108中燃烧器的外表缺少孔。衬管108也可以在最靠近排气出口112的那一侧具有更多的通向燃烧器系统100的孔110(采用非直列流动结构)。可以明白，不是所有的排气被引导通过衬管108，并且一部分排气被允许围绕衬管108流动。比起均匀分配的结构或者在远离引导侧具有更多孔的结构来说，已被示出的所述孔结构示意图是一个用于排气引导的更有效的方法。温度均匀性和排出性能通过中间区域104的这种结构而增强。

中间区域104的另一个方面是它设置排气引入孔110，从而防止排气导入主区域102。中间区域104还以这样的方式设计从而允许大部分的燃烧从主区域102传递到中间区域104。火焰可以完全从主区域102传递到中间区域104或者仅部分地从主区域102传递到中间区域104。还可能没有可测量的火焰存在于中间区域104。

中间区域104和引入孔110的这种结构的结果是，在其中提供扩散/小规模/紊流和大量混合的平衡。实现良好的紊流和大量混合的引入孔110的一个实施方式在图中示出。小的第一排孔110用于引导紊流和小规模的混合。通过产生进入中间区域104的较大直径的排气喷入流，较大的第二排孔110产生更强烈的大量混合。

中间区域104通过“在顶部设置更多孔”的方法提供均匀的排气引导和混合流。然后保护在中间区域内的气流防止被过量的排出引导，且通过仅仅部分地排出引导排放物来保护中间区域内的气流。这样，中间区域104提供对其几何结构的紧密控制旁路调节。因为各成分很好的混合并且允许火焰过渡，当排气中的氧气减少时，中间区域104按照贫于化学当量比燃烧。这通过给出通过孔110结构进入中间区域104的开始部分的正确的排气百分比来实现。

燃烧器系统100的另一个特征在于在排气入口处的扩散器的几何结构。在主区域102的下游端的伞状体103(如图1所示)不仅有助于主区域空气流动模式，而且这种锥形还产生增大体积的位置，用于恢复来自排气的流动压力。在该扩散器区域134中增加的静压改善通过排气进入孔110的流动性能。通过在排气引入孔110之后建立较高静压的蓄压器，在通向扩散器134的排气入口点处的几何结构也有助于减小整个燃烧器系统100的压力损失。

如上所提及的，没有通过衬管108的排气进入孔110进入中间区域104的任何发动机排气进入燃烧器系统100的环室114。环室114的几何结构有助于为燃烧器系统100的混合区106建立均匀的流，下面将更加完整地描述。在一个实施例中，在环室114中设置鳍片从而提供流动平衡。环室114也用于将衬管108中的高温燃烧与燃烧器壁116热隔离。

通过燃烧器系统100的整个排气流要产生一个压降。在现有的燃烧器设计中几个结构都存在压降。第一结构具有相对低的压力损失的混合装置105的混合几何结构120/124/122，位于通向混合区106的入口处，导致在环室114入口且通过引入孔110处成为主压降损失的位置。第二结构具有相对低限制的环室，导致压力损失的位置位于引入孔110和通向混合区106的入口，即，通过混合器106的压降大约等于通过衬管108和引入孔110的压降。与其它设计的不同之处在于，通过几何分离混合器产生的压力损失不依赖于燃烧区域中的气流且对于燃烧区域中的气流没有任何益处，它的作用是严格地用于混合。因此，通过进入孔110进入衬管108的排气的压力输入能够通过使用下游混合装置105的几何结构来调整。

在其它燃烧器中混合器与衬管的分离需要通过这两个部件连续且独立的压降，导致这些燃烧器需要更高的总压降。换句话说，存在一个压降来引导排气进入衬管，同时当流体通过混合装置时出现第二压降。

将这些特征与相同的整个衬管108的几何结构完全合并允许气流的分布调整，用于燃烧的贯穿喷射流和混合流的生成、以及完全来自同样的压降的有效的热/冷混合，其结果是比其它必须采用几个压降串联来实现同样的条件的设计来说，总压力损失较低。

混合区106是燃烧器系统100的用于使来自衬管108内的热气与相对冷的发动机排气进行混合的部位，其中相对冷的发动机排气围绕衬管108并且通过环室114被分流。本发明的实施例结合混合区106的几何结构，其与那些其他排气后处理燃烧器中的几何结构很不一样，这将在下面进行讨论。通过图5可以看出一个实施例。

通过图6可以看到，冷热气流被引导进入多个交叉模式来产生高效率的混合。通过图6可以看到，等温线在混合几何结构的末端的在一个与喷燃器轴线垂直的横截面上示出。等温线150代表逸出衬管108的热气。等温线152代表被引导环绕热气的较冷的排气。为加快混合的过程，要最大化热流和冷流之间的表面积。冷流加入并且沿着流动表面120从衬管108的外径径向向内引导到具有这种几何结构的燃烧器中心。可选表面122具有双重目的。表面122产生一个再循环区域，用于让冷气沿着表面120进入，同时还促使热衬管108中的气体离开表面124的下游，以使得它被较冷的气流环绕。这种设计的主要好处在于为产生混合所需的压力损失最小。气流沿着衬管108的几何形状120/122/124流动并且不依赖于气流喷射贯穿或者其它高压相关机械装置。因为这种混合器设计不需要升高压降来产生混合，它不依赖于影响性能的排气流率。这种混合方案比起之前采用的湍流器式的混合器来说，在更宽的发动机运行范围内压力损失更少的情况下具有更好的性能。

混合区106的混合几何结构的另一个优点在于，能够调整气流分布。在混合器部分上的翼片或者鳍片122/124不必全部具有相同的几何尺寸、方向或者间距。它们可以以这种方式组合从而调节环流区域中的不平衡或者调节混合几何结构上游处的排气温度分布的不平衡。通常地，排气温度分布图通常以温度较高的气流为中心，径向向内温度较高，径向向外分布较冷气流。调节混合器的局部行为的能力将能缓和例如由于在混合几何结构的上游处的排气流温度分布图的变化导致的出口温度的局部变化。

混合区106的几何结构还允许通过将来自环室114大量的相对冷的排气与离开中间区域104的燃烧产物快速混合使得火焰淬火的能力。在喷燃器末端的快速淬火在富燃料燃烧的情况下或者在火焰可能比正常情况向下游延伸的更远的其它状态下防止火焰冲击排气系统中的下游组件。淬火行为提供封闭连接的选择从而缩短整个系统的长度和包装需求。

图7和8是根据本发明的教导提供有效混合的混合装置205的可替换实施例的简化示意图。混合装置205可以形成混合区部分并且设置在例如之前所描述的中间区域的下游。

先参见图7，与图5的装置的混合几何结构类似，混合装置205操作来自环室214的直的较冷气流径向向内，同时引导或者抽取来自内侧衬管208的较暖气流径向向外，从而将被内侧衬管208分隔开的冷暖气流进行混合。在这个实施例中，几何结构未包括通常垂直于燃烧器流动轴线的中心表面120，从而减小混合装置205的总压降。进一步地，移除中心表面避免其直接遭受大量的来自流过燃烧器中心的高温排气的热，从而减小混合装置的最终故障的可能性。

参考图7的横截面示意图，该实施例另外未包括伸入高温排气流并且直接被高温排气流冲击的任何翼片或者其它几何结构，所述高温排气流由衬管208内的箭头243示出(这里也被称作“热排气243”)。

混合装置205在衬管208中靠近出口端236形成。然而，在其它实施例中，混合装置205能够以单独件的形式形成并且连接到衬管208上，或者能够设置在出口端236的小范围的上游或下游处。

混合装置205如所示的那样，包括多个向内定向翼片223和多个向外定向翼片224(通常合称作“翼片223，224”)，用于引导来自环室214的冷流(由箭头241示出(这里也被称作“冷排气241”))和来自内侧的衬管208的暖流243。翼片223，224将整个排气流分隔成多个不同的部分，然后引导并且重新排列这些部分从而促进不同部分之间的增强混合和热传递，进而如期望地调节流过燃烧器罐216的排气温度分布。排气的综合温度分布图通过流过环室214的冷排气241和流过衬管208内侧的热排气243流来限定。通常，该温度分布图具有热的中心核(由衬管208内侧的气流提供)带有冷的外周(由通过环室214的气流提供)。这种通常的温度分布图以简化的方式在图11中示出。通常，混合装置205以交替的角取向成角度地使得冷热气流交替。

在示出的实施例中，向内定向翼片223具有入口端238，在入口端处向内定向翼片223通常与流动路径的轴线239相切。向内定向翼片223终止于出口端240，在出口端处向外定向翼片相对于轴线239歪斜。入口端238位于出口端240的上游。通常，出口端240是倾斜的，即不平行于或者不垂直于轴线239，但是在所有的实施例中这不是必须的。在一个优选的实施例中，入口端238相对于轴线239具有在大约零度到大约20度之间的角度。在优选的实施例中出口端240具有在大约30度到大约70度之间的角度。其它的翼片装置和轮廓可以结合用于调节混合装置205以实现期望的混合，下面将进行更充分的说明。

在入口端和出口端238，240之间通常采用弧形部分进行过渡。当弧形部分到达出口端240时，弧形部分开始变平。当径向向外看时弧形部分通常是凹的，以使得入口端238是出口端240的径向向外侧。弧形部分减小被引导流中的湍流，通过平滑地将气流从与轴线239平行转换为径向向内歪斜由此来减小压降。弧形部分能够由多个连接在一起的通常扁平的部分形成。然而，优选地避免这样一种装置，由于阻碍如不同部分的交叉来获得最小的压降，这将阻碍沿着向内定向翼片223的内/上游表面的冷排气241的平滑流动。

在这样的实施例中，流过环室214的冷排气241(用箭头241这种简单的方式示出)被径向向内定向翼片223引导径向向内。在示出的装置中，向内定向翼片223没有径向向内延伸超过内衬管208的内表面。然而，在其它实施例中，出口端可设置在衬管208的内表面的径向向内侧。有益地，如果在向内定向翼片223径向向内延伸超过衬管208以使得它们以其它方式正好位于热排气流中(用箭头243这种简单的方式示出)，从环室214流出的冷排气241有助于防止热排气243直接冲击向内定向翼片223。冷排气241用作缓冲器来减小给向内定向翼片223的热传递，从而能够使用更低质量的材料和/或更薄的翼片223。这对于并入板120的在前的实施例来说还提供显著的优点。

被径向向内引导的冷排气241使得一部分中心热排气243移动并且还与一些热排气243进行混合。

向外定向翼片224具有入口端242，在入口端处向外定向翼片224通常与流动路径的轴线239相切。向外定向翼片224终止于出口端244，并且相对于轴线239歪斜。在入口和出口端242，244之间采用弧形部分进行过渡。当弧形部分到达出口端244时，弧形部分开始变平。向外定向翼片224通常是向外凹的，以使得当向下游方向移动时向外定向翼片224逐渐径向远离中心轴线239。根据期望的下游温度分布图、期望的混合和通过混合装置205的总压降，出口端244可以接触或者可以不接触燃烧器罐216的内表面246。在示出的实施例中，出口端244与罐216的内表面246的径向内侧分隔开。

冷排气241直接冲击向外定向翼片224的上游表面247。这引导一部分冷排气241朝着邻近的向内定向翼片223被侧向转移，即相对于轴线239通常成角度地转移(如图7和8中所示的箭头241A表示该气流)。这有助于产生一个正好流向翼片223，224下游的冷排气241中的区域或者空间，热排气243可被径向向外汲取到其中。进一步的，向外定向翼片224有助于引导或者相反汲取热排气243径向向外。更特别地，当热排气流过混合装置205并且被径向向外引导且进入另外已经被冷排气241占据缺少混合器205的位置时，更特别地由图7中的热排气243C所示的热排气243将贴着下游表面248，即面对径向内侧且通常在下游的该表面。

进一步地，被向外定向翼片224成角度地/侧向地引导的一些冷排气241被带入邻近部分的冷排气241中，邻近部分的冷排气由邻近的向内定向翼片223径向向内引导。该布置由图8中的箭头241D所示。可替换地，一些冷排气241还被侧向地(即成角度地)引导到邻近的向内定向翼片223的后面和下游，如图8中的箭头241A所示。

因此，冷排气241的侧向引导和热排气243的径向汲取促使罐216中的组合排气流的不同部分(冷热排气241、243)的各段重新布置。通过重新布置各段的热排气243和冷排气241，当冷排气241不再形成围绕热排气243的环室时热排气243不再主要位于中心(通常参见图12)。同样，在不同温度排气流241、243之间的表面积的提高促进更快速的热传递和热分布从而促使在假定的轴线区域沿着轴线239向混合装置205的下游产生更均匀的温度分布图。

在图7所示的实施例中，向内定向翼片223和向外定向翼片224基本上相互成镜像，除一些被径向向内引导(向内定向翼片223)而另一些被径向向外引导(向外定向翼片224)以外具有相同的外形。入口端238、242基本上相对彼此轴向地对齐，而出口端240、244也基本上相对彼此轴向地对齐。两个入口端238、242都与环室214和冷排气241流体地连通。

在该实施例中，翼片223、224由单片材料构成并且因此通过中间C形的连接件连接，所述连接件设置在相邻的翼片223、224之间。然而，在其它的实施例中，翼片223、224能够彼此独立构成以使得每片翼片223、224都是单片，然后能够连接到相邻的、反向引导的翼片223、224上。可替换地，一部分翼片223、224能够由单片构成。例如，所有向内定向翼片223能够由单片构成且所有向外定向翼片224能够由第二单片构成。可替换地，混合器装置205能够由多个具有向内和向外定向翼片223、224的成角度的部分构成。

如果排气流的温度分布图基本上径向成层并且成角度地均匀，例如如图12所示的那样，当在基本上垂直于轴线239正好位于混合装置205的上游的平面上看时，混合器装置205将最可能也基本上成角度地均匀，即所有的向内定向翼片223都基本上一样，并且所有向外定向翼片224都基本上一样。这促使绕轴线239成角度地更均匀地混合。

然而，如果排气流的温度分布图径向上或者成角度地不均匀，能够调节翼片223、224来调整混合装置205下游的得到的温度分布图，进而提供更加均匀的温度分布图。例如，如果温度分布图具有垂直向上变动的热核心，翼片223、224将被调节用来向上引导来自轴线239下面的那部分环室214的更多的冷排气241，并且被调节用来防止来自高于轴线239的那部分环室214的更少的冷排气241向下朝着轴线239被引导。类似地，翼片223、224将这样被调节以使得当更多的来自轴线239下部的热排气243被向下汲取时，来自轴线239上部的衬管208中的很少的热排气243被向上汲取。应当注意，术语“向上”和“向下”是仅仅用于一个示例的相关术语，对于所有实施例来说不是必须的并且仅仅用于参照示意图进行解释。

翼片223、224能够以各种方式进行调节来帮助改变排气流使其在混合装置205的下游达到期望的下游温度分布图。例如，翼片223、224可以做得更宽(即，具有更大的角度尺寸)或者它们可以做得更高(即，具有更大的径向几何尺寸)。此外，在入口和出口端之间的那部分锥度能够被调节来径向引导更多或者更少的气流。

进一步地，可以相对向外定向翼片224来调节向内定向翼片223的轴向位置，从而在混合装置205的下游类似径向的位置当排气向上游流向混合装置205时调节排气量，所述排气被带入相邻的翼片223、224的气流中或者被允许往后通过并且继续向下流动。例如，参见图7，如果向外定向翼片224轴向向上游移动，在限制内，更多的冷排气241能够被带入由相邻的向内定向翼片223所限定的流动路径因此被径向向内引导。这是因为冷排气241往相邻的向内定向翼片223的上游侧向引导，而不是往向内定向翼片223的下游引导。这促进组合排气流的中心核的冷却的增强。进一步地，翼片223、224下游产生更大的区域用于热排气243径向向外流动，从而进一步促使径向向外流动的热排气243的数量增多。

然而，应当注意，如果向内定向翼片223相对于径向向外定向翼片224轴向间隔太远，那么，利用冷排气241重新排列热排气243的位置以及利用热排气243重新排列冷排气241的位置的协调相互作用将不存在，从而只会发生有限的混合，并且翼片223、224只能在排气流中用作混合能力减弱的节流器。例如，如果径向向外定向翼片距离径向向内定向翼片上游太远，当冷排气241侧向流动离开向外定向翼片224的上游面时，在所述气流在轴向达到径向向内定向翼片223并且未被带入被向内定向翼片223径向向内引导的气流之前，所述气流将转回到向外定向翼片224的后侧。可替换地，如果向外定向翼片224距离向内定向翼片223下游太远，情况同样如此。

如下面更充分的示出，翼片223、224的形状和外形能够改变以使得翼片223、224做得大约像铲子来更有效地配合并且引导相应的排气流。

图9示出根据本发明的教导的混合装置305进一步的实施例。该实施例基本上类似于前面所述的混合装置205。

然而，该实施例具有稍稍不同的几何结构的向内定向翼片323，而向外定向翼片324具有与之前实施例基本上相同的几何结构。向内定向翼片的透视图如图10所示。

向内定向翼片323是铲形并且比起之前实施例中的向内定向翼片223具有更有效的作用。向内定向翼片323的上游表面347在二维上是凹的。

类似于之前的实施例，向内定向翼片323从入口端338向出口端340延伸。入口端338相对于出口端340径向向外地设置。进一步地，入口端338通常与通过环室314的气流和轴线339相切，然而出口端340通常相对于通过环室314和衬管314的气流以及轴线339歪斜。

先参见图11，在该实施例中，向内定向翼片323具有通常垂直于翼片323的底部363的切面延伸的向内突出的翼部360、362。翼部360、362限定向内定向翼片323的相对的侧边缘364、366。翼部360、362形成成角度地位于相对的侧边缘364、366之间的凹部373或者槽，当排气流往下游方向流动时凹部373或者槽通常在上游方向打开来接收并且俘获其中相应的排气流。在该实施例中，翼部360、362和槽或者铲结构促使向内定向翼片323更有效地舀住或者俘获流过环室314的冷排气341，从而增加被径向向内引导的冷排气341的量。翼部360、362防止被向内定向翼片323舀住或者俘获的冷排气341成角度地滑出且离开向内定向翼片323，即侧向离开上游表面347，促使冷排气341朝着中心轴线339被完全径向向内地引导。

当向内定向翼片通常成角度地凹入时，上游表面347可以由多个通常扁平的表面按一定角度的方向构成。由翼部360、362限定的那部分上游表面347在对应的侧边缘364、366和底部363之间通常为平坦的。进一步地，由底部363限定的那部分上游表面347在翼部360、362之间通常为平坦的，相对于中心轴线339不明显地成角度弯曲。

进一步地，该实施例的入口端338具有大于出口端340的宽度的宽度(成角度的)。同样地，向内定向翼片323的底部363相对在出口端340处的宽度，倾向于靠近入口端338处具有更宽的宽度。

翼部360、362包括从底部363的上游端向上游延伸的上游部分375、377。这些上游部分能够用于帮助约束更多的排气同时用于在燃烧器罐内安装向内定向翼片。

翼部360、362的包含以及改变是用于很好地调节根据本发明的混合装置的混合能力的另一个方式。翼部360、362的包含有助于在排气流率低的时候通过翼片引导排气流。这提供在整个宽范围的排气流率下具有良好操作性能的特别的混合装置305。

此外，通过使向内定向翼片323径向向内延伸超过衬管308的内表面346，向内定向翼片323变得更加有效，从而出口端340与热排气343直列。如上面提到的，来自环室314的、被向内定向翼片323舀住或者俘获的冷排气341作为缓冲器防止衬管308内的热排气343直接冲击上游表面347，从而保护向内定向翼片323不会由于来自热排气343的过度热传递而受损坏。

其它实施例还可以根据流动分布需要，利用向外定向翼片的铲形几何构造。

实施例可以具有包括凸的上游表面的向外定向翼片，即所述表面被冷排气直接冲击，例如之前实施例中的向外定向翼片224。通过设有向外定向翼片，该装置能够用于帮助减小压降。这使得向外定向翼片更容易向其侧向引导冷排气流(即成角度地朝着邻近的翼片)，而不是作为流动路径中的钝阻碍物。

各种翼片几何结构的仿真和试验实际上显示它能够正好基本上倒转排气流的温度分布。更特别地，它可能产生具有径向外环部的温度分布图，所述径向外环部具有高于气流的径向内部的温度范围。这在特定情况下能非常有益。通常地，下游装置例如DPF径向向外地排热，从而DPF的径向外部倾向于比它的径向内部更快地冷却。同样，如果在其中流动的排气在径向外部处具有比径向内部更高的温度，在整个DPF可以保持一个更均匀的温度分布。所述倒转的温度分布将结合进一步的实施例在下面进行更完全的描述，然而，依靠几何结构设计，还能够并入之前的设计。

虽然在之前的实施例中没有明确地示出，但是在之后的实施例中将会示出，向外定向翼片能够被与向内定向翼片323类似的翼片所替换从而给热排气提供更加有效地引导。然而，虽然已经描述过的向外定向翼片没有包括直接设置在热排气流243、343中的入口端，其它实施例能够并入这种结构。这提供非常有效的混合装置。然而，由于缺少沿着上游表面流动起缓冲作用的冷排气，热排气直接冲击翼片的上游表面，因此这些翼片由于较高温度的排气需要更强的耐热性。

图11、12和15示出根据本发明的教导的混合装置405的又一个实施例。该混合装置405可以用于燃烧器环境中，例如之前的混合装置，或者在不使用燃烧器装置的其它排气流动路径中，但是期望提供一种更均匀的温度分布或者低压混合。

混合装置405再次作为低压混合装置，用来重新排列不同部分的排气流区段，从而重新确定相对于通常低温的径向外侧部分来说通常高温的中心部分的这些部分的位置，从而促进混合和通常热传递来产生更均匀的下游气流的横截面分布。再者，当混合装置仅通过重新排列并且成角度地交叉这些分段部分而重新排列气流时，在混合装置405上承受受限的压降。

该混合装置限定第一部分排气流通过的内通道410。通常地，第一部分排气流是径向向内的中心部分，通常由箭头443示出并且主要由上游温度分布图的截面490形成。如之前描述地，通常地该径向向内气流具有最高的温度。第二部分排气流从混合装置405的外部通过，如箭头441所示。该气流通常地为区段494所表示的冷排气441，其位于热排气的截面490的径向外侧并且在热排气的截面490的周围。

混合装置405具有轴向地沿着流动轴线439持续地改变着横截面形状的多个腿部412，从而径向成角度地重新排列进入不同区段的冷热排气441、443。更特别地，当所述气流从混合装置的开端向下游轴向地通过流动路径410到达混合装置405的末端时，混合装置405将大致圆形同心的内外部通常分隔成多个角区段。角区段在混合装置405的下游在通常热角区段和通常冷角区段之间成角度变化。

图11和12包括当排气流过由罐416限定的通道(例如燃烧器的通道或者可替换地排气系统的排气管道的通道)时用于显示排气的相应温度分布的温度分布图。点画用于显示不同的相对温度部分。虽然已经示出通常离散的温度部分或者区域，这仅仅是出于示出的目的，并且应当理解不同的区域不能被恰好限定，并且它们相互之间会进行转换。密集的点画用于显示较高温度的区域而稀疏的点画用于显示较低温度的区域。进一步地，温度分布图仅仅是为更好的理解和显示本发明的工作以简化的形式示出的代表性的温度分布图。

同样，混合装置405的上游的上游温度分布图具有热中心部分490、中间部分492以及冷外环部分494。

优选地，腿部412如此构造以使得通过混合装置405的内通道410保持一个基本上不变的横截面积。类似地，在混合装置405的外表面456和混合装置405安装在其中的罐416的内表面446之间限定的外部流动面积在混合装置405的整个长度上基本上保持不变。这防止内部或者外部排气流441、443的大量压缩，从而最小化通过混合装置405的压降量。

然而，当混合装置405将来自通常中心的/径向的成层部分的冷热排气441、443重新排列成多个角区段时，在热排气443和冷排气441之间的表面积增加，从而在最小压降下增加它们之间的热传递和混合。

如图11和12所示，在混合装置405的下游的下游温度分布图具有多个基本上角区段，以使得由于混合装置405的角交错作用，温度分布图成角度地分层。更特别地，具有由附图标记496表示的四个低温区段和由附图标记498表示的四个相对较高的温度区段。当较高的温度区段498与腿部412成角度地对齐的同时，低温区段496很典型地与相邻腿部412之间的凹谷466成角度地对齐。

虽然在混合装置405的长度上从入口到出口优选具有不变的横截面积，其它实施例可以设计成具有可变的横截面积，从而调整重新排列不同部分的排气流。虽然按照对称转动示出，混合装置405可以根据它的上游的排气流温度分布图，具有相对出口或者流动轴线439偏移的入口。入口本质上不需要完全为圆形，但是能够最接近混合装置405上游的具体的排气流温度分布图的形状。

在示出的实施例中，相邻的腿部412之间限定出凹谷466。当从入口朝向出口朝下游方向移动时，凹谷466的底部468径向向内成锥形。如所示出的底部468当朝下游方向移动时还从向内凹的外形过渡为向外凹的外形。这倾向于迫使热排气443径向向外成角度地在腿部412内通过，从而更加充分地限定出较高的角温度区段498。

腿部412在盖部474的相对侧具有两个在盖部474和底部468之间延伸的侧壁470、472。当在下游方向上移动时盖部径向向外成锥形，从而当向下游移动通过混合装置405时径向向外伸展径向腿部412的内部通道410。进一步地，当在下游方向上前进时，侧壁470、472随着其逐渐径向向内延伸而朝着彼此成锥形。

在示出的实施例中混合装置405的入口端通常是圆形，而出口端通常是具有四个腿部412的十字形。然而，具有不止四个腿部的其它形状可以用于形成更多的角温度区段。

通常，根据本发明的实施例的混合装置用于调节不同部分排气流的平均径向分布。更特别地，当向下游移动通过混合装置时，通常为较热部分的内部排气流通过径向向外转入更多的内部排气流而具有径向向外过渡的平均径向分布，而外部排气流通过径向向内转入更多的外部排气流而具有径向向内过渡的平均径向分布。进一步地，混合装置用于重新排列气流，所述气流通常径向地被分层为成角度地分段和分层流。

图13和14示出根据本发明的混合装置505的又一个实施例。所述混合装置包括基本上与之前实施例中的翼片323类似的向内和向外定向翼片523、524。向内定向翼片523径向引导外部冷排气541径向向内，而向外定向翼片524径向引导内部热排气543径向向外。

向内定向翼片523具有入口端538和出口端540。翼片523以弓形路径延伸，所述路径在入口端538到出口端540之间径向向内地过渡。然而，注意参照图10，这种类型的翼片也绕轴线539以一个角度方向凹入。翼片还包括翼部，其基本上与讨论的图11的翼片的翼部相同。

图13示出一些冷排气541被径向向内定向翼片523直接俘获，并且当它流入被向内定向翼片523限定的凹部时被径向向内引导。进一步地，一些冷排气成角度地(即侧向地)被引导到向内定向翼片之后，并且贴着向内定向翼片523的背面且也被径向向内引导。

向外定向翼片524与向内定向翼片523基本上相同，但是被引导用于径向引导内部热排气543径向向外，例如如箭头543所示。进一步地，没有直接与向外定向翼片524对齐并且因此直接被向外定向翼片524俘获的一些内部热排气543，将贴着向外定向翼片524的背面并且被径向向外引导。

向外定向翼片524从入口端542延伸到出口端544。此外，与向内定向翼片523类似，入口端542基本上沿轴线539与排气流相切，然而出口端544相对于出口流轴线539基本上歪斜并且优选歪斜。主要由于空间的限制，上游入口端542具有比下游出口端544窄的宽度。向外定向翼片524的上游表面向外凹，以使得翼片524的上游表面在下游方向上移动时变得逐渐径向远离中心轴线539。此外，向外定向翼片524还包括翼部，用于帮助俘获排气并且防止排气从翼片横向地分离。这些翼片还成角度地凹入，但是围绕轴线539反向凹入。

参考图13和14示出的温度分布图，示出混合装置505已经被调整来倒转温度分布图，如前讨论的。更特别地，上游温度分布图具有内部热区段590、中间区段592以及径向外部冷区段594。此外，这些区段仅仅是示意的并且出于示意的目的。

正好位于混合装置505下游的温度分布图具有多个不同温度区段，由不同的被径向向外引导的热排气543区段和不同的被径向向内引导的冷排气541区段组成。更特别地，具有热中心区段595，其由通常没有被任何翼片523、524引导的热排气543产生。热中心区段595由中心区段596分界，所述中心区段具有多个径向向外延伸且成角度地间隔开的腿部。

这些腿部通常被多个、四个、冷区段597相互分开。这些冷区段597延伸到温度分布图的径向外部边界但是从温度分布图的外周径向向内基本上位于中心。这些冷区段597基本上与径向向内定向翼片523成角度地对齐，而大部分的冷区段与向内定向翼片523的出口端540径向对齐。

而且，温度分布图包括四个附加的热区段598，所述热区段靠近温度分布图的外周且靠近罐516径向向外地设置。这些热区段598通常由内部热排气543限定，所述内部热排气被向外定向翼片524径向向外地引导。这些热区段598通常成角度地偏离冷区段597并且成角度地与向外定向翼片524对齐。

再稍稍往下游处，示出又一个温度分布图。所述温度分布图示出轻微的温度倒置。更特别的，仍然存在靠近中心轴539的大致热区段580。热区段现在由中间区段582分界。然后中间区段582由冷区段584分界，当之前的冷区段597开始成角度地合并在一起时，所述冷区段584由冷区段597构成。然而，现在给冷区段584划界的是中间区段586。提供的中间区段586由热区段598结合之前的中间区段596组成。应当注意，然而由于来自上游分布图的大部分热区段590和冷区段594已经被中间区段所替换，温度分布图基本上更均匀。

如前记载的，当供给排气给DPF时倒转的温度分布图可以是有益的，在DPF中热从它的径向外部快速地散走。所述倒转的温度分布图允许通过DPF的更恒定的温度分布图，通过给DPF径向外部供给更大的热含量从而补偿从其更多的热损失来实现。

所有的参考文献(包括出版物、专利申请、这里所引用的专利)因而被同等程度地引入作为参考，就像每个参考文献都是独立且具体地被指定引入作为参考并且以整个内容被结合的那样。

在描述本发明的上下文(特别是在权利要求的内容中)中的术语“一个”和“该”以及类似词语的使用被认为是涵盖单个和多个两种，除非这里另外指明或者与上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”以及“含有”被认作是开放式的术语(即，意味着“包括，但是不限于”)，除非另外说明。这里对数值范围的叙述仅仅是为作为单独地涉及每个落于范围内的独立值的速记方法，除非这里另外指明，每个独立值引入说明书中好像这里它独立地被叙述。这里所描述的所有方法能够以任何合适的顺序执行，除非这里另外指明或者与上下文明显矛盾。任意和所有的例子的采用或者这里提供的示意性语言(举例来说，“例如”)，仅仅出于更好地说明本发明的目的而不是对本发明的范围进行限制，除非另外申明。说明书中没有语言可以被理解为指明任何非要求的元件作为实行本发明所必须的元件。

这里描述了本发明的优选实施例，包括发明人所知的实施本发明的最好的模式。通过阅读在前的描述，这些优选实施例的变化对于本领域技术人员来说可以显而易见。发明人预期本领域技术人员能进行适当的改变，并且发明人打算以除了这里具体所描述的内容之外实施本发明。此外，在适用法律允许的情况下本发明包括在所附的权利要求中所记载的所有主题的修改和等效替换。而且，在所有可能的变化中前述元件的任意组合都包含在本发明中，除非这里另外指明或者与上下文明显矛盾。

Claims (24)

1.一种混合沿着流动轴线流动的内燃机排气流的方法，包括以下步骤： 

沿着流动轴线重新排列内燃机排气流，包括如下步骤： 

引导内燃机排气流的第一部分径向向外地远离流动轴线，且引导内燃机排气流的第二部分径向向内地靠近流动轴线；以及 

其中引导第一部分和第二部分的步骤包括将第一部分分隔成多个第一区段且径向向外地引导第一区段，将第二部分分隔成多个第二区段且径向向内地引导第二区段，其中重新排列的步骤包括增大第一部分和第二部分之间的表面积； 

其中，引导内燃机排气流的第一部分和第二部分的步骤包括，改变内燃机排气流的第一部分的第一区段的截面形状并且改变内燃机排气流的第二部分的第二区段的截面形状。 

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于： 

引导气流的第一部分和第二部分的步骤包括，在重新排列的步骤之前，相对于第二部分改变气流的第一部分的径向分布以使得气流的第一部分距离流动轴线具有第一平均距离，且在重新排列的步骤之后，气流的第一部分距离流动轴线具有第二平均距离，第二平均距离大于第一平均距离；且其中在重新排列的步骤之前，气流的第二部分距离流动轴线具有第三平均距离，且在重新排列的步骤之后气流的第二部分距离流动轴线具有第四平均距离，第四平均距离小于第三平均距离。 

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在进行重新排列步骤期间第一区段的横截面积基本上保持恒定，并且在进行重新排列步骤期间第二区段的横截面积基本上保持恒定。 

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当重新排列的步骤开始时，气流的第一部分和第一区段位于气流的第二部分和第二区段的径 向内侧并且基本上由气流的第二部分和第二区段确定界限；在重新排列步骤之后，第一区段为多个第一角区段并且第二区段为多个第二角区段，在重新排列步骤之后排气流由交替的第一角区段和第二角区段构成。 

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于： 

在重新排列的步骤之前排气流具有径向分层的温度分布图，在径向内侧气流为高温而在径向外侧相对于内侧气流为低温；以及 

在重新排列步骤之后，排气流的温度分布图基本上由高温和低温的第一角区段和第二角区段相对彼此交替地成角度分层。 

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于： 

引导气流的第一部分和第二部分的步骤包括，在重新排列的步骤之前，相对于第二部分改变气流的第一部分的径向分布以使得气流的第一部分距离流动轴线具有第一平均距离，且在重新排列的步骤之后，气流的第一部分距离流动轴线具有第二平均距离，第二平均距离大于第一平均距离；且其中在重新排列的步骤之前，气流的第二部分距离流动轴线具有第三平均距离，且在重新排列的步骤之后气流的第二部分距离流动轴线具有第四平均距离，第四平均距离小于第三平均距离。 

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当重新排列的步骤开始时，气流的第一部分位于气流的第二部分的径向内侧并且基本上由气流的第二部分确定界限，引导气流的第二部分径向向内的步骤包括直接引导气流的第二部分径向向内，并且引导气流的第一部分径向向外间接地进行,且通过引导更多数量的气流的第二部分径向向内有助于引导气流的第一部分径向向外。 

8.用于使来自内燃机的排气流多个部分交错的排气混合器，包括： 

多个第一流动定向翼片； 

多个第二流动定向翼片； 

第一和第二流动定向翼片设置成包围流动轴线；且 

第一流动定向翼片设置成引导径向向内的内燃机排气流第一部分径向向外；且 

第二流动定向翼片设置成引导径向向外的内燃机排气流第二部分径向向内，以增大第一部分和第二部分之间的表面积； 

其中，内燃机排气流第一部分被分隔成多个第一区段，内燃机排气流第二部分被分隔成多个第二区段，并且，内燃机排气流第一部分的第一区段的截面形状和内燃机排气流第二部分的第二区段的截面形状被改变。 

9.如权利要求8所述的排气混合器，其特征在于： 

第一流动定向翼片具有上游的入口端和下游的出口端； 

第二流动定向翼片具有上游的入口端和下游的出口端； 

第一流动定向翼片的入口端在第一流动定向翼片的出口端的径向内侧； 

第二流动定向翼片的入口端在第一流动定向翼片的出口端的径向外侧； 

第一流动定向翼片的入口端在第二流动定向翼片的入口端的径向内侧； 

第一流动定向翼片的出口端在第二流动定向翼片的出口端和第一流动定向翼片的入口端的径向外侧。 

10.如权利要求9所述的排气混合器，其特征在于，多个第一流动定向翼片的入口端比下游的出口端窄，而多个第二流动定向翼片的入口端比下游的出口端宽。 

11.如权利要求9所述的排气混合器，其特征在于： 

每个第一和第二流动定向翼片都具有面对上游的上游表面； 

第一流动定向翼片的上游表面从入口端向出口端凹入，以使得当从入口端向出口端方向移动时，在上游表面的切线与流动轴线之间的角 度在大小上增大；且 

第二流动定向翼片的上游表面从入口端向出口端凹入，以使得当从入口端向出口端方向移动时，在上游表面的切线与流动轴线之间的角度在大小上增大。 

12.如权利要求11所述的排气混合器，其特征在于： 

在第一流动定向翼片的上游表面和靠近入口端的流动轴线之间的角度在0-20度之间，而在上游表面的切线和靠近出口端的第一流动定向翼片的上游表面之间的角度在30到70度之间；且 

在第二流动定向翼片的上游表面和靠近入口端的流动轴线之间的角度在0-20度之间，而在上游表面的切线和靠近出口端的第二流动定向翼片的上游表面之间的角度在30到70度之间。 

13.如权利要求11所述的排气混合器，其特征在于，第一流动定向翼片的上游表面面对径向外侧，而第二流动定向翼片的上游表面面对径向内侧。 

14.如权利要求13所述的排气混合器，其特征在于： 

每个第一流动定向翼片都为铲形，其包括槽底和两个径向延伸侧壁，所述侧壁从槽底向外延伸且径向向外；且 

每个第二流动定向翼片都为铲形，其包括槽底和两个径向延伸侧壁，所述侧壁从槽底向外延伸且径向向内。 

15.如权利要求8所述的排气混合器，其特征在于，多个第一流动定向翼片和第二流动定向翼片由单体构成，所述单体为形成一个环形的连续材料片，所述单体具有上游端和下游端，所述上游端为圆形入口，所述下游端由多个成三角形、成角度间隔的且从流动轴线向外延伸的腿部构成，翼片并不是由独立材料片组成然后再连接在一起的。 

16.用于处理来自内燃机的柴油机燃料排气的柴油机燃料排气后处 理系统，包括： 

热产生装置，用于加热产生径向分层的温度分布图的排气； 

位于热产生装置下游的混合装置，混合装置所述包括： 

多个第一流动定向翼片，构造成引导内燃机排气流的径向向内的第一部分径向向外；和 

多个第二流动定向翼片，构造成引导内燃机排气流的径向向外的第二部分径向向内，以增大第一部分和第二部分之间的表面积;

其中，内燃机排气流的第一部分被分隔成多个第一区段，内燃机排气流的第二部分被分隔成多个第二区段，并且，内燃机排气流的第一部分的第一区段的截面形状和内燃机排气流的第二部分的第二区段的截面形状被改变。 

17.如权利要求16所述的后处理系统，进一步包括： 

燃烧器壳体； 

设置在燃烧器壳体内的燃烧器衬管，排气流的径向向内部分通过燃烧器衬管； 

在燃烧器壳体内表面和燃烧器衬管外表面之间设置的环室，排气流的径向向外部分通过环室；且 

其中，第一流动定向翼片汲取排气朝着燃烧器壳体的内表面径向向外地通过燃烧器衬管的径向向内部分，而第二流动定向翼片引导排气径向向内地通过环室的径向向外部分，以使得混合装置构造成形成多个成角度地分层区段，所述区段通过交替排气的向内部分和排气的向外部分的区段来形成。 

18.如权利要求17所述的后处理系统，其特征在于，通过在混合装置上游的环室和燃烧器衬管的排气的垂直于流动路径所作的温度分布图径向分层，在径向内侧气流具有高温且相对于内侧气流在径向外侧气流具有更低的温度；且 

其中垂直于流动路径的、在混合装置下游的排气温度分布图成角度地分层，具有分别交替的高温和低温部分。 

19.如权利要求18所述的后处理系统，其特征在于，高温部分基本上由高温排气形成，所述高温排气被第一流动定向翼片径向向外地引导且基本上与第一流动定向翼片对齐，低温部分基本上由低温排气形成，所述低温排气被第二流动定向翼片径向向内地引导且基本上与第二流动定向翼片对齐。 

20.如权利要求17所述的后处理系统，其特征在于，第二流动定向翼片具有位于燃烧器衬管径向外侧的入口端和位于燃烧器衬管径向内侧的出口端。 

21.如权利要求20所述的后处理系统，其特征在于，第一流动定向翼片具有至少径向与燃烧器衬管对齐的入口端和位于燃烧器衬管径向外侧的出口端。 

22.如权利要求21所述的后处理系统，其特征在于，至少一个第一流动定向翼片与另一个第一流动定向翼片不同地构造，且至少一个第二流动定向翼片与另一个第二流动定向翼片不同地构造。 

23.如权利要求17所述的后处理系统，其特征在于，第一流动定向翼片为径向凹入且成角度地凹入的铲形。 

24.如权利要求23所述的后处理系统，其特征在于，第一流动定向翼片具有主底部和两个向外延伸的侧壁，所述主底部在所述侧壁之间延伸，主底部和两个向外延伸的侧壁限定出一个向上游方向打开的槽形。 

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