CN111601958A - 用于低温条件的带有喷射器的混合器和定量给料器锥体组件 - Google Patents

用于低温条件的带有喷射器的混合器和定量给料器锥体组件 Download PDF

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Abstract

一种车辆排气系统，包括用于车辆排气系统的混合器组件。该混合器组件包括混合器壳体，该混合器壳体限定了内腔并且包括至少一个喷射开口。歧管位于内腔内喷射开口处。初级喷射器配置成通过喷射开口将流体喷射到内腔中，并且，与初级喷射器分离的至少一个次级喷射器配置成当运行温度降至预定水平以下时将流体喷射到内腔中。

Description

用于低温条件的带有喷射器的混合器和定量给料器锥体组件
背景技术
排气系统通过各种排气部件传导由发动机产生的热排气气体，以减少排放并控制噪音。排气系统包括喷射系统，喷射系统在选择性催化还原(SCR)催化器上游喷射柴油排气流体(DEF)或还原剂，比如尿素和水的溶液。混合器位于SCR催化器上游，并且混合发动机排气气体和尿素转化产物，比如氨。喷射系统包括将尿素喷洒入排气流中的定量给料器。尿素在到达SCR催化器之前应尽可能转化为氨(NH3)。由此，液滴喷洒尺寸在达到该目标中起重要作用。较大的液滴可能无法在更紧凑的混合器构造中充分转化。
在低温运行条件下引发了其他要关注的方面。当排气气体温度降至一定水平以下时，喷入的尿素喷雾的有效性可能会降低，而沉积物的形成可能会增加。随着工业朝着提供更紧凑的排气系统的方向发展，需要在具有减小容量的混合器的高温和低温运行条件下提供尿素向氨的充分转化的方案。
发明内容
在一个示例性实施例中，混合器组件包括混合器壳体，该混合器壳体限定了内腔并且包括至少一个喷射开口。歧管位于内腔内喷射开口处。初级喷射器配置成通过喷射器开口将流体喷射到内腔中，并且，与初级喷射器分离的至少一个次级喷射器配置成当运行温度降至预定水平以下时将流体喷射到内腔中。
在另一示例性实施例中，车辆排气系统包括配置成接纳发动机排气气体的第一排气部件、位于第一排气部件下游的第二排气部件以及位于第一排气部件与第二排气部件之间的混合器。混合器包括外壳，该外壳限定内腔，该内腔接纳来自第一部件的发动机排气气体并且包括至少一个喷射开口。喷射系统配置成通过喷射开口将流体喷射到内腔中，以与将要被导向第二排气部件的发动机排气气体混合。喷射系统包括配置成通过喷射开口将流体供应到混合器中的初级供应器，以及当运行温度降至预定水平以下时将流体供应到混合器中的、与初级供应器分离的至少一个次级供应器。
在一种将还原剂喷射到排气部件中的示例性方法中，包括以下步骤：提供限定内腔的混合器壳体，该混合器壳体包括至少一个喷射开口；将歧管安置于内腔内喷射开口处；安置通过喷射开口将流体供应到混合器壳体中的初级供应器；以及安置当运行温度降至预定水平以下时将流体供应到混合器壳体中的、与初级供应器分离的至少一个次级供应器。
在上述任一项的另外的实施例中，内壁位于内腔内，并且通过间隙在混合器外壳的内表面的内部与之隔开。歧管位于喷射开口处的间隙内，使得在歧管与内壁之间提供一个或多个歧管通道，并且其中，次级供应器或喷射器将流体供应到至少一个歧管通道中。
在上述任一项的另外的实施例中，锥体被支承在歧管内并且具有与喷射开口对准的入口端，并且其中，初级供应器或喷射器包括将流体喷射到锥体的入口端中的定量给料器。
在上述任一项的另外的实施例中，至少一个次级供应器包括至少一个(定量)给料管。
在上述任一项的另外的实施例中，初级供应器和次级供应器连接到独立的流体供源。
在上述任一项的另外的实施例中，控制件对初级供应器和次级供应器的供应相互独立地进行控制。
从以下的说明和附图中将最好地理解本申请的这些和其他特征，以下是简要描述。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的带有混合器和喷射系统的排气系统的一个示例。
图2A是根据本发明的混合器的上游端的立体图。
图2B是图2A所示的上游挡板的立体图。
图3是根据本发明的混合器的下游端的立体图。
图4A是安装在图2A所示的混合器中的歧管的立体图。
图4B类似于图4A，但是示出了安装在混合器上的给料器。
图5A是图4A的混合器的外壳的立体图，示出了接纳与定量给料器分离的次级喷射器的开口。
图5B类似于图5A，但是外壳示出为透明的。
图6A示出了可与图5A－5B所示的歧管一起使用的锥体的一个示例。
图6B示出了锥体和歧管的子组件的示例。
图7是图4A所示的混合器的端视图，示出了安装在混合器中的次级喷射器和示出了歧管。
图8是图7所示的歧管和次级喷射器的放大图。
图9是图8所示的歧管的俯视图。
图10是次级喷射器和压缩配件的视图。
图11是图10所示的压缩配件的分解图。
具体实施方式
图1示出了车辆排气系统10，如所知的那样，其引导发动机12产生的热排气气体通过各种上游排气部件14以减少排放并控制噪声。各种上游排气部件14可包括以下一项或多项：管、管道、连接器、过滤器、阀、催化器、消声器、谐振器等。在一个示例性构造中，上游排气部件14将发动机排气气体导入具有入口18和出口20的柴油氧化催化器(DOC)16中。
在DOC 16下游，可存在柴油微粒过滤器(DPF)21，该柴油微粒过滤器(DPF)21用于如已知的那样从排气气体中移除污染物。DOC 16和可选的DPF 21下游是具有入口24和出口26的选择性催化还原(SCR)催化器22。出口26将排气气体连通到下游排气部件28。可选地，部件22可包括配置成执行选择性催化还原功能和微粒过滤器功能的催化器。各种下游排气部件28可包括以下一项或多项：管道、管、连接器、过滤器、阀、催化器、消声器、谐振器等。这些上游部件14和下游部件28和其他各种部件16、21、44、22可以根据车辆应用和可用的封装空间以各种不同的配置和组合安装。
在一个示例性配置中，混合器30位于DPF 21或DOC 16的出口20下游且位于SCR催化器22的入口24上游。上游催化器和下游催化器可以是串联的或并联的。混合器30用于产生排气气体的涡旋或旋转运动。
喷射系统32用于将柴油排气流体和/或还原剂(比如尿素和水的溶液)喷射到SCR催化器22上游的排气气体流中，以使混合器30可以将流体和排气气体充分混合在一起。喷射系统32将流体喷射到排气气体流中，使得尿素液滴历经汽化和水解反应而形成氨气。混合器30先将氨气与排气气体流充分混合，之后再将混合物引导至SCR催化器22。如已知的那样，氨吸附在催化器上并与NOx反应。
喷射系统32包括流体供源34、控制流体的喷射的控制器36、初级供应器或喷射器38以及次级供应器或喷射器40。在一个示例中，初级喷射器38包括将流体喷射入混合器30中的定量给料器。在一个示例中，次级喷射器40包括将流体供应入混合器30中的至少一个(定量)给料管。这将在下文中更详细地论述。
混合器30包括混合器本体，该混合器本体具有配置成接纳发动机排气气体的入口端42和将涡旋的发动机排气气体和从尿素转化而来的产物的混合物导向SCR催化器22的出口端44。可以在US 2012/0216513和共同待决的美国申请号12/57693、12/57886和12/57768中找到可在排气系统10中使用的混合器30的示例，这些申请也被转让给本申请的受让人，并且在此通过引用纳入本文。
如一个示例性配置中所示的，混合器30(图2A)包括混合器外壳46，该混合器外壳46具有配置成接纳发动机排气气体的入口端42和配置成将涡旋的发动机排气气体和从尿素转化而来的产物的混合物导向SCR催化器22的出口端44。此外，混合器30包括上游挡板50(图2A－2B)和下游挡板52(图3)，它们被外壳46包围。上游挡板50配置成引起排气气体流的涡旋。外壳46包括外周表面54和向内面向混合器中心轴线A的内周表面56。
在入口端42处的上游挡板50可包括可接纳大部分排气气体的大入口开口60(例如，大入口开口60接纳排气质量流率的约60％)，并且它配置成引起涡旋运动。上游挡板50还可包括多个穿孔、狭槽或另外的入口开口62，其确保排气气体的最佳均质化并降低背压。当排气进入混合器30的入口端42时，上游挡板50和多个入口开口60、62协配以对排气气体引起涡旋运动。应当理解的是，所公开的上游挡板50仅仅是上游挡板的一个示例，并且挡板可以包括不同形状的配置和/或不同数量和样式的开口。
下游挡板52可包括大的出口开口64，大部分排气气体通过该大的出口开口64离开。下游挡板52还可包括一个或多个附加出口开口66，排气气体通过附加出口开口66离开。在一个示例中，下游挡板52包括螺旋部分70，并且大的出口开口64包括初级出口开口，并且大于其他出口开口66。螺旋部分70可包括附加出口开口66。应当理解的是，所公开的下游挡板52仅仅是下游挡板的一个示例，并且挡板可以包括不同形状的配置和/或不同数量和样式的开口。
如图3中所示，外壳46的外周表面54包括形成在上游挡板50与下游挡板52之间的位置处的开口48。开口48配置成接纳初级流体供应器/喷射器38。图4A－4B示出了与开口48对准的子组件58，以便于将初级喷射器38安装到混合器30，从而将喷雾以期望的定向引入排气气体流。在一个示例中，子组件58包括锥体74(图6A)和歧管76(图4A)。
图4A－B示出了歧管76，该歧管76为接口部分78提供了喷射开口80，该喷射开口80与外壳46中的开口48对准。接口部分78包括一个或多个开口以接纳紧固件(未示出)，使得如图4B中所示，初级喷射器38可以安装到混合器30。图5A示出了具有开口82的外壳46，该开口82相邻于歧管76定位，并且配置成接纳次级喷射器40(图7)。歧管76包括开口84，该开口84也配置成接纳次级喷射器40，如图5B中所示。图5B将外壳46示出为透明的，从而可以看出外壳46中的开口82与歧管76中的开口84对准。
混合器30还包括内壁86，该内壁86位于外壳46的内腔内，并且通过间隙88在外壳46的内周表面56内部与之隔开(见图7)。歧管76在喷射开口48处位于间隙88内，使得在歧管76与内壁86之间设有一个或多个歧管通道90。如图7中所示，在一个示例中，次级喷射器40将流体供应入至少一个歧管通道90。
在图6A－6B中更详细地示出了锥体74和歧管76。锥体74具有带有入口开口的窄端92和带有出口开口的宽端94。渐缩本体部分96从窄端92延伸到宽端94。宽端94安装在形成在内壁86中的开口处。歧管76包括一个或多个外部分98，该外部分98围绕接口部分78在周向上间隔开并且与内壁86间隔开。歧管76还包括一个或多个向内延伸的部分100，其从外部分98延伸到内壁86，以限定腔室或通道90。排气气体流经过腔室90并被导向锥体74的入口开口。锥体74的入口开口与喷射开口80对准，使得锥体74的窄端92装配在歧管76的接口部分78内。
如图8中所示，开口84延伸穿过歧管76的外部分98之一。次级喷射器40包括定量给料管本体102，该定量给料管本体102延伸穿过开口84并进入歧管通道90中。歧管通道90被限定在歧管76的至少两个向内延伸的部分100之间，至少两个向内延伸的部分100连接/附接至内壁86，如104处所示。各部分100可以例如通过焊接、钎焊等方式附接。管本体102延伸到位于通道90内并与内壁86间隔开的远侧末端106。管本体102的相对端108连接到与主流体供源34分离的次级流体供源120(图1)。
流体供源提供以下流体中的至少一种：DEF、尿素、氨和适用于车辆排气气体中的其他还原剂。例如，当运行温度范围低至140摄氏度时，控制器36可以激活次级喷射器40，以将喷雾喷射到混合器30中，从而在冷起动条件下改善混合器效率。如果需要，次级喷射器40也可配置成在更低的温度下喷射喷雾。在一个示例中，次级喷射器40在140摄氏度至180摄氏度的温度运行范围内喷射流体。一旦运行温度达到期望的温度，比如180摄氏度或更高，次级喷射器40就被关闭。因此，次级喷射器40仅在冷起动或低温运行条件期间运行。控制器36彼此独立地运行初级喷射器38和次级喷射器40，以在各种运行条件下提供期望量的流体。该系统可以根据需要包括一个或多个温度传感器110，以便识别何时激活次级喷射器40。
图9示出了开口84的一个示例性位置，其接纳次级喷射器40。在图9中示出了开口84的可选位置。在一个示例中，仅使用了一个开口84。在另一示例中，设有两个或更多个开口84，使得可以使用多个定量给料管102。图9中所示的位置是建议，应该理解的是，除了所示位置之外或代替所示位置，也可以使用其他位置。
在图10－11中所示的一个示例中，管本体102借助压缩配件112附接到歧管76。在一个示例中，压缩配件112包括：与歧管76相关联的第一配件114、围绕管本体102并联接到第一配件114的联接螺母116以及围绕管本体102并随着螺母116借助第一配件114被上紧而被压缩的压缩环118。当螺母116被上紧到最终安装位置时，在管本体102与混合器外壳46之间设有密封接头。可选地，管本体102可以焊接或钎焊到混合器外壳。
本发明提供了一种紧凑的混合器，其改善了冷起动条件下的混合器运行。通过使用仅在低温条件下工作的次级喷射器，可以更快速、更高效地以更宽的发动机运行范围执行起动。
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修改将落入本发明的范围内。因此，应当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系统的混合器组件，包括：
限定内腔的混合器壳体，所述混合器壳体包括至少一个喷射开口；
歧管，所述歧管位于所述内腔内所述喷射开口处；
初级喷射器，所述初级喷射器配置成通过所述喷射开口将流体喷射到所述内腔中；以及
与初级喷射分离的至少一个次级喷射器，当运行温度降至预定水平以下时，所述至少一个次级喷射器将流体喷射到所述内腔中。
2.根据权利要求1所述的混合器组件，其特征在于，包括锥体，所述锥体被支承在所述歧管内，所述锥体具有与所述喷射开口对准的入口端，并且其中，所述初级喷射器包括将流体喷射到所述锥体的所述入口端中的定量给料器。
3.根据权利要求2所述的混合器组件，其特征在于，所述至少一个次级喷射器将流体喷射到所述歧管中。
4.根据权利要求3所述的混合器组件，其特征在于，包括内壁，所述内壁位于所述内腔内，并且通过间隙在所述混合器壳体的内表面的内部与之隔开，并且其中，所述歧管位于所述间隙内，使得在所述歧管与所述内壁之间提供一个或多个歧管通道，并且其中，所述次级喷射器将流体喷射到至少一个所述歧管通道中。
5.根据权利要求1所述的混合器组件，其特征在于，所述至少一个次级喷射器包括延伸穿过所述混合器壳体并进入所述歧管中的至少一个管。
6.根据权利要求5所述的混合器组件，其特征在于，包括将所述管固定到所述混合器壳体的压缩配件。
7.根据权利要求1所述的混合器组件，其特征在于，所述初级喷射器通过所述喷射开口喷射还原剂，并且其中，所述次级喷射器仅在运行温度降低到低于预定水平时才将流体喷射到所述歧管中。
8.根据权利要求1所述的混合器组件，其特征在于，包括：控制件，所述控制件独立于所述次级喷射器来运行所述初级喷射器。
9.一种车辆排气系统，包括：
第一排气部件，所述第一排气部件配置成接纳发动机排气气体；
位于所述第一排气部件下游的第二排气部件；
混合器，所述混合器位于所述第一排气部件与所述第二排气部件之间，所述混合器包括外壳，所述外壳限定内腔，以接纳来自所述第一排气部件的发动机排气气体，并且所述外壳包括至少一个喷射开口；以及
喷射系统，所述喷射系统配置成通过所述喷射开口将流体喷射到所述内腔中，以与将要被导向所述第二排气部件的发动机排气气体混合，所述喷射系统包括：配置成通过所述喷射开口将流体供应到所述混合器中的初级供应器，以及当运行温度降至预定水平以下时将流体供应到所述混合器中的、与所述初级供应器分离的至少一个次级供应器。
10.根据权利要求9所述的车辆排气系统，其特征在于，包括内壁，所述内壁位于所述内腔内，并且通过间隙在所述外壳的内表面的内部与之隔开，并且包括歧管，所述歧管位于所述间隙内所述喷射开口处，使得在所述歧管与所述内壁之间提供一个或多个歧管通道，并且其中，所述次级供应器将流体供应到至少一个所述歧管通道中。
11.根据权利要求10所述的车辆排气系统，其特征在于，包括锥体，所述锥体被支承在所述歧管内，所述锥体具有与所述喷射开口对准的入口端，并且其中，所述初级供应器包括将流体喷射到所述锥体的所述入口端中的定量给料器。
12.根据权利要求11所述的车辆排气系统，其特征在于，所述至少一个次级供应器包括至少一个给料管。
13.根据权利要求11所述的车辆排气系统，其特征在于，所述初级供应器和所述次级供应器连接到独立的流体供源。
14.根据权利要求13所述的车辆排气系统，其特征在于，包括控制件，所述控制件对所述初级供应器和所述次级供应器的供应相互独立地进行控制。
15.根据权利要求14所述的车辆排气系统，其特征在于，所述流体包括柴油排气流体和尿素中的至少一者。
16.根据权利要求11所述的车辆排气系统，其特征在于，给料管在与所述锥体相邻的密封连接界面处安装到所述外壳。
17.一种将还原剂喷射到排气部件中的方法，包括以下步骤：
提供限定内腔的混合器壳体，所述混合器壳体包括至少一个喷射开口；
将歧管安置于所述内腔内所述喷射开口处；
安置通过所述喷射开口将流体供应到所述混合器壳体中的初级供应器；以及
安置当运行温度降至预定水平以下时将流体供应到所述混合器壳体中的、与所述初级供应器分离的至少一个次级供应器。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述混合器壳体包括外壳，并且所述方法包括：
提供内壁，所述内壁位于所述内腔内并通过间隙在所述外壳的内表面内部与之隔开；
将所述歧管安置在所述间隙内所述喷射开口处，以便在所述歧管与所述内壁之间提供一个或多个歧管通道；以及
借助所述次级供应器将流体供应到至少一个所述歧管通道中。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，包括：提供锥体，所述锥体支承在所述歧管内；将所述锥体的入口端与所述喷射开口对准；以及将所述初级供应器的定量给料器安置成将流体喷射到所述锥体的所述入口端中。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述次级供应器包括给料管，并且所述方法包括：在与所述锥体相邻的位置处的密封连接界面处将所述给料管安装到所述混合器壳体。
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