CN106437980B - 排气混合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及排气混合器。提供用于混合器的系统。在一个示例中，混合器可以包含沿着排气管道定位的带有多个入口和/或出口的相交管。

Description

排气混合器

技术领域

本说明书总体涉及用于混合装置的系统。

背景技术

用于发动机排气后处理的一种技术利用选择性催化还原(SCR)以使得能够在排气中的NOx和氨气(NH₃)之间发生某些化学反应。通过将尿素(urea)喷射到排气通路中，NH₃被引入到在SCR催化剂上游的发动机排气系统中。在高温条件下，尿素熵分解为NH₃。SCR有利于NH₃和NOx之间的反应以将NOx转化为氮(N₂)和水(H₂O)。然而，正如发明人在此认识到的，在将尿素喷射到排气通路中时可能出现问题。在一个示例中，尿素可能被不良地混合到排气流中(例如，排气流的第一部分具有比排气流的第二部分更高的尿素浓度)，这可能导致SCR的不良覆盖以及排放物(例如，NOx)和SCR之间的不良反应。另外，在排气中过度混合和搅拌尿素同样可能导致问题，诸如增加的沉积物。

解决不良混合的尝试包括在尿素喷射器的下游和SCR的上游引入混合装置中，使得排气流可以是均质的(homogenous)。一种示例方法由Liu等人在U.S.8756913中示出。在该专利中，排气传感器模块被引入到排气通路中以帮助增加排气均质性。排气传感器模块包括加号形(例如，十字形)管，该加号形管具有沿着模块的面向与排气流相对的方向的面的多个穿孔。排气进入该模块并流到气体传感器，并且随后经由单个锥形开口离开该模块。可以存在与上述第一模块相同的第二模块，该第二模块位于第一模块的下游，其中排气部件被定位在第一模块和第二模块之间。

发明内容

不过，本发明人也已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，通过将两个相同的模块引入到排气系统中，则在该两个模块中的混合也是相同的。以此方式，排气方向的交替被减少，并因此混合的随机性可能被降低。此外，传感器位于每个模块的内部。因此，传感器被限制为仅测量模块能够在排气管道中拦截的排气的部分。

在一个示例中，上述问题可以通过一种混合器来解决，该混合器包括沿排气管道的中心轴线垂直相交的一对柱形管，其中每个柱形管包括靠近排气管道壁的两个椭圆形入口(oblong inlets)和靠近中心轴线面向、远离并垂直于排气流的方向的两个成角度的圆形出口。以此方式，流出混合器的排气流到排气管道的未被混合器扰动的区域并且增加排气管道中的排气的整体均质性。因此，混合被增大并且遍及整个排气管道的排气的组成成分基本上相等。

作为一个示例，混合器可以沿着排气管道的外周边拦截排气并且允许排气在沿着混合器的中心轴线定位的汇合区域处碰撞和混合。经混合的排气流入到排气管道中以通过平行于或垂直于未混合的排气流流动而与该排气管道的未混合的排气进一步混合。

应该理解，提供上述发明内容以便以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的所选概念。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，所述主题的范围由随附权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题并不限于解决上述或本公开任何部分提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出发动机的示例汽缸。

图2示出混合器。

图3A和图3B分别示出混合器的上游节段和混合器的下游节段的正向视图。图3A和图3B通过相同的取向示出，使得该图示出柱形管相对于竖直轴线的相对定位。

图4示出混合器的正向视图。

图5示出在排气管道中的混合器的等距视图。

图2和图5大致按比例示出，但是可以使用其它相对尺寸。

图6通过排气管道中的排气混合器的侧面图示出示例流流动。

图7示出包含在特定过滤器的下游的混合器的实施例。

图8示出带有在尿素喷射器的下游的混合器的实施例。

图9示出描绘在气体传感器的上游的混合器的实施例。

具体实施方式

下面的描述涉及用于定位在车辆的排气管道中的混合器的系统和方法。车辆包括如图1所示的能够经由燃烧推动车辆的发动机。燃烧的产物为排气，该排气包括各种成分。同样如图1所示，各种传感器、致动器和处理装置被用于测量排气或者与排气相互作用。为获得排气的成分的精确测量值，期望的是增加排气的均质性。在图2中描绘的混合器能够扰动排气流使得排气的均质性被增加。排气混合器的第一节段和第二节段的正向视图在图3A和图3B中示出。描绘在第一节段和第二节段之间的角度偏移的排气混合器的正向视图在图4中示出。在排气管道中的混合器关于图5示出。通过混合器的排气流的一个示例关于图6示出。然而，可以存在其它示例流。分别如图7、图8和图9所示，混合器可以被定位在特定过滤器的下游、尿素喷射器的下游和选择性催化还原剂(SCR)的上游以及排气传感器的上游。

应理解，图2和图5大致按比例绘制，然而，可以根据需要使用其它相对尺寸。图2和图5示出各种部件的相对位置的示例配置。如果被示为彼此直接接触或直接耦合，则在至少一个示例中，此类元件可以被分别称为直接接触或直接耦合。同样，被示为彼此邻接或相邻的元件在至少一个示例中以分别为彼此邻接或相邻。作为示例，彼此共面接触地放置的部件可以被称为共面接触。作为另一示例，彼此分开设置其间只有空间而没有其它部件的元件在至少一个示例中可以如上被称呼。

继续图1，示出发动机系统100中的多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，该发动机系统可以被包含在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分由包含控制器12的控制系统并且由经由输入装置130的来自车辆驾驶员132的输入进行控制。在这个示例中，输入装置130包含加速器踏板和用于生成比例的踏板位置信号的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室30可以包含由汽缸壁32形成的汽缸，活塞36被定位在其中。活塞36可以被联接到曲轴40，使得该活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统被联接到车辆的至少一个驱动轮。另外，起动机马达可以经由飞轮被联接到曲轴40，以实现发动机10的起动操作。

燃烧室30可以经由进气道42接收来自进气歧管44的进气，并且可以经由排气道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气道48可以经由相应的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些示例中，燃烧室30可以包含两个或更多进气门和/或两个或更多排气门。

在该示例中，进气门52和排气门54可以经由相应的凸轮致动系统51和53由凸轮致动来控制。凸轮致动系统51和凸轮致动系统53可以均包含一个或多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)系统、可变凸轮正时(VCT)系统、可变气门正时(VVT)系统和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个来改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可以分别由位置传感器55和57来确定。在替代示例中，进气门52和/或排气门54可以由电动气门致动来控制。例如，汽缸30可以可替换地包含经由电动气门致动控制的进气门和经由包含CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。

燃料喷射器69被示出直接联接到燃烧室30，以便与从控制器12收到的信号的脉冲宽度成正比地将燃料直接喷射到燃烧室中。以此方式，燃料喷射器69提供被称为到燃烧室30中的燃料的直接喷射。燃料喷射器可以被安装在例如燃烧室的侧面或在燃烧室的顶部。燃料可以由包含燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送给燃料喷射器69。在一些示例中，燃烧室30可以可替换地或额外地包含以提供被称为到燃烧室30的上游的进气道口中的燃料的进气道喷射的配置被布置在进气歧管44中的燃料喷射器。

火花经由火花塞66被提供给燃烧室30。点火系统可以进一步包括用于增加供应给火花塞66的电压的点火线圈(未示出)。在其它示例中，诸如柴油机中，可以省略火花塞66。

进气道42可以包含具有节流板64的节气门62。在该具体示例中，节流板64的位置可以由控制器12经由被提供给电动马达或包含节气门62的致动器的信号来改变，该配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门62可以被操作以改变被提供给燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号被提供给控制器12。进气道42可以包含用于感测进入发动机10的空气量的质量空气流传感器120和歧管空气压力传感器122。

根据排气流的方向，排气传感器126被示出联接到排放控制装置70上游的排气道48。传感器126可以是用于提供排气空/燃比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)传感器、双状态氧传感器或EGO传感器、HEGO(加热型EGO)传感器、NOx传感器、HC传感器或CO传感器。在一个示例中，上游排气传感器126是UEGO，其经配置提供与排气中的氧的量成比例的输出，例如电压信号。控制器12经由氧传感器传递函数将氧传感器输出转换为排气空燃比。

排放控制装置70被示出沿着排气传感器126和混合器68两者下游的排气道48布置。装置70可以为三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、选择性的催化还原剂(SCR)、各种其它排放控制装置或它们的组合。在一些示例中，在发动机10的操作期间，通过在特定的空/燃比内操作发动机的至少一个汽缸，排放控制装置70可以被周期性地复位。

混合器68被示出在排放控制装置70的上游和排气传感器126的下游。在一些实施例中，附加地或可替换地，第二排气传感器可以被定位在混合器68和排放控制装置70之间或在排放控制装置的下游。混合器68包括多个节段，例如两个或更多节段，并且在一个示例中，确切地包括沿者排气道48中的排气流方向级联的两个节段。混合器68可以扰动排气流，使得当排气流经混合器68时排气混合物的均质性被增大。混合器68将在下面诸如关于图2-6来进一步详细描述。

排气再循环(EGR)系统140可以经由EGR通道152将排气的期望部分从排气道48路由到进气歧管44。提供给进气歧管44的EGR的量可以由控制器12经由EGR阀144来改变。在一些条件下，EGR系统140可以被用于调节在燃烧室内的空燃混合物的温度，从而提供在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。

控制器12在图1中被示为微计算机，该微计算机包含微处理器单元102、输入/输出端口104、在该具体示例中被示为只读存储器芯片106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器108、不失效存储器110和数据总线。控制器12可以从联接到发动机10的传感器接收各种信号，除了之前讨论的那些信号以外，还包括：来自质量空气流量传感器120的导入质量空气流量(MAF)的测量值；来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自感测曲轴40的位置的霍尔效应传感器118(或其他类型的传感器)的发动机位置信号；来自节气门位置传感器65的节气门位置；以及来自传感器122的歧管绝对压力(MAP)信号。发动机转速信号可以由控制器12根据曲轴位置传感器118生成。歧管压力信号还提供进气歧管44中的真空或压力的指示。应指出，可以使用上述传感器的各种组合，诸如MAF传感器而没有MAP传感器，或者反之亦然。在发动机操作期间，发动机扭矩可以从MAP传感器122的输出和发动机转速中推断。进一步，该传感器连同检测到的发动机转速可以是用于估计导入到汽缸中的充气(包含空气)的基础。在一个示例中，也用作发动机转速传感器的曲轴位置传感器118可以在曲轴的每转产生预定数量的等间隔脉冲。

存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据来编程，该计算机可读数据表示可由处理器102执行以进行下面描述的方法的非暂态指令以及被预期但是没有具体列出的其它变量。

控制器12从图1的各种传感器接收信号并基于所收到的信号和存储在控制器的存储器中的指令采用图1的各种致动器来调节发动机操作。

图1描绘包括混合器的示例系统。该混合器可以包括两个或更多个级(例如，节段)。在仅包含两个级的一个示例中，第一级关于排气流离开发动机并流向尾管的方向被安置在第二级的上游。在另一示例中，混合器可以仅包括第一级或仅包括第二级，其中第二级不同于第一级。不同的第二级被定位在第一级的下游并远离第一级。第一级和第二级中的每个均包括在排气管道的中心轴线处垂直相交两个柱形管。该管在沿着限定分别与相应级的入口和出口连接的公共内部区域的管的长度的中点处彼此完全相交。在一个示例中，第二级围绕排气管道的中心轴线相对于第一级旋转45度。第一级包括总共四个椭圆形入口开口，其中每个管包括两个椭圆形入口开口。椭圆形入口接近管的端部被定位在中心轴线的远端。第一级进一步包括靠近排气管道的中心轴线的成角度的圆形出口。该圆形出口成角度，使得流出该出口的排气在垂直于和平行于排气管道(例如，排气管)中的排气流的方向上流动。在一个示例中，参照排气离开发动机并流向尾管的方向，圆形出口面向侧面并且不比下游更面向上游。第二级包括中心沿着中心轴线的大致形状为四点星形的开口，其中该开口的每个点朝向第二级的柱形管的一端延伸。第二级进一步包括面向垂直于在排气管道中的排气流的方向的方向接近每个管的端部的两个椭圆形开口。第一级和第二级的入口彼此对称地设置，并且其中，第一级和第二级的出口彼此对称地设置。以此方式，由于第一级和第二级的入口的位置，被混合器部件拦截的排气流是相反的。通过如此做，与流经没有混合器或仅带有单一类型的混合部件的排气管道的排气相比，流经该混合器的排气具有增加的混合可能性。混合器的额外细节将在下面更详细地描述。上述混合器的额外示例细节的详细描绘在图2、图3A、图3B、图4和图5中示出。

现转向图2，系统200包括混合器201，其物理联接到在排气管道204中的混合器管202。混合器201包括沿着排气管道204中的排气流方向移位的两个级。混合器201可以被用作混合器68，并且可以用在参照图1所描绘的实施例中。在当前描绘中，只有排气管道204的边界被绘出以便显示混合器管202。

混合器201可以为单次加工件。混合器201可以包括陶瓷材料、金属合金、硅衍生物或其它能够承受高温同时也能够减轻排气流经历的摩擦使得排气压力被保持的合适材料中的一种或多种。额外地或可替换地，混合器201可以包含一种或多种涂层和材料，使得排气可以接触混合器201的表面而不在混合器201上沉积烟尘或其它排气组分。

混合器201包括第一上游部分206(例如，第一级)和第二下游部分208(例如，第二级)。在一个示例中，第一级206比第二级208更接近发动机排气(例如，图1的发动机10)定位。在一个示例中，第二级208在第一级206的下游被移位30-40毫米。本领域的技术人员应理解，在第一级206和第二级208之间的距离可以小于30毫米或大于40毫米。在一些实施例中，第二级208可以被省略。在一个示例中，混合器201、第一级206和第二级208可以是旋转对称的。

在一些实施例中，额外地或可替换地，排气管道204可以包括不止一个混合器201。例如，排气管道204可以确切地包括两个混合器201。在两个混合器被定位在排气管道204中的示例中，可以没有部件被定位在第一混合器和第二混合器之间。在其它实施例中，混合器可以被一个或多个排气部件分隔开。本领域的技术人员应理解，在排气管道204中可以存在合适数量的混合器。

在一个示例中，第二级208可以相对于中心轴线210与第一级206角度偏移45°。通过以此方式偏移并且两个管均彼此垂直，排气流可以被操控使得该流在第一级206中被混合以后被引导到第二级208以被进一步混合。以此方式，排气成分的均质形增加，从而产生更好的数据分析(例如，气体成分、烟尘浓度等)和反应性(例如，氧化、还原等)。

第一级206和第二级208两者均直接物理联接到混合器管202。第一级206和第二级208为不可旋转固定的和不可移动的(例如，静止)。第一级206和第二级208在外部尺寸上基本上相等(例如，高度、长度和宽度)。以此方式，第一级206和第二级208可以保留基本上相等体积的排气。

第一级206包括在中心轴线210处垂直相交的一对柱形管212和214。柱形管212和柱形管214在长度、直径和高度上基本上相等。在一个示例中，管212和管214中的每者的中心轴线与排气管的中心轴线210相交。在一个示例中，管212和管214在沿着限定与第一级206的入口和出口连接的公共内部区域的该管的长度的中点处彼此完全相交。如所示的，第一级206包括沿着混合器201的竖直轴线的加号形(例如，十字形)剖面。管212和214的端部与混合器管202邻接并被固定到该混合器管202。管212和214的端部的部分是弯曲的，使得它们的曲率模仿混合器管202的曲率。以此方式，管212和214密封地联接到混合器管202。管212和214可以被熔合或焊接到混合器管202。

管212包括定位在中心轴线210远端的两个椭圆形开口216(例如，靠近混合器管202)。开口216被定位在管212的相对端部，使得管212的每个端部包括单个椭圆形开口216。额外地，管214包括被定位在中心轴线210远端的两个椭圆形开口218，其基本上等同于两个椭圆形开口216。椭圆形开口218被定位在管214的相对端部处，使得管214的每个端部包括单个椭圆形开口218。两个椭圆形开口216之间的距离基本上等于两个椭圆形开口218之间的距离。椭圆形开口216和218被流体联接到第一级206的内部。

如图所示，椭圆形开口216和218面向与排气流的方向相反的方向。箭头220指示排气流的方向。以此方式，接近第一级206的外周边流动的排气可以流入到椭圆形开口216和218中并流经位于第一级206中的通道。因此，在排气管道204中流动的排气可以进入第一级206并流经第一级206的整个体积。以此方式，流经椭圆形开口216和218的不同化合物可以在经由出口222离开第一级206之前在第一级206内碰撞并混合。

出口222靠近在管212和管214之间的相交区域定位。出口222为圆形和成角度的。例如，出口222被取向使得出口222的前面部分面向与排气流相对的方向并且出口222的后面部分面向平行于排气流的方向，而中间部分面向垂直于排气流的方向。每个出口222的一半被定位在管212上，而另一半被定位在管214上。以此方式，流经排气管道204的排气可以流经出口222而不进入第一级206。

汇合区域224沿着中心轴线210定位在管212和管214之间的交点处。以此方式，被椭圆形开口216和218中的每一个拦截的排气可以在流经出口222之前在汇合区域224流动和碰撞(例如，混合)。来自第一级206并流经出口222的排气与排气管道204中的靠近出口222并在出口222外面流动的排气混合。因此，在第一级206内的排气的均质性被增大。流出出口222的排气被在排气管道204中流动的第一级206外部的排气重引导并流向第二级208。

椭圆形开口216和218经配置允许进入第一级206中的气体体积基本上等于经由出口222离开第一级206的气体体积。以此方式，可以不由于第一级206而出现排气反压(backpressure)。此外，通过使进入第一级206的气流速率基本上等于离开第一级206的气流速率，与气流速率小于离开第一级206的气流速率的示例相比，在第一级206内的气体的混合被增大。在一个实施例中，椭圆形开口216和218的总表面面积可以基本上等于出口222的总表面面积。在一些实施例中，椭圆形开口216和218的总表面面积可以不等于出口222的总表面面积。

第二级208包括在中心轴线210处垂直相交的一对柱形管226和228。柱形管226和柱形管228的相交区域在柱形管212和柱形管214之间的交点处的直接下游。柱形管226和228在长度、直径和高度上基本上相等。如图所示，第二级208包括沿着混合器201的竖直轴线的“X形”(例如，围绕中心轴线旋转的十字形)剖面。在一个示例中，管226和228在沿着限定与第二级208的入口和出口连接的公共内部区域的管226和228的长度的中点处彼此完全相交。管226和228的外周边部分(例如，端部)与混合器管202共面接触，并因此以类似于混合器管202的曲率的方式弯曲。管226和228可以被熔合或焊接到混合器管202。以此方式，管226和228与混合器管202封闭地密封。

入口230沿着第二级208的管226和228的相交区域被定位在汇合区域224和第一级206的出口222的直接下游。入口230为四点星形，其中入口230的每个点朝向第二级208的外周边(例如，端部)延伸。本领域的技术人员应理解，可以使用其它合适的入口形状(例如，正方形、圆形、菱形等)。入口230将第二级208的内部部分流体联接到排气管道204。以此方式，流经第二级208的排气流入到第二级208的内部部分并填充第二级208的体积。

第二级208进一步包括分别接近柱形管226和柱形管228的外周边定位的出口232和出口234。在一个示例中，管226确切地包括四个出口232，其中两个出口232被定位在管226的第一端部，并且两个出口232被定位在管226的第二端部。同样，管228确切地包括四个出口234，其中两个出口234被定位在管228的第一端部，并且两个出口234被定位在管228的第二端部。

出口232和234基本上相同。类似于第一级206的开口216和218，出口232和234为椭圆形的。出口232面向基本上平行于管228的方向，而出口234面向基本上平行于管226的方向。以此方式，出口232和出口234面向彼此垂直的方向。此外，出口232和234垂直于在排气管道204中的排气流的方向。以此方式，排气被进一步扰动并混合被提高。

入口230以及出口232和234可以允许基本上相等体积的气体流经其小孔口。因此，进入第二级208的气体的体积可以基本上等于离开第二级208的气体的体积。

在一个示例中，所示的入口、出口、开口、孔等为穿过混合器的管壁的仅有的开口。换句话说，除了说明的那些以外，在第一组管和第二组管中不存在其它的入口和额外的出口。

图2示出定位在排气管道中的排气混合器的上游部分和下游部分。图3A和图3B分别示出上游部分和下游部分的正向视图。

现转向图3A，其示出上游部分306(即，图2的第一级206)的正向二维视图300。上游部分306被定位在混合器管302中。混合器管302被物理联接到排气管道304。混合器管302和排气管道304可以被用作图2的实施例中的混合器管202和排气管道204。

竖直轴线和水平轴线被示出。竖直轴线在向上方向和向下方向上延伸。水平轴线在向左方向和向右方向上延伸。

第一级306包括柱形管308和310。柱形管310平行于向上和向下方向上的竖直轴线。柱形管308平行于向左和向右方向上的水平轴线。柱形管308在汇合区域318处垂直相交于柱形管310。汇合区域318允许排气从柱形管308和柱形管310流动以在第一级306内混合。因此，汇合区域318被定位在来自椭圆形开口312和314的每一个的排气的流动方向相反的第一级306的一部分中。

如图所示，管308包括一对椭圆形开口312。椭圆形开口312中的第一椭圆形开口被定位在管308的第一端部(例如，左侧端部)，而椭圆形开口312中的第二椭圆形开口被定位在与第一椭圆形开口312相对的管308的第二端部(例如，右侧端部)。因此，当排气流经排气管道304时，椭圆形开口312可以接收不同成分的排气(例如，不同浓度的各种化合物)。在椭圆形开口312中接收的排气流经管308的内部管道。

同样，管310包括一对基本上等同于椭圆形开口312的椭圆形开口314。椭圆形开口314中的第一椭圆形开口被定位在管310的第一端部(例如，向上的端部)，而椭圆形开口314的第二椭圆形开口被定位在与第一椭圆形开口312相对的管310的第二端部(例如，向下的端部)。在排气流经排气管道304时，第一和第二椭圆形开口314可以接收不同成分的排气。在椭圆形开口314中收到的排气流经管310的内部管道。

管308和310的内部管道在汇合区域318处流体联接。不同的排气成分在流出出口316之前在汇合区域318处混合。如上所述，出口316面向与排气流的方向相对的方向、与排气流的方向垂直的方向以及与排气流的方向平行的方向。以此方式，流经排气管道304的中心(例如，水平轴线和竖直轴线的交点处)的排气可以帮助汇合区域318处的排气混合物流经出口316到排气管道304的其余部分(例如，朝向混合器302的下游部分)。

在一个示例中，排气成分可以基于区域而改变。例如，接近上部椭圆形开口314沿着竖直轴线的向上外周边可以包括与接近竖直轴线的向下外周边定位的下部椭圆形开口314不同的排气成分。同样，接近向左的椭圆形开口312的水平轴线的向左外周边可以包括与靠近水平轴线的向右外周边定位的向右椭圆形开口312不同的排气成分。此外，沿着水平轴线定位的排气成分可以不同于沿着竖直轴线定位的排气组成。因此，椭圆形开口312和椭圆形开口314中的每一个可以接收不同组成的排气(例如，上游部分确切地接收四种不同的排气成分，不同成分流经椭圆形开口312和314中的每一个)。四种成分可以在汇合区域318处混合并增加均质性。第五排气成分可以沿着排气管道304的中心(例如，竖直轴线和水平轴线的交点)流动并与流出出口316的排气混合。流出出口316的排气被第一排气成分重新引导并且在平行于流经排气管道304的排气的方向的方向上流动。

现转向图3B，其示出下游部分356(例如，图2的第二级208)的正向二维视图350。下游部分356被定位在混合器管352中。混合器管352被物理联接到排气管道354。混合器管352和排气管道354可以基本上等同于图2中的混合器管202和排气管道204。额外地或可替换地，混合器管352和排气管道354可以分别为图3A中的混合器管302和排气管道304的延伸件(extension)。因此，下游部分356可以被定位在上游部分306的下游。在此示例中，下游部分356相对于上游部分围绕中心轴线旋转45°，如上面参照图2所述。

竖直轴线和水平轴线被示出。竖直轴线在向上方向和向下方向上延伸。水平轴线在向左方向和向右方向上延伸。图3B的竖直轴线和水平轴线相对于图3A的竖直轴线和水平轴线旋转45°，以便与下游部分356对齐。

下游部分356包括柱形管358和360。柱形管358平行于向左和向右方向上的水平轴线。柱形管360平行于向上和向下方向上的竖直轴线。柱形管358在排气管道的中心(例如，水平轴线和竖直轴线的交点)处垂直相交于柱形管360。

星形入口362被定位在柱形管358和柱形管360的交点处。星形入口362为四点星形，其中每个点朝向第二级356的不同端部延伸。例如，四个点分别在向上、向下、向左和向右方向上延伸。

如上面的图2所述，上游部分306(例如，第一级206)和下游部分356(例如，第二级208)沿着排气管道354(例如，排气管道204)的中心轴线(例如，中心轴线210)对齐。因此，与中心轴线对齐的入口362(例如，图2的入口230)被定位在出口316(例如，图2的出口222)的直接下游并接收流经出口316的排气混合物的至少一部分。以此方式，下游部分356与上游部分306互补并进一步混合排气。

在排气通过入口362进入下游部分356时，排气填充并流经下游部分356的各个内部通道。内部通道遵循基本上类似于管358和360的方向的路径。作为一个示例，排气混合物被划分为四个独立的流，每个流向下游部分356的不同端部。例如，排气混合物流向管360的向上端部和向下端部并流向管358的左向端部和右向端部。

在水平管358中的排气可以流出出口364。如图所示，左向端部和右向端部两者均包括一对出口364。在一个示例中，管358确切地包括四个出口364。出口364面向向上和向下的方向。流出出口364的排气平行于竖直轴线。

在竖直管360中的排气可以流出出口366。如图所示，向上端部和向下端部两者均包括一对出口366。在一个示例中，管360确切地包括四个出口366，其中两个出口366被定位在向上端部上，并且另两个出口366被定位在向下端部上。出口366面向左向和右向的方向。流出出口366的排气平行于水平轴线。

在一个示例中，在进一步混合排气混合物之前，下游部分356接收来自上游部分306的排气混合物的至少一部分(例如，排气混合物混合具有不同成分的第一、第二、第三、第四和第五排气)。如上所述，排气在四个不同方向上流到下游部分356中。排气可以从下游部分356流出进入到排气还尚未与上游或下游部分相互作用的排气管道的四个区域中。

例如，在左上方向、右上方向、左下方向或右下方向上流动的排气可以不与上游部分306相互作用并保持不混合。然而，由于下游部分356相对于上游部分306的旋转，流出下游部分356的排气混合物与未混合的排气混合。以此方式，流经排气管道的排气的均质性被增加，使得在排气管道的任一区域中的排气的成分相对类似于在不同区域中的排气的成分。

图3A和图3B分别示出混合器的第一级和第二级的正向二维视图。如上所述，第一级从排气管道的外周边收集排气并将该排气引导到汇合区域以允许在将排气朝向排气管道的中心部分引导之前混合排气。在排气管道的中心部分中的混合排气流到沿着排气管道的中心部分定位的第二级的入口。第二级中的排气被引导到排气管道的外部部分以进一步流经该排气管道。图4示出整个混合器的正向视图。更具体地，图4示出在第一级和第二级之间的旋转偏移。

现转向图4，其示出混合器401的正向二维视图400。混合器401包括第一级402和第二级404。第一级402以实线指示。第二级404以虚线指示。混合器401进一步包括物理联接到第一级402和第二级404两者的混合器管406。混合器管406被封闭密封到排气管道408。混合器401可以被用作图2的实施例中的混合器201和/或用作图1的实施例中的混合器68。

弧线410描述示出第一级402和第二级404之间的角度偏移的角度Θ。如图所示，角度Θ基本上等于45°。本领域的技术人员应理解，角度Θ可以等于小于或大于45°(例如，30°和60°)的值。此外，该角度偏移允许流出第二级404的排气与未受第一级402影响的排气进行组合和混合，如上所述。

图4示出排气混合器的正向视图，该排气混合器包含定位在排气管道中的第一级和第二级。图5示出定位在排气管道中的排气混合器的成角度的等距视图。该混合器包括两个节段，即上游节段和下游节段，其中下游节段相对于上游节段围绕中心轴线旋转。以此方式，下游节段与上游节段互补。

现转向图5，系统500示出定位在排气管道504内的混合器502。在一个实施例中，系统500的混合器502可以被用作图2的实施例中的混合器201和/或用作图1的实施例中的混合器68。沿着图5定位的箭头指示在排气管道504中流动的排气的方向。

混合器502包括物理联接到排气管道504的混合器管506。为了示出混合器502，排气管道504的一部分已被省略。混合器502包括上游节段508和下游节段510。上游节段508和下游节段510在尺寸上基本类似。上游节段508比下游节段510更靠近发动机(例如，图1的发动机10)定位。以此方式，上游节段508在下游节段510之前接收排气。混合器502包括定位在上游节段508和下游节段510之间的自由空间。混合器502进一步包括在上游节段508和下游节段510的管之间的自由空间。该自由空间不包括其它混合器元件并被空白空间占据。上游节段508和下游节段510与中心轴线501对齐并围绕中心轴线501旋转地对称。

如图所示，上游节段508和下游节段510被交错。例如，流经上游节段508的出口的排气具有流入到下游节段510中的增大的可能性。因此，在上游节段508中被混合的排气将有可能在下游节段510中被进一步混合。

图5示出定位在排气管道内的排气混合器的整体。图6示出与混合器相互作用的排气的示例流动。混合器可以操纵该排气流动，使得整个排气特征图(profile)包括与高成分和低成分的区域相反的平均排放成分。

现转向图6，系统600示出朝向排气混合器604导引排气的排气管道602。系统600实质上是说明性的并且表示流经排气混合器604的一种示例排气。本领域的技术人员应理解，可以基于发动机负荷、排气温度等来实现流经混合器的其它排气。例如，在排气温度增加时，由于排气流的速度增加，通过混合器502的混合可以被增大。

在一个实施例中，系统600的排气混合器604可以被用作图2的实施例中的混合器201和/或用作图1的实施例中的混合器68。图6为混合器604的侧视图并且示出混合器604的结构的轮廓及其部件。虚线601表示排气管道602的中心，该中心将排气管道602的上半部603A与下半部603B说明性地隔开。

排气管道602(例如，排气道48)包括排气混合器604。排气混合器604经由混合器管606被物理联接到排气管道602，如上所述。排气管道602容纳排气混合器604和混合器管606的整体。

流经排气管道602的排气包括各种化合物。如图所示，第一化合物由实线箭头表示，第二化合物由小虚线箭头表示，并且第三化合物由大虚线箭头表示。排气中的各种化合物可以包含氧气、CO2、烟尘、燃料、尿素、氮气等中的一种或多种。因此，比三种化合物数目更多的化合物流经排气管道602是可能的。化合物和排气流动的方向由箭头指示。

如上所述，排气管道602的每个区可以包括在排气中流动的不同成分的化合物。混合器604帮助增加排气的整体均质性，使得排气管道602的每个区包括基本上类似成分的化合物。

混合器604上游的排气为异质的。所示的三种化合物在流经混合器604之前被分开。在到达排气混合器604后，排气与排气混合器604的第一部分608相互作用。排气在流到第二部分610之前流经第一部分608的通道。

在排气流到定位在混合器604下游的排气部件之前，第二部分610也与排气相互作用。图7、图8和图9示出定位在混合器604下游的各种仪器的实施例。下面将参照混合器604的具体部件来描述流经混合器604的排气的示例。

随着排气开始流入到混合器中，第一化合物可以流入到定位在上半部603A中的顶部入口612中。第三化合物可以流入到定位在下半部603B中的底部入口614中。顶部入口612和底部入口614(例如，图3A的开口314)可以定位在第一部分608的第一管上。第二化合物可以流入到左侧中间入口和右侧中间入口两者(未示出)中。左侧中间入口和右侧中间入口(例如，图3A的开口312)可以被定位在第一部分608的第二管上。如图所示，第二管在排气管道602的中心处和第一管垂直相交。

排气流经第一部分608的管并在第一部分608的中心部分处混合。排气在混合之后经由出口616和618(例如，图3A的两个出口222)流出第一部分。如图所示，第一部分608引导排气混合物(例如，第一、第二和第三化合物)以沿着排气管道602的中心流动。

沿着排气管道的中心流动的排气混合物的一部分经由入口620被第二部分610捕集。双箭头线619示出在第一部分608和第二部分610之间的距离。该距离可以是30至40毫米的范围。应理解，已经实现在第一部分608和第二部分610之间的其它距离。

如上所述，从第二部分610收到的排气被均等划分到朝向定位在第二部分610的每个管的端部的出口的四个通路(参见图3B)。第一管的上部出口622和下部出口624(例如，图3B的出口366)被示出。如图所示，两者释放排气混合物的一部分。第二部分610进一步包括在出口622和624直接后面的另外两个出口。因此，根据当前视图，第二部分610的另外两个出口未被示出。由于第二部分610相对于第一部分608的角度偏移，第二部分610的所有出口在排气尚未混合的排气管道602的位置处释放排气混合物。例如，在排气管道602中流动的排气的一部分未流入到第一部分608中，而是流经在第一部分608周围的自由空间并且未被混合。第二部分610引导从第一部分608收到的排气混合物流入到未被混合的排气的一部分种并与其混合。以此方式，在混合器604下游(例如，第二部分610的下游)的排气管道602中的排气具有增加的均质性和基本上均匀的成分。

以此方式，混合器604经由两个部分引导流经排气管道602的排气，使得排气的各个区混合并碰撞未以其他方式混合的排气。因此，遍及混合器604下游的排气管道602的排气的均质性被增加。

图6示出流经混合器的示例排气。图7、图8和图9示出被定位以便增加排气流的均质性的混合器的各种实施例和/或位置。

现转向图7，系统700示出在特定过滤器702下游和烟尘传感器708上游的混合器706的实施例。烟尘传感器708可以向控制器(例如，图1的控制器12)发送信号以便相应地修改各种发动机致动器。例如，如果烟尘传感器检测到烟尘水平大于阈值烟尘水平，则控制器12可以降低车辆的扭矩输出，使得烟尘排放被减少。在一个实施例中，混合器706可以被用作参照图1所示的实施例中的混合器68。

特定过滤器702在混合器706上游。因此，如上所述，与流经混合器(例如，混合器706)的排气相比，由特定过滤器702接收的排气流702可以愈加异质。特定过滤器702将排气释放到在混合器706上游的特定过滤器出口锥体704中。流入混合器706中的排气经受与参照图6所述的混合基本上类似的混合。与混合器706上游的排气相比，混合器706下游的排气愈加均质。排气流由烟尘传感器708分析以便确定流经该特定过滤器702的烟尘量。由于烟尘传感器的位置，可能只能分析排气流的一部分。均质性的增加增大了烟尘传感器708读数的精确性。

现转向图8，系统800示出带有尿素喷射器804的排气管道802。尿素喷射器804在混合器806上游。混合器806在选择性还原催化剂(SCR)808上游。以此方式，尿素可以与排气混合，使得排气/尿素混合物比没有流经混合器806的排气/尿素混合物更均质。通过增加尿素到排气中的混合，SCR 808的尿素覆盖表面可以增加均匀性并由此提高效率。系统800可以被用作参照图1所示的实施例中的混合器68。在此示例中，混合器806基本上等同于混合器68，并且尿素喷射器804被定位在气体传感器126下游和混合器68上游。SCR 808等同于排放控制装置70或位于该排放控制装置70内。

现转向图9，系统900示出流体联接至排气管道904的发动机902。发动机902可以被用作图1的实施例中的发动机10。发动机902在燃烧之后将排气排到排气管道904中。排气在到达混合器906之前流经排气管道904。排气在流到混合器下游的气体传感器908之前在该混合器906中混合。气体传感器908可以被用作图1的实施例中的气体传感器126。以此方式，由于增加了均质性，气体传感器908可以精确地测量排气。例如，如果气体传感器908为UEGO传感器，则与由未混合排气的UEGO传感器所测量的空燃比相比，可以测量更加精确的空燃比。

以此方式，紧凑、易于制造的混合器可以被定位在各种排气系统部件的上游，以便增加传感器读数的精确度或提高排气后处理装置的效率。通过在下游放置与第一级角度偏移的互补第二级，排气被重引导并且混合多次以便增加排气管道中的排气的整体均质性。在排气管道中放置排气混合器的技术效果是提高排气混合物的均质性，使得在混合器下游的部件可以增强功能性。

在第一示例中，本发明设想一种排气混合器，其包括沿着排气管道的中心轴线垂直相交的一对柱形管，其中每个柱形管包括靠近排气管道壁的面向上游的入口以及靠近交点和中心轴线从中心轴线径向向外面向的出口。

在第一实施例中，第一示例的混合器包含，其中该混合器额外地或可替换地包含，其中该一对柱形管为彼此完全相交并限定与入口和出口中的每一者连接的公共内部区域的第一组柱形管。

在可选地包含第一实施例的第二实施例中，根据第一示例的混合器，其中该混合器进一步包括定位在第一组柱形管下游并与其分隔开的不同的第二组柱形管。

在可选地包含第一和第二实施例的第三实施例中，根据第一示例的混合器，其中第二组柱形管沿着排气管道的中心轴线相交，其中第二组柱形管包括以中心轴线为中心并且面向上游的入口开口，该入口朝向柱形管的每个端部延伸；以及靠近柱形管的每个端部定位的一对椭圆形出口，该出口面向侧面并且不比下游更面向上游。

在可选地包含第一至第三实施例中的一个或多个的第四实施例中，根据第一示例的混合器，其中第一组的入口面向平行排气流的方向。

在可选地包含第一至第四实施例中的一个或多个的第五实施例中，根据第一示例的混合器，其中第二组管沿着中心轴线与第一组管角度偏移45°。

在可选地包含第一至第五实施例中的一个或多个的第六实施例中，根据第一示例的混合器，其中第一组管和第二组管为中空的。

在可选地包含第一至第六实施例中的一个或多个的第七实施例中，根据第一示例的混合器，其中除了所指出的那些之外，在第一组管和第二组管中没有其它入口并且没有额外的出口。

在可选地包含第一至第七实施例中的一个或多个的第八实施例中，根据第一示例的排气混合器，其中入口彼此对称地设置，并且其中出口彼此对称地设置。

在第二示例中，本发明设想一种排气混合器，其包括具有第一组相交管的上游节段、与上游节段间隔开的具有第二组相交的下游节段，其中下游节段相对于第一部件围绕排气管道的中心轴线旋转。

在第一实施例中，根据第二示例的排气混合器，其中上游节段和下游节段两者的相交管均为中空的并且流体联接到排气管中的排气流。

在可选地包含第一实施例的第二实施例中，根据第二示例的排气混合器，其中第一组相交管和第二组相交管在中心轴线处相交，使得针对第一组和第二组产生四个毗连管，其中四个管中的每个管的长度相等。

在可选地包含第一和/或第二实施例的第三实施例中，根据第二示例的排气混合器，其中上游节段的第一组中的每个管包括椭圆形入口孔，该椭圆形入口孔靠近每个管的端部、面向排气管中与排气流相对的方向，并且其中上游节段包括靠近中心轴线的成角度的出口。

在可选地包含第一至第三实施例的第四实施例中，根据第二示例的排气混合器，其中下游节段的第二组中的每个管包括椭圆形出口，该椭圆形出口面向垂直于中心轴线的方向沿着每个管的端部定位，并且下游节段进一步包括中心沿着中心轴线靠近管的交点定位的四点星形开口。

在可选地包含第一至第四实施例的第五实施例中，根据第二示例的排气混合器，其中上游节段和下游节段具有十字形剖面(cross-shaped cross-section)。

在可选地包含第一至第五实施例的第六实施例中，根据第二示例的排气混合器，其中上游节段和下游节段被不可旋转地固定到排气道。

在可选地包含第一至第六实施例的第七实施例中，根据第二示例的排气混合器，其中上游节段和下游节段为固定的静止混合器部件。

在第三示例中，本发明设想一种排气混合器，其包括相对于排气流的方向定位在第二节段上游的第一节段，第一节段包括两个垂直相交的柱形管，其中第一节段进一步包括靠近柱形管的交点的四个成角度的孔以及四个椭圆形孔，其中，一个椭圆形孔靠近管的端部定位；第二节段包括两个垂直相交的柱形管，其中第二节段进一步包括靠近第二节段的每个管的端部定位的八个开口和定位在第二节段的中心处的一个四点星形开口，其中，星形开口的每个点朝向第二节段的管的端部延伸。

在第一实施例中，根据第三示例的排气混合器，其中第一节段和第二节段被物理联接到可滑动地设置到排气管道并与排气管道共面接触的混合器管。

在可选地包含第一实施例的第二实施例中，根据第三示例的排气混合器，其中排气在到第二节段之前在第一节段的管内混合，其中排气在离开排气混合器之前在第二节段的管内进一步混合。

要注意的是，本文中所包括的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文中公开的控制方法和程序可以作为可执行指令被存储在非暂时性存储器中，并且可以被包括与各种传感器、致动器和其他发动机硬件组合的控制器的控制系统执行。此处所描述的具体程序可以表示任意数量的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作或功能可以按照所示的顺序执行，并行地执行，或在某些情况下被省略。同样地，处理顺序并非是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是被提供以便于说明和描述。根据所使用的具体策略，所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被反复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示将被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的非暂时性存储器内的代码，其中所描述的动作通过执行包括与电子控制器组合的各种发动机硬件组件的系统内的指令而被执行。

应当理解，本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例并不被认为是限制性的，因为多种变化是可能的。例如，以上技术可以被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

随附的权利要求具体指出被认为新颖且非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可能提到“一个/一”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当被理解为包含一个或多个这种元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可以通过修改权利要求来主张，或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来主张。这些权利要求，不管在范围上比原权利要求更宽、更窄、相同或不同，都被认为包含在本公开的主题内。

Claims (19)

1.一种排气混合器，其包括：

沿着排气管道的中心轴线垂直相交的一对柱形管，其中每个所述柱形管包括靠近排气管道壁的面向上游的入口和靠近交点和中心轴线并从所述中心轴线径向向外面向的出口。

2.根据权利要求1所述的混合器，其中所述一对柱形管为彼此完全相交并且限定与所述入口和出口中的每一者连接的公共内部区域的第一组柱形管。

3.根据权利要求2所述的混合器，其中所述混合器进一步包括定位在所述第一组柱形管的下游并与所述第一组柱形管间隔开的不同的第二组柱形管。

4.根据权利要求3所述的混合器，其中所述第二组柱形管沿着所述排气管道的所述中心轴线相交，其中所述第二组柱形管包括以中心轴线为中心并且面向上游的入口开口，所述入口朝向所述柱形管的每个端部延伸；以及靠近所述柱形管的每个端部定位的一对椭圆形出口，所述出口面向侧面。

5.根据权利要求3所述的混合器，其中所述第一组柱形管的所述入口面向平行排气流的方向。

6.根据权利要求2所述的混合器，其中所述第二组柱形管沿着中心轴线与所述第一组柱形管角度偏移45°。

7.根据权利要求2所述的混合器，其中所述第一组柱形管和所述第二组柱形管是中空的。

8.根据权利要求4所述的混合器，其中除了所指出的那些入口和出口以外，在所述第一组柱形管和所述第二组柱形管中不存在其它入口并且不存在额外的出口。

9.根据权利要求1所述的混合器，其中所述入口彼此对称地设置，并且其中所述出口彼此对称地设置。

10.一种排气混合器，其包括：

具有第一组相交管的上游节段；

与所述上游节段间隔开的具有第二组相交管的下游节段，其中所述下游节段相对于所述上游节段围绕排气管的中心轴线旋转；

其中所述下游节段的所述第二组中的每个管包括沿着每个管的端部定位的面向垂直于所述中心轴线的方向的椭圆形出口，并且所述下游节段进一步包括中心沿着所述中心轴线的靠近所述管的交点定位的四点星形开口。

11.根据权利要求10所述的排气混合器，其中所述上游节段和所述下游节段两者的相交管均是中空的并且流体联接到所述排气管中的排气流。

12.根据权利要求11所述的排气混合器，其中所述第一组相交管和所述第二组相交管在所述中心轴线处相交，使得针对所述第一组和所述第二组形成四个毗连管，其中所述四个毗连管中的每个管的长度相等。

13.根据权利要求12所述的排气混合器，其中所述上游节段的所述第一组中的每个管包括靠近每个管的端部的面向与所述排气管中的排气流相对的方向的椭圆形入口孔，并且其中所述上游节段包括靠近所述中心轴线的成角度的出口。

14.根据权利要求10所述的排气混合器，其中所述上游节段和所述下游节段具有十字形剖面。

15.根据权利要求10所述的排气混合器，其中所述上游节段和所述下游节段被不可旋转地固定到排气道。

16.根据权利要求10所述的排气混合器，其中所述上游节段和所述下游节段是固定的静止混合器部件。

17.一种排气混合器，其包含：

相对于排气流的方向定位在第二节段上游的第一节段；

所述第一节段包括两个垂直相交的柱形管，其中所述第一节段进一步包括靠近所述柱形管的交点的四个成角度的孔，以及四个椭圆形孔，其中一个椭圆形孔靠近管的端部定位；

所述第二节段包括两个垂直相交的柱形管，其中所述第二节段进一步包括靠近所述第二节段的每个所述管的端部定位的八个开口，以及定位在所述第二节段的中心处的一个四点星形开口，其中所述星形开口的每个点朝向所述第二节段的所述管的端部延伸。

18.根据权利要求17所述的排气混合器，其中所述第一节段和所述第二节段被物理联接到可滑动地设置到排气管道并且与所述排气管道共面接触的混合器管。

19.根据权利要求17所述的排气混合器，其中排气在到所述第二节段之前在所述第一节段的所述管内混合，其中排气在离开所述排气混合器之前在所述第二节段的所述管内进一步混合。

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