CN106703951B - 排气混合器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供用于混合器的系统。在一个示例中，混合器可以包括管和被配置为接收排气的外管道。

Description

排气混合器
技术领域
本发明总体涉及用于混合装置的方法和系统。
背景技术
一种用于发动机排气的后处理的技术利用选择性催化还原(SCR)以使某些化学反应能够在排气中的NOx与氨(NH3)之间发生。通过将尿素喷射到排气路径中，NH3在SCR催化剂的上游被引入到发动机排气系统内。尿素在高温状况下熵分解为NH3。SCR促进NH3与NOx之间的反应以将NOx转化为氮气(N2)和水(H2O)。然而，如发明人在此认识到的，在将尿素喷射到排气路径内后会出现问题。在一个示例中，尿素会被较差地混合到排气流内(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)，这会导致SCR的差涂层和排放物(例如，NOx)与SCR之间的差反应性。此外，尿素在排气中的过度混合和搅动同样可能引起问题，诸如增加的沉积物。
解决差的混合的尝试包括在尿素喷射器喷的下游和SCR的上游引入混合装置，使得排气流可以均匀。Collinot等人在U.S.20110036082中示出一种示例方法。在其中，排气混合器被引入到排气路径，以随着排气流过混合器降低排气背压并且增加排气均匀性。排气混合器包含可以操纵排气流在0至30°的角范围内流动的一个或更多个螺旋面。
然而，发明人在此已经认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，由Collinot介绍的混合器具有相对长的主体，并且可以附加地包含彼此邻近的一个或更多个混合器主体。由于道路状况或湍流排气流，混合器主体可能振动并且彼此碰撞，这会产生不期望的听得见的声音和/或使混合器永久地退化。
发明内容
在一个示例中，上述问题可以通过一种具有环形混合器管道的混合器来解决，所述混合器管道位于排气通道的外部，并且其中混合器管从所述混合器管道径向向内延伸到所述排气通道内。以此方式，从混合器中流出的排气流向排气管路的不被混合器干扰的区域，并且增加排气管路中的排气的总体均匀性。因此，混合被增加，并且遍及整个排气管路的排气的成分大体上相同。
作为一个示例，混合器管彼此错开，混合器的入口和出口也是如此。这允许混合器可以沿着排气管路的各种区域截取排气。混合的排气沿着其s外周边流回到排气通道内。以此方式，排气从排气通道的中心部分被抽取并且被重新引导至排气通道的外部部分，以增加均匀性。
应当理解，提供以上本发明内容是为了以简化的形式介绍一系列概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。另外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中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示出混合器的透视图。
图3示出混合器的正面视图。
图4示出被耦接至排气管道的混合器的透视图。
图5示出混合器的正面等距视图。
图6A、图6B和图6C分别示出第一管、第二管和下游开口的剖视图。
图7示出流过排气管路中的排气混合器的侧视图的示例排气流。
尽管图2、图3、图4和图6A、图6B、图6C以及图7近似按比例绘制，但是如果需要的话，可以使用其他相对尺寸。
图8示出在微粒过滤器的下游具有混合器的实施例。
图9示出在尿素喷射器喷的下游具有混合器的实施例。
图10示出在气体传感器的上游具有混合器的实施例。
具体实施方式
以下描述涉及沿着车辆的排气通道设置的示例排气混合器。混合器重新引导由发动机的运转产生的排气流。图1示出发动机。发动机运转产生可以由用于发动机的各种致动器的运转的各种传感器测量的各种成分。因此，排气测量可以集成于发动机运转。图2示出用于混合排气并且因此增加排气的均匀性的混合器，并且图3示出混合器的正面视图。混合器在图4中被描绘为沿着排气管道设置。混合器包含在混合器的外管道内的三个分离特征件。特征件被错开以便促进排气混合。混合器的正面视图描绘图5中的错开。图6A、图6B和图6C示出混合器的特征件的剖视图。混合器可以产生用于混合排气的各种排气流。图7示出一些示例流。然而，其他示例流可以存在。混合器可以位于微粒过滤器的下游、尿素喷射器喷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，如分别在图8、图9和图10中示出的。
图1-图10示出具有各种部件的相对定位的示例构造。至少在一个示例中，如果被示为彼此直接接触或直接耦接，则此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，被示为彼此连续或相邻的元件可以分别是彼此连续或相邻的。作为一个示例，彼此共面接触放置的部件可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，被定位为彼此分开、其间仅有空间而没有其他部件的元件可以被如上称呼。
继续图1，其示出发动机系统100中的多缸发动机10的一个汽缸的示意图，发动机10可以被包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统以及经由输入装置130来自车辆操作者132的输入控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产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可以包括由燃烧室壁32形成的汽缸，活塞36被定位在其中。活塞36可以被耦接至曲轴40，使得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耦接至车辆的至少一个驱动轮。另外，起动马达可以经由飞轮耦接至曲轴40，以实现发动机10的起动运转。
燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收进气，并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道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可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
在该示例中，可以经由相应的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动控制进气门52和排气门54。凸轮致动系统51和53均可以包括一个或更多个凸轮，并且可以利用可以由控制器12运转的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个，以改变气门运转。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确定。在替代示例中，进气门52和/或排气门54可以通过电动气门致动控制。例如，汽缸30可以替代地包括通过电动气门致动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
燃料喷射器69被示为直接耦接至燃烧室30，用于与从控制器12接收的信号的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射进其中。以此方式，燃料喷射器69提供到燃烧室30内的所谓的燃料的直接喷射。例如，燃料喷射器可以被安装在燃烧室的侧面中或在燃烧室的顶部中。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器69。在一些示例中，燃烧室30可以替代地或附加地包括以如下构造布置在进气歧管44中的燃料喷射器，所述构造提供到燃烧室30上游的进气道的所谓的燃料的进气道喷射。
火花经由火花塞66提供给燃烧室30。点火系统可以进一步包含用于增加供应到火花塞66的电压的点火线圈(未示出)。在诸如柴油发动机的其他示例中，火花塞66可以被省略。
进气通道42可以包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，控制器12可以通过提供给包括节气门62的电动马达或致动器的信号改变节流板64的位置，这种构造通常被称为电子节气门控制(ETC)。以此方式，节气门62可以被运转以改变提供给的燃烧室30等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提供给控制器12。进气通道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于感测进入发动机10的空气量。
排气传感器126被示为耦接至根据排气流的方向在排放控制装置70上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比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)、双态氧传感器或EGO(如所描述的)、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。在一个示例中，上游排气传感器126是被配置以提供输出(诸如与存在于排气中的氧量成比例的电压信号)的UEGO。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被示为沿着排气通道48被布置在排气传感器126和混合器68两者的下游。装置70可以是三元催化剂(TWC)、NOx捕集器、选择性催化还原剂(SCR)、各种其他排放控制装置或其组合。在一些示例中，在发动机10的运转期间，排放控制装置70可以通过使发动机的至少一个汽缸在特定空燃比内运转而周期性地重置。
混合器68被示为在排放控制装置70的上游且在排气传感器126的下游。在一些实施例中，附加地或替代地，第二排气传感器可以位于混合器68与排放控制装置70之间。作为一个示例，混合器68可以位于排放控制装置70的下游。混合器68包含被耦接至排气通道48的外表面的混合器管，其中圆柱形管从混合器管延伸到排气通道48内。混合器68可以干扰排气流，以便在排气流过混合器68时增加排气混合物的均匀性。
混合器68是静态的(不可移动的)，并且不是电动或机械控制的。混合器可以与排气管道的末端邻接。管道可以在圆周方面小于混合器68，使得混合器68的一部分位于排气管道的外部。排气管道可以是不连续的，使得第一管道被耦接至混合器68的第一端，并且第二管道被耦接至混合器68的第二端。图4示出被耦接至排气管道的混合器的示例。混合器68将会在下面进一步详细地描述。
在一些实施例中，附加地或替代地，排气通道可以包含多于一个混合器68。例如，可以恰好存在两个混合器。在包含两个混合器的示例中，没有部件可以位于第一混合器与第二混合器之间。在其他实施例中，混合器可以被一个或更多个排气部件(例如，排气传感器、微粒过滤器、催化剂等)分开。本领域技术人员应认识到，合适数量的混合器可以存在于排气通道48中。至少两个混合器可以沿类似或相反的方向被取向。
排气再循环(EGR)系统140可以通过EGR通道152将期望的一部分排气从排气通道48送至进气歧管44。控制器12可以通过EGR阀144改变提供给进气歧管44的EGR量。在一些情况下，EGR系统140可以被用来调节燃烧室内的空气-燃料混合物的温度，因此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中被示为微型计算机，包括微处理器单元102、输入/输出端口104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质-在该特定示例中被示为只读存储器芯片106(例如，非临时性存储器)、随机存取存储器108、不失效存取器110和数据总线。控制器12可以接收来自耦接至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括：来自质量空气流量传感器120的引入的质量空气流量(MAF)的测量；来自耦接至冷却套筒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根据曲轴位置传感器118由控制器12产生。歧管压力信号还提供进气歧管44内的真空或压力的指示。注意，可以使用上述传感器的各种组合，诸如有MAF传感器而没有MAP传感器，反之亦然。在发动机运转期间，发动机扭矩可以根据MAP传感器122的输出和发动机转速来推测。另外，该传感器连同所检测的发动机转速可以是用于估计被引入汽缸内的充气(包括空气)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可以在曲轴的每次旋转产生预定数量的等间距脉冲。
存储介质只读存储器106可以用计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器102执行的非临时性指令，用于实现以下所述方法以及被预期但没有被具体列出的其他变体。
控制器12从图1的各种传感器接收信号，并基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令采用图1的各种致动器来调整发动机运转。
图2示出混合器200的透视图。混合器200可以与图1的混合器68类似地被使用。这样的混合器可以被用来增加气体的均匀性。混合器200包含外管道210、第一管220和第二管230。在图2中，所有三个部件都被示为连接到彼此，从而形成连续且不间断的系统。混合器200可以沿着排气通道208被设置，其中管从外管道210延伸到排气通道内。混合器200经由管和管道的入口和出口接收排气流的一部分，以便增加排气流动路径距离并促进混合。本领域技术人员应认识到，混合器可以在车辆的其他方位中或在不同类型的车辆中被用于混合气体。
轴线系统290被示为包括三个轴线，沿水平方向的x轴线、沿竖直方向的y轴线和垂直于x轴线和y轴线两者的z轴线。混合器200的中心轴线295通过虚线来描绘，并且平行于x轴线。混合器200关于中心轴线295对称。
混合器200可以是单个紧凑的加工件。混合器200可以由陶瓷材料、金属合金、硅衍生物、或能够抵抗高温同时还减轻由排气流经历的摩擦使得通过混合器200排气压力不降低的其他合适的材料中的一种或更多种构成。附加地或替代地，混合器200可以包含由一种或更多种涂层和材料，使得排气可以接触混合器200的表面而不沉积碳烟。
混合器200包含在外管道210、第一管220与二管230之间被共享的内部通道(未示出)。内部通道可以被限定为位于混合器的表面内以便排气流过的共用空间。内部通道可以接收来自混合器的入口和出口的气体，其中所述气体可以平行于、倾斜于和/或垂直于排气通道208中的气体流动。以此方式改变内部通道中的排气流增加流动距离而不增加排气通道208的长度。混合器可以进一步改变排气流(例如，干扰层流流动或重新引导燃烧颗粒)，以便产生湍流并促进混合。这样一来，可以减少封装限制，同时可以改善发动机运转。
第一管220和第二管230被物理地耦接至外管道210。管是不可旋转地固定的且不可移动的(静止的)。管在周长方面大体上相等，而在长度方面不相等，其中第一管220长于第二管230。在一些示例中，第二管230可以长于第一管220。在其他示例中，管可以在长度方面大体上相等。
多个第一管220位于外管道210的上游端202的近侧(proximal to)。在一个示例中，恰好存在四个第一管220。在另一示例中，存在多于或少于四个第一管220。第一管220在长度、直径和高度方面大体上完全相同。如所描绘的，第一管220是圆柱形的，然而其他合适的形状可以被认识到。第一管沿着z轴线的横截面是圆形的。在一些实施例中，横截面可以是椭圆形的、正方形的、矩形的、三角形的、五边形的、六边形的、七边形的等。
第一管220从外管道210朝向中心轴线295径向向内延伸。第一管220彼此均匀地间隔开。在一个示例中，彼此邻近的第一管220可以形成90°角。因此，彼此交叉的第一管220平行，而彼此邻近的设置第一管220垂直。第一端222被物理地耦接至外管道210，并且第二端224在中心轴线295的近侧。第一端222是开放的，使得第一管220的内部通道延伸到外管道210的内部通道内，并且与外管道210的内部通道流体地耦接。第二端224是封闭的，并且气体不流过它们。第二端224围绕中心轴线295彼此间隔开。以此方式，第一管220不被物理地耦接到彼此。
第一管开口226位于第二端224的近侧，并且将第一管220流体地耦接至排气通道208。第一管220中的每一个包含第一管开口226中的至少一个。在一个示例中，第一管220中的每个管恰好包含两个第一管开口226，使得恰好存在总共八个第一管开口226。在另一示例中，每个管包含多于两个第一开口226。第一管开口226被取向，使得前面部分面向上游端202，后面部分面向下游端204，并且中间部分面向外管道210。替代地，第一管开口226可以相对于中心轴线295面向径向向外的方向。第一管开口226彼此对置地位于第一管220的面向外管道210的侧面上。第一管开口226被流体地耦接至内部通道，从而允许混合器200经由第一开口226接收和/或排出排气。第一管开口226和第一端222是第一管220的气体可以流过的唯一开口。气体可以流入第一管220、流入外管道210并且流入第二不同的第一管220。
第二管230位于上游端202与下游端204之间、在第一管220的下游。在一些实施例中，第二管230可以在第一管220的上游，其中第二管在上游端202的近侧，并且第一管220位于上游端202与下游端204之间。第二管230的数量可以等于第一管220的数量。在一个示例中，可以恰好存在四个第一管220和四个第二管230。在另一示例中，第二管230的数量少于或多于第一管220的数量。第二管230从外管道210朝向中心轴线295平行于第一管220径向向内延伸。彼此邻近的第二管230垂直，并且彼此交叉的第二管平行。第二管230的外端232被物理地连接至外管道210。第二管的内端234在中心轴线295的近侧、在外管道210的远侧。外端232是开放的，使得第二管230的内部通道延伸到外管道210的内部通道内，并且与外管道210的内部通道流体地耦接。内端234是封闭的，并且气体不流过它们。
外开口236位于外端232的近侧。内开口238位于内端234的近侧、外开口236的远侧。外开口236和内开口238将第二管230流体地耦接至排气通道208。在一个示例中，外开口236的数量多于内开口238的数量，其中恰好存在八个外开口236和四个内开口238。第二管230中的每个管可以包含两个外开口236和一个内开口238。外开口236位于第二管230的相对于中心轴线295面向径向外向的方向的相对侧面上。外开口236被取向，使得前面部分面向与排气流相反的方向，后面部分面向平行于排气流的方向，并且中间部分面向垂直于排气流的方向，类似于第一开口226。内开口238面向进来的排气流的方向，所述进来的排气流从上游端202到下游端204。外开口236、内开口238和外端232是第二管230的气体可以流过的唯一开口。
第二管230短于第一管220，使得第二端224比内端234更靠近中心轴线295。第二管230彼此均匀地间隔开，其中第二管230之间的空间大体上等于第一管220之间的空间。第二管230不被物理地耦接至彼此或第一管220。第二管230不被流体地耦接至彼此或第一管220。然而，来自第二管230中的第一管的气体可以流入外管道210，并且流入第二管230中的第二不同的第一管。
第二管230与第一管220在径向上错开一些角度。在一个示例中，第二管230围绕中心轴线295相对于第一管220被旋转恰好45°。通过以此方式使管错开，管可以经由其对应的开口收集来自排气通道的不同区域的排气。在流过混合器200的一个或更多个部分之后，排气成分可以在均匀性方面增加，对于传感器或后处理装置分别导致更大的数据分析(例如，气体成分、碳烟浓度等)和/或反应(例如，氧化、还原等)。
混合器200进一步包含将外管道210流体地耦接至排气通道208的下游开口212。第一管开口226、外开口236和下游开口212的数量可以相等或不相等。在一个示例中，恰好存在八个第一管开口226、外开口236和下游开口212。第一管开口226、外开口236、内开口238和下游开口212相对于中心轴线295在径向上错开。下游开口212、第一管开口226、外开口236、内开口238是将混合器200流体地连接至排气通道208的唯一的入口和出口。不存在除所描述的那些之外的其他入口或出口。
外管道210中的排气可以流入排气通道208、第一管220和第二管230中的一个或更多个。第一管220中的排气可以流入排气通道208和外管道210中的一个或更多个。第二管230中的排气可以流入排气通道208或外管道210中的一个或更多个。这允许混合器通过第一特征件接收排气并将排气引导到第二特征件，从而实现增加的混合。
图3示出混合器200的正面透视图。因此，之前介绍的部件在随后的图中被类似地编号。混合器200是包含外管道210、第一管220和第二管230的连续的混合器。混合器200是中空的，并且被配置为接收来自排气通道208的排气。混合器200的一部分被省略，以描绘混合器的要不然将会在当前视图中被遮挡的内部特征件。三个部件共享内部通道302。由混合器200从排气通道208截取的气体可以在流回到排气通道208内之前流过内部通道302(外管道210中、第一管220中、和/或第二管230中)的任何部分。混合器200与环境大气气密性地密封，其中来自排气通道的气体不能通过和/或围绕混合器流向环境大气。
如在上面描述的，第二管230在角度上偏离第一管220，其中相比于第一管，第二管围绕中心轴线295被旋转45°。因此，第二管230中的一个位于第一管220中的每一个之间的空间的正后面，如在当前描述中和在图5中示出的。沿着外管道210的圆周设置的空间在第一管220和第二管230中的每一个之间。下游开口212位于管之间的空间中的每一个的后面。以此方式使管错开，围绕第一管220流动的排气可以流入第二管230，由此增加混合器200可以截取气体的区域。此外，在管之间流动的气体可以流入下游开口212。此外，混合器200的开口(第一管开口226、外开口236、内开口238和下游开口212)被布置，使得混合器可以沿着排气通道208的内半径和外半径的范围接收和排出气体。在一个示例中，第一管开口226可以沿着内半径排出排气，而外开口236可以沿着外半径排出排气。这可以增加湍流和混合，这最终可以增加气体均匀性，从而导致改善的气体特性和反应。
图4示出沿着排气通道208设置在排气管道404外部的混合器200的透视图。排气管道被配置为耦接至混合器200，所述混合器200被配置为接收来自排气通道208的排气。混合器200包含如在下面描述的位于排气管道的内部和外部的特征件。虚线轮廓表示混合器200的被排气管道404遮挡的特征件。
轴线系统490被示为包括三个轴线，沿水平方向的x轴线、沿竖直方向的y轴线和垂直于x轴线和y轴线两者的z轴线。排气通道208的中心轴线495通过虚线来描绘，并且平行于z轴线。箭头498描绘通过排气通道208的排气的大致方向，所述通过排气通道208的排气的大致方向大体上平行于z轴线。
混合器200被熔合或被焊接到排气管道404，从而形成气密性密封件。排气通道208中的气体可以流过混合器200的位于外管道210内部的中心开口。外管道210类似环，并且位于排气通道208的外部、与排气管道404共面接触。外管道210与排气管道404同中心。外管道210可以充当圆形混合室，其中排气在排气管道404外部的外管道210中混合。气体不能在排气管道404与混合器200之间流向环境大气。第一管220和第二管230从外管道210延伸到排气通道208内。在一个示例中，排气管道404可以被加工具有用于接收第一管220和第二管230同时防止排气流向环境大气的几何开口。替代地，排气管道404可以包含用于混合器200的一些长度的环形间隙，其中管突出通过该间隙。以此方式，排气管道404可以是不连续的(例如，两件)，其中混合器200被物理地耦接至排气管道404的对应端。由于混合器200与排气管道404之间的气密性耦接，排气不从间隙中流出。环形间隙在下面更详细地描述。
混合器200包含沿着外管道210、第一管220和第二管230设置的多个入口和出口，所述外管道210、第一管220和第二管230将在混合器200的三个部件之间共享的内部通道(例如，内部通道302)耦接至排气通道208，如在上面描述的。来自排气通道208的排气可以进入混合器200，并且流过外管道210、第一管220和第二管230中的一个或更多个。混合器200的大部分与排气通道208密封。
混合器200的内部通道位于排气通道208的内部和外部。例如，内部通道的在外管道210内的部分完全位于排气通道208的外部。因此，外管道210中的气体可以在流回到排气通道208内之前在排气管道404的外部混合。内部通道的在第一管220和第二管230中的不同部分位于排气通道208的内部。管中的气体可以沿排气通道208进行混合。经由外管道210、第一管220或第二管230中的一个或更多个从混合器200流入排气通道208的气体沿倾斜和/或垂直于箭头498(排气流)的方向流动。
图5示出混合器200的正面等距视图。混合器200是包含外管道210、第一管220和第二管230的连续混合器。第一管220和第二管230延伸到排气通道208内。
轴线系统590被示为包括三个轴线，沿水平方向的x轴线、沿竖直方向的y轴线和垂直于x轴线和y轴线两者的z轴线。通过排气通道208的气流的大致方向沿z方向。混合器200关于x轴线和y轴线对称。
外管道210、第一管220和第二管230包含将混合器200流体地连接至排气通道208的入口和出口。沿上游到下游方向(沿正z方向)描述，第一管220包含第一管开口226，第二管230包含外开口236和内开口238，并且外管道210包含下游开口212。
第一管220、第二管230和下游开口212在径向上错开，使得混合器200的特征件不彼此遮蔽。以此方式，混合器200的特征件(例如，第一管220和第一管开口226，第二管230和外开口236和内开口238，以及下游开口212)是互补的。此外，所有开口都沿着x轴线、y轴线和z轴线中的至少一个或更多个彼此间隔开。以此方式，开口沿着排气通道208的不同区域设置。这允许混合器200接收来自排气通道的不同部分的排气，从而增加接收不同的排气成分的可能性。排气可以在从混合器200中流出并流回到排气通道208内之前混合并均匀化。
第一管220和第二管230朝向混合器200的中心径向向内延伸。第一管220长于第二管230，其中第一管的长度大于第二管的长度。因此，第一管开口226被设置为比内开口238更接近混合器200的中心，从而使得开口能够捕获不同的排气流。
第一管220和第二管230彼此倾斜，其中第一管220和第二管230中没有一个平行。第一管220彼此分开角度2θ。在一个示例中，2θ可以恰好等于90°。第二管230也彼此分开角度2θ。第二管230围绕z轴线相对于第一管220被旋转，使得角度θ分开第一管220和第二管230。在一个示例中，角度θ恰好为45°。如图所示，下游开口212位于第一管220与第二管230之间的角空间的正后面。以此方式，开口中的每一个可以从排气通道208的不同方位捕获气体，并且使混合的气体返回到排气通道208的不同方位。以此方式使混合器200错开可以增加气体均匀性并增加混合。
图6A示出沿着如在图5中描绘的混合器200的x轴线的包括第一管220的横截面600A。由于在上面描述的错开，横截面600A不包括第二管或下游开口。横截面600A包括排气管道602A以及排气通道604A。
轴线系统690A被示为包括两个轴线，沿水平方向的x轴线和沿竖直方向的y轴线。排气通道604A的中心轴线695A通过大虚线来描绘，并且平行于x轴线。箭头698描绘通过排气通道604A的排气的大致方向，所述通过排气通道604A的排气的大致方向大体上平行于x轴线。第一管220的中心轴线699通过小虚线来示出。大虚线大于小虚线。
如在上面描述的，外管道210是环形的，完全环绕排气管道602A，其中第一管220延伸通过排气管道602A的整个厚度进入排气通道604A。所描绘的第一管沿着中心轴线699对齐。外管道210和第一管220关于中心轴线695A对称。
第一管开口226位于中心轴线695近侧的第二端224附近。第一管开口226位于第一管220的面向垂直于x轴线和y轴线的方向的侧面上。来自排气通道604A的气体可以流过第一管开口226并且流入第一管220，从而在从混合器200中流出并流回到排气通道604A内之前流过内部通道610A的至少一部分。在一个示例中，气体可以通过第一管220进入、流入外管道210并且从第二不同的第一管220中流出。第一管开口226将混合的气体沿大体上垂直于箭头698(排气流)的方向送到排气通道604A。
在一个示例中，第一管220与外管道210的下游之间的距离680A恰好等于50mm。在另一示例中，距离680A可以大于或小于50mm。横截面600A的在中心轴线295之上或之下的形状大体上为“L形”。
图6B示出沿着如在图5中描绘的混合器200的x轴线的第二管230的二维横截面600B。横截面600B沿着图5的z轴线比图6A的横截面600A更远(更下游)。由于在上面描述的错开，因此横截面600B不包括第一管220或下游开口212。
轴线系统690B被示为包括两个轴线，沿水平方向的x轴线和沿竖直方向的y轴线。排气通道604B的中心轴线695B通过大虚线来描绘，并且平行于x轴线。箭头698B描绘通过排气通道604B的排气的大致方向，所述通过排气通道604B的排气的大致方向大体上平行于x轴线。第二管230的中心轴线699B通过小虚线来示出。
第二管230经由管道的对应槽延伸通过排气管道602B的整个厚度。第二管230被配置为经由外开口236和内开口238接收和/或排出排气。排气可以在流回到排气通道604B内之前在内部通道610B的任何部分中进行混合。第二管230沿着中心轴线699B对齐。第二管230和外管道210关于中心轴线695B对称。
外开口236沿着排气通道604B的外周边设置在中心轴线695B的远侧。外开口236位于第二管230的面向垂直于x轴线和y轴线的方向的侧面上。外开口236可以沿垂直于箭头698B(排气流)的方向接收或排出排气流。内开口238位于外开口236的远侧、中心轴线695B的近侧。内开口238位于第二管230的面向进来的排气流的方向的侧面上。内开口238沿与箭头698B(排气流)相反的方向排出排气流。
第二管230与上游端或下游端之间的距离680B等于图6A的距离680A的一半。因此，第二管230设置为沿着混合器200的中部与上游端和下游端相等地间隔开。在一个示例中，距离680B恰好为25mm。在另一示例中，第二距离大于或小于25mm。混合器200的沿着x轴线在中心轴线695B之上或之下的形状大体上为“T形。”
图6C示出如在图5中描绘的混合器200的二维横截面600C，包括沿着x轴线的外管道210的一部分。横截面600C沿着图5的z轴线更远地截取，并且由于在上面描述的错开，不包括第一管220或第二管230。
轴线系统690C被示为包括两个轴线，沿水平方向的x轴线和沿竖直方向的y轴线。排气管道602C的中心轴线695C通过虚线来描绘，并且平行于x轴线。箭头298描绘通过排气通道208的排气的大致方向，并且大体上平行于x轴线。
下游开口212延伸通过将外管道210流体地连接至排气通道604C的排气管道602C的整个厚度。气体可以沿垂直于箭头698C(排气流)的方向流入下游开口212或从下游开口212中流出。
图7示出被叠加以便示出混合器200的大致横截面的图6A、图6B和图6C的横截面。以此方式，在当前实施例中未描绘混合器200的径向错开。混合器200包含用于改变排气流的开口的外管道210、第一管220和第二管230。混合器200包含下游开口212、第一开口226、外开口236和用于将内部通道720流体地耦接至排气通道708的内开口238。如在上面描述的，混合器200的开口彼此错开。这使得混合器200能够从排气通道708的不同区域接收排气和/或将排气排到排气通道708的不同区域。
轴线系统790被示为包括两个轴线，沿水平方向的x轴线和沿竖直方向的y轴线。排气通道202的中心轴线795通过虚线来描绘，并且平行于x轴线。箭头798描绘通过排气通道708的排气的大致方向，所述通过排气通道708的排气的大致方向大体上平行于x轴线。
排气管道702是不连续的，其中间隙位于第一管220与第二管230之间。排气管道的上游部分704被物理地耦接至混合器200的上游端740。排气管道的下游部分706从中心部分752到下游端750被物理地耦接至外管道210和第二管230。气体不在排气管道702与混合器200之间流动。
排气通道708可以包含沿着排气通道的不同方位的不同成分的各种化合物。例如，接近排气通道708的中心的排气可以与沿着排气通道的上部部分的排气不同。第一流由实线箭头表示，第二流由小虚线箭头表示，并且第三流由中等虚线箭头表示，并且第四流由大虚线箭头表示。流被示为关于y轴线对称。因此，排气成分从排气通道708的中心到排气通道的外周边发生改变。流可以包括在不同浓度下的氧气、CO2、碳烟、尿素、氮气等中的一种或更多种。此外，流中的一种或更多种可以不包含在上面列出的化合物中的一种或更多种。流可以基于温度、密度、流速等被分开。流可以在混合器200内或在排气通道708中混合。混合器200被配置为从遍及排气通道708的不同方位接收气体，并且沿着排气通道的不同方位排出气体，这可以增加排气的总体均匀性，使得沿着排气通道708的第一部分的流与沿着排气通道708的第二不同部分的流在成分上大体上相同。化合物和排气流的方向由箭头指示。
第一流、第二流、第三流和第四流可以接触第二管230的外主体而不进入第二管。以此方式，流的方向可以被改变而不使流流入混合器200。替代地，流可以不接触混合器的外主体。在一个示例中，流可以流经混合器200的结构，而且与从混合器被排入排气通道的混合气体接触。以此方式，排气依然可以被混合而不流入混合器200。
当排气流过混合器200时，它最初可以接触第一管220。如图所示，第四流与第一管开口226对齐，并且可以进入第一管220。排气流可以转动大体上90°，以便流过第一管开口226。第四流然后可以流过内部通道720的任何部分。第四流可以从第一管220流入外管道210。任何流都可以接触第一管220的外主体而不进入第一管220。流的方向可以被改变而不使流流入混合器200。
第三流可以流入内开口238，并且进入第二管230的内部通道720，其中第三流可以流入外管道210。第三流可以流过内部通道720的任何部分，并且与其他流(例如，第四流)混合。
第二流可以流入外开口236，并且进入第二管230的内部通道720，其中第二流可以流入外管道。第二流可以转动大体上90°，以便流过外开口236。第二流可以流过内部通道720的任何部分，并且与其他流(例如，第四流和/或第三流)混合。
第一流可以流入下游开口212，并且进入外管道210的内部通道720。第一流可以转动大体上90°，以便进入下游开口212。第一流可以流过内部通道720的任何部分。第一流可以流过内部通道720的任何部分，其中第一流可以与其他流(例如，第二流、第三流和/或第四流)混合。
第一流、第二流、第三流和第四流中的一种或更多种可以在内部通道720的任何部分中混合。替代地，流中的一种或更多种可以流入混合器200而不与其他流混合。未混合的流可以通过与被用来进入混合器的开口不同的开口离开混合器。因此，未混合的流被混合器200重新引导到排气通道708的不同区域，由此增加混合的可能性。例如，第四流可以经由第一管开口226进入混合器，并且经由下游开口212流回到排气通道内而不与在混合器200中第一流、第二流或第三流混合。然而，通过从下游开口212中流出，增加了沿着排气通道708的外周边混合第四流与第一流的可能性。
第一流、第二流、第三流和/或第四流可以在外管道210、第一管220和/或第二管230中混合。混合物可以从开口(第一管开口726、外开口736、内开口738和下游开口712)中的任一个中流出、流回到排气通道708内。从第一管开口226、外开口236和下游开口212中流出的气体沿垂直于箭头798(例如，排气流)的方向流动，而从内开口238中流出的气体沿与箭头798相反的方向流动。从混合器流出的排气的该方向增加了排气通道中的湍流，从而可以增加排气混合，使得相比于混合器200的上游，排气均匀性在混合器200的下游更高。
现在转向图8，系统800描绘在微粒过滤器802的下游且在碳烟传感器808的上游的混合器806的实施例。碳烟传感器808可以向控制器(例如，图1的控制器12)发送信号，以便相应地更改各种发动机致动器。例如，如果碳烟传感器检测到碳烟水平大于阈值碳烟水平，则控制器12可以减少车辆的扭矩输出，使得碳烟排放被减少。在一个实施例中，混合器806可以被用作关于图1描绘的实施例中的混合器68。
微粒过滤器802在混合器806的上游。因此，相比于流过如在上面描述的混合器(例如，混合器806)的排气，由微粒过滤器802接收的排气流会愈加不均匀。微粒过滤器802将排气释放到混合器806上游的微粒过滤器出口锥体804。流入混合器806的排气经历与关于图6描述的混合大体上类似的混合。相比于混合器806上游的排气，混合器806下游的排气愈加均匀。排气流被碳烟传感器808分析，以便确定流过微粒过滤器802的碳烟量。由于碳烟传感器的位置，仅排气流的一部分可以被分析。均匀性的增加增加了碳烟传感器808读数的准确性。
现在转向图9，系统900描绘具有尿素喷射器喷904的排气管路902。尿素喷射器喷904在混合器906的上游。混合器906在选择性还原催化剂(SCR)908的上游。以此方式，尿素可以与排气混合，使得排气/尿素混合物比它不流过混合器906更均匀。混合器906增加了尿素与排气之间的布朗运动。通过增加尿素到排气内的混合，SCR 908的尿素涂覆表面可以在均匀性方面增加，并且由此增加效率。系统900可以被用作关于图1描绘的实施例中的混合器68。在这样的示例中，混合器906大体上等同于混合器68，并且尿素喷射器喷904位于气体传感器126的下游和混合器68的上游。SCR 908等同于排放控制装置70或位于排放控制装置70内。
现在转向图10，系统1000描绘被流体地耦接至排气管路1004的发动机1002。发动机1002可以被用作图1的实施例中的发动机10。在燃烧之后，发动机1002将排气排入排气管路1004。排气在到达混合器1006之前流过排气管路1004。排气在流至混合器下游气体传感器1008之前在混合器1006中混合。气体传感器1008可以被用作图1的实施例中的气体传感器126。以此方式，由于均匀性的增加，气体传感器1008可以用于准确地测量排气。例如，如果气体传感器1008是UEGO传感器，则相比于由未混合的排气的UEGO传感器测量的空燃比，可以测量更准确的空燃比。
以此方式，紧凑的、易于制造的混合器可以位于各种排气系统部件的上游，以便增加传感器读数的准确性或改善排气后处理装置的效率。通过沿着混合器放置互补的管和开口，排气被重新引导并且被多次混合，以便增加排气通道中的排气的总体均匀性。将排气混合器放置在排气管道中的技术效果是改善排气混合物均匀性，使得混合器下游的部件可以增加功能性。
一种排气混合器，其包含：多个第一圆柱形管，其与排气管道的中心轴线间隔开，其中所述第一管中的每一个包含从所述中心轴线径向面向外的开口；多个第二圆柱形管，其与所述中心轴线和所述第一圆柱形管间隔开；以及外管道，其被耦接至所述排气管道的外部。在第一示例中，所述排气混合器包括：所述第二管包含在所述中心轴线近侧的面向上游的内开口和在所述排气管道近侧的从所述中心轴线径向面向外的外开口。在可选地包括第一示例的第二示例中，所述排气混合器包括：所述外管道包含下游开口，其中所述下游开口在所述排气管道的近侧、在所述第一管和第二管的相对于排气流的下游，并且径向向内面对所述中心轴线。第三示例可选地包括第一示例和/或第二示例，所述排气混合器包括：所述第一管和第二管被物理地且流体地耦接至所述外管道。第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或更多个，所述排气混合器包括：所述第一管、第二管和外管道是中空的，其中内部通道位于其间。第五示例可选地包括第一示例至第四示例中的一个或更多个，所述排气混合器包括：所述第一管、第二管和外管道的所述开口将排气通道流体地耦接至所述内部通道。第六示例可选地包括第一示例至第五示例中的一个或更多个，所述排气混合器包括：所述第一管和第二管的所述内部通道位于所述排气管道内，并且所述外管道的所述内部通道位于所述排气管道外部。在可选地包括第一示例至第六示例中的一个或更多个的第七示例中，所述排气混合器包括：所述第二管沿着所述中心轴线在角度上偏离所述第一管45°。第八示例可选地包括第一示例至第七示例中的一个或更多个，所述排气混合器包括：所述第一管、第二管和外管道关于所述中心轴线对称。第九示例可选地包括第一示例至第八示例中的一个或更多个，所述排气混合器包括：在所述外管道、第一管和第二管中不存在除指定的那些之外的其他开口，其中所述管的封闭端与所述中心轴线间隔开，并且其中沿着所述中心轴线在所述管端之间不存在障碍物。
一种排气混合器，其包含：上游端，其具有第一管；中心部分，其具有与所述上游端间隔开的第二管，其中所述第二管围绕排气管道的中心轴线相对于所述第一管被旋转；以及外管道，其被物理地耦接至所述排气管道的外部并且被物理地耦接至所述第一管和第二管。所述排气混合器的第一示例包括：所述第一管、所述第二管和所述外管道均是中空的，并且被流体地耦接至所述排气管道中的排气流。第二示例可选地包括第一示例，所述排气混合器包括：所述第一管和所述第二管与所述中心轴线间隔开，其中所述第一管在所述上游端处产生四个分开管，并且所述第二管沿着所述中心部分产生四个分开管。第三示例可选地包括第一示例和第二示例中的一个或更多个，所述排气混合器包括：所述第一管和所述第二管从所述外管道朝向所述中心轴线径向向内延伸。第四示例可选地包括第一示例至第三示例中的一个或更多个，所述排气混合器包括：所述第一管长于所述第二管。第五示例可选地包括第一示例至第四示例，所述排气混合器包括：所述第一管、第二管和外管道被不可旋转地固定到所述排气管道。第六示例可选地包括第一示例至第五示例中的一个或更多个，所述排气混合器包括：所述第一管、第二管和外管道是静止的静态混合器部件。第七示例可选地包括第一示例至第六示例中的一个或更多个，所述排气混合器包括：所述第一管、第二管和外管道均包含面向垂直于所述中心轴线的方向的开口，所述开口将内部通道流体地耦接至所述排气通道。
一种排气混合器，其包含：外管道，其位于排气管道的外部并且被流体地耦接至排气通道；第一管，其从所述外管道延伸到所述排气通道内，其中所述第一管中的每一个包含两个开口，所述两个开口位于所述第一管中的每一个的在所述外管道远侧的末端的近侧；以及第二管，其从所述外管道延伸到所述排气通道内，其中所述第二管中的每一个包含两个外开口和一个内开口，所述两个外开口在所述外管道的近侧，并且所述内开口在所述外管道的远侧。所述排气混合器附加地或替代地进一步包括：所述外管道包含下游开口，所述下游开口延伸通过所述排气管道的整个厚度并且与所述第一管和第二管径向地错开。
注意，包括在本文中的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以存储为非临时性存储器中的可执行指令，并且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其它发动机硬件组合的控制系统执行。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种行为、操作和/或功能可以按所示的顺序执行、并行地执行或在一些情况下省略。同样，处理的顺序不是实现本文面描述的实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述提供。根据使用的特定策略，所示的行为、操作和/或功能中的一个或多个可以被重复地执行。此外，所述的行为、操作和/或功能可以图形化地被程序化到发动机控制系统的计算机可读存储介质的非临时性存储器之内的代码，其中所述的行为通过执行包括各种发动机硬件组件与电子控制器组合的系统中的指令而被执行。
应当认识到，本文所公开的构造和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制意义，因为许多变体是可能的。例如，上述技术可以使用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置和其它特征、功能和/或性质的所有新颖的和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的和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这样的权利要求应当被理解为包括一个或多个这样的元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这样的元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过修改本申请的权利要求或通过在本申请或相关的申请中提出新权利要求被要求保护。这样的权利要求，无论比原权利要求范围更宽、更窄、等同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种排气混合器，其包含：
多个第一圆柱形管，其与排气管道的中心轴线间隔开，其中所述多个第一圆柱形管中的每一个包含从所述中心轴线径向面向外的开口；
多个第二圆柱形管，其与所述中心轴线和所述第一圆柱形管间隔开，其中所述多个第二圆柱形管在所述多个第一圆柱形管的下游并且在角度上偏离所述多个第一圆柱形管；以及
外管道，其被耦接至所述排气管道的外部。
2.根据权利要求1所述的混合器，其中所述多个第二圆柱形管包含在所述中心轴线近侧的面向上游的内开口和在所述排气管道近侧的从所述中心轴线径向面向外的外开口。
3.根据权利要求1所述的混合器，其中所述外管道包含下游开口，其中所述下游开口在所述排气管道的近侧、在所述多个第一圆柱形管和所述多个第二圆柱形管的相对于排气流的下游，并且径向向内面向所述中心轴线。
4.根据权利要求1所述的混合器，其中所述多个第一圆柱形管和所述多个第二圆柱形管被物理地且流体地耦接至所述外管道。
5.根据权利要求4所述的混合器，其中所述多个第一圆柱形管、所述多个第二圆柱形管和所述外管道是其间具有内部通道的中空管道。
6.根据权利要求5所述的混合器，其中所述多个第一圆柱形管、所述多个第二圆柱形管和所述外管道的所述开口将排气通道流体地耦接至所述内部通道。
7.根据权利要求5所述的混合器，其中所述多个第一圆柱形管和所述多个第二圆柱形管的所述内部通道位于所述排气管道内，并且所述外管道的所述内部通道位于所述排气管道外部。
8.根据权利要求1所述的混合器，其中所述多个第二圆柱形管沿着所述中心轴线在角度上偏离所述多个第一圆柱形管45°。
9.根据权利要求1所述的混合器，其中所述多个第一圆柱形管、所述多个第二圆柱形管和所述外管道关于所述中心轴线对称。
10.根据权利要求1所述的混合器，其中在所述外管道、所述多个第一圆柱形管和所述多个第二圆柱形管中不存在除所述开口之外的其他开口，其中所述多个第一圆柱形管和所述多个第二圆柱形管的封闭端与所述中心轴线间隔开，并且其中沿着所述中心轴线在所述封闭端之间不存在障碍物。
11.一种排气混合器，其包含：
上游端，其具有第一管；
中心部分，其具有与所述上游端间隔开的第二管，其中所述第二管围绕排气管道的中心轴线相对于所述第一管被旋转；以及
外管道，其被物理地耦接至所述排气管道的外部并且被物理地耦接至所述第一管和所述第二管。
12.根据权利要求11所述的排气混合器，其中所述第一管、所述第二管和所述外管道均是中空的，并且被流体地耦接至所述排气管道中的排气流。
13.根据权利要求11所述的排气混合器，其中所述第一管和所述第二管与所述中心轴线间隔开，其中所述第一管在所述上游端处产生四个分开管，并且所述第二管沿着所述中心部分产生四个分开管。
14.根据权利要求11所述的排气混合器，其中所述第一管和所述第二管从所述外管道朝向所述中心轴线径向向内延伸。
15.根据权利要求11所述的排气混合器，其中所述第一管长于所述第二管。
16.根据权利要求11所述的排气混合器，其中所述第一管、所述第二管和所述外管道被不可旋转地固定到所述排气管道。
17.根据权利要求11所述的排气混合器，其中所述第一管、所述第二管和所述外管道是静止的静态混合器部件。
18.根据权利要求11所述的排气混合器，其中所述第一管、所述第二管和所述外管道均包含面向垂直于所述中心轴线的方向的开口，所述开口将内部通道流体地耦接至所述排气通道。
19.一种排气混合器，其包含：
外管道，其位于排气管道的外部并且被流体地耦接至排气通道；
第一管，其从所述外管道延伸到所述排气通道内，其中所述第一管中的每一个包含两个开口，所述两个开口位于所述第一管中的每一个的在所述外管道远侧的末端的近侧；以及
第二管，其从所述外管道延伸到所述排气通道内，其中所述第二管中的每一个包含两个外开口和一个内开口，所述两个外开口在所述外管道的近侧，并且所述内开口在所述外管道的远侧。
20.根据权利要求19所述的排气混合器，其中所述外管道包含下游开口，所述下游开口延伸通过所述排气管道的整个厚度并且与所述第一管和所述第二管径向地错开。
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