CN109477411A - 减少定量给料器的锥形件中的沉积物的流体分流器 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆排气系统的混合器，该混合器包括混合器壳体，该混合器壳体限定用于发动机排气的内腔，并且该混合器包括形成在混合器壳体的壁内的定量给料器开口。锥形件具有与定量给料器开口对准的锥形件入口开口和进入到内腔中的锥形件出口开口。筒形构件围绕锥形件的至少一部分并且包括至少一个窗口。至少一个分流器管道固定至混合器壳体并且具有第一管道端部和第二管道端部，该第一管道端部通向内腔，该第二管道端部与所述至少一个窗口至少部分地交叠，使得内腔中的发动机排气的一部分被引导进入第一管道端部，流动通过所述至少一个窗口并且然后流动到锥形件入口开口中以与通过定量给料器开口所喷射的流体混合。

Description

减少定量给料器的锥形件中的沉积物的流体分流器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年7月20日提交的申请号为15/214,509的美国申请的优先权。
背景技术
排气系统将发动机产生的热排气引导通过各种排气部件以减少排放并控制噪音。排气系统包括喷射系统，该喷射系统例如在选择性催化还原(SCR)催化器上游喷射柴油机排气处理液(DEF)或还原剂，比如尿素和水的溶液。混合器定位在SCR催化器的上游并且使发动机排气和尿素的转化产物混合。喷射系统包括将尿素喷射到排气流中的定量给料器。尿素在到达SCR催化器之前应当被尽可能多地转化为氨(NH3)。因此，液滴喷射尺寸对于实现这个目标起着重要的作用。
在一种已知的构型中，混合器包括具有开口的壳体，该开口接纳定量给料器。锥形件与该开口对准，以提供进入外部壳体的内腔中的加宽的喷射区域。当喷射物进入排气流时，加宽的喷射区域有利于喷射液滴更彻底地分布在更大的区域上。
工业正朝着提供更紧凑的排气系统的方向发展，使系统的体积减小。喷射较大尺寸的液滴的系统在更紧凑的系统构型中使用时可能无法提供尿素的充分转化。因此，这些更紧凑的构型需要更小液滴尺寸的定量给料器。
液滴尺寸越小，则转化成氨的效果由于表面接触面积增大而越好。然而，由小液滴定量给料器产生的喷射物对再循环流非常敏感。通常，位于定量给料器的梢部处的区域具有循环流的涡流。该涡流将喷射液滴推向混合器的壁并到达定量给料器的梢部，这形成沉积起始位置。在使用锥形件的构型中，已经发现沉积起始位置位于锥形件的壁上。这些位置中的沉积物会随着时间的推移而积累，并且可能对系统的运行产生不利的影响。
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混合器壳体，该混合器壳体限定用于发动机排气的内腔，并且该混合器包括形成在混合器壳体的壁内的定量给料器开口。锥形件具有与定量给料器开口对准的锥形件入口开口和进入到内腔中的锥形件出口。筒形构件围绕锥形件的至少一部分并且包括至少一个窗口。至少一个分流器管道固定至混合器壳体并且具有第一管道端部和第二管道端部，该第一管道端部通向内腔，该第二管道端部与所述至少一个窗口至少部分地交叠，使得内腔中的发动机排气的一部分被引导进入第一管道端部，流动通过所述至少一个窗口并且然后流动进入锥形件入口开口以与通过定量给料器开口所喷射的流体混合。
在上述实施方式的进一步一实施方式中，锥形件包括本体，该本体具有限定锥形件入口开口的基部端部和限定锥形件出口开口的出口端部，并且其中，本体的至少一部分的直径沿从基部端部向出口端部延伸的方向增大。
在上述任一实施方式的进一步实施方式中，基部端部与混合器壳体的围绕定量给料器开口的内表面间隔开以在锥形件的基部端部与混合器壳体之间形成间隙，从而允许从所述至少一个窗口逸出的排气流动到该间隙中并且进入锥形件入口开口。
在上述任一实施方式的进一步实施方式中，分流器管道包括形成在第一管道端部处的铲状部分和形成在第二管道端部处的附接部分，并且其中，附接部分固定至筒形构件的外表面。
在上述任一实施方式的进一步实施方式中，附接部分包括与筒形构件的弯曲表面匹配的曲线轮廓。
在上述任一实施方式的进一步实施方式中，所述至少一个分流器管道包括单个分流器管道。
在上述任一实施方式的进一步实施方式中，所述至少一个分流器管道包括双分流器管道，该双分流器管道具有定位成与锥形件相邻的第一分流器管道和定位成与锥形件相邻的第二分流器管道。
通过下文的说明书和附图将会最佳地理解本发明的这些和其他特征，以下为简要说明。
附图说明
图1示意性地示出了具有根据本发明的混合器的排气系统的一个示例。
图2A是具有包括本发明的锥形件组件的混合器的一部分的俯视图。
图2B是图2A的锥形件组件的分解图。
图2C是图2B的锥形件组件的立体图。
图2D是与图2C的锥形件组件一起使用的喷射器的示意性侧视图。
图2E是图2D的锥形件组件的示意性俯视图，示出了分流器管道流动路径。
图3A是具有包括本发明的锥形件组件的另一示例的混合器的一部分的俯视图。
图3B是图3A的锥形件组件的分解图。
图3C是图3B的锥形件组件的立体图。
图3D是图3C的锥形件组件的仰视图。
图3E是从相反侧观察的图3B的锥形件组件的分解图。
图3F是从相反侧观察的图3C的锥形件组件的立体图。
图3G是图3A的一部分的放大图。
图4A是具有包括本发明的锥形件组件的另一示例的混合器的一部分的俯视图。
图4B是图4A的锥形件组件的分解图。
图4C是图4B的锥形件组件的立体图。
图4D是图4C的锥形件组件的仰视图。
图4E是从相反侧观察的图4B的锥形件组件的分解图。
图4F是从相反侧观察的图4C的锥形件组件的立体图。
图4G是图4C的锥形件组件的示意性俯视图，示出了分流器管道流动路径。
图5A是具有包括本发明的锥形件组件的另一示例的混合器的一部分的俯视图。
图5B是图5A的锥形件组件的分解图。
图5C是图5B的锥形件组件的立体图。
图5D示出了用于图5C的锥形件组件的替代位置的内部视图。
图5E示出了图5D的替代位置的外部视图。
具体实施方式
图1示出了车辆排气系统10，如已知的那样，车辆排气系统10将发动机12产生的热排气引导通过各种上游排气部件14，从而减少排放并控制噪音。各种上游的排气部件14可以包括管、过滤器、阀、催化器、消声器等中的一者或更多者。
在一个示例性构型中，上游的排气部件14将排气引导到具有入口18和出口20的柴油机氧化催化器(DOC)16中。DOC 16的下游具有可选的部件21，该可选的部件21可以是柴油机颗粒过滤器(DPF)，该柴油机颗粒过滤器如已知的那样被用于去除排气中的污染物。DOC16和可选的部件21的下游具有催化器部件22，催化器部件22比如为选择性催化还原(SCR)催化器，该催化器部件22例如具有入口24和出口26。入口24和出口26的位置仅是示例性的，并且位置可能会发生变化。
在该示例中，排气系统管将把排气流驱动到催化器部件22。出口26将排气传送到下游的排气部件28。可选地，催化器部件22可以包括构造成执行选择性催化还原功能和颗粒过滤器功能的催化器。各种下游的排气部件28可以包括管、过滤器、阀、催化器、消声器等中的一者或更多者。这些上游的部件14和下游的部件28可以根据车辆的应用和可用的包装空间以各种不同的构型和组合安装。
混合器30定位在DOC 16的出口20或部件21的下游以及SCR催化器22的入口24的上游。上游催化器和下游催化器可以是串联的、并联的或任何其他的构型。混合器30(如以串联构型示出)被用于使排气产生涡旋或旋转运动。喷射系统32被用于将气态或液态的还原剂，比如尿素和水的溶液例如喷射到SCR催化器22上游的排气流中，使得混合器30能够将所喷射的物质和排气完全混合在一起。在一个示例中，喷射系统32包括流体供应器34、定量给料器36和控制器38，控制器38控制还原剂的喷射，如已知的那样。可选地，部件36可以是引入气态还原剂的管。控制器38对还原剂的喷射进行控制的操作是已知的，并且将不再进行进一步详细地讨论。
在图2A至图2E中示出了使用了本发明的混合器30的一个示例。混合器30包括混合器壳体40，混合器壳体40限定了用于接收发动机排气的内腔42。壳体40的外周壁44包括被构造成接纳定量给料器36的开口46(图2D)。锥形件48具有与定量给料器开口46对准的锥形件入口开口50和进入到内腔42中的锥形件出口开口52。
筒形构件54围绕锥形件48的至少一部分。在一个示例中，筒形构件54包括管。筒形构件54包括一个或更多个窗口56。在示出的示例中，筒形构件54包括两个窗口56。筒形构件54的总高度被限定为顶边缘58与底边缘60之间的距离。窗口56在筒形构件54的壁内形成在顶边缘58与底边缘60之间的位置处。在一个示例中，窗口56包括矩形形状并且绕筒形构件54周向地延伸。然而，窗口还可以具有不同的形状和/或尺寸。
至少一个分流器管道62固定到混合器壳体40上，并且所述至少一个分流器管道62具有第一管道端部64和第二管道端部66，第一管道端部64通向内腔42，第二管道端部66与所述至少一个窗口56至少部分地交叠，使得内腔42中的发动机排气的一部分被引导进入第一管道端部64中，流动通过至少一个窗口56并且然后流动进入到锥形件入口开口50中以与通过定量给料器开口46所喷射的流体混合。
分流器管道62包括形成在第一管道端部64处的铲状部分68和形成在第二管道端部66处的附接部分70。附接部分固定至筒形构件54的外表面72。附接部分70包括与筒形构件54的弯曲表面72匹配的曲线轮廓。
在图2A至图2E中示出的示例中，所述至少一个分流器管道62包括安装在混合器30内的单个分流器管道62。此外，在该示例中，分流器管道62具有形成为与附接部分70的曲线轮廓相对的曲线轮廓74，其中，曲线轮廓74包括铲状部分68。
锥形件48包括本体，该本体具有限定锥形件入口开口50的基部端部78和限定锥形件出口开口52的出口端部80。本体的至少一部分的直径沿从基部端部78向出口端部80延伸的方向增大。基部端部78与混合器壳体40的围绕定量给料器开口46的内表面间隔开以在锥形件48的基部端部78与混合器壳体40之间形成间隙76，从而允许从至少一个窗口56逸出的排气流动到该间隙76中并且进入锥形件入口开口50(图2D)。锥形件48的本体包括位于基部端部78处的第一部分和从基部端部78延伸至出口端部80的第二部分。位于基部端部78处的第一部分包括由第一外径限定的圆筒形部分，并且第二部分包括渐缩部分，该渐缩部分的直径从第一部分向出口端部80增大。
在这种类型的混合器构型中，排气主要沿一个方向流过定量给料器36。为了确保排气以期望的方式流入到锥形件48中，分流器管道62引入排气并且引导排气以将排气带到锥形件48的入口开口50。这防止锥形件48上的尿素沉积物的累积，而锥形件48上的尿素沉积物的累积可能会对混合器30的工作效率产生不利的影响。铲状部分68捕获足够的排气流并且将该排气流递送到锥形件48与混合器30的壁44的内表面之间的间隙76中。分流器管道62的使用使得通过锥形件48的净正流量为总排气的约3％至5％。此外，不存在排气在相反的方向上从间隙76泄漏。
在图3A至图3F中示出的示例中，所述至少一个分流器管道62也包括安装在混合器30内的单个分流器管道62’；然而，在该构型中，分流器管道62’包括形成为与附接部分70的曲线轮廓相对的直线轮廓74’。直线轮廓74’包括管道62’的铲状部分68。壳体40形成如在图3D和图3G中以附图标记73示出的铲状部的外壁。锥形件48和筒形构件54与以上关于图2A至图2E所讨论的锥形件和筒形构件相同。图3A至图3C示出了分流器管道62’的俯视图，而图3D至图3F示出了管道62’的仰视图。
管道62’的直线轮廓74’的部分包括附接至壳体40的凸缘82。管道62’还包括如在图3B和图3E中所示的直后壁75。附接部分70包括待附接至筒形构件54的曲线轮廓，并且包括向下延伸的腿部84，腿部84形成铲状部分68的一部分。腿部84还包括横向延伸的凸缘86，该凸缘86固定地附接至壳体40。可选地，横向延伸的凸缘86可以被移除并且腿部84可以直接附接至壳体40。
喷射器凸缘88也被包括作为组装单元的一部分，该组装单元包括锥形件48、筒形构件54和管道62’。喷射器凸缘88包括中央开口90和多个安装腿部92，中央开口90在定量给料器开口46内对准，多个安装腿部92用于将定量给料器36附接至壳体40。喷射器凸缘88也可以被用在图2A至图2E中所示的构型中。
图4A至图4G示出了所述至少一个分流器管道包括双分流器管道100的构型。在一个示例中，双分流器管道包括定位在锥形件48的一侧的第一分流器管道100a和定位在锥形件48的相反侧的第二分流器管道100b。锥形件48和喷射器凸缘88与如上所述的锥形件和喷射器凸缘相同。然而，在这个示例中，筒形构件54以及第一分流器管道100a和第二分流器管道100b形成为单件式部件102。可选地，所述管道可以以类似于以上所描述的方式单独地附接。此外，虽然两个管道被示出位于锥形件48的相反两侧，但是应当理解的是，所述两个管道也可以位于锥形件48的同一侧。
部件102包括基板104，基板104包括与锥形件48的出口开口52对准的中央开口106。凸缘108从基板104的外周边缘110向下延伸以形成管道100a、100b的铲状部分68的壁。中央开口106包括用于附接至锥形件48的附接接口70’。
第一管道100a和第二管道100b包括形成为与附接接口70’的中央开口106相对的曲线轮廓74’。曲线轮廓74’包括管道62’的铲状部分68。图4A至图4C示出了分流器管道62’的俯视图，而图4D至图4F示出了管道62’的仰视图。如图4E中所示，部件102包括至少一个窗口56和向下延伸以附接至壳体40的内凸缘部分112。窗口56形成在凸缘部分112中。
图4G示出了当管道100a、100b被单独附接至具有多个窗口56的筒形构件54时，排气进入管道100a、100b的流动模式。管道100a、100b将周围的排气引入到锥形件48的侧部和后部以防止泄漏和减少尿素沉积物。
图5A至图5E示出了更小的迷你铲状部或迷你管道120的示例，该示例允许定量给料器被对称地定位在混合器30内。迷你管道120与图3A至图3F中所示的管道类似，只是尺寸更小。锥形件48、筒形构件54和喷射器凸缘88与图3A至图3F中所示的锥形件、筒形构件和喷射器凸缘相同。
如图5A中所示，混合器壳体40包括外壁部分122，外壁部分122包括定量给料器开口46。外壁部分120由第一边缘124和第二边缘126限定，第一边缘124与第二边缘126的间隔距离为壁高度H。第一边缘124起始于外顶壁128，并且第二端部位于内隔板壁130处，内隔板壁130位于内腔42内。定量给料器开口46在外壁122内形成在距第一边缘124和第二边缘126的距离大约相等的位置处。迷你管道120在锥形件48的一侧被定位在外壁122的内表面上。可选地，可以使用两个迷你管道120，在锥形件48的每一侧上各有一个迷你管道120。
这种更紧凑构型允许定量给料器36和相关的锥形件48被安装在壳体40上的不同位置处。如图5D和图5E所示，锥形件被安装在壳体40的拐角中。如上所述，迷你管道120被构造成在壳体内提供对称布置以允许更有效地混合。当使用图2A或图3A的构型时，定量给料器开口36在外壁122内形成在距离所述第一边缘和所述第二边缘中的一者比距离所述第一边缘和所述第二边缘中的另一者更近的位置处。
本发明提供了一种分流铲状部或管道，分流铲状部或管道与定量给料器的锥形件结合使用以提供足够质量和数量的排气流，从而减少定量给料器的锥形件中的尿素沉积物。铲状部/管道将排气分流或引导到锥形件的入口处的间隙中以防止泄漏。单、双或迷你管道设计允许将定量给料器安置在混合器壳体上的许多不同区域中，以提供更多的设计灵活性。
尽管已经公开了本发明的实施方式，但是本领域的普通技术人员将认识到某些修改将落入本发明的范围内。因此，应当研究所附权利要求以确定本发明的真正的范围和内容。

Claims (14)

1.一种用于车辆排气系统的混合器，所述混合器包括：
混合器壳体，所述混合器壳体限定用于发动机排气的内腔；
定量给料器开口，所述定量给料器开口形成在所述混合器壳体的壁内；
锥形件，所述锥形件具有与所述定量给料器开口对准的锥形件入口开口和进入到所述内腔中的锥形件出口开口；
筒形构件，所述筒形构件围绕所述锥形件的至少一部分，所述筒形构件包括至少一个窗口；以及
至少一个分流器管道，所述至少一个分流器管道固定至所述混合器壳体并且具有第一管道端部和第二管道端部，所述第一管道端部通向所述内腔，所述第二管道端部与所述至少一个窗口至少部分地交叠，使得所述内腔中的所述发动机排气的一部分被引导进入所述第一管道端部，流动通过所述至少一个窗口并且然后流动进入所述锥形件入口开口中以与通过所述定量给料器开口所喷射的流体混合。
2.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述锥形件包括本体，所述本体具有限定所述锥形件入口开口的基部端部和限定所述锥形件出口开口的出口端部，并且其中，所述本体的至少一部分的直径沿从所述基部端部向所述出口端部延伸的方向增大。
3.根据权利要求2所述的混合器，其中，所述基部端部与所述混合器壳体的围绕所述定量给料器开口的内表面间隔开，以在所述锥形件的所述基部端部与所述混合器壳体之间形成间隙，从而允许从所述至少一个窗口逸出的排气流动到所述间隙中并且进入所述锥形件入口开口。
4.根据权利要求3所述的混合器，其中，所述锥形件的所述本体包括位于所述基部端部处的第一部分和从所述基部端部延伸至所述出口端部的第二部分，所述第一部分包括由第一外径限定的筒形部分，并且所述第二部分包括渐缩部分，所述渐缩部分的直径从所述第一部分向所述出口端部增大。
5.根据权利要求3所述的混合器，其中，所述分流器管道包括形成在所述第一管道端部处的铲状部分和形成在所述第二管道端部处的附接部分，并且其中，所述附接部分固定至所述筒形构件的外表面。
6.根据权利要求5所述的混合器，其中，所述附接部分包括与所述筒形构件的弯曲表面匹配的曲线轮廓。
7.根据权利要求5所述的混合器，其中，所述至少一个分流器管道包括单个分流器管道。
8.根据权利要求5所述的混合器，其中，所述至少一个分流器管道包括双分流器管道，所述双分流器管道具有第一分流器管道和第二分流器管道，所述第一分流器管道定位成与所述锥形件相邻，所述第二分流器管道与所述第一分流器管道分隔开并且定位成与所述锥形件相邻。
9.根据权利要求8所述的混合器，其中，所述筒形构件以及所述第一分流器管道和所述第二分流器管道形成为单件式部件。
10.根据权利要求3所述的混合器，其中，所述混合器壳体包括外壁，所述外壁包括所述定量给料器开口，并且其中，所述外壁由第一边缘和第二边缘限定，所述第一边缘与所述第二边缘的间隔距离为壁高度，并且其中，所述定量给料器开口在所述外壁内形成在距所述第一边缘和所述第二边缘的距离大约相等的位置处。
11.根据权利要求3所述的混合器，其中，所述混合器壳体包括外壁，所述外壁包括所述定量给料器开口，并且其中，所述外壁由第一边缘和第二边缘限定，所述第一边缘与所述第二边缘的间隔距离为壁高度，并且其中，所述定量给料器开口在所述外壁内形成在距离所述第一边缘和所述第二边缘中的一者比距离所述第一边缘和所述第二边缘中的另一者更近的位置处。
12.根据权利要求1所述的混合器，所述混合器包括定位在所述锥形件入口开口处的喷射器凸缘，其中，所述喷射器凸缘包括与所述定量给料器开口对准的喷射器开口。
13.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述筒形构件包括附接至所述至少一个分流器管道的管。
14.根据权利要求13所述的混合器，其中，所述至少一个窗口包括形成在所述管内的至少两个窗口。
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