CN105452626B - 具有旋流器的穿孔混合管 - Google Patents

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Abstract

后处理系统可以包括排气管和混合管。排气管可以从发动机接收排气并且可以包括限定第一纵向轴线的第一部分和限定相对于该第一纵向轴线成角度的第二纵向轴线的第二部分。混合管可以被布置在排气管中并且可以包括管状部分和从该管状部分径向朝外延伸的套环。管状部分可以包括多个开口和多个导流板。该多个开口可以穿过管状部分的内直径表面和外直径表面来延伸。该多个导流板中的每一个导流板都可以邻近该多个开口中的一个对应的开口来布置。

Description

具有旋流器的穿孔混合管
技术领域
本披露涉及用于车辆的后处理系统，并且更具体地涉及具有带旋流器的穿孔混合管的后处理系统。
背景技术
本部分提供了与本披露相关的背景信息，其不一定是现有技术。
已经结合降低燃烧发动机的排气中存在的氮氧化物来使用选择性催化还原技术。许多利用燃烧发动机的车辆装备有用于减少氮氧化物排放物的排气后处理装置。这些系统中的一些是通过使用基于尿素的技术来构造的、包含用于储存还原剂(例如尿素)的容器以及用于将还原剂从该容器传输至排气流的递送系统。混合器被典型地提供用于在还原剂到达与其进行反应的催化剂之前将经注入的还原剂与排气进行混合。虽然这些系统可能在过去表现良好，可能期望的是提供一种改进的混合器，用以使还原剂与排气流更高效地且有效地混合，并且在催化剂的更大面积上提供更加均匀分布的还原剂，同时减少还原剂流体在混合器的表面上的冲击并且减少还原剂沉积物的积聚。
发明内容
此部分提供本披露的总体概述、并且不是其全部范围或其全部特征的全面披露。
在一种形式中，本披露提供了一种后处理系统，该后处理系统可以包括排气管和混合管。排气管可以从发动机接收排气并且可以包括限定第一纵向轴线的第一部分和限定相对于该第一纵向轴线成角度的第二纵向轴线的第二部分。混合管可以被布置在排气管中并且可以包括管状部分和从该管状部分径向朝外延伸的套环。管状部分可以包括多个开口和多个导流板。该多个开口可以穿过管状部分的内直径表面和外直径表面来延伸。该多个导流板中的每一个都可以邻近该多个开口中的一个对应的开口来布置。
在一些实施例中，管状部分可以是与排气管的第二部分同轴。
在一些实施例中，导流板可以从外直径表面向外延伸。
在一些实施例中，导流板可以从内直径表面向内延伸。
在一些实施例中，套环可以从管状部分的下游末端延伸。
在一些实施例中，套环可以包括旋流器，该旋流器具有从管状部分径向朝外延伸的多个叶片。
在一些实施例中，这些叶片各自可以包括径向内末端和径向外末端。这些径向外末端可以是彼此间隔开的。
在一些实施例中，径向外末端接触排气管的内直径表面。
在一些实施例中，这些叶片各自可以包括接片，该接片从该叶片的边缘在径向内末端与径向外末端之间径向朝内延伸。
在一些实施例中，这些叶片的径向延伸边缘可以是成角度的，使得每个叶片的径向内末端和相同叶片的外末端是彼此在旋转方面不对齐的。
在一些实施例中，在第一纵向轴线与第二纵向轴线之间的交叉点可以布置在管状部分之内。
在一些实施例中，第一纵向轴线和第二纵向轴线可以基本上彼此垂直。
在一些实施例中，后处理系统可以包括：在该管状部分的上游末端处沿该第二纵向轴线布置的还原剂注入器。
在一些实施例中，后处理系统可以包括被布置在混合管的下游的催化器。
在另一形式中，本披露提供了一种后处理系统，该后处理系统可以包括排气管和混合管。排气管可以从发动机接收排气并且可以包括限定第一纵向轴线的第一部分和限定相对于该第一纵向轴线成角度的第二纵向轴线的第二部分。混合管可以被布置在排气管中并且可以包括管状部分和从该管状部分径向延伸的旋流器。管状部分可以包括穿过该管状部分的内直径表面和外直径表面延伸的多个开口。旋流器可以包括从管状部分径向朝外延伸的多个叶片。
在一些实施例中，管状部分可以是与排气管的第二部分同轴。
在一些实施例中，管状部分可以包括多个导流板。这些导流板各自可以邻近该多个开口中的一个对应的开口来布置。
在一些实施例中，导流板可以从外直径表面向外延伸。
在一些实施例中，导流板可以从内直径表面向内延伸。
在一些实施例中，旋流器可以从管状部分的下游末端延伸。
在一些实施例中，这些叶片各自可以包括径向内末端和径向外末端。这些径向外末端可以是彼此间隔开的。
在一些实施例中，径向外末端可以接触排气管的内直径表面。
在一些实施例中，这些叶片各自可以包括接片，该接片从该叶片的边缘在径向内末端与径向外末端之间径向朝内延伸。
在一些实施例中，这些叶片的径向延伸边缘可以是成角度的，使得每个叶片的径向内末端和相同叶片的外末端是彼此在旋转方面不对齐的。
在一些实施例中，在第一纵向轴线与第二纵向轴线之间的交叉点可以布置在管状部分之内。
在一些实施例中，第一纵向轴线和第二纵向轴线可以基本上彼此垂直。
在一些实施例中，后处理系统可以包括：在该管状部分的上游末端处沿该第二纵向轴线布置的还原剂注入器。
在一些实施例中，后处理系统可以包括被布置在混合管的下游的催化器。
在另一形式中，本披露提供了一种在后处理系统中将排气和还原剂进行混合的方法。该方法可以包括在排气从发动机中流动穿过的排气管中提供混合装置。混合装置可以包括管状部分。可以通过该管状部分中的多个开口来将排气的第一部分接收在管状部分中。可以允许排气的第二部分在管状部分与排气管的内直径表面之间流动。可以将还原剂注入到管状部分中。可以在管状部分之内产生第一旋流图案。可以用排气的第二部分来产生第二旋流图案，该第二旋流图案包围第一旋流图案。
在一些实施例中，可以用从管状部分径向朝外延伸的多个导流板来产生第一旋流图案。
在一些实施例中，可以用从管状部分径向朝内延伸的多个导流板来产生第一旋流图案。
在一些实施例中，可以用从管状部分径向朝外延伸的多个叶片来产生第二旋流图案。
在一些实施例中，该方法可以包括将混合装置下游的第一旋流图案和第二旋流图案融合。
从本文所提供的描述中将清楚其他适用范围。本概述中的说明和具体实例仅旨在用于展示的目的而并非旨在限制本披露的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于所选择实施例的而不是对所有可能实施方式的说明性目的，并且不旨在限制本披露的范围。
图1是根据本披露原理的发动机和排气后处理系统的示意性表示；
图2是被布置在后处理系统的排气管中的混合管的透视图；
图3是图2的混合管和排气管的横截面视图；
图4是混合管的透视图；
图5是混合管的下游末端的平面视图；并且
图6是根据本披露的原理的混合管的另一实施例的下游末端的平面视图；
在附图的各视图中，对应的参考号表示对应的部分。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。
提供了多个示例性实施例从而使得本披露是详尽的，并将其范围充分地告知本领域的技术人员。阐述了许多特定的细节，例如特定的部件、装置和方法的实例，以提供对本披露的实施例的详尽理解。对本领域的技术人员来说显然地不必采用特定的细节，而可以用多种不同的形式实施示例性实施方式、并且这些特定的细节都不应解释为是对本披露的范围的限制。在一些示例性实施例中，没有详细描述熟知的过程、熟知的装置结构以及熟知的技术。
本文所使用的术语仅是出于描述特定示例性实施例的目的而并不旨在限制。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”可以旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指明。术语“包括”、“含有”、“包含”和“具有”都是包括性的并且因此指定所陈述特征、整合物、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或加入一种或多种其他特征、整合物、步骤、操作、元件、部件和/或它们的集合。本文所描述的这些方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们按所讨论或展示的特定顺序执行，除非特别指出执行顺序。还应理解的是，可以采用额外的或替代性的步骤。
当一元件或层涉及“在……上”、“接合到”、“连接到”、或“联接到”另一元件或层时，它可以是直接在该另一元件或层上、接合、连接或联接到该另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当一元件涉及“直接在……上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，就可能不存在中间元件或层。用于描述这些元件之间关系的其他词语应该以类似的方式进行解释(例如，“之间”与“直接之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目的一项或多项的任意和所有组合。
虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用来描述不同的元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应该受这些术语的限制。这些术语可以仅用于从一个区域、层或部分中区分出另一个元件、部件、区域、层或部分。术语如“第一”、“第二”和其他数字术语在本文使用时并不暗示序列或顺序，除非上下文清楚地指出。因此，在下文中讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不脱离这些示例性实施例的教导。
空间相关术语，例如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等在本文中是为了使得对如这些附图中所展示的一个元件或特征相对另外一个或多个元件或者一个或多个特征的关系的描述易于阐释。空间相关术语可以旨在涵盖除了在附图中描述的取向之外该装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果这些附图中的装置被翻转，被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。该装置可以被另外定向(旋转90度或在其他取向)，并且本文所使用的空间相关描述符做出了相应的解释。
参照图1，提供了排气后处理系统10，该排气后处理系统可以包括排气管12、还原剂递送系统14、后处理装置16和混合管18。排气管12可以接收从燃烧发动机20排出的排气。被排放到排气管12中的排气可以在被排放至大气环境之前流经混合管18和后处理装置16。
排气管12可以包括限定了九十度弯曲的第一部分22和第二部分24。第一部分22可以由第一纵向轴线A1(图3)来限定，并且第二部分24可以由第二纵向轴线A2(图3)来限定。虽然排气管12在图中被示出为具有九十度弯曲，应认识到的是，排气管12可以具有小于或大于九十度的弯曲并且可以具有任何合适的构型，例如S形(即多重弯曲)。在一些实施例中，排气管12可以包括在第二部分24的下游的第三部分(未示出)，该第三部分可以近似平行于第一部分22。
还原剂递送系统14可以将还原剂(例如尿素或氨)从储箱26泵送至还原剂注入器28，该还原剂注入器可以在混合管18处或在该混合管上游将还原剂喷入排气流之中。混合管18可以使还原剂与排气混合以在混合物进入后处理装置16之前提供更均匀的还原剂与排气的混合物以及通过促使水蒸发来将尿素转化为氨。
后处理装置16可以例如是SCR(选择性催化还原)催化器。在还原剂与后处理装置16之间的反应可以例如将排气中的氮氧化物转化为氮气(N2)、水和/或二氧化碳。
现参见图1至图5，混合管18可以包括管状部分30、以及旋流器或套环32。流动穿过排气管12的该排气的第一部分可以流动到管状部分30中并且排气的第二部分可以围绕管状部分30流动并且穿过套环32。管状部分30可以包括上游末端34和下游末端36。上游末端34可以抵靠排气管12的第一部分22的壁38。注入器安装板40可以穿过壁38延伸并且在上游末端34处延伸到管状部分30中。还原剂注入器28可以穿过在注入器安装板40中的孔41延伸并且可以延伸到管状部分30中。
管状部分30可以包括与第二纵向轴线A2(图3)共线的纵向轴线。管状部分30可以包括外径，该外径小于排气管12的第一部分和第二部分22、24的内径。管状部分30可以包括围绕管状部分30的直径成排延伸并且在管状部分30的上游末端和下游末端34、36之间成列延伸安排的多个开口42和多个导流板44。开口42可以穿过管状部分30的外直径表面和内直径表面46、48来延伸。导流板44可以被部分地切割或压印出管状部分30(由此形成这些开口42)并且朝内弯曲到管状部分30中。
从第一部分22流动穿过排气管12至第二部分24的一些流体可以穿过开口42而进入管状部分30并且可以由导流板44在旋转方向引导以在管状部分30内产生第一旋流图案，该第一旋流图案围绕纵向轴线A2来涡旋。这个旋流图案有助于还原剂的雾化以及还原剂与排气进行混合。旋流图案还可以限制或防止还原剂流体在混合管18、排气管12和/或后处理装置16的表面上的冲击，这减少了在混合管、排气管12和后处理装置16上的还原剂沉积物的形成和/或积聚。在一些实施例中，混合管18可以包括水解涂层以进一步减少在混合管18上的还原剂沉积物的形成和/或积聚。
虽然导流板44在图2至图5中被示出为朝内延伸到管状部分30中，在一些实施例中，导流板44可以被形成为从管状部分30的外直径表面46朝外延伸，如在图6中所示。当导流板44径向朝外延伸时，可以进一步减小在导流板44上形成还原剂沉积物的机会，同时仍然能够有效地产生在管状部分30内的旋流图案。
套环32在其整体形状中可以是大体上圆锥形的并且可以从管状部分30的下游末端36径向朝外且轴向下游地延伸。套环32可以被焊接和/或以其他方式紧固到环状部分30上。在一些实施例中，套环32可以与管状部分30整体地形成。套环32可以包括以围绕管状部分30的纵向轴线延伸的圆形阵列来安排的多个叶片50。叶片50各自可以包括本体52和从本体52延伸的第一接片和第二接片54、56。如在图5中所示，本体52可以相对于管状部分30的纵向轴线成角度来布置并且可以包括近端58(即径向内末端)、远端60(即径向外末端)、和在近端与远端58、60之间延伸的第一侧向边缘和第二侧向边缘62、64。本体52相对于该纵向轴线的角度可以被定制用于具体应用，以实现所希望的紊流量。第一接片54可以从第二侧向边缘64朝向管状部分30的纵向轴线来径向朝内延伸。第二接片56可以从远端60径向朝内并且轴向地向下游。第二接片56可以接触排气管12的第二部分24的内直径表面。在一些实施例中，第二接片56可以被焊接和/或以其他方式固定到第二部分24的内直径表面上。
如在图5中所示，本体52的侧向边缘62、64可以是成角度的，使得每个叶片50的近端58和相同叶片50的远端60是彼此在旋转方面不对齐的。即，当从图5的参照系来观察时，随着每个叶片从管状部分30径向朝外延伸，每个叶片50可以是成角度的以在总体上顺时针方向上延伸。应认识到的是，在一些实施例中，当从图5的参照系来观察时，随着每个叶片从管状部分30径向朝外延伸，每个叶片50可以是成角度的以在总体上逆时针方向上延伸的。
叶片50的几何形状以及叶片50相对于彼此的取向、管状部分30和排气管12可以使流动穿过套环32的流体以围绕纵向轴线A2且围绕已流动穿过管状部分30的流体的第一旋流图案的第二旋转或旋流图案来流动。这两个同轴的旋流图案可以致使在还原剂和排气流动到后处理装置16之前还原剂和排气的改善的混合。此外，这种改善的混合可以通过在还原剂注入器28与后处理装置16之间更短长度的管(与现有技术后处理系统中为了充分混合而可能需要的相比)来实现。
应该认识到的是，叶片50和导流板44可以被定向为使得第一旋流图案和第二旋流图案以相同的旋转方向或以相反的旋转方向来旋转。在一些实施例中，管状部分30除这些总体上扁平的导流板44之外或者替代之可以包括从其径向朝内或径向朝外延伸的多个勺形件(未示出)。额外地或可替代地，套环32除叶片50之外或替代之可以包括多个勺形件(未示出)。例如，这些勺形件可以包括三维弯曲的几何形状和/或螺旋的几何形状，以引起旋流图案。在一些实施例中，套环32可以是圆锥或漏斗形的构件，该圆锥或漏斗形的构件在其中具有替代多个叶片或勺形件的一个或多个开口。
虽然混合管18在上文中被描述为用于SCR定量给送应用，应认识到的是，混合管18可以被用于碳氢化合物定量给送应用，其中，混合管18可以将注入的碳氢化合物与排气混合。
以上对这些实施例的描述是出于展示和说明的目的提供的。并不旨在详尽或限制本披露。具体实施例的单独的要素或特征通常并不局限于该具体实施例，而是在适用时是可互换的、并且可以用在甚至并未明确示出或描述的选定实施例中。也可以用多种方式来对其加以变化。这样的变化不应视作是脱离本披露，并且所有这样的改动都旨在包括在本披露的范围之内。

Claims (20)

1.一种后处理系统，包括：
排气管，该排气管从发动机接收排气并且包括限定第一纵向轴线的第一部分和限定相对于该第一纵向轴线成角度的第二纵向轴线的第二部分；以及
混合管，该混合管被布置在该排气管中并且包括管状部分和从该管状部分径向朝外延伸的套环，该管状部分包括多个开口和多个导流板，该多个开口穿过该管状部分的内直径表面和外直径表面来延伸，该多个导流板中的每一个导流板都邻近该多个开口中的对应一个开口来布置，
其中，该套环包括旋流器，该旋流器具有从该管状部分径向朝外延伸的多个叶片，这些叶片各自包括径向内末端和径向外末端，这些径向外末端是彼此间隔开的。
2.如权利要求1所述的后处理系统，其中，这些导流板从该外直径表面向外延伸。
3.如权利要求1所述的后处理系统，其中，这些导流板从该内直径表面向内延伸。
4.如权利要求1所述的后处理系统，其中，该套环从该管状部分的下游末端延伸。
5.如权利要求1所述的后处理系统，其中，这些导流板定位成在管状部分内产生第一旋流图案，叶片设置成在管状部分和排气管的内表面之间产生第二旋流图案。
6.如权利要求1所述的后处理系统，其中，这些叶片各自包括接片，该接片从该叶片的边缘在该径向内末端与该径向外末端之间径向朝内延伸。
7.如权利要求1所述的后处理系统，其中，这些叶片的径向延伸边缘是成角度的，使得每个叶片的该径向内末端和该相同叶片的该外末端是彼此在旋转方面不对齐的。
8.如权利要求1所述的后处理系统，进一步包括：还原剂注入器，该还原剂注入器在该管状部分的上游末端处沿该第二纵向轴线布置；以及催化器，该催化器被布置在该混合管和该还原剂注入器的下游。
9.一种后处理系统，包括：
排气管，该排气管从发动机接收排气并且包括限定第一纵向轴线的第一部分和限定相对于该第一纵向轴线成角度的第二纵向轴线的第二部分；以及
混合管，该混合管被布置在该排气管中并且包括管状部分和从该管状部分径向延伸的旋流器，该管状部分包括穿过该管状部分的内直径表面和外直径表面而延伸的多个开口，该旋流器包括从该管状部分径向朝外延伸的多个叶片，其中，这些叶片各自包括径向内末端和径向外末端，这些径向外末端是彼此间隔开的。
10.如权利要求9所述的后处理系统，其中，该管状部分包括多个导流板，这些导流板中的每一个导流板都邻近该多个开口中的一个对应的开口来布置。
11.如权利要求10所述的后处理系统，其中，这些导流板从该外直径表面向外延伸。
12.如权利要求10所述的后处理系统，其中，这些导流板从该内直径表面向内延伸。
13.如权利要求9所述的后处理系统，其中，该旋流器从该管状部分的下游末端延伸。
14.如权利要求9所述的后处理系统，其中，这些叶片各自包括接片，该接片从该叶片的边缘在该径向内末端与该径向外末端之间径向朝内延伸。
15.如权利要求9所述的后处理系统，其中，这些叶片的径向延伸边缘是成角度的，使得每个叶片的该径向内末端和该相同叶片的该外末端是彼此在旋转方面不对齐的。
16.如权利要求9所述的后处理系统，进一步包括：还原剂注入器，该还原剂注入器在该管状部分的上游末端处沿该第二纵向轴线布置；以及催化器，该催化器被布置在该混合管和该还原剂注入器的下游。
17.一种在后处理系统中将排气和还原剂进行混合的方法，该方法包括：
在排气从发动机流动穿过的排气管中提供混合装置，该混合装置包括管状部分；
穿过在该管状部分中的多个开口在该管状部分中接收该排气的第一部分；
允许该排气的第二部分在该管状部分与该排气管的内直径表面之间流动；
将还原剂注入到该管状部分中；
在该管状部分之内产生第一旋流图案；并且
用该排气的该第二部分产生第二旋流图案，该第二旋流图案包围该第一旋流图案；以及
将该混合装置下游的该第一旋流图案和该第二旋流图案融合。
18.如权利要求17所述的方法，其中，该第一旋流图案是用从该管状部分径向朝外延伸的多个导流板来产生的。
19.如权利要求17所述的方法，其中，该第一旋流图案是用从该管状部分径向朝内延伸的多个导流板来产生的。
20.如权利要求17所述的方法，其中，该第二旋流图案是用从该管状部分径向朝外延伸的多个叶片来产生的。
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