CN104685176A - 带冲击器的排气系统混合器 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆排气系统的混合器，包括具有入口端和出口端的外壳、与该入口端相邻地定位以引发发动机排气发生涡旋的上游挡板、以及与该出口端相邻地定位的下游挡板。冲击器在上游挡板与下游挡板之间延伸并且与外壳的内表面通过间隙径向向内地间隔开。

Description

带冲击器的排气系统混合器
背景技术
一种通过多种排气部件对由发动机产生的热排气进行处理以减少排放并控制噪音的车辆排气系统。该排气系统包括喷射系统，喷射系统在选择性催化还原(SCR)催化器的上游喷射诸如水和尿素的溶液之类的还原剂。混合器位于SCR催化器的上游并对发动机排气和尿素转化产物进行混合。
喷射器通常将尿素喷洒到排气流中。喷雾与混合器和已经由排气加热的周围壁进行接触。随着尿素的液滴接触这些经加热的结构，这些表面冷却下来，这有利于局部形成尿素沉积物。这些沉积物会不利地影响流动循环和工作效率。
发明内容
在一个示例性实施方式中，用于车辆排气系统的混合器包括具有入口端和出口端的外壳、与该入口端相邻地定位以引发发动机排气发生涡旋(swirling)的上游挡板、以及与该出口端相邻地定位的下游挡板。冲击器在上游挡板与下游挡板之间延伸并且与外壳的内表面通过间隙径向向内地间隔开。
在以上的另一实施方式中，外壳限定沿着混合器的长度延伸的中心轴线，并且其中，冲击器包括由延伸成至少部分地围绕所述中心轴线的周向长度限定的弧形壁。
在以上任一的另一实施方式中，弧形壁具有与上游挡板相邻的上游边缘和与下由挡板相邻的下游边缘，并且其中，上游边缘与下游边缘中的一者固定至上游挡板与下游挡板中的相应的一者，并且其中，上游边缘与下游边缘中的另一者能够相对于上游挡板与下游挡板中的相应的另一者移动以适应热膨胀。
在以上任一的另一实施方式中，间隙在外壳与冲击器之间形成隔离通道，并且其中，上游挡板包括将发动机排气引到隔离通道中的至少一个孔。
在一个示例性实施方式中，车辆排气系统包括第一排气部件、第二排气部件和混合器，第一排气部件具有用于接收发动机排气的入口，第二排气部件定位在第一排气部件的下游，混合器定位在第一部件的下游并位于第二排气部件的上游。混合器具有入口端和出口端，入口端构造成接收离开第一排气部件的发动机排气，出口端构造成将涡旋的发动机排气引向第二排气部件。混合器包括从入口端延伸至出口端的外壳、与入口端相邻地定位以引发发动机排气发生涡旋的上游挡板、与出口端相邻地定位的下游挡板、以及在上游挡板与下游挡板之间延伸的壁。该壁具有与外壳的内表面通过间隙径向向内地间隔开的外周表面。
在以上任一的另一实施方式中，第一排气部件包括柴油氧化催化器和/或颗粒过滤器，下游部件包括选择性催化还原催化器或将选择性催化还原功能与颗粒过滤功能相结合的催化器。
通过以下说明书和附图，将更好地理解本申请的这些以及其它特征，说明书和附图的以下部分为简略描述。
附图说明
图1示意性地图示了带有根据本发明的混合器的排气系统的一个示例。
图2为图1的混合器的局部区段的侧视图。
图3为图2的混合器的入口端视图。
图4为图2的混合器的出口端立体图。
图5为图2的混合器的俯视图。
图6为带冲击器的混合器的示意图。
图7为一个冲击器构型的示意性图示。
图8为另一冲击器构型的示意性图示。
图9A为示出外壳、下游挡板和冲击器的立体图。
图9B类似于图9A但另外包括上游挡板。
图10为外壳、冲击器和上游挡板的剖视图。
图11为示出由排气流偏转的喷雾的视图。
具体实施方式
图1示出一种车辆排气系统10，已知车辆排气系统10引导由发动机12产生的热排气经过各种上游排气部件14，以减少排放并控制噪音。各种上游排气部件14可包括下述中的一者或多者：管、过滤器、阀、催化器、消声器等。在一个示例性构型中，上游排气部件14将排气引导到具有入口18和出口20的柴油氧化催化器(DOC)16中。DOC16的下游可以是柴油颗粒过滤器(DPF)21。已知DPF21用于从排气中移除污染物。DOC16与DPF21的下游为具有入口24和出口26的选择性催化还原(SCR)催化器22。可选地，部件22可包括催化器，该催化器配置成执行选择性催化还原功能和颗粒过滤功能。出口26将排气连通至下游排气部件28。各种下游排气部件28可包括下述中的一者或多者：管、过滤器、阀、催化器、消声器等。这些上游部件14和下游部件28能够根据车辆应用和可用封装空间以各种不同的构型和组合来安装。
混合器30定位在DOC16的出口20(或DPF21的出口)的下游并位于SCR催化器22的入口24的上游。混合器30用于产生排气的涡旋运动或旋转运动。可以使用任何类型的混合元件，如转让给本发明的受让人的美国专利US2012/0216513中提出的混合元件，该专利通过参引合并到本文中。
喷射系统32用于将诸如尿素水溶液之类的还原剂喷射到SCR催化器22上游的排气流中，使得混合器30能够将尿素和排气充分地混合在一起。已知喷射系统32包括流体源34、喷射器36、以及控制尿素的喷射的控制器38。
混合器30在图2至图5中更详细地示出。混合器30包括混合器本体，该混合器本体具有入口端42(图2)和出口端44，该入口端42构造成接收发动机排气，该出口端44构造成将涡旋的发动机排气和尿素转化产物的混合物引向SCR催化器22。如在图3至图5中所示，混合器本体包括上游挡板60和下游挡板62，上游挡板60和下游挡板62由限定出外周表面64的外壳82围绕。入口42处的上游挡板60包括较大开口66(图3)，该较大开口66接收大多数的排气(接收至少60％的排气质量流量)并且构造成引发该涡旋运动。上游挡板60还包括多个穿孔68，所述多个穿孔68确保排气的良好的均质化并减小背压。下游挡板62包括多个开口70和偏转部72，排气通过所述多个开口70和偏转部72离开。混合物主要通过最大的开口70A离开。可在US 2012/0216513中找到关于上游挡板60和下游挡板62的工作的进一步细节。
混合器本体的外周表面64包括喷射器凸台76，该喷射器凸台76具有用于接纳喷射器36的开口78。开口78大致定位在上游挡板60与下游挡板62之间，使得尿素被喷洒到由上游挡板60引发的涡旋气体流中。
在图6至图10示出的示例中，混合器30包括冲击器80，冲击器80降低了形成尿素沉积物的风险。如在图6中示意性地示出的，混合器30具有外壳82，该外壳82限定外周表面64并从入口端42延伸至出口端44。冲击器80在上游挡板60与下游挡板62之间延伸并且与外壳82的内表面84通过间隙86径向向内地间隔开。间隙86在冲击器80与外壳82之间形成隔离通道，该隔离通道防止尿素喷雾直接接触外壳82。
外周表面64暴露于外部环境88的较低温度。在现有构型中，当尿素液滴接触外壳时，尿素液滴使外壳冷却，这促进了液膜的形成。液膜为沉积物形成的前体。在本发明中，冲击器80定位成使得尿素喷雾S在接触外壳82之前接触冲击器80。图11示出当通过以36示意性地示出的喷射器将喷雾喷洒到涡旋的排气流中时的喷雾模式S。如在图6中示出的，冲击器80在内表面90和外表面92上均暴露于经加热的排气。因此，冲击器80维持处于比外壳82更高的温度，并从而显著地减少了当尿素喷雾S接触冲击器80时形成的尿素沉积物。
冲击器80应当定位成使得其距离外壳82近到足以使喷雾面积足够大以促进与涡旋的排气的充分混合。另外，冲击器80应当定位在距离外壳82远到足以使得冲击器80因暴露于来自隔离通道的经加热的排气而保持处于较高温度。在一个示例中，间隙86在大约10毫米至15毫米的范围内。
如在图7至图8中所示，外壳82在沿着混合器30的长度延伸的中心轴线处限定混合器中心A。在一个示例中，冲击器80包括弧形的或弯曲的壁94，该壁94由从喷射器36起绕中心轴线A的部分延伸的周向长度L限定。在图8中示出的示例中，壁94具有从喷射器36起绕中心轴线A延伸360度以形成完整圆环的周向长度。在图7中示出的示例中，壁94绕中心轴线A延伸小于180度，具体地示出了壁94从喷射器36起绕中心轴线A延伸大约90度。应当理解的是，壁94能够形成为具有不同周向长度；然而，壁94应当定位成从喷射器36起绕中心轴线A延伸至少90度以具有最有益的效果。
如在以上讨论的，上游挡板60包括较大开口66，该较大开口66比挡板60中的其它开口更大。弧形壁94靠近该较大开口66的边缘定位，使得当喷射尿素喷雾S时，所述尿素喷雾S与大量涡旋的排气混合，并且液滴在接触外壳82之前接触壁94。
如在图6中所示，壁94具有与上游挡板60相邻的上游边缘100和与下游挡板62相邻的下游边缘102。下游边缘102例如通过诸如熔接或铜焊等固定至下游挡板62。上游边缘100能够相对于上游挡板60移动，即，上游边缘100不固定至上游挡板60，以适应热膨胀。因此，在上游挡板60与壁94的上游边缘100之间设置有小间隙。也可以使用反向安装，使得上游边缘100被固定至上游挡板60，而下游边缘能够相对于下游挡板62移动。
如以上讨论的，间隙86形成外壳82与冲击器80之间的隔离通道。如在图6和图10中所示，上游挡板60包括将发动机排气引导到隔离通道中的一排孔104和一排孔110。这有利于将壁94维持在与外壳82相比更高的温度。孔104和孔110成形为将排气朝向壁94引导。孔104和孔110的形状和数目应当按照需要调整以提供更好的流动循环。
上游挡板60包括与壁94的外表面92相邻的一排孔104。在一个示例中，与孔104的边相邻地形成有偏转部108(图10)以利于将发动机排气引导到壁94的外表面92上。排气经由孔120(图9A)离开隔离通道。上游挡板包括与壁94的内表面90相邻的一排孔110。上游挡板60包括偏转部112，该偏转部112与孔110的与壁94紧邻的边缘相邻地形成，以帮助将发动机排气引导到壁94的内表面90上。除了对壁94进行加热以外，孔110还形成排气帘以减小液滴撞击。
图9A示出了定位在下游挡板62内的壁94，图9B示出了安装在图9A中示出的组件上的上游挡板60。较大开口66构造成将大部分的发动机排气引导到混合器的内部以引发涡旋运动并促进充分混合。
在图9A中示出的示例中，壁94包括绕喷射器凸台76配装的定位部114。在该示例中，外壳82的内表面84围绕弧形壁94的大部分，壁94在远端116处终止。远端116在下游挡板62中与最大开口70A相邻地定位，大部分的尿素和排气混合物在该最大开口70A处离开混合器30。
具有冲击器80的本混合器30定位成在内表面90和外表面92上均暴露于热的排气。这将冲击器80维持在比外壳82更高的温度，使得显著减少了当尿素液滴接触冲击器90时形成的尿素沉积物。
尽管已经公开了本发明的实施方式，但本领域中的普通技术人员将认识到某些修改变型会落入本发明的范围内。出于该原因，应当研究以下权利要求来确定本发明的真实范围和内容。

Claims (19)

1.一种用于车辆排气系统的混合器，包括：
外壳，所述外壳具有入口端和出口端；
上游挡板，所述上游挡板定位成与所述入口端相邻以引发发动机排气发生涡旋；
下游挡板，所述下游挡板定位成与所述出口端相邻；以及
冲击器，所述冲击器在所述上游挡板与所述下游挡板之间延伸，所述冲击器与所述外壳的内表面通过间隙径向向内地间隔开。
2.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述间隙在大约10毫米至15毫米的范围内。
3.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述外壳限定出沿着所述混合器的长度延伸的中心轴线，并且其中，所述冲击器包括弧形壁，所述弧形壁由延伸成至少部分地围绕所述中心轴线的周向长度限定。
4.根据权利要求3所述的混合器，其中，所述弧形壁绕所述中心轴线延伸360度。
5.根据权利要求3所述的混合器，其中，所述上游挡板包括多个开口，所述多个开口中的一个开口比其余开口更大，并且其中，所述弧形壁定位成与所述一个开口的边缘相邻。
6.根据权利要求5所述的混合器，其中，所述弧形壁围绕所述中心轴线延伸小于180度。
7.根据权利要求3所述的混合器，其中，所述弧形壁具有与所述上游挡板相邻的上游边缘和与所述下游挡板相邻的下游边缘，并且其中，所述上游边缘与所述下游边缘中的一者固定至所述上游挡板与所述下游挡板中的相应的一者，并且其中，所述上游边缘与所述下游边缘中的另一者能够相对于所述上游挡板与所述下游挡板中的相应的另一者移动以适应热膨胀。
8.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述间隙在所述外壳与所述冲击器之间形成隔离通道，并且其中，所述上游挡板包括将发动机排气引导到所述隔离通道中的至少一个孔。
9.根据权利要求8所述的混合器，包括偏转部，所述偏转部与所述至少一个孔的边缘相邻地形成，以将发动机排气引导到所述冲击器的外周壁上。
10.根据权利要求8所述的混合器，其中，所述上游挡板包括与所述冲击器的内周表面相邻的至少一个附加孔，并且其中，所述上游挡板包括偏转部，所述偏转部与所述至少一个附加孔的边缘相邻地形成，以将发动机排气引导到所述冲击器的内周表面上。
11.一种车辆排气系统，包括：
第一排气部件，所述第一排气部件具有接收发动机排气的入口；
第二排气部件，所述第二排气部件定位在所述第一排气部件的下游；以及
混合器，所述混合器定位在所述第一排气部件的下游并位于所述第二排气部件的上游，所述混合器具有入口端和出口端，所述入口端构造成接收离开所述第一排气部件的发动机排气，所述出口端构造成将涡旋的发动机排气引向所述第二排气部件，所述混合器包括从所述入口端延伸至所述出口端的外壳、与所述入口端相邻地定位以引发发动机排气发生涡旋的上游挡板、与所述出口端相邻地定位的下游挡板、以及在所述上游挡板与所述下游挡板之间延伸的壁，所述壁具有与所述外壳的内表面通过间隙径向向内地间隔开的外周表面。
12.根据权利要求11所述的车辆排气系统，包括将还原剂喷洒到所述混合器中的喷射器，所述喷射器在所述上游挡板中的主开口的下游处安装到所述外壳。
13.根据权利要求11所述的车辆排气系统，其中，所述外壳限定出沿着所述混合器的长度延伸的中心轴线，并且其中，所述壁包括弧形壁，所述弧形壁由延伸成至少部分地围绕所述中心轴线的周向长度限定。
14.根据权利要求13所述的车辆排气系统，其中，所述弧形壁具有与所述上游挡板相邻的上游边缘和与所述下由挡板相邻的下游边缘，并且其中，所述上游边缘与所述下游边缘中的一者固定至所述上游挡板与所述下游挡板中的相应的一者，并且其中，所述上游边缘与所述下游边缘中的另一者能够相对于所述上游挡板与所述下游挡板中的相应的另一者移动以适应热膨胀。
15.根据权利要求11所述的车辆排气系统，其中，所述间隙在所述外壳与所述壁之间形成隔离通道，并且其中，所述上游挡板包括将发动机排气引到所述隔离通道中的至少一个孔。
16.根据权利要求15所述的车辆排气系统，包括偏转部，所述偏转部与所述至少一个孔的边缘相邻地形成，以将发动机排气引导到所述冲击器的所述外周壁上。
17.根据权利要求15所述的车辆排气系统，其中，所述上游挡板包括与所述壁的内周表面相邻的至少一个附加孔，并且其中，所述上游挡板包括偏转部，所述偏转部与所述至少一个附加孔的边缘相邻地形成，以将发动机排气引导到所述壁的内周表面上。
18.根据权利要求11所述的车辆排气系统，其中，所述第一排气部件包括柴油氧化催化器和/或颗粒过滤器，所述下游部件包括选择性催化还原催化器。
19.根据权利要求11所述的车辆排气系统，其中，所述下游部件包括将选择性催化还原功能与颗粒过滤功能相结合的催化器。
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