CN111810276A - 螺旋形柴油机排气处理液混合器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“螺旋形柴油机排气处理液混合器”。提供了用于排气后处理混合组件的方法和系统。在一个示例中，所述混合组件包括喷射器和螺旋形叶片。所述喷射器可相对于所述螺旋形叶片以某一取向定位，所述取向增进柴油机排气处理液夹带和分散到排气流中，并且所述螺旋形叶片可被配置成在维持所述混合组件的紧凑尺寸的同时增加排气流动路径。所述喷射器和所述螺旋形叶片的几何形状共同可使柴油机排气处理液的分解增加，从而有利于增强排气中的氧化亚氮的还原。

Description

螺旋形柴油机排气处理液混合器
技术领域
本说明书总体上涉及排气后处理。
背景技术
柴油发动机可在排放控制装置中包括选择性催化还原(SCR)系统以在发动机操作期间减少氮氧化物(NOx)的排出。可通过柴油机排气处理液(DEF)投配设备中的专用DEF喷射器来将诸如DEF的还原剂直接喷射到SCR系统上游的排气通道中。在一个示例中，DEF是尿素水溶液。所喷射的尿素溶液与排气混合并分解以在排气流中提供氨(NH3)。然后氨在催化剂下与排气中的NOx发生反应以提供氮气(N2)和水(H2O)。
排气再循环(EGR)可进一步辅助NOx的还原。在EGR期间，在发动机的燃烧室处产生的排气的一部分可返回到燃烧室，从而用对于燃烧为惰性的气体来稀释进入的气流中的氧气。惰性气体吸收燃烧热，因而降低峰值缸内温度并减少NOx的产生。然而，在高扭矩输出事件期间实施EGR可能使发动机性能降级，因此当发动机负载较高时可能停止EGR。在这种场合，对NOx的处理可能完全依赖于SCR系统并且SCR系统的效率可取决于SCR系统上游的尿素投加的有效性。
DEF的尿素易于脱水和结晶。热排气可加热DEF，从而致使水蒸发并留下呈尿素沉积物形式的固体尿素。沉积物可通过在高温下进行热处理来去除，但是去除过程被这种温度下的NOx还原反应的降级所打乱。此外，频繁使用SCR系统可能导致沉积物去除事件的频率增加，这可能不利地影响发动机的燃料经济性。
另外，加长DEF液滴与热排气的混合路径可增加原子化DEF到气体中的均匀分散，因而增强DEF在其与SCR催化剂发生反应之前的蒸发。较长的混合路径还可在SCR催化剂处提供排气与DEF的较异质的混合物。然而，紧凑型车辆中的紧密封装空间可抑制沿着轴向方向扩增流动路径。
在不降低NOx转化或车辆燃料效益的情况下解决尿素沉积物的去除的尝试包括实施用以增加尿素到排气流中的混合的装置。中国专利No.107257709中示出了一种示例性方法。其中，一种排气后处理系统包括：具有多个螺钻叶片的第一混合器，以及被配置成具有单个螺钻叶片、定位在第一混合器下游的第二混合器。第一混合器和第二混合器两者都布置在DEF喷射器的下游并且布置在排气流的路径中。第一混合装置可产生多个流动路径，所述多个流动路径在第二混合器处重新结合成单个路径。第一混合器的中心轴线不与第二混合器的中心轴线对准，所述不对准在不增加混合器之间的轴向距离的情况下导致DEF颗粒在第一混合器与第二混合器之间行进通过的径向距离增加。增加的径向距离延长原子化DEF流体在排气中的停留时间，因而增加还原剂的增发和尿素到氨的转化。
然而，本文的发明人已认识到这种系统的潜在问题。作为一个示例，实施具有将气流剖分到一个以上流动路径中的一个以上混合器的排气后处理系统会增大尿素液滴可撞击的表面区域，从而进一步抑制尿素到下游SCR催化剂的运送。此外，在暖机时段、轻的发动机负载或接近怠速状态期间，通过排气通道的低排气流率可能无法充分地推进尿素通过第一混合器和第二混合器两者，特别是在混合器之间存在温度梯度的情况下，其中第二混合器比第一混合器冷，从而导致尿素液滴凝结在第二混合器处。
发明内容
在一个示例中，上述问题可通过一种排气混合组件来解决，所述排气混合组件包括：螺旋状叶片，所述螺旋状叶片相对于进入的排气流的方向从上游翼片延伸到下游翼片，其中所述螺旋状叶片的外边缘以及所述上游翼片和所述下游翼片与将排气通道塑形的排气管共面接触，并且其中整个排气流在到达排气混合器下游的催化剂之前被迫沿着所述螺旋状叶片部分地呈圆形流动。以这种方式，可延长DEF液滴在空中的时间，从而减少沉积物在SCR催化剂上游的表面上形成。
作为一个示例，所述混合器可包括单个紧凑型螺旋形叶片，所述单个紧凑型螺旋形叶片通过以下操作来增加排气和悬浮的DEF液滴在喷射器与SCR催化剂之间的流动路径：向流赋予由喷射器角度、混合器入口相对于喷射器的定位、螺旋形叶片的角度扫掠和在喷射器处相对于气流的喷洒方向的组合施加的旋转量。DEF的蒸发增加，因而增加到达SCR催化剂的DEF的量。
应理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由在具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出了包括排气后处理系统的发动机系统的示例，SCR催化剂和柴油机排气处理液(DEF)混合组件可在所述排气后处理系统中实施。
图2以第一透视图示出了DEF混合组件的示例。
图3以第二透视图示出了DEF混合组件。
图4以前视图示出了DEF混合组件。
图5以第三透视图示出了DEF混合组件。
图6以剖视图示出了DEF混合组件。
图2至图6大致按比例示出。
具体实施方式
以下描述涉及用于排气后处理系统的DEF混合组件的系统和方法。DEF混合组件可安装在发动机系统的排气系统中。在图1中作为示意图描绘了发动机系统的示例。DEF混合组件可包括喷射器和混合器，所述混合器被配置成螺旋形叶片，如图2至图6中的各种视图所示。喷射器可以某一角度倾斜，该角度在与气流相对的方向上将DEF流体喷洒到排气流的路径中，并且螺旋形叶片可被配置成扫掠经过某一角度，该角度通过使流旋转而增加DEF流体和排气在螺旋形叶片的入口与布置在DEF混合组件下游的SCR催化剂之间的流动路径。增加的流动路径允许DEF流体蒸发并与排气更完全地混合，因而增加DEF流体在SCR催化剂处的剂量。因此，SCR催化剂可在将气体释放到大气之前更有效地将氧化亚氮从排气中去除。
图2至图6示出了关于各个部件的相对定位的示例性配置。如果被示出为彼此直接接触或直接联接，则至少在一个示例中，这类元件可分别被称为直接接触的或直接联接的。类似地，至少在一个示例中，被示出为彼此邻接或相邻的元件可分别是彼此邻接或相邻的。作为一个示例，搁置成彼此共面接触的部件可称为处于共面接触。作为另一个示例，彼此间隔开地定位成使得在其间仅具有一定空间而没有其他部件的元件在至少一个示例中可称为如此。作为又一个示例，被示出为在彼此的上方/下方、在彼此的相对侧或在彼此的左侧/右侧的元件可相对于彼此称为如此。此外，如图所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的最顶点可称为部件的“顶部”，而最底部元件或元件的最底点可称为部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可相对于附图的竖直轴线，并用来描述附图的元件相对于彼此的定位。这样，在一个示例中，被示出为在其他元件上方的元件竖直地定位在其他元件上方。作为又一个示例，附图内描绘的元件的形状可称为具有那些形状(例如像，圆形的、笔直的、平面的、弯曲的、倒圆的、倒角的、成角度的等)。此外，在至少一个示例中，被示出为彼此相交的元件可称为相交元件或彼此相交。再进一步地，在一个示例中，被示出为在另一元件内部或被示出为在另一元件外部的元件可如此指称。
现在转向附图，图1示出了内燃发动机10的气缸14的示例，所述内燃发动机10可包括在车辆5中。发动机10可至少部分地由包括控制器12的控制系统和通过经由输入装置132来自车辆操作员130的输入进行控制。在这个示例中，输入装置132包括加速踏板和用于生成成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的气缸(在本文中也被称为“燃烧室”)14可包括燃烧室壁136，活塞138定位在所述燃烧室壁136中。活塞138可联接到曲轴140，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴140可经由变速器54联接到至少一个车轮55，如以下进一步描述的。此外，起动机马达(未示出)可经由飞轮联接到曲轴140以实现发动机10的起动操作。
在一些示例中，车辆5可以是具有可用于一个或多个车轮55的多个扭矩源的混合动力车辆。在其他示例中，车辆5是仅具有发动机的常规车辆或仅具有电机的电动车辆。在所示示例中，车辆5包括发动机10和电机52。电机52可以是马达或马达/发电机。当一个或多个离合器56接合时，发动机10的曲轴140和电机52经由变速器54连接到车辆车轮55。在所描绘的示例中，第一离合器56设置在曲轴140与电机52之间，并且第二离合器56设置在电机52与变速器54之间。控制器12可向每个离合器56的致动器发送使离合器接合或脱离接合的信号，以便将曲轴140与电机52和连接到电机52的部件连接或断开连接，和/或将电机52与变速器54和连接到变速器54的部件连接或断开连接。变速器54可以是齿轮箱、行星齿轮系统或另一类型的变速器。
动力传动系统可以各种方式配置，这些方式包括并联、串联或串并联混合动力车辆。在电动车辆实施例中，系统电池58可以是牵引电池，所述牵引电池将电力输送给电机52以向车轮55提供扭矩。在一些实施例中，电机52还可作为发电机操作以例如在制动操作期间提供电力以对系统电池58充电。应了解，在包括非电动车辆实施例的其他实施例中，系统电池58可以是联接到交流发电机46的典型的起动、照明、点火(SLI)电池。
交流发电机46可被配置成在发动机运行期间经由曲轴140使用发动机扭矩对系统电池58充电。另外，交流发电机46可基于发动机的一个或多个电气系统(诸如一个或多个辅助系统，包括加热、通风和空调(HVAC)系统、车灯、车载娱乐系统和其他辅助系统)的对应的电气需求来对它们供电。在一个示例中，在交流发电机上汲取的电流可基于驾驶舱冷却需求、电池充电要求、其他辅助车辆系统需求和马达扭矩中的每一者而不断改变。电压调节器可联接到交流发电机46以便基于系统使用要求(包括辅助系统需求)来调节交流发电机的功率输出。
发动机10的气缸14可经由一系列进气通道142和144以及进气歧管146来接收进气。除了气缸14之外，进气歧管146还可与发动机10的其他气缸连通。进气通道中的一个或多个可包括一个或多个增压装置，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出了配置有涡轮增压器的发动机10，该涡轮增压器包括布置在进气通道142与144之间的压缩机174以及沿着排气通道135布置的排气涡轮机176。当增压装置被配置为涡轮增压器时，压缩机174可至少部分地通过排气涡轮机176经由轴180提供动力。然而，在其他示例中，诸如当发动机10设置有机械增压器时，压缩机174可通过来自马达或发动机的机械输入提供动力，并且可任选地省略排气涡轮机176。
节气门162(包括节流板164)可设置在发动机进气通道中以改变被提供给发动机气缸的进气的流率和/或压力。例如，节气门162可定位在压缩机174的下游，如图1所示，或者可以可选地设置在压缩机174的上游。
排气系统145经由提升阀156联接到气缸14。排气系统包括排气歧管148、排气控制装置178和排气尾管179。除了气缸14之外，排气歧管148还可接收来自发动机10的其他气缸的排气。排气传感器126被示出为联接到排放控制装置178上游的排气歧管148。排气传感器126可从用于提供排气空燃比(AFR)的指示的各种合适的传感器中选择，这些合适的传感器诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。在图1的示例中，排气传感器126是UEGO。排放控制装置178可以是三元催化剂、NOx捕集器、各种其他排放控制装置或它们的组合。在图1的示例中，排放控制装置178是被配置成将NOx转化为氮气和水的选择性催化还原(SCR)催化剂。
发动机10还可包括一个或多个排气再循环通道以用于将排气的一部分从发动机排气口再循环到发动机进气口。因此，通过使一些排气再循环，可影响发动机稀释，这可通过减少发动机爆震、峰值气缸燃烧温度和压力、节流损耗和NOx排放来提高发动机性能。在所示实施例中，排气可经由EGR通道141从排气歧管148再循环到进气通道144。可由控制器12经由EGR阀143来改变提供到进气通道148的EGR的量。在其他示例中，发动机10可被配置成还提供低压EGR(图1中未示出)，低压EGR是经由联接在涡轮增压器压缩机上游的发动机进气口与涡轮机下游的发动机排气口之间的LP-EGR通道来提供。
混合组件147可在排气通道149中布置在涡轮机176的下游和排放控制装置178的上游。混合组件包括喷射器，所述喷射器被配置成在排气流过排气通道149时将柴油机排气处理液(DEF)引入到排气通道149中。在一个示例中，DEF可以是尿素的水溶液。所喷射的DEF沿着气流被携带通过混合器，所述混合器被配置为布置在喷射器151下游的螺旋形叶片153。螺旋形叶片153可迫使排气流过螺旋状路径，从而在不增加排气通道149的长度的情况下延长所喷射的DEF在到达排放控制装置178之前行进的距离。下文参考图2至图6进一步描述混合组件147的细节和效果。
发动机10的每个气缸可包括一个或多个进气门和一个或多个排气门。例如，气缸14被示出为包括位于气缸14的上部区域处的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些示例中，发动机10的每个气缸(包括气缸14)可包括位于气缸的上部区域处的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。进气门150可由控制器12经由致动器152来控制。类似地，排气门156可由控制器12经由致动器154来控制。进气门150和排气门156的位置可由相应的气门位置传感器(未示出)确定。
在一些状况期间，控制器12可改变提供给致动器152和154的信号，以控制相应的进气门和排气门的打开和关闭。气门致动器可以是电动气门致动类型、凸轮致动类型或它们的组合。可同时控制进气门和排气门正时，或可使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时的可能性中的任一者。每个凸轮致动系统可包括一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一者或多者。例如，气缸14可以可选地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。在其他示例中，进气门和排气门可由共同的气门致动器(或致动系统)或可变气门正时致动器(或致动系统)来控制。
气缸14可具有一定压缩比，所述压缩比是当活塞138处于下止点(BDC)时的容积与处于上止点(TDC)时的容积之比。在一个示例中，压缩比在9:1至10:1的范围中。然而，在使用不同燃料的一些示例中，所述压缩比可增大。例如，当使用辛烷值较高的燃料或具有较高潜在蒸发焓的燃料时，可能发生这种情况。如果使用直接喷射，那么由于直接喷射对发动机爆震的影响，压缩比也可增大。
发动机10的每个气缸可包括用于起始燃烧的火花塞192。点火系统190可在选择的操作模式下响应于来自控制器12的火花提前信号SA而经由火花塞192向燃烧室14提供点火火花。信号SA的正时可基于发动机工况和驾驶员扭矩需求来调整。例如，可以最大制动扭矩(MBT)正时提供火花以最大化发动机功率和效率。控制器12可将发动机工况(包括发动机转速、发动机负载和排气AFR)输入到查找表中，并输出所输入的发动机工况的对应的MBT正时。在其他示例中，火花可从MBT延迟，诸如以便在发动机起动期间加速催化剂预热，或以便减少发动机爆震的发生。
在一些示例中，发动机10的每个气缸可配置有用于向其提供燃料的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，气缸14被示出为包括燃料喷射器166。燃料喷射器166可被配置成输送从燃料系统8接收的燃料。燃料系统8可包括一个或多个燃料箱、燃料泵和燃料轨。燃料喷射器166被示出为直接联接到气缸14以用于与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地向气缸中直接喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器166提供所谓的燃料直接喷射(以下也称为“DI”)到气缸14中。虽然图1示出了定位在气缸14的一侧的燃料喷射器166，但是燃料喷射器166可以可选地位于活塞的顶部，诸如在火花塞192的位置附近。由于一些醇基燃料的较低的挥发性，所以当使用醇基燃料操作发动机时，这样的位置可增加混合和燃烧。可选地，喷射器可位于顶部并在进气门附近以增加混合。燃料可经由高压燃料泵和燃料轨从燃料系统8的燃料箱输送到燃料喷射器166。此外，燃料箱可具有向控制器12提供信号的压力传感器。
在替代示例中，燃料喷射器166可布置在进气通道中，而不是以将所谓的燃料的进气道喷射(以下也称为“PFI”)提供到气缸14上游的进气道中的配置直接联接到气缸14。在其他示例中，气缸14可包括多个喷射器，所述多个喷射器可被配置成直接燃料喷射器、进气道燃料喷射器或它们的组合。因此，应了解，本文所述的燃料系统不应受到本文通过示例描述的特定燃料喷射器配置的限制。
燃料喷射器166可被配置成以不同的相对量从燃料系统8接收不同的燃料作为燃料混合物，并且还被配置成将这种燃料混合物直接喷射到气缸中。此外，可在气缸的单个循环的不同冲程期间将燃料输送到气缸14。例如，可在前一排气冲程期间、在进气冲程期间和/或在压缩冲程期间至少部分地输送直接喷射的燃料。因此，对于单个燃烧事件，每个循环可执行一次或多次燃料喷射。多次喷射可在压缩冲程、进气冲程或其任何适当组合期间以所谓的分流燃料喷射的方式执行。
燃料系统8中的燃料箱可容纳不同燃料类型的燃料，诸如具有不同的燃料品质和不同的燃料组成的燃料。所述差异可包括不同的醇含量、不同的含水量、不同的辛烷值、不同的汽化热、不同的燃料混合物和/或它们的组合等。具有不同的汽化热的燃料的一个示例包括作为具有较低汽化热的第一燃料类型的汽油和作为具有较大汽化热的第二燃料类型的乙醇。在另一示例中，发动机可使用汽油作为第一燃料类型并使用含醇燃料混合物(诸如E85(约85％的乙醇和15％的汽油)或M85(约85％的甲醇和15％的汽油))作为第二燃料类型。其他可行的物质包括水、甲醇、醇类与水的混合物、水与甲醇的混合物、醇类的混合物等。在又一示例中，两种燃料都可以是具有不同的醇类组成的醇类混合物，或者第一燃料与第二燃料可在其他燃料品质方面不同，诸如温度、粘度、辛烷值等的差异。此外，一个或两个燃料箱的燃料特性可例如由于燃料箱燃料加注的每日变化而频繁地变化。
控制器12在图1中被示出为微型计算机，所述微型计算机包括微处理器单元106、输入/输出端口108、用于可执行程序(例如，可执行指令)和校准值的电子存储介质(在该特定示例中被示出为非暂时性只读存储器芯片110)、随机存取存储器112、保活存储器114和数据总线。控制器12可从联接到发动机10的传感器接收各种信号，包括先前讨论的信号并另外包括以下项的测量值：来自质量空气流量传感器122的进气质量空气流量(MAF)；来自联接到冷却套管118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)；来自联接到排气通道135的温度传感器158的排气温度；来自联接到曲轴140的霍尔效应传感器120(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；来自排气传感器126的信号UEGO，其可由控制器12使用来确定排气的AFR；和来自MAP传感器124的歧管绝对压力信号(MAP)。控制器12可从信号PIP产生发动机转速信号RPM。来自MAP传感器124的歧管压力信号MAP可用于提供对进气歧管中的真空或压力的指示。控制器12可基于发动机冷却剂温度来推断发动机温度，并基于从温度传感器158接收的信号来推断排放控制装置178的温度。
控制器12从图1的各种传感器接收信号，并且基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令而采用图1的各种致动器来调整发动机操作。例如，控制器可基于来自排气传感器126的信号来估计排气的AFR并使用推断的AFR来调整气缸14处的燃料喷射速率。
如上所述，图1仅示出了多气缸发动机的一个气缸。这样，每个气缸可类似地包括其自己的一组进气门/排气门、一个或多个燃料喷射器、火花塞等。应当理解，发动机10可包括任何合适数量的气缸，包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个、12个或更多个气缸。此外，这些气缸中的每一个可包括图1参考气缸14所描述和示出的各种部件中的一些或全部。
车辆的排气系统可将排气从车辆的发动机的燃烧室引导到后处理系统，所述后处理系统包括容纳在排放控制装置(诸如图1的排放控制装置178)中的SCR催化剂。SCR催化剂提供在气体被释放到大气之前使作为燃烧副产物存在于排气中的NOx化学地转化成氮气(N2)和水的反应位置。NOx到N2和水的催化转化依赖于用以实现NOx的还原的SCR催化剂的反应位置处对氨的吸收。在低发动机负载和转速期间，当EGR较低或不在作用中时，发动机可能在很大程度上依赖于DEF到氨的有效转化来实现NOx的完全还原。
尿素由于其在溶液中分解成氨和CO2而可用作DEF。对于每个尿素分子，在溶解后可产生两个氨分子。尿素可溶解在水中并且被直接喷洒到流向SCR催化剂的排气流中，尿素在热排气中混合和蒸发并形成氨。可通过混合装置将尿素输送到气流，所述混合装置修改DEF喷射器与SCR催化剂之间的气流路径并增加尿素溶液在排气中的分散。完全分解成氨可取决于尿素溶液在被喷射到气流中时的液滴形成、允许蒸发的时间量，和可获得的热量。
供应到排气的热量由发动机工况和用以提供发动机的期望的燃料消耗的发动机校准确定。因此，可获得的热量可能无法易于调整为适应SCR效率。具体地说，在低发动机转速期间，发动机温度可能下降到尿素高效地转化为氨的低温边界，诸如180℃。接近或下降到这个边界的发动机温度可能无法提供充足的热能来利于完全分解。为了补偿低发动机温度，可基于将DEF引入到排气流的喷射器的配置来调整液滴形成。例如，能够将DEF作为细雾(例如，原子化)喷洒的喷射器可增加分散到排气中的尿素的蒸发和均质性。
然而，不管液滴尺寸如何，尿素液体撞击到混合装置的表面区域上可能导致形成尿素沉积物。当排气温度将混合装置表面加热到水的沸点或接近水的沸点时，水溶液可在接触或紧密靠近加热的表面后迅速蒸发。水从水溶液蒸发可导致尿素晶体沉积，从而减少在SCR催化剂处提供氨的尿素的剂量。
减小尿素溶液可撞击的表面区域可减少尿素沉积和结晶问题，但经由表面区域减小得到的益处可能被例如通过缩短流动路径和分散的尿素液滴在排气中的停留时间而随之而来的蒸发时间的减少所抵消。蒸发时间减少可能导致尿素的不完全分解并使SCR催化剂朝向转化NOx的效率降级。此外，通过加长排气通道(诸如图1的排气通道149)来延长蒸发时间在具有受限的封装空间的车辆中可能不可行。
在一些示例中，可通过导引气流通过径向螺旋状路径来增加流动路径。图2至图6中示出了混合组件的示例，所述混合组件被配置成具有强迫尿素液滴和排气遵循蜿蜒路线的螺旋形叶片。DEF喷射器布置在邻近混合组件的混合器的入口处。螺旋形叶片可扫掠经过大于360度的目标角度以最大化通过排气通道的受限区域的排气流动路径。喷射器相对于旋转的排气流的方向和螺旋形叶片的入口和出口的取向可调节尿素溶液与排气的混合，因此影响尿素的蒸发和到氨的转化。另外，包括扫掠角度和并入有平坦节段的螺旋形叶片的几何形状可进一步提高NOx还原的效率。下文参考图2至图6进一步描述混合组件的细节。
在图2至图6中示出了混合组件202，图2、图3和图5分别是第一、第二和第三透视图，图4是前视图，并且图6是剖视图。将共同描述图2至图6并对其类似地编号。在一个示例中，混合组件202可以是图1所示的混合组件147，所述混合组件147定位在排气歧管和排气涡轮机的下游并且在排放控制装置的上游。提供表示y轴、x轴和z轴的一组参考轴201以用于在所示视图之间进行比较。
混合组件202可联接到排气通道204，所述排气通道204可以是具有内部容积206的圆柱形壳体，所述内部容积206被配置成使排气从排气歧管流动到排放控制装置。排气通道204具有与z轴平行的中心轴线203。混合组件202包括：穿过排气通道204的壁中的开口210插入的喷射器208，以及定位在排气通道204的内部容积206内的螺旋形叶片212。螺旋形叶片212可被排气通道204的壁沿圆周环绕。喷射器208和螺旋形叶片212可以是混合组件202的两个分开的部件。
喷射器208可包括多个喷嘴214，所述多个喷嘴214从喷射器208的表面向外突出以将喷射器208流体地联接到各种溶液储存器，诸如尿素水溶液储存器。喷射器208可用于将诸如尿素水溶液之类的DEF引入到排气通道204中以与流过其中(如箭头216所指示)的排气混合。喷射器208的内部区域可包括汽化元件，所述汽化元件在螺旋形叶片212的上游端218的上游将DEF作为微小液滴喷洒到排气通道204中。作为示例，汽化元件可形成直径在30μm至100μm之间的液滴。在一些示例中，可实施超声波蒸发器以产生小于30μm以及在一些情况下小于10μm的液滴。因此，汽化元件被定为成在与排气流的方向(箭头216)成角度(例如，垂直)的径向方向上将DEF直接喷射和/或喷洒到排气通道204的内部容积206中。
喷射器208可相对于y-z平面倾斜，如图4所示。尽管喷射器208的轴线220可与y-x平面平行，如图5和图6所示，但是喷射器轴线220不与y-z平面平行也不垂直于x-z平面，如图2所示。图4的前视图400示出了在喷射器轴线220与y轴之间形成的角度α等于例如24度或在19度至29度之间。由于螺旋形叶片212的上游端218的前导边缘222沿着y-x平面与y轴平行，因此喷射器208也可相对于前导边缘222倾斜角度α(沿着y-x平面)。另外，作为一个示例，从喷射器208出现并被导入到排气通道204的内部容积206中的DEF喷洒可具有30度的锥角Φ。
喷射器208可相对于y轴并沿着y-z平面定位在螺旋形叶片212的上游端218的前导边缘222的正上方和上游，如图5和图6所示。此外，喷射器208在第一点228处突出穿过排气通道204的壁，第一点228与沿着排气通道204的圆周的第二点230基本上但非完全相对，螺旋形叶片212的前导边缘222在第二点230处与排气通道204的壁相交，第一点228和第二点230在图2和图4中示出。由于前导边缘222从螺旋形叶片212的中心毂232延伸到第二点230，因此前导边缘222跨越螺旋形叶片212的外径234的一半而延伸，所述外径234可类似于排气通道204的内部容积206的直径。螺旋形叶片212的外边缘可与排气通道204的壁的内表面接触。螺旋形叶片212的前导边缘222可与第一点228处的喷射器208间隔开某一距离，该距离等于螺旋形叶片212的外径234的一半。
通过将喷射器208相对于y轴定位在螺旋形叶片212的前导边缘222上方，如图6所示，DEF液滴在螺旋形叶片212上游的排气通道204的内表面上的沉积和损耗得以最小化。将喷射器208布置成基本与螺旋形叶片212的前导边缘222相对，例如与前导边缘222间隔开螺旋形叶片的外径234的一半，结合喷射器208的头顶放置允许DEF液滴被最大程度地夹带到流过排气通道204的排气流中。例如，使螺旋形叶片212旋转使得前导边缘222沿着排气通道204的壁的圆周与第一点228相交可导致DEF液滴的至少一部分被喷洒超出前导边缘222的长度(例如，螺旋形叶片212的外径234的一半)，超过中心毂232并撞击螺旋形叶片212的面向前面的表面236。
此外，当气体进入螺旋形叶片212时，如从图2的第一透视图200和图4的前视图400观察时的箭头224所指示，气体可沿逆时针方向打旋。当将DEF液滴从喷射器208射出并夹带到气流中时，DEF与气体混合物在DEF液滴与气流相互作用的点与螺旋形叶片212的前导边缘222之间旋转经过180度。下文将进一步描述螺旋形叶片212对排气流的旋转影响。由于喷射器208沿着角度α倾斜，因此可沿与气体打旋相对的方向(例如，沿顺时针方向)将DEF喷洒到排气通道中，如图2中箭头224所示。与排气的打旋相比DEF液滴的相对的喷洒方向产生高扰动，所述高扰动增加DEF液滴到气流中的分散并促进液滴更均匀地分散在整个气流中。可根据气流速度和排气通道直径来调节锥角Φ以提供气流对DEF液滴的最大捕获。因此，优化喷射器208的倾斜角α、锥角Φ和喷射器208相对于螺旋形叶片212的前导边缘222的取向一起可以能够增强将DEF输送到气流，从而减少由于DEF液滴在螺旋形叶片212上游的撞击而引起的损耗。
虽然可调节喷射器208的位置以将某一剂量的DEF输送到螺旋形叶片212的上游端218以最小化由于撞击引起的损耗，但是螺旋形叶片212也可被配置成具有用以最大化到SCR催化剂的DEF剂量的一组几何属性。螺旋形叶片212可类似于由绕着中心毂232旋转的连续的螺旋状壁形成的螺钻的叶片。流动通道长度可开始于螺旋形叶片212的前导边缘222处并终止于末端边缘238处，末端边缘在下游端240处，下游端240与螺旋形叶片212的上游端218相对。图2、图3和图5至图6中示出了末端边缘238并且通过螺旋形叶片212的螺旋状流动通道的形状由图2中的箭头224所指示。螺旋形叶片212可使气体旋转至少180度，并且在一些示例中大于360度。
例如，流过排气通道204的排气可在沿着螺旋形叶片212的面向前面的表面236的不同区域处到达上游端218。在一个示例中，如图5中的箭头510所示，气流的第一部分可在相对于y轴在中心轴线203下方的区域中沿着前导边缘222接触螺旋形叶片212。气流的第一部分与螺旋形叶片212的面向前面的表面236之间的摩擦可驱使第一部分从前导边缘222螺旋通过螺旋形叶片212的流动通道到达末端边缘238，从而旋转经过420度。相比之下，气流的第二部分可在中心轴线203上方的区域在前导边缘222下游的在螺旋形叶片212的面向前面的表面236的接触点处进入螺旋形叶片212。第二部分可绕过螺旋形叶片212的在前导边缘222与第二部分与面向前面的表面236之间的接触点之间的一部分。因此，气流的第二部分旋转可少于第一部分，例如作为示例经过240度。螺旋形叶片212引起的最小旋转量因此可为180度。
当将DEF喷洒到排气通道204中时，喷射器208相对于中心轴线203与螺旋形叶片212的前导边缘222相对地定位导致DEF液滴在与第一部分接触之前与气流的第二部分接触。因此，DEF液滴可相对于气流方向(箭头216)在第一平坦段242后面被夹带到气流的第二部分中，从而沿着流动通道流动，该流动通道使DEF液滴打旋经过小于360度。因此避免了DEF液滴沿着螺旋形叶片212的面向前面的表面236、在第一平坦段242处以及沿着排气通道204的内表面的撞击。
螺旋形叶片212包括布置在上游端218的第一平坦段242和布置在下游端240的第二平坦段244。图2、图5和图6所示的螺旋形叶片212的中心部分246在第一平坦段242与第二平坦段244之间延伸。第一平坦段和第二平坦段242、244可以是联接到中心部分246的极端部的翼片。中心部分246形成螺旋形叶片212的最大部分并且沿着z轴成螺旋状，使得面向前面的表面236和与面向前面的表面236相对的面向后面的表面248在沿着螺旋形叶片212的中心部分246的任一点处不与x-y平面共面。换句话说，中心部分246相对于x轴、y轴和z轴中的每一者以某一角度围绕中心毂232卷绕。相比之下，第一平坦段242和第二平坦段244与x-y平面共面。第一平坦段242可在螺旋形叶片212的前导边缘222与第一内边缘250之间延伸，从而形成楔形面板，例如具有一条倒圆的边缘的三角形。第一平坦段242可沿着第一内边缘250与螺旋形叶片212的中心部分246相交，其中前导边缘222和第一内边缘250两者都沿着排气通道204的半径252(如图4所示)延伸。图3所示的第二平坦段244可与第一平坦段242类似地进行配置，从而在螺旋形叶片212的末端边缘238与第二内边缘254之间形成楔形面板。第二平坦段244可沿着第二内边缘254与螺旋形叶片212的中心部分246相交，并且第二内边缘254和末端边缘238两者都可沿着排气通道204的半径252延伸。
第一平坦段242和第二平坦段244两者都与x-y平面共面，并且因此彼此共面。以这种方式，第一平坦段242和第二平坦段244完全垂直于排气流方向和z轴。因此，第一平坦段242和第二平坦段244不在与排气流方向相对的上游方向或平行于排气流方向的下游方向上延伸。然而，平坦段可定位成沿着z轴彼此偏移。例如，当沿着z轴观察时，第一内边缘250可与第二内边缘254平行并对准，例如堆叠，如图4所示，其中第二内边缘254和末端边缘238由虚线指示。第一平坦段242可定位在第一内边缘250的左侧并且第二平坦段244可定位在第二内边缘254的右侧。第一平坦段242与第二平坦段244不重叠，如图4所示。
前导边缘222与第一内边缘250之间的角度Ω可以是30度，等于第二内边缘254与末端边缘238之间的角度θ，所述角度在图4中指示。因此，前导边缘222与末端边缘238之间的角度是60度并且通过螺旋形叶片212的流动通道的总角度扫掠是420度。因此排气和夹带的DEF液滴围绕排气通道204的中心轴线203旋转超过一整圈，从而与线性地配置的混合器(例如，流动通道与中心轴线203平行的混合器)相比显著增加流动通道的长度。因此，通过螺旋形叶片212的流动通道的长度可比螺旋形叶片212的轴向长度(例如，螺旋形叶片212沿着中心轴线203的长度)长。增加流动通道允许延长DEF剂量与热排气之间的混合时间，从而增进液滴蒸发为气体以形成均质混合物。通过形成DEF流体在排气中的均匀分散，尿素到氨的转化更完全，从而最大化被吸附到SCR催化剂表面上的氨的量。
将第一平坦段242和第二平坦段244分别布置在螺旋形叶片212的上游端218和下游端240处在不增加螺旋形叶片212沿着z轴的总长度的情况下提供除流动通道的一整圈之外的额外的60度旋转。将螺旋形叶片212的总尺寸维持为紧凑的，从而减小混合组件202的可能引起DEF撞击的表面区域。因此，第一平坦段242和第二平坦段244中的一者或两者可扩大以增加流过螺旋形叶片212的排气的旋转。例如，将角度Ω和角度θ两者都增大到90度可在不增加螺旋形叶片212的例如沿着中心轴线203的轴向长度的情况下使气体旋转增加额外的180度。然而，通过增大平坦段的表面区域提供的益处可能被气流与螺旋形叶片212在平坦段处的表面区域之间的增大的摩擦抵消，从而增加在混合组件202的上游产生流量限制和背压的可能性。因此，将角度Ω和角度θ各自被配置成30度可维持通过螺旋形叶片212的流量不受抑制，从而避免在排气歧管中的上游的压力积聚，这还可通过调整下文进一步讨论的螺旋形叶片212的节距来进一步控制。
此外，提供具有单个流动通道而不是多个流动通道的排气流可促进与较小液滴相比具有较重质量和较高惯性的较大的DEF液滴行进通过排气通道204的内部容积206的中心区域。例如，较大的DEF液滴与较小液滴相比可打旋更接近中心轴线203，从而降低较大的DEF液滴与排气通道204的内表面之间的接触的可能性。因此，减少了较大的DEF液滴沿着排气通道204的内表面的沉积。单个流动通道还可降低通过排气通道204的不均匀的分散和形成到达SCR催化剂的非均质DEF/排气混合物的可能性。
与沿着z轴成螺旋状并且不与x-y轴共面的螺旋形叶片212的中心部分246形成对比，通过将第一平坦段242和第二平坦段244被配置成与x-y平面共面，通过螺旋形叶片212的流动通道的横截面宽度在平坦段处局部减小。例如，在图5中沿着z轴在沿着螺旋形叶片212的第一平坦段242的第一点与沿着中心部分246的表面的第二点(第二点在第一点的下游并且沿着z轴对准)之间的第一横截面宽度502可小于在沿着中心部分246的上游壁的第三点与沿着中心部分246的下游壁的第四点之间的第二横截面宽度504(第三点与第四点沿着z轴对准)。螺旋形叶片212的横截面宽度的类似的变窄可在第二平坦段244处出现。流动通道的在螺旋形叶片212的上游端218和下游端240处减小的横截面宽度可引起排气流的局部加速，从而进一步促进DEF液滴在上游端218处被夹带和蒸发到排气流中并激励在下游端240处将DEF/排气混合物运送离开螺旋形叶片212。进入螺旋形叶片212中的增大的流速还可减轻DEF液滴在表面上的撞击，所述撞击导致水从捕集的液滴蒸发。因此沉积物形成的总量得以减少。
可结合螺旋形叶片的节距302来调节螺旋形叶片212的角度扫掠，节距302在图3、图5和图6中示出。节距302可以是螺旋形叶片212沿着z轴延伸经过一整圈(例如，360度)的长度。换句话说，节距302是第一内边缘250与第二内边缘254之间沿着中心轴线203的距离。通过改变节距302，可避免由流量限制导致的混合组件202上游的背压积聚。可根据排气通道204的几何形状基于螺旋形叶片212的期望长度来调整节距302。例如，如果将在排气通道204的相对短的节段内的紧密空间中实施螺旋形叶片212，则可减小节距302并且可将第一平坦段和第二平坦段242、244的角度Ω和θ(图4中示出)各自增大到大于30度以补偿在节距302减小时通过螺旋形叶片212的中心部分246的缩短的流动通道长度。此外，可基于通过排气通道204的预期流速来调整节距302并增大或减小节距302以维持通过螺旋形叶片212的流速。因此角度Ω和θ可在20度至60度之间变化，而节距302可在当角度Ω和θ各自为30度时的节距302的0至30％之间进行调整。
另外，可改变喷射器208的取向以适应对螺旋形叶片212的调整。例如，取决于前导边缘222的定位，喷射器208可倾斜大于或小于24度，例如在角度Ω偏离30度，但维持在前导边缘222上方并与前导边缘间隔开排气通道204的半径252的情况下。此外，在一些示例中，第一平坦段242的直径可能与第二平坦段244不同，而是替代地由比第二平坦段244更大或更小的面板形成(例如，具有更大或更小的表面区域)。
以这种方式，图2至图6示出了布置在将排气通道塑形的排气管中的混合组件。混合组件可物理地联接到排气管的内表面。在一个示例中，混合器的螺旋形叶片的外边缘沿着外边缘的整个长度与排气管的内表面共面接触。共面接触可包括气密密封件，使得排气等可能无法在外边缘与排气管之间流动。
螺旋形叶片可物理地联接到中心毂。螺旋形叶片的半径可等于中心毂的外部部分与外边缘之间的距离。中心毂可以是固定的，使得螺旋形叶片不可移动。因此，螺旋形叶片可不联接到电子、机械、气动、液压或其他类似的致动器。然而，在其他示例中，螺旋形叶片可被配置成可移动的。例如，中心毂可固定到排气管的表面并且螺旋形叶片适于围绕中心毂旋转。
螺旋形叶片可以是没有开口的实心的连续件。因此，排气和其他液体和/或气体可能不流过螺旋形叶片的表面。以这种方式，螺旋形叶片被塑形为迫使排气混合物在沿下游方向流动时沿着螺旋形叶片的轮廓流动。通过这么做，使排气混合物从沿平行于排气管的中心轴线的方向流动转向为围绕排气管的中心轴线的圆形方向。排气混合物在沿着螺旋形叶片的表面流动时可能不会从排气管流出。
喷射器被定位成在螺旋形叶片上游的排气通道的一部分处进行喷射。喷射器可在与以下方向中的每一者成角度的方向上喷射：相对于混合器进入的排气方向，和围绕混合器的螺旋形叶片流动的圆形排气方向。喷射可与排气碰撞，其中所得排气混合物沿下游方向绕着中心轴线围绕螺旋形叶片流动至少180°。在一个示例中，排气在到达在螺旋形叶片下游的排气通道的一部分之前接触螺旋形叶片的至少一部分。
在到达螺旋形叶片的极端下游端后，排气混合物可转弯并开始沿平行于中心轴线和垂直于圆形方向的下游方向流动。因此，排气可恢复为沿与混合器上游的流类似的方向流动，混合器上游的流可以是基本上层流。然而，排气的均质性相对于其在混合器上游的均质性可增加。此外，喷射的分散可经由混合器增强，使得排气通道的径向外部部分相对于排气通道的径向内部部分可包括相等的喷射量。
以这种方式，用于排气通道的混合组件可在SCR催化剂上游有效地增加DEF流体在排气流中的混合和蒸发。混合组件可包括喷射器和螺旋形叶片，所述喷射器定位在排气通道的相对于排气通道的中心轴线与螺旋形叶片的前导边缘相对的一侧上并沿着垂直于气流的平面与前导边缘对准。喷射器可以某一角度倾斜以在气体流过螺旋形叶片时在相对于气流的旋转相对的方向上将DEF流体喷洒到排气流中。当气体通过螺旋形叶片时，气流旋转大于360度，从而延长了通过螺旋形叶片的流动通道，这允许在维持螺旋形叶片的紧凑尺寸的同时增加DEF流体的混合和蒸发时间。螺旋形叶片可在螺旋形叶片的入口和出口处包括平坦段，从而在不增加螺旋形叶片的轴向长度的情况下提供超过360度的气流旋转以及局部气流加速。喷射器取向、螺旋形叶片的角度扫掠和节距可相对于彼此进行调整以增强小DEF液滴的形成，所述小DEF液滴完全混合并蒸发到排气流中并作为均质化合物被输送到SCR催化剂。通过提供单个较长的流动通道而不增加气流路径中的混合组件的表面区域，DEF撞击混合组件的表面的可能性降低，从而使得能够将DEF剂量更完全地输送到SCR催化剂。因此，排气后处理更高效而不会在低EGR操作期间不利地影响燃料消耗，在所述低EGR操作中对排放的处理仅依赖于排放控制装置。
实施具有混合组件的车辆的排气通道的技术效果是DEF流体由于撞击引起的损耗减少并且实现尿素到氨的更完全的转化，因而有效地减少NOx排放。
在一个实施例中，一种排气混合组件包括：螺旋状叶片，所述螺旋状叶片相对于进入的排气流的方向从上游翼片延伸到下游翼片，其中所述螺旋状叶片的外边缘以及所述上游翼片和所述下游翼片与将排气通道塑形的排气管共面接触，其中整个排气流在到达排气混合器下游的催化剂之前被迫沿着所述螺旋状叶片部分地呈圆形流动。在所述混合组件的第一示例中，所述混合组件还包括在所述上游翼片处的前导边缘和在所述下游翼片处的末端边缘，所述末端边缘沿着所述排气通道的半径从所述螺旋状叶片的中心毂延伸到所述排气管的内表面，并且其中所述前导边缘也沿着所述排气通道的半径从所述螺旋状叶片的所述中心毂延伸到所述排气管的所述内表面，并且所述螺旋状叶片没有开口。所述混合组件的第二示例任选地包括所述第一示例，并且还包括延伸穿过所述排气管的壁的喷射装置，所述喷射装置与所述螺旋状叶片的所述前导边缘间隔开所述排气通道的所述半径。所述混合组件的第三示例任选地包括所述第一示例和所述第二示例中的一者或多者，并且还包括，其中所述螺旋状叶片在入口与出口之间具有中心部分，从而形成螺旋体，所述螺旋体具有靠近所述螺旋状叶片的所述前导边缘的第一端和靠近所述末端边缘的第二端，并且其中所述中心部分围绕中心轴线从所述第一端旋转经过360度到达所述第二端，并且其中所述螺旋状叶片从所述前导边缘扫掠经过420度的角度到达所述末端边缘。所述混合组件的第四示例任选地包括所述第一示例到所述第三示例中的一者或多者，并且还包括，其中所述前导边缘相对于所述中心轴线相对于所述末端边缘成60度的角度。所述混合组件的第五示例任选地包括所述第一示例到所述第四示例中的一者或多者，并且还包括，其中所述螺旋状叶片具有：第一平坦段，所述第一平坦段从所述前导边缘延伸到所述中心部分的所述第一端，从而形成楔形面板；以及第二平坦段，所述第二平坦段从所述中心部分的所述第二端延伸到所述末端边缘，从而也形成楔形面板，并且其中所述第一平坦段和所述第二平坦段各自与所述排气通道的中心轴线和进入的排气流的方向垂直地对准。所述混合组件的第六示例任选地包括所述第一示例到所述第五示例中的一者或多者，并且还包括，其中所述第一平坦段和所述第二平坦段沿着所述螺旋状叶片的长度彼此偏移，所述长度与所述排气通道的所述中心轴线平行。所述混合组件的第七示例任选地包括所述第一示例到所述第六示例中的一者或多者，并且还包括，其中螺旋形气流通道在所述第一平坦段处和所述第二平坦段处的横截面宽度比所述气流通道沿着所述螺旋状叶片的所述中心部分的横截面宽度窄，并且其中所述第一平坦段的尺寸和几何形状等于所述第二平坦段的尺寸和几何形状。所述混合组件的第八示例任选地包括所述第一示例到所述第七示例中的一者或多者，并且还包括，其中所述喷射装置与垂直于所述中心轴线的平面平行并且在所述平面内相对于所述螺旋状叶片的所述前导边缘以某一角度倾斜。所述混合组件的第九示例任选地包括所述第一示例到所述第八示例中的一者或多者，并且还包括，其中所述喷射装置联接到一个或多个DEF储存器并且包括将DEF作为液滴从所述储存器直接引入到所述排气通道中的元件，并且其中所述液滴以30度的锥角被喷洒到所述排气通道中。所述混合组件的第十示例任选地包括所述第一示例到所述第九示例中的一者或多者，并且还包括，其中所述喷射装置相对于所述螺旋状叶片的所述前导边缘倾斜24度。所述混合组件的第十一示例任选地包括所述第一示例到所述第十示例中的一者或多者，并且还包括，其中所述DEF被所述喷射装置在与所述螺旋状叶片的螺旋方向相对的方向上喷洒到所述排气通道中。
在另一实施例中，一种混合组件包括：喷射装置，所述喷射装置被配置成将柴油机排气处理器(DEF)输送到排气流；以及螺旋状叶片，所述螺旋状叶片定位在喷射器的下游并且限定螺旋形气流通道，所述螺旋状叶片的前导边缘被布置成相对于排气通道的中心轴线与所述喷射装置相对。在所述混合组件的第一示例中，所述螺旋状叶片沿着第一方向从第一上游端到第二下游端成螺旋状，并且其中所述螺旋状叶片的外边缘与所述排气通道的壁齐平并共面接触，所述外边缘与所述壁之间的联接部被塑形为防止排气流过所述联接部。所述混合组件的第二示例任选地包括所述第一示例，并且还包括，其中所述喷射装置被配置成沿着第二方向将所述DEF作为液体或蒸气喷射直接喷洒到所述排气通道中，所述第二方向与所述第一方向相对。所述混合组件的第三示例任选地包括所述第一示例和所述第二示例中的一者或多者，并且还包括，其中通过所述螺旋状叶片的螺旋形气流通道长度比沿着所述排气通道的中心轴线测得的所述螺旋状叶片的长度长，并且其中所有排气流被迫接触所述螺旋状叶片的至少一部分，并且在离开所述螺旋状叶片并到达排放后处理装置之前围绕所述中心轴线至少部分地呈圆形流动。
在另一实施例中，一种排气系统包括：排气通道，所述排气通道将排气歧管联接到排放控制装置；以及混合组件，所述混合组件定位在所述排放控制装置上游的所述排气通道中，所述混合组件包括：喷射器，所述喷射器被配置成在与排气流相对的方向上喷洒柴油机排气处理液；以及螺旋形叶片，所述螺旋形叶片具有与所述喷射器间隔开所述排气通道的半径的前导边缘，所述螺旋形叶片被配置成使排气流旋转大于360度。在所述排气系统的第一示例中，所述排放控制装置包括选择性催化还原催化剂。所述排气系统的第二示例任选地包括所述第一示例，并且还包括，其中所述柴油机排气处理液是尿素水溶液。所述排气系统的第三示例任选地包括所述第一示例和所述第二示例中的一者或多者，并且还包括，其中所述混合组件与所述排放控制装置间隔开至少所述混合组件的轴向长度，所述轴向长度与所述排气通道的中心轴线平行。
在另一表示中，一种柴油机动力车辆包括：排气通道，所述排气通道在排气歧管与排气后处理装置之间延伸，将排气从所述排气歧管输送到所述后处理装置；螺旋形混合装置，所述螺旋形混合装置布置在所述排气歧管与所述后处理装置之间的所述排气通道中，所述混合装置被配置成接收来自所述排气歧管的排气并使所述排气在所述后处理装置上游打旋；以及喷射器，所述喷射器联接到所述排气通道的壁中的端口，与所述螺旋形混合装置的入口对准并沿着所述排气通道壁的圆周与所述入口相对，并且被配置成在与通过所述螺旋形混合装置的排气流方向相对的方向上将流体喷洒到所述排气中。
在又一表示中，一种发动机的排气通道包括：喷射装置，所述喷射装置联接到至少一个流体储存器并且延伸穿过所述排气通道的壁；以及螺旋形混合装置，所述螺旋形混合装置布置在所述喷射装置的下游并且由所述排气通道的所述壁沿圆周环绕，所述螺旋形混合装置被配置成使排气流在排放后处理装置上游旋转。
应了解，本文中公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。例如，以上技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
以下权利要求特别指出被视为新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”要素或“第一”要素或其等效物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个这样的要素的并入，既不要求也不排除两个或更多个这样的要素。所公开的特征、功能、要素和/或特性的其他组合和子组合可通过修正本发明权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而被要求保护。此类权利要求，无论与原始权利要求相比在范围上无论更广、更窄、相等还是不同，也都被视为包括在本公开的主题内。
根据本发明，提供了一种排气混合组件，所述排气混合组件具有：螺旋状叶片，所述螺旋状叶片相对于进入的排气流的方向从上游翼片延伸到下游翼片，其中所述螺旋状叶片的外边缘以及所述上游翼片和所述下游翼片与将排气通道塑形的排气管共面接触，其中整个排气流在到达排气混合器下游的催化剂之前被迫沿着所述螺旋状叶片部分地呈圆形流动。
根据一个实施例，本发明的特征还在于在所述上游翼片处的前导边缘和在所述下游翼片处的末端边缘，所述末端边缘沿着所述排气通道的半径从所述螺旋状叶片的中心毂延伸到所述排气管的内表面，并且其中所述前导边缘也沿着所述排气通道的半径从所述螺旋状叶片的所述中心毂延伸到所述排气管的所述内表面，并且所述螺旋状叶片没有开口。
根据一个实施例，本发明的特征还在于延伸穿过所述排气管的壁的喷射装置，所述喷射装置与所述螺旋状叶片的所述前导边缘间隔开所述排气通道的所述半径。
根据一个实施例，所述螺旋状叶片在入口与出口之间具有中心部分，从而形成螺旋体，所述螺旋体具有靠近所述螺旋状叶片的所述前导边缘的第一端和靠近所述末端边缘的第二端，并且其中所述中心部分围绕中心轴线从所述第一端旋转经过360度到达所述第二端，并且其中所述螺旋状叶片从所述前导边缘扫掠经过420度的角度到达所述末端边缘。
根据一个实施例，所述前导边缘相对于所述中心轴线相对于所述末端边缘成60度的角度。
根据一个实施例，所述螺旋状叶片具有：第一平坦段，所述第一平坦段从所述前导边缘延伸到所述中心部分的所述第一端，从而形成楔形面板；以及第二平坦段，所述第二平坦段从所述中心部分的所述第二端延伸到所述末端边缘，从而也形成楔形面板，并且其中所述第一平坦段和所述第二平坦段各自与所述排气通道的中心轴线和进入的排气流的方向垂直地对准。
根据一个实施例，所述第一平坦段和所述第二平坦段沿着所述螺旋状叶片的长度彼此偏移，所述长度与所述排气通道的所述中心轴线平行。
根据一个实施例，螺旋形气流通道在所述第一平坦段处和所述第二平坦段处的横截面宽度比所述气流通道沿着所述螺旋状叶片的所述中心部分的横截面宽度窄，并且其中所述第一平坦段的尺寸和几何形状等于所述第二平坦段的尺寸和几何形状。
根据一个实施例，所述喷射装置与垂直于所述中心轴线的平面平行并且在所述平面内相对于所述螺旋状叶片的所述前导边缘以某一角度倾斜。
根据一个实施例，所述喷射装置联接到一个或多个DEF储存器并且包括将DEF作为液滴从所述储存器直接引入到所述排气通道中的元件，并且其中所述液滴以30度的锥角被喷洒到所述排气通道中。
根据一个实施例，所述喷射装置相对于所述螺旋状叶片的所述前导边缘倾斜24度。
根据一个实施例，所述DEF被所述喷射装置在与所述螺旋状叶片的螺旋方向相对的方向上喷洒到所述排气通道中。
根据本发明，提供了一种用于车辆的排气通道的混合组件，所述混合组件具有：喷射装置，所述喷射装置被配置成将柴油机排气处理器(DEF)输送到排气流；以及螺旋状叶片，所述螺旋状叶片定位在喷射器的下游并且限定螺旋形气流通道，所述螺旋状叶片的前导边缘被布置成相对于所述排气通道的中心轴线与所述喷射装置相对。
根据一个实施例，所述螺旋状叶片沿着第一方向从第一上游端到第二下游端成螺旋状，并且其中所述螺旋状叶片的外边缘与所述排气通道的壁齐平并共面接触，所述外边缘与所述壁之间的联接部被塑形为防止排气流过所述联接部。
根据一个实施例，所述喷射装置被配置成沿着第二方向将所述DEF作为液体或蒸气喷射直接喷洒到所述排气通道中，所述第二方向与所述第一方向相对。
根据一个实施例，通过所述螺旋状叶片的螺旋形气流通道长度比沿着所述排气通道的中心轴线测得的所述螺旋状叶片的长度长，并且其中所有排气流被迫接触所述螺旋状叶片的至少一部分，并且在离开所述螺旋状叶片并到达排放后处理装置之前围绕所述中心轴线至少部分地呈圆形流动。
根据本发明，提供了一种车辆的排气系统，所述排气系统具有：排气通道，所述排气通道将排气歧管联接到排放控制装置；以及混合组件，所述混合组件定位在所述排放控制装置上游的所述排气通道中，所述混合组件包括：喷射器，所述喷射器被配置成在与排气流相对的方向上喷洒柴油机排气处理液；以及螺旋形叶片，所述螺旋形叶片具有与所述喷射器间隔开所述排气通道的半径的前导边缘，所述螺旋形叶片被配置成使排气流旋转大于360度。
根据一个实施例，所述排放控制装置包括选择性催化还原催化剂。
根据一个实施例，所述柴油机排气处理液是尿素水溶液。
根据一个实施例，所述混合组件与所述排放控制装置间隔开至少所述混合组件的轴向长度，所述轴向长度与所述排气通道的中心轴线平行。

Claims (15)

1.一种排气混合组件，所述排气混合组件包括：
螺旋状叶片，所述螺旋状叶片相对于进入的排气流的方向从上游翼片延伸到下游翼片，其中所述螺旋状叶片的外边缘以及所述上游翼片和所述下游翼片与将排气通道塑形的排气管共面接触，其中整个排气流在到达排气混合器下游的催化剂之前被迫沿着所述螺旋状叶片部分地呈圆形流动。
2.如权利要求1所述的排气混合组件，所述排气混合组件还包括在所述上游翼片处的前导边缘和在所述下游翼片处的末端边缘，所述末端边缘沿着所述排气通道的半径从所述螺旋状叶片的中心毂延伸到所述排气管的内表面，并且其中所述前导边缘也沿着所述排气通道的半径从所述螺旋状叶片的所述中心毂延伸到所述排气管的所述内表面，并且所述螺旋状叶片没有开口。
3.如权利要求2所述的排气混合组件，所述排气混合组件还包括延伸穿过所述排气管的壁的喷射装置，所述喷射装置与所述螺旋状叶片的所述前导边缘间隔开所述排气通道的所述半径。
4.如权利要求2所述的排气混合组件，其中所述螺旋状叶片在入口与出口之间具有中心部分，从而形成螺旋体，所述螺旋体具有靠近所述螺旋状叶片的所述前导边缘的第一端和靠近所述末端边缘的第二端，并且其中所述中心部分围绕中心轴线从所述第一端旋转经过360度到达所述第二端，并且其中所述螺旋状叶片从所述前导边缘扫掠经过420度的角度到达所述末端边缘。
5.如权利要求4所述的排气混合组件，其中所述前导边缘相对于所述中心轴线相对于所述末端边缘成60度的角度。
6.如权利要求5所述的排气混合组件，其中所述螺旋状叶片具有：第一平坦段，所述第一平坦段从所述前导边缘延伸到所述中心部分的所述第一端，从而形成楔形面板；以及第二平坦段，所述第二平坦段从所述中心部分的所述第二端延伸到所述末端边缘，从而也形成楔形面板，并且其中所述第一平坦段和所述第二平坦段各自与所述排气通道的中心轴线和进入的排气流的方向垂直地对准。
7.如权利要求6所述的排气混合组件，其中所述第一平坦段和所述第二平坦段沿着所述螺旋状叶片的长度彼此偏移，所述长度与所述排气通道的所述中心轴线平行。
8.如权利要求7所述的排气混合组件，其中螺旋形气流通道在所述第一平坦段处和所述第二平坦段处的横截面宽度比所述气流通道沿着所述螺旋状叶片的所述中心部分的横截面宽度窄，并且其中所述第一平坦段的尺寸和几何形状等于所述第二平坦段的尺寸和几何形状。
9.如权利要求3所述的排气混合组件，其中所述喷射装置与垂直于所述中心轴线的平面平行并且在所述平面内相对于所述螺旋状叶片的所述前导边缘以某一角度倾斜。
10.如权利要求9所述的排气混合组件，其中所述喷射装置联接到一个或多个DEF储存器并且包括将DEF作为液滴从所述储存器直接引入到所述排气通道中的元件，并且其中所述液滴以30度的锥角被喷洒到所述排气通道中。
11.如权利要求10所述的排气混合组件，其中所述喷射装置相对于所述螺旋状叶片的所述前导边缘倾斜24度，并且其中所述DEF被所述喷射装置在与所述螺旋状叶片的螺旋方向相对的方向上喷洒到所述排气通道中。
12.一种用于车辆的排气通道的混合组件，所述混合组件包括：
喷射装置，所述喷射装置被配置成将柴油机排气处理液(DEF)输送到排气流；以及
螺旋状叶片，所述螺旋状叶片定位在喷射器的下游并且限定螺旋形气流通道，所述螺旋状叶片的前导边缘被布置成相对于所述排气通道的中心轴线与所述喷射装置相对。
13.如权利要求12所述的混合组件，其中所述螺旋状叶片沿着第一方向从第一上游端到第二下游端成螺旋状，并且其中所述螺旋状叶片的外边缘与所述排气通道的壁齐平并共面接触，所述外边缘与所述壁之间的联接部被塑形为防止排气流过所述联接部。
14.如权利要求13所述的混合组件，其中所述喷射装置被配置成沿着第二方向将所述DEF作为液体或蒸气喷射直接喷洒到所述排气通道中，所述第二方向与所述第一方向相对。
15.如权利要求14所述的混合组件，其中通过所述螺旋状叶片的螺旋形气流通道长度比沿着所述排气通道的中心轴线测得的所述螺旋状叶片的长度长，并且其中所有排气流被迫接触所述螺旋状叶片的至少一部分，并且在离开所述螺旋状叶片并到达排放后处理装置之前围绕所述中心轴线至少部分地呈圆形流动。
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