CN109139203A - 用于排气处理的碰撞式混合器 - Google Patents

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Abstract

一种混合器组件，该混合器组件用于当排气流经排气通道时利用被注入的还原剂处理排气，该混合器组件包括一管状壳体和一杆件。该杆件的第一末端和第二相反末端被固定到该壳体上。该杆件具有多个平行延伸部分通过弯曲部分而互连的蛇形形状。这些弯曲部分被定位成接近该壳体的内表面，使得该杆件横过该排气通道。该混合器组件被定位成使得该杆件被注入排气通道中的还原剂所直接碰撞。

Description

用于排气处理的碰撞式混合器
技术领域
本发明涉及一种用于排气后处理系统的碰撞式混合器。
背景技术
此部分提供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。这些系统中的一些系统包括用于将还原剂(例如，尿素)从储箱传输到排气流的还原剂递送系统。混合器可以被提供用于在还原剂到达与其进行反应的催化剂之前使注入的还原剂与排气进行混合。
一些混合器被定位在被注入的还原剂的流动路径中、并且被归类为碰撞式混合器。通常，碰撞式混合器包括带有相对锐利边缘的、包括表面粗糙度的结构。已知的混合器的几何形状可能导致壁膜的形成，这增加了使得被注入的还原剂成雾所需要的时间。壁膜的形成还可能导致在混合器上或者正在混合器所在的导管内壁表面上形成尿素沉积物。虽然这些系统可能在过去表现良好，仍可以希望的是提供一种改进的混合系统，该混合系统能够装配在有限的封装空间中、同时减少壁膜的形成，以在混合物到达催化剂之前更高效地且更有效地使还原剂与排气流混合。
发明内容
本部分提供本披露的总体概述而不是其全部范围或其所有特征的全面披露。
一种混合器组件，该混合器组件用于当排气流经排气通道时利用被注入的还原剂处理排气，该混合器组件包括一管状壳体和一杆件。该杆件的第一末端和第二相反末端被固定到该壳体上。该杆件具有多个平行延伸部分通过弯曲部分而互连的蛇形形状。这些弯曲部分被定位成接近该壳体的内表面，使得该杆件横过该排气通道。该混合器组件被定位成使得该杆件被注入排气通道中的还原剂所直接碰撞。
在另一种安排中，混合器组件包括固定在壳体上的刚性第一杆件、刚性第二杆件、以及刚性第三杆件。每个杆件基本上是同样的、并且包括在第一末端和第二末端之间的蛇形形状。第一杆件沿垂直于壳体轴线的第一平面延伸。第二杆件沿垂直于壳体轴线的第二平面延伸，并且第三杆件沿垂直于壳体轴线的第三平面延伸。第一杆件包括线性平行部分，这些线性平行部分相对于第二杆件的线性平行部分成角度地延伸。
从在此提供的说明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
本文描述的附图仅是出于对所选择实施例的而不是对所有可能实现方式的展示性目的，并且不旨在限制本披露的范围。
图1是根据本披露原理的具有混合器组件的排气后处理系统的示意性表示；
图2是被安装在排气通道中的混合器组件的透视图；
图3是另一个混合器组件的平面视图；
图3A是另一个混合器组件的平面视图；
图4是另一个混合器组件的平面视图；
图5是另一个混合器组件的透视图；
图6是图5中示出的混合器组件的平面视图；
图7是穿过另一个混合器组件的杆件的截面视图；
图8是穿过另一个混合器组件的杆件的截面视图；并且
图9是穿过另一个混合器组件的杆件的截面视图。
贯穿附图的这若干视图，相应的附图标记指示相应的部分。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述多个示例实施例。
提供了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，诸如特定的部件、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例、并且这些特定的细节都不应当解释为是对本披露的范围的限制。在一些示例性实施例中，对周知过程、周知装置结构、以及周知技术不做详细描述。
在此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。如在此所使用的，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。在此所描述的这些方法步骤、过程和操作不应当被解释为必须要求它们按所讨论或示出的特定顺序执行，除非特别指出执行顺序。还应当理解的是，可以采用另外的或替代性的步骤。
当一个元件或层涉及“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，当一个元件涉及“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当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)。如在此使用的，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。
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/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应当受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一个区域、层或区段区分开。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，除非上下文明确指出。因此，下文中讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可以被称为第二元件、部件、区域、层或区段，而不偏离示例实施例的传授内容。
空间相关术语，诸如“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示出的一个元件或特征相对于另一个或多个元件或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绘的取向之外的、装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果装置在这些附图中被翻转，则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”可以涵盖上方和下方两种取向。装置可以被另外定向(旋转90度或处于其他取向)，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，提供了可以处理由燃烧发动机12输出的排气的排气后处理系统10。排气后处理系统10可以包括排气通道14、氧化催化器(例如柴油机氧化催化器或DOC)16、过滤器(例如柴油机颗粒过滤器(DPF))18、混合器组件20、以及选择性催化还原(SCR)催化器22。DOC 16、过滤器18、混合器组件20、和SCR催化器22被布置在排气通道14内，使得从发动机12输出的一些或所有的排气流动穿过其中。
碳氢化合物(HC)注入器24可以被布置在排气通道14中或邻近该排气通道、在DOC16上游的某一位置处。HC注入器24可以从燃料源26接收碳氢化合物燃料并且可以将燃料注入到DOC 16上游的排气流中。燃烧器(未示出)可以至少部分地布置在排气通道14内在DOC16的上游在HC注入器24处或邻近该HC注入器。燃烧器可以点燃由HC注入器24注入的燃料以使DOC 16和/或过滤器18再生。
还原剂注入器28可以被布置在排气通道14中或邻近该排气通道、在混合器组件20上游的某一位置处，该混合器组件在SCR催化器22的上游。还原剂注入器28可以从还原剂储箱30接收还原剂(例如尿素)并且将还原剂注入到混合器组件20上游或其中的排气流中。还原剂可以在流动穿过SCR催化器22之前与混合器组件20内的排气进行混合。混合器组件20可以被直接定位在所注入还原剂的通路中，使得全部或实质上大部分所注入的还原剂在碰撞排气通道14或SCR催化器22的内表面32之前碰撞在混合器组件20的表面上。
在图2中更详细地描绘了示例性排气后处理系统10的一部分。注入器24可以安装在导管33上，该导管限定排气通道14。导管33可以包括径向向外延伸的突出部35，该突出部提供注入器24的支座。注入器24可操作用于沿以相对于排气流39的纵向轴线成30度至60度范围的角度A的轴线37注入还原剂。取决于所使用的注入器的类型，还原剂可以形成一个或多个圆锥形的喷雾锥。喷雾锥的夹角B可以范围在20度至60度。覆盖区41被指示为当还原剂碰撞混合器组件30的上游表面时由还原剂所产生的椭圆形图案。希望的是覆盖区域41的面积至少是由混合器组件20所限定的截面面积42的50％。
参见图3，更详细地描绘了混合器组件20。混合器组件20包括圆柱形壳体34，该圆柱形壳体包括外表面36和内表面38。圆柱形壳体34是不间断的环，其被大小确定成装配在排气通道14之内，使得外表面36紧密贴合排气通道14的内表面32(图2)。单个整体式不间断的杆件40包括蛇形形状，以阻挡由壳体34的内表面38限定的截面面积42的实质性部分。
杆件40可以被配置为实心或空心的元件。杆件40的截面形状是圆形的，使得混合器不包括可能促进壁膜形成的锐利边缘。杆件40包括基本上彼此平行延伸的多个横向延伸的线性部分46a至46l。每个线性部分46在一个末端处由延伸180度的弯曲部分48互连。弯曲部分48优选地与壳体34间隔开。临近的线性部分46可以以等于或大于杆件的直径的距离彼此间隔开。杆件40的第一终端部分50在第一安装点52处被固定地联接到壳体34上。杆件40的第二并且相反的终端部分54在径向相反的方向56上被固定到壳体34上。在此考虑了末端50的一部分和末端54的一部分可以穿过延伸穿过壳体34的孔58、60而凸出。凸出的末端可以后续在杆件40被固定到壳体34上之后被修剪，以确保配合在壳体34内。
可以预见，孔58、60可以是延伸穿过壳体34的壁的圆柱形形状。作为替代的构型，孔58、60可以被确定形状为槽缝，以允许相对刚性的蛇形杆件40轴向地平移进入壳体34、并且随后联接到其上。
杆件40可以仅在这两个相反的位置通过任何数量的包括焊接、粘合剂结合、机械紧固、或诸如此类的工艺被固定在壳体34上。如果需要额外的支撑，壳体34可以在一个或多个区域被变形以接触弯曲部分48并且支撑杆件40。在另一种替代的安排中，弯曲部分48可以被定位成靠近壳体34或与之接合。在杆件40与壳体34之间的一个或多个位置可以形成焊接。孔可以在弯曲部分48的位置延伸穿过壳体34以允许形成池熔焊接。应该理解的是，线性部分46a至46l中的每一者和弯曲末端部分48位于共用平面内，该共用平面被定向成横向于排气流沿轴线39并且穿过排气通路14的方向。
图3A中示出的替代的混合器组件20a包括两个无中断的杆件40a、40b，以取代单个杆件40。第一杆件40a包括在12点钟位置的第一终端部分50a、并且包括在9点钟方向联接到壳体34a上的第二终端部分51a。第二杆件40b包括在6点钟位置被固定到壳体34上的第一终端部分54a和在3点钟位置被固定到壳体34a上的相反的第二终端部分53a。
图4描绘了替代的混合器组件120。混合器组件120包括被联接到由参考标记20y标识的另一个混合器组件上的混合器组件20。混合器组件20y与混合器组件20基本相同。因此，混合器组件20y将不被详细描述。为了图3中标识的目的，混合器组件20y的元件由后缀“y”标识。混合器组件120是在将线性部分46a至46l与46ay至46ly定向成彼此呈90度之后通过将壳体34联接到壳体34y上而形成的。以此方式，连接52被定位在图的顶部，连接54处在图的底部，连接52y处在图的最左侧部分、并且相反的末端连接54y在图的最右侧部分沿直径与之相反。提供了十字交叉的图案以增加被注入的还原剂碰撞在杆件40和/或杆件40y的表面上的可能性。当杆件40y与杆件40间隔开并且位于其下游时，跨越混合器组件120的压力下降被最小化。因为混合器包括具有最小表面粗糙度的圆形的杆件，所以尿素沉积物的形成被显著减少。因为杆件40、40y的前缘是弯曲的，跨越混合器组件20和/或混合器组件120的压力下降被减小。
图5和图6描绘了以参考标记220标识的另一种混合器组件。除了三个混合器组件20相互连接、被串联定位、并且彼此相邻之外，混合器组件220基本上与混合器组件120是类似的。更具体地，混合器组件220包括混合器组件20、混合器组件20y、以及混合器组件20z。混合器组件20z与混合器组件20和20y基本相同。混合器组件220将每个混合器的平行杆件部分定向成相对于彼此呈120度的相对定向。再次，这些混合器之间的相对定向可以知晓通过壳体的杆件的连接点而容易的设想，其中每个杆件的附接点对被示出为(52、54)、(52y、54y)、和(52z、54z)。用于限定混合器组件220的三个临近的混合器的安排增加了由杆件40、40y、40z所阻挡的面积42的量。如前所述，这增加了被注入的还原剂将碰撞在这些杆件的一个或多个上的可能性。通过这些杆件彼此的成角定向、这些杆件轴向地彼此间隔开、以及每个杆件的圆形的截面形状，跨越混合器组件220的压力下降被最小化。
图7描绘了穿过替代的杆件40b的线性部分之一截取的截面视图。杆件40b可以替代上述具有实心截面的杆件中的任何一者。杆件40b是空心的、并且包括包绕空气芯242的薄壁240。可替代地，空气芯242可以用隔绝材料替代。在图8中以参考标记40c描绘另一种替代的构型的杆件。杆件40c包括包绕电阻加热丝248的空心管件246。加热丝248可以被选择性地通电以将热量传递至空心管件246。通过加热杆件40c，增强了被注入的还原剂的蒸发和雾化。
图9描绘了又一个替代的杆件，该杆件被标识为元件40d。杆件40d包括包绕多个不同的导体252的空心管件250。当在两个不同的导体252之间形成热梯度时，产生了电力。这样，当被暴露于热源时，杆件40d起热电发电机的作用。
以上对这些实施例的说明是出于展示和描述的目的提供的。其并不旨在是穷尽的或是限制本披露。具体实施例的单独的要素和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，并且所有这样的修改都旨在包含在本披露的范围之内。

Claims (20)

1.一种混合器组件，该混合器组件用于当排气流经排气通道时利用被注入的还原剂处理排气，该混合器组件包括：
一第一管状壳体；
一第一杆件，该第一壳体被适配成用于定位在该排气通道内，该第一杆件包括一第一末端和一第二相反末端，该第一末端和该第二末端被固定在该第一壳体上，该第一杆件具有多个平行延伸部分通过弯曲部分而互连的蛇形形状，其中，这些弯曲部分被定位成接近该第一壳体的内表面，使得该第一杆件横过该排气通道，该混合器组件被定位成使得该第一杆件被注入该排气通道的还原剂所直接碰撞；以及
一第二壳体和一第二杆件，该第二壳体与该第二壳体同轴地对齐并且被固定在该第二壳体上，该第二杆件被固定在该第二壳体上、并且包括平行延伸部分，这些平行延伸部分以相对于该第一杆件的平行延伸部分不平行的方式被定向。
2.如权利要求1所述的混合器组件，其中，该第一杆件仅在该第一末端和该第二末端处被联接到该壳体。
3.如权利要求1所述的混合器组件，其中，该第一杆件沿着其长度包括恒定的截面形状和尺寸。
4.如权利要求1所述的混合器组件，其中，该第一杆件的平行延伸部分各自包括圆形截面形状、并且具有共同的直径。
5.如权利要求4所述的混合器组件，其中，该第一杆件的平行延伸部分彼此间隔开的距离等于或大于该共同的直径。
6.如权利要求1所述的混合器组件，其中，该第一杆件是实心的。
7.如权利要求1所述的混合器组件，其中，该第一杆件是空心的。
8.如权利要求7所述的混合器组件，其中，该第一杆件包绕一加热元件。
9.如权利要求7所述的混合器组件，其中，该第一杆件包绕一热电发电机。
10.如权利要求1所述的混合器组件，其中，该通道限定排气流的一纵向轴线，还原剂沿与该纵向轴线和该混合器组件的一入口面相交叉的一轴线被注入。
11.如权利要求10所述的混合器组件，其中，所注入的还原剂被分散以在该混合器组件的一入口处碰撞一覆盖区域，该覆盖区域具有该混合器组件的一入口截面面积的百分之五十或更大的面积。
12.如权利要求1所述的混合器组件，其中，该第二杆件具有与该第一杆件类似的尺寸和形状。
13.如权利要求1所述的混合器组件，其中，该壳体包括被确定大小以符合该排气通道的内直径的尺寸。
14.一种混合器组件，该混合器组件用于当排气流经排气通道时利用被注入的还原剂处理排气，该混合器组件包括：
一管状壳体，该管状壳体具有一轴线；以及
被固定在该壳体上的一刚性第一杆件、一刚性第二杆件、以及一刚性第三杆件，每个杆件基本上是同样的、并且在一第一末端和一第二末端之间包括蛇形形状，其中，该第一杆件沿与该壳体的轴线相垂直的一第一平面延伸，该第二杆件沿与该壳体的轴线相垂直的、并且与该第一平面轴向地间隔开的一第二平面延伸，并且该第三杆件沿与该壳体的轴线相垂直的、并且与该第二平面轴向地间隔开的一第三平面延伸，其中，该第一杆件包括线性平行部分，这些线性平行部分相对于该第二杆件的线性平行部分成角度地延伸。
15.如权利要求14所述的混合器组件，其中，该壳体包括一第一管件、一第二管件、以及一第三管件，这些管件同轴地对齐并且彼此固定。
16.如权利要求15所述的混合器组件，其中，该第一管件包括接纳该第一杆件的末端部分的槽缝。
17.如权利要求16所述的混合器组件，其中，这些线性平行部分各自包括圆形截面形状、并且具有共同的直径。
18.如权利要求17所述的混合器组件，其中，这些线性平行部分彼此间隔开的距离等于或大于该共同的直径。
19.如权利要求14所述的混合器组件，其中，该第一杆件是空心的、并且包绕一加热元件。
20.如权利要求14所述的混合器组件，其中，该通道限定排气流的一纵向轴线，还原剂沿与该纵向轴线和该混合器组件的一入口面相交叉的一轴线被注入。
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