CN110792490A - 用于车辆排气系统混合器组件的内盒流动偏转器 - Google Patents

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Abstract

一种混合器，包括具有接纳来自上游排气部件的废气的挡板入口和将废气引导至下游排气部件的挡板出口的挡板。覆盖件在覆盖件的内表面与挡板之间设有腔室。内盒位于腔室内以覆盖挡板出口，并包括具有围绕底部壁的外周的至少一部分延伸的外周壁的底部壁。至少一个偏转件壁位于内盒内，以提供与外周壁间隔开的壁表面，从而限定内部流动路径，内部流动路径在废气离开挡板出口之前使废气至少部分地围绕挡板出口转向。开口位于外周壁中，以接纳离开入口的废气并将废气引导到内部流动路径中。

Description

用于车辆排气系统混合器组件的内盒流动偏转器
背景技术
排气系统引导发动机产生的热废气通过各种排气部件，以减少排放并控制噪声。排气系统包括具有定量加料器的喷射系统，定量加料器在选择性催化还原(SCR)催化器上游喷射还原剂、例如尿素和水的溶液。混合器位于SCR催化器上游，并混合发动机废气和尿素转化的产物。
定量加料器通常将还原剂喷射入排气流中。当喷雾接触混合器的内表面时，可形成尿素沉积，尿素沉积会阻碍废气的流动并且随时间降低SCR催化器性能。重要的是，将混合器组件构造成具有混合元件，使得喷雾和废气在进入SCR催化器之前完全混合在一起。
发明内容
在一个示例性实施例中，混合器组件包括至少一个挡板，挡板具有接纳来自上游排气部件的废气的挡板入口和将废气引导至下游排气部件的挡板出口。覆盖件在覆盖件的内表面与挡板之间设置腔室。内盒位于腔室内以覆盖挡板出口，并且包括底壁，底壁具有围绕底壁的外周的至少一部分延伸的外周壁。至少一个偏转件壁位于内盒内以提供与外周壁间隔开的壁表面，从而限定内部流动路径，内部流动路径在废气离开挡板出口之前使废气至少部分地围绕挡板出口转向。开口位于外周壁中(上)，以接纳离开挡板入口的废气并且将废气引导到内部流动路径中。
在另一示例性实施例中，车辆排气系统包括上游催化器和/或过滤器中的至少一个、至少一个下游催化器和混合器组件，混合器组件将来自上游催化器和/或过滤器中的至少一个的出口连接到通向至少一个下游催化器的入口。混合器组件包括至少一个挡板、覆盖件和内盒，挡板具有接纳来自上游催化器和/或过滤器中的至少一个的废气的挡板入口和将废气引导到至少一个下游催化器的挡板出口、覆盖件具有基部壁，基部壁包含围绕基部壁的外周延伸以在至少一个挡板和覆盖件的内表面之间限定腔室的外壁，内盒位于腔室内。内盒包括底壁，底壁具有围绕底壁的外周的至少一部分延伸的外周壁，并且盒位于覆盖件的基部壁与挡板出口之间，以在基部表面与挡板入口之间留下敞开的容积。至少一个偏转件壁位于内盒内，以提供与外周壁间隔开的壁表面，从而限定内部流动路径，内部流动路径在废气离开挡板出口之前使废气至少部分地围绕挡板出口转向。开口位于外周壁中(上)，以接纳离开挡板入口的废气并且将废气引导到内部流动路径中。
在上述任一项的另一实施例中，喷射器安装在覆盖件上以喷射还原剂从而与废气混合，并且其中喷射器定位成沿朝向外周壁中的开口的方向喷射还原剂。
在上述任一项的另一实施例中，至少一个挡板包括第一挡板并且腔室包括第一腔室，还包括第二挡板，第二挡板位于第一挡板的与覆盖件相对的一侧上以限定第二腔室，并且其中第一挡板的出口将废气和还原剂的混合物引导到第二腔室中。
在上述任一项的另一实施例中，偏转件壁的壁表面具有第一部分，第一部分具有面向第一壁的第一侧和面向第二壁的第二侧，并且其中壁表面包括从第一部分的一端弯曲以面向开口的第二部分。
在上述任一项的另一实施例中，壁表面包括第三部分，第三部分从第一部分的相对端弯曲以围绕出口引导还原剂和废气的混合物。
附图说明
从以下说明书和附图将会最佳地理解本申请的这些和其它特征，以下是附图的简要说明。
图1示意性地示出了根据本发明的具有混合器组件的排气系统部件的一个示例。
图2是图1所示的系统的侧视图。
图3是具有覆盖件、挡板、内盒和偏转件壁的混合器组件的立体图。
图4是类似于图3的但其中覆盖件的一部分被移除的视图。
图5是挡板的俯视图。
图6是类似于图3但其中覆盖件被移除的视图。
图7是类似于图6但示出了位于内盒内的偏转件壁的视图。
图8是混合器组件的剖视图。
图9是内盒内的内部流动路径的一个实施例的俯视图。
图10是内部流动路径的另一实施例。
图11是内部流动路径的另一实施例。
具体实施方式
图1示出了车辆排气系统10的示意图，所述车辆排气系统引导由发动机12产生的热废气通过各种上游排气部件14，以如已知的那样减少排放并控制噪声。在一个示例构造中，上游排气部件14将废气引导到柴油机氧化催化器(DOC)16中，然后引导到如已知的那样的用于从废气中去除污染物的柴油机微粒过滤器(DPF)18中。DOC 16和DPF 18下游是一个或多个选择性催化还原(SCR)催化器20。还原剂、例如尿素和水的溶液与废气混合以供用于NOx的选择性催化还原，从而以已知的方式减少排气系统中NOx的排放(量)。
如图2所示，在一个示例中，DOC 16、DPF 18和(一个或多个)SCR催化器20被封闭在共同的壳体22内。壳体22具有接纳来自发动机12和任何上游排气部件14的废气的入口24，并且具有将废气引导到下游排气部件28的出口26。各种下游排气部件28可包括以下部件中的一个或多个：管道、过滤器、阀、附加催化器、消声器等。这些上游部件14和下游部件28可以根据车辆应用场合和可用的封装空间以各种不同的构造和组合安装。
混合器组件30位于DOC 16和DPF 18下游并且在SCR催化器20上游。混合器组件30用于产生废气的旋涡或旋转运动或螺旋流。混合器组件30的构造将在下面更详细地讨论。
喷射系统32(图2)用于将还原剂、例如尿素和水的溶液喷射到SCR催化器20上游的废气流中，使得混合器组件30可将尿素和废气完全混合在一起。喷射系统32包括流体供给(部)34、喷射器或定量加料器36和如已知的那样控制还原剂喷射的控制器38。任何类型的已知的供给(部)34和已知的喷射器/定量加料器36可与混合器组件30一起使用。供给部34和喷射器/定量加料器36的结构和运行是众所周知的，并且因此不会详细讨论。
图3-8中更详细地示出了混合器组件30的一个示例。在该示例中，混合器组件30包括覆盖件40、第一挡板42和内盒44。覆盖件40具有构造为用于附连到挡板42和/或壳体22的连接界面。覆盖件40可以在连接界面处以焊接、铜焊、紧固等方式连接到挡板42和/或壳体22。如图5所示，挡板42具有接纳离开DPF 18的排气的挡板入口46和将还原剂和废气的混合物引导到(一个或多个)SCR催化器20的挡板出口48。
覆盖件40包括基部壁50，外壁52从基部壁50向外围绕基部壁50的外周延伸。基部壁还包括将挡板42封围在覆盖件40与壳体22之间的实心板状结构。覆盖件40在第一挡板42与覆盖件40的内表面之间设置腔室54(图4)。内盒44位于腔室54内，并且包括底表面56，所述底表面56具有围绕底表面56的外周的至少一部分延伸的外周壁58。底表面56由形成盒结构的板状底部的实心基部壁56a提供。外周壁58形成盒结构的各实心侧壁，以防止废气从挡板入口46直接流到挡板出口48。在一个示例中，内盒44的外周壁58具有四个侧壁以限定正方形或矩形形状；然而，应该理解的是，盒44可以具有更少或附加的(额外的)分立(不连续)的侧壁。可选地，外周壁58可以弯曲以提供椭圆形或圆形形状的盒。
在一个示例中，内盒44定位成仅覆盖挡板出口48，而留下挡板入口46未被覆盖，如图6所示。至少一个偏转件壁60位于内盒44内，以提供与外周壁58间隔开的壁表面62，从而限定内部流动路径64，所述内部流动路径64使还原剂和废气的混合物在离开挡板出口48之前至少部分地围绕挡板出口48转向。在外周壁58中具有开口66，以接纳离开挡板入口46的废气并将废气引导到内部流动路径64中。开口66优选地位于不在外周壁58的面向挡板入口46的那部分中的位置处。
在一个示例中，定量加料器36安装到覆盖件40上，以沿朝向外周壁58中的开口66的方向喷射还原剂。覆盖件40包括在外周壁52中的开口68(图3)，所述开口68位于面向开口66的位置处。喷射轴线I(图5)沿直接进入内盒44的内部流动路径64的方向延伸，并且不直接面向挡板入口46或出口48。这提供了还原剂R和废气G更均匀的混合以及减少了在混合器组件30内形成的沉积物。
如上所述，覆盖件40在第一挡板42与覆盖件40的内表面之间设置有腔室54。内盒44位于覆盖件的基部壁50与挡板出口48之间，其在基部壁50与挡板入口46之间留下如图3所示的敞开(开口)容积。
在一个示例中，混合器组件30包括位于第一挡板42的与覆盖件40相对的一侧上的第二挡板70。第二挡板在第一挡板42的与第一腔室54相对的一侧上限定了第二腔室72(图4)。第一挡板42的挡板出口48将废气和还原剂的混合物引导到第二腔室72中。在一个示例中，第二挡板70包括面向第一挡板42的挡板入口46的第二挡板入口74和面向SCR催化器20的一个或多个第二(次)挡板出口76。次挡板出口76的数量可以从单个出口变化到多达五个或更多个出口。
在一个示例中，DOC 16、DPF 18和SCR 20排气部件被封围在连接到第二挡板70的共同的壳体22内。在另一示例中，下游排气部件、例如(一个或多个)SCR催化器20位于第二腔室72内，使得第二挡板70形成共同的壳体22的一部分。
如图6的示例所示，内盒44的外周壁58至少包括在挡板入口46和挡板出口48之间延伸的第一壁58a、与第一壁58a相对的第二壁58b、将第一壁58a连接到第二壁58b的第三壁58c、以及与第三壁58c相对并具有开口66的第四壁58d。在一个示例中，偏转件壁60具有第一壁部分60a和第二壁部分60b，第一壁部分60a具有面向第一壁58a的第一侧和面向第二壁58b的第二侧，第二壁部分60b从第一壁部分60a的一端弯曲以面向开口66。偏转件壁60还可包括第三壁部分60c，所述第三壁部分60c从第一壁部分60a的相对端弯曲以引导还原剂和废气的混合物围绕挡板出口48。
如图8所示，在一个示例中，在内盒44的底部壁56a与覆盖件40的基部壁50之间形成有间隙80。该间隙80可以是接纳废气的敞开间隙，或者该间隙可以至少部分地填充有绝缘材料82。在内盒44的第二壁58b与/或第三壁58c与覆盖件40的外周壁52之间还可以存在间隙80。间隙80可以是空气间隙或填充有绝缘材料82。(一个或多个)间隙80可用于控制内壁温度、例如内盒44内部的温度以降低形成沉积的可能性。
在第四壁58d与覆盖件40的外周壁52之间也存在间隙84。该间隙84是形成从挡板入口46到内盒44中的开口66的流动路径的一部分的敞开间隙。
在一个示例中，内盒44和/或至少一个挡板42可包括至少一个穿孔区域90以提供旁路。该穿孔区域90可用于根据需要降低混合器组件30中的背压。穿孔区域90可以位于的位置的示例包括：在壁58a和/或壁58b和/或壁58c和/或壁58d和/或壁56a和/或壁60b和/或壁60c中。图6示出了穿孔区域90位于基部壁56a中的示例。穿孔区域90可位于仅一个位置中或多个位置中。
内盒44在第一挡板42与盒44的内表面之间限定与挡板出口48连通的内部容积。内盒44仅覆盖挡板出口48，并且包括开口66，使得还原剂和废气的混合物从第一腔室54进入内部容积中。偏转件壁60位于内盒44内，使得导管/管道形成为从开口66延伸到挡板出口48。管道的长度和偏转件壁60在内盒44中的位置和定向改善了还原剂和废气的整体混合。附加的偏转件壁或其它混合元件92也可以被包括在盒44内，以进一步改善混合，如图9中在92处示意性示出的。附加的混合元件也可以与覆盖件40和/或第一挡板42相关联，如在94处示意性地示出的。
图9示出了第一流动构造的示例，其中，废气进入间隙84以与喷射的还原剂混合，混合物被引导通过盒44的开口66并进入内部流动路径64中。偏转件壁60防止混合物直接从出口48离开，并使混合流在离开盒44之前至少一次改变方向。图11与图9相似，但示出了混合物在盒44内至少两次改变方向。
图10示出了挡板出口48的替代的位置和/或形状。在该示例中，开口66位于盒44的第二壁58b中，而不是第四壁58d中。在该示例中，废气在间隙84中沿第一方向96流动，然后改变方向并且在覆盖件40与第二壁58b之间的间隙100中沿第二方向98流动。流进入开口66，且偏转件壁60防止混合物直接离开出口48，并且在离开盒44之前使混合流至少一次改变方向。
内盒44可以通过例如焊接、铜焊等方式附连到第一挡板42。内盒44可以由彼此附连的多个件形成，或者可以形成为单件式结构。偏转件壁60可以与盒44一体地形成或单独地附连。
本发明提供了一种具有单个定量加料器的混合管道构造，其在还原剂和废气进入下游排气部件之前将其完全混合。混合管道构造利用内盒结合内部偏转件壁来限定围绕混合器出口的外周的流动引导通道。此外，在内盒内使用偏转件壁增加了混合长度，以确保还原剂与废气完全地混合，并且均匀地分布在一个或多个SCR催化器上。
尽管已经公开了本发明的实施例，但是本领域普通技术人员将认识到某些改型会落入本发明的范围内。因此，应研究以下权利要求以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (20)

1.一种用于车辆排气部件的混合器组件，包括：
至少一个挡板，所述挡板具有接纳来自上游排气部件的废气的挡板入口和将废气引导至下游排气部件的挡板出口；
覆盖件，所述覆盖件构造为在所述覆盖件的内表面与至少一个所述挡板之间设置腔室；
内盒，所述内盒位于所述腔室内，所述内盒包括底部壁，所述底部壁具有围绕所述底部壁的外周的至少一部分延伸的外周壁，并且其中所述内盒定位成覆盖所述挡板出口；
至少一个偏转件壁，所述偏转件壁位于内盒内，以提供与所述外周壁间隔开的壁表面，从而限定内部流动路径，所述内部流动路径在所述废气离开所述挡板出口之前使所述废气至少部分地围绕所述挡板出口转向；以及
开口，所述开口在所述外周壁中，以接纳离开所述挡板入口的所述废气并将所述废气引导到所述内部流动路径中。
2.如权利要求1所述的混合器组件，其特征在于，包括安装到所述覆盖件上以喷射还原剂从而与废气混合的喷射器，并且其中所述喷射器定位为在所述外周壁中的开口上游喷射还原剂。
3.如权利要求2所述的混合器组件，其特征在于，所述覆盖件包括基部壁，所述基部壁具有围绕所述基部壁的外周延伸的外壁，以在至少一个所述挡板与所述覆盖件的所述内表面之间限定所述腔室，并且其中所述内盒位于所述基部壁与所述挡板出口之间，并且其中在所述基部壁和所述挡板入口之间存在敞开区域。
4.如权利要求3所述的混合器组件，其特征在于，至少一个所述挡板包括第一挡板，并且所述腔室包括第一腔室，并且包括第二挡板，所述第二挡板位于所述第一挡板的与所述覆盖件相对的一侧上以限定第二腔室，并且其中来自所述第一挡板的所述挡板出口将废气和还原剂的混合物引导到所述第二腔室中。
5.如权利要求4所述的混合器组件，其特征在于，所述第二挡板包括面向所述第一挡板的所述挡板入口的第二入口和面向所述下游排气部件的一个或多个次出口。
6.如权利要求5所述的混合器组件，其特征在于，所述下游排气部件包括一个或多个SCR催化器。
7.如权利要求5所述的混合器组件，其特征在于，所述上游和下游排气部件被封围在连接到所述第二挡板的共同的壳体内。
8.如权利要求4所述的混合器组件，其特征在于，所述下游排气部件位于所述第二腔室内。
9.如权利要求3所述的混合器组件，其特征在于，所述内盒的所述外周壁至少包括在所述挡板入口与所述挡板出口之间延伸的第一壁、与所述第一壁相对的第二壁、将所述第一壁连接到所述第二壁的第三壁、以及与所述第三壁相对并包括所述开口的第四壁。
10.如权利要求9所述的混合器组件，其特征在于，所述偏转件壁的所述壁表面具有第一部分，所述第一部分具有面向所述第一壁的第一侧和面向所述第二壁的第二侧，并且其中所述壁表面包括从所述第一部分的一端弯曲以面向所述开口的第二部分。
11.如权利要求10所述的混合器组件，其特征在于，所述壁表面包括第三部分，所述第三部分从所述第一部分的相对端弯曲，以围绕所述挡板出口引导还原剂和废气的混合物。
12.如权利要求3所述的混合器组件，其特征在于，包括位于所述内盒的所述底部壁与所述覆盖件的所述基部壁之间的间隙。
13.如权利要求12所述的混合器组件，其特征在于，包括至少部分地填充所述间隙的绝缘材料。
14.如权利要求1所述的混合器组件，其特征在于，所述内盒和/或至少一个所述挡板包括至少一个穿孔区域以提供旁路。
15.一种车辆排气系统，包括：
上游催化器和/或过滤器中的至少一个；
至少一个下游催化器；以及
混合器组件，所述混合器组件将所述上游催化器和/或过滤器中的至少一个的出口连接到至少一个所述下游催化器的入口，其中所述混合器组件包括：
至少一个挡板，所述挡板具有接纳来自所述上游催化器和/或过滤器中的至少一个的废气的挡板入口和将废气引导到至少一个所述下游催化器的挡板出口，
覆盖件，所述覆盖件包括基部壁，所述基部壁具有围绕所述基部壁的外周延伸的外壁，以在至少一个所述挡板与所述覆盖件的内表面之间限定腔室；
内盒，所述内盒位于所述腔室内，所述内盒包括底部壁，所述底部壁具有围绕所述底部壁的外周的至少一部分延伸的外周壁，并且其中所述内盒位于所述覆盖件的所述基部壁与所述挡板出口之间，在所述底部壁与所述挡板入口之间留有敞开容积；
至少一个偏转件壁，所述偏转件壁位于内盒内，以提供与所述外周壁间隔开的壁表面，从而限定内部流动路径，所述内部流动路径在废气离开所述挡板出口之前使废气至少部分地围绕所述挡板出口转向；以及
开口，所述开口在所述外周壁中，以接纳离开所述挡板入口的废气并将废气引导到所述内部流动路径中。
16.如权利要求15所述的车辆排气系统，其特征在于，所述上游催化器和/或过滤器中的至少一个和至少一个所述下游催化器被封围在共同的壳体内。
17.如权利要求15所述的车辆排气系统，其特征在于，包括安装到所述覆盖件以喷射还原剂从而与所述废气混合的喷射器，并且其中，所述喷射器定位成在所述外周壁中的所述开口上游喷射还原剂。
18.如权利要求15所述的车辆排气系统，其特征在于，至少一个所述挡板包括第一挡板，并且所述腔室包括第一腔室，并且包括第二挡板，所述第二挡板位于所述第一挡板的与所述覆盖件相对的一侧上以限定第二腔室，并且其中来自所述第一挡板的所述挡板出口将废气和还原剂的混合物引导到所述第二腔室中。
19.如权利要求15所述的车辆排气系统，其特征在于，包括位于所述内盒的所述底部壁与所述覆盖件的所述基部壁之间的间隙。
20.如权利要求15所述的车辆排气系统，其特征在于，所述内盒的所述外周壁至少包括在所述挡板入口和所述挡板出口之间延伸的第一壁、与所述第一壁相对的第二壁、将所述第一壁连接到所述第二壁的第三壁、以及与所述第三壁相对并包括所述开口的第四壁，并且其中，所述偏转件壁的壁表面具有第一部分和第二部分，所述第一部分具有面向所述第一壁的第一侧和面向所述第二壁的第二侧，并且其中，所述壁表面包括从所述第一部分的一端弯曲以面向所述开口的第二部分。
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