CN115405398A - 用于车辆排气系统的混合器组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆排气气体系统的混合器，包括混合器壳体，其限定内部腔体，并具有构造成接收排气气体的混合器入口和将排气气体引导到下游排气部件的混合器出口。流动装置构造成接收来自混合器入口的排气气体，并促进排气气体与引入到第一流动装置中的还原剂的混合。该流动装置包括以主体中心轴线居中的文丘里管主体，其包括构造成接收来自混合器入口的排气气体的主体入口和构造成向混合器出口提供排气气体的主体出口。文丘里管主体还包括从混合器壳体的内部表面延伸到主体出口下游的远侧边缘的百叶状件。上游叶片定位在文丘里管主体内，靠近主体入口，并联接到以上游叶片毂轴线居中的上游叶片毂。下游叶片定位在文丘里管主体内，靠近主体出口，并联接到以下游叶片毂轴线居中的下游叶片毂。上游叶片毂轴线以一偏移距离从主体中心轴线径向偏移，并且/或者下游叶片毂轴线以偏移距离从主体中心轴线径向偏移。

Description

用于车辆排气系统的混合器组件
技术领域
本申请总体上涉及用于内燃机的车辆排气系统的领域，更具体地涉及用于这种排气系统的混合器。
背景技术
排气系统包括催化器部件，用于减少排放。排气系统包括注射系统，该注射系统在用于减少NOx排放的选择性催化还原(SCR)催化器的上游注射柴油机排气流体(DEF)、或诸如尿素和水的溶液的还原剂。该注射系统包括定量器，该定量器经由注射阀将流体喷洒入排气流。混合器用于将引入的还原剂与排气气体流混合。
发明内容
在一个示例性实施例中，用于车辆排气气体系统的混合器包括混合器壳体，该混合器壳体限定内部腔体，并具有构造成接收排气气体的混合器入口和将排气气体引导到下游排气部件的混合器出口。流动装置构造成接收来自混合器入口的排气气体，并促进排气气体与引入到第一流动装置中的还原剂的混合。该流动装置包括以主体中心轴线居中的文丘里管主体，该文丘里管主体包括构造成接收来自混合器入口的排气气体的主体入口和构造成向混合器出口提供排气气体的主体出口。该文丘里管主体还包括百叶状件(栅格，隔板，louver)，该百叶状件从混合器壳体的内部边缘延伸到主体出口下游的远侧边缘。上游叶片定位在文丘里管主体内，靠近主体入口，并联接到以上游叶片毂轴线居中的上游叶片毂。下游叶片定位在文丘里管主体内，靠近主体出口，并联接到以下游叶片毂轴线居中的下游叶片毂。上游叶片毂轴线以偏移距离从主体中心轴线径向偏移，并且/或者下游叶片毂轴线以偏移距离从主体中心轴线径向偏移。
在上述混合器的另一非限制性实施例中，流动装置包括在主体入口处的漏斗状边缘，该漏斗状边缘在径向方向上与混合器壳体的内表面间隔开，并且其中该漏斗状边缘构造成将排气气体的大部分从混合器入口引导到文丘里管主体中。
在任何上述混合器的另一非限制性实施例中，漏斗状边缘在垂直于主体中心轴线的方向上延伸，并且其中百叶状件相对于该漏斗状边缘处于偏移角度。
在任何上述混合器的另一非限制性实施例中，偏移角度在40度到60度之间。
在任何上述混合器的另一非限制性实施例中，流动装置包括在主体出口处的护罩，并且其中百叶状件不与该护罩接触。
在任何上述混合器的另一非限制性实施例中，百叶状件具有第一边缘，该第一边缘固定到混合器壳体的内部表面并延伸到主体出口下游的远侧边缘。
在任何上述混合器的另一非限制性实施例中，第二边缘在第一边缘的下游。
在另一个示例实施例中，用于车辆排气气体系统的混合器包括混合器壳体，该混合器壳体限定内部腔体，并具有构造成接收排气气体的混合器入口和将排气气体引导到下游排气部件的混合器出口。流动装置构造成接收来自混合器入口的排气气体，并促进排气气体与引入到第一流动装置中的还原剂的混合。该流动装置包括以主体中心轴线居中的文丘里管主体，该文丘里管主体包括构造成接收来自混合器入口的排气气体的主体入口和构造成向混合器出口提供排气气体的主体出口。百叶状件从混合器壳体延伸，与混合器壳体的内部表面成非垂直的角度。上游叶片定位在文丘里管主体内，靠近主体入口，并联接到上游叶片毂，该上游叶片毂以上游叶片毂轴线居中并以偏移距离从主体中心轴线径向偏移，第一上游叶片构造成促进文丘里管主体内排气气体的涡旋。
在另一个示例实施例中，用于车辆排气气体系统的混合器包括混合器壳体，该混合器壳体限定内部腔体，并具有构造成接收排气气体的混合器入口和将排气气体引导到下游排气部件的混合器出口。流动装置构造成接收来自混合器入口的排气气体，并促进排气气体与引入到第一流动装置中的还原剂的混合。该流动装置包括以主体中心轴线居中的文丘里管主体，该文丘里管主体包括构造成接收来自混合器入口的排气气体的主体入口和构造成向混合器出口提供排气气体的主体出口。百叶状件从混合器壳体延伸，与混合器壳体的内部表面成非垂直的角度。下游叶片定位在文丘里管主体内，靠近主体出口，并联接到下游叶片毂，该下游叶片毂以下游叶片毂轴线居中并以偏移距离从主体中心轴线径向偏移，该下游叶片构造成促进主体出口下游的排气气体的涡旋。
附图说明
一个或多个的实施方式的细节由附图和以下的说明书阐述。根据说明书、附图和权利要求书，本公开的其它特征、方面和优点将变得明了，附图中：
图1示意性地示出了根据本公开的排气系统的一个示例；
图2是图1所示的系统的混合器的剖视图；
图3是图2所示的混合器的前视图；
图4是类似于图2的剖视图，但有附加的特征；以及
图5是混合器的另一个示例的剖视图。
具体实施方式
图1示出了车辆排气系统10，该车辆排气系统10将由发动机12产生的热排气气体引导通过各种排气部件，以如已知的那样减少排放并控制噪音。在一个示例构造中，至少一个管14将离开发动机12的排气歧管的发动机排气气体引导到一个或多个排气气体后处理部件中。在一个示例中，排气气体后处理部件包括柴油氧化催化器(DOC)16，以及可选的柴油微粒过滤器(DPF)18，该柴油微粒过滤器用于如已知的那样从排气气体中去除污染物。
DOC 16和可选的DPF 18的下游是具有入口24和出口26的选择性催化还原(SCR)催化器22。可选地，部件22可包括构造成执行选择性催化还原功能和微粒过滤器功能的催化器。SCR 22的出口26将排气气体连通到下游排气部件28，并且该排气气体最终经由尾管20离开进入大气。各种下游排气部件28可包括以下部件中的一个或多个：管、过滤器、阀、催化器、消声器等。这些排气系统部件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进行安装。
在一个示例中，混合器30定位在DOC 16或DPF 18的出口的下游和SCR 22的入口24的上游。例如，DOC/DPF和SCR可以是串联的或并联的。混合器30用于促进排气气体的混合。
注射系统32用于将诸如柴油排气流体(DEF)的还原剂注射到SCR催化器22上游的排气气体流中，使得混合器30可以将DEF和排气气体彻底地混合在一起。注射系统32包括流体供应罐34、定量器36以及如已知的那样控制流体的注射的控制器38。在一个示例中，定量器36将DEF注射到混合器30中，如图1所示。在其它的示例中，定量器36可以在诸如混合器30的上游的其他位置处将DEF注射到排气系统中。
控制系统包括控制器38，其根据排气气体温度、背压、时间等中的一个或多个来控制DEF的注射。控制器38可以是专用的电子控制单元，也可以是与车辆系统控制单元或子系统控制单元相关联的电子控制单元。控制器38可以包括处理器、存储器、以及经由本地界面进行通信联接的一个或多个输入和/或输出(I/O)设备界面。控制器38可以是用于运行软件、特别是存储在存储器中的软件的硬件设备。
混合器30用于产生排气气体的涡旋运动或旋转运动。图2-5更详细地示出了混合器30。混合器30具有入口端40和出口端42，入口端40构造成接收发动机排气气体，而出口端42构造成将涡旋的发动机排气气体与由所注射流体转化的产物的混合物引导到SCR催化器22。
图2示出了根据一示例实施例的混合器50。混合器50包括具有外部表面54并在内部表面56中限定内部腔体58的混合器壳体52。混合器壳体52具有将排气气体接收到混合器50中的混合器入口60和提供来自混合器50的排气气体的混合器出口62。在一个示例中，混合器入口60接收来自柴油微粒过滤器18的排气气体，而混合器出口62将排气气体提供到SCR催化器22。混合器壳体42包括注射器或定量器端口64，还原剂通过该注射器或定量器端口被引入到内部腔体中58以与排气气体混合。
混合器50包括将混合器50分段成多个级的一个或多个流动装置。多个流动装置中的每一个构造成改变排气气体与还原剂的混合物的流动，使得各流动装置一起在混合器出口62处提供均匀分布。这样的流动分布允许SCR催化剂具有高转换效率。
如图2所示，混合器50包括第一流动装置66。注射还原剂通过的端口64面向第一流动装置66。端口64限定了通常垂直于混合器壳体52的中心轴线A的注射轴线I。在其他示例中，注射轴线I可以相对于中心轴线A处于非垂直的角度。
混合器50在轴向方向上可按比例缩放，例如，在沿着轴线A的长度方面可按比例缩放，且其在径向方向上可按比例缩放，例如，在直径方面可按比例缩放。通过可按比例缩放，混合器50可用于各种应用场合中，其中在任何类型的应用场合中需要不同的长度和/或直径。
如图2所示，第一流动装置66示出为包括漏斗状边缘68、文丘里管主体70和百叶状件72。百叶状件72包括与文丘里管主体70分离的构件，即，不与文丘里管主体70接触，并从混合器壳体52的内部表面56朝轴线A向内延伸。漏斗状边缘68与文丘里管主体70毗连。漏斗状边缘68形成为将排气气体的大部分从混合器入口60引导到文丘里管主体70中。漏斗状边缘68还允许排气气体的一部分首先绕开文丘里管主体60，进入第一流动装置66与混合器50之间的区域。漏斗状边缘68可以相对于混合器50的中心轴线A具有各种角度。例如，角度可以包括九十度、四十五度、三十度、十五度等。此外，漏斗状边缘68可具有相对于主体外径的各种高度。通过调节漏斗状(汇集)边缘68的高度，可以将更多或更少的排气气体引导到第一流动装置66中，并且可以将更多或更少的排气气体引导到第一流动装置66周围。
文丘里管主体70包括主体入口74和主体出口76。主体入口74接收来自混合器入口60的排气气体。漏斗状边缘68在主体入口74处，并且在径向方向上与混合器壳体52的内表面56间隔开。在一个示例中，漏斗状边缘68在垂直于中心轴线A的方向上延伸。在一个示例中，百叶状件72在主体出口76处，并且与混合器壳体52的内部表面56成偏移角度K。在一个示例中，该偏移角度K在40度到60度之间。
在一个示例中，百叶状件72包括基本上平面的主体73，该基本上平面的主体73相对于内部表面56成角度，并在第一80与第二82边缘或端部之间延伸。第二边缘/端部82固定到混合器壳体52的内部表面56。主体73从内部表面56处的第二边缘/端部82径向向内延伸到不与任何其他结构接触的第一边缘/端部80。如图2所示，主体73在第一端部80与第二端部82之间以偏移角度K、沿大致是线性的路径延伸。百叶状件72还可以包括圆锥形环或其他支承结构，用于在制造和操作中更好地支承百叶状件(格栅、隔板)72。圆锥形环在第一边缘80处具有径向内周，而在第二边缘82处具有径向外周。
虽然百叶状件72示出为大致是线性的，但百叶状件72可以具有在方向、厚度和远离混合器壳体52的角度上改变的子部段，使得百叶状件72远离文丘里管主体70成角度并且不与文丘里管主体70相交。
在一个示例中，百叶状件72的第一边缘或端部80在百叶状件72的第二边缘或端部82的下游，如由偏移角度K所限定的。在一个示例中，第二端部82在径向方向上与文丘里管主体70的主体出口76对准，而第一端部80在轴向方向上与主体出口76对准。可选地，第二端部82可相对于主体出口76向上游或向下游移动。可选地，百叶状件72可以伸长，使得第一端部80相对于主体出口76径向向内，或者百叶状件72可以缩短，使得第一端部80相对于主体出口76径向向外。
文丘里管主体70可以是圆形、圆锥形、截头圆锥形、空气动力学(形状)的或其他类似的形状。百叶状件72用于引导流动沿着流动装置66通过混合器50。在各种实施例中，百叶状件72提供用于气体在文丘里管主体70与混合器50之间流动的定向路径，使得排气气体可以穿过或绕开百叶状件72并重定向排气气体流。通过百叶状件72，流以较少湍流的方式重定向。然而，如在本文中更详细地解释的，在一些实施例中，百叶状件72具有孔，排气气体的一部分可能通过这些孔来穿过百叶状件72。
虽然百叶状件72在图中示出为基本上直的，但在替代实施例中，在百叶状件72的第一端部80与第二端部82之间的路径可以是弯曲的或是其他(形式)的，以产生凹入或凸出的百叶状件72。沿着第一百叶状件72的角度的变化将类似地改变穿过第一流动装置66的排气气体的流动路径。
根据各种实施例，文丘里管主体70的直径为：
0.25D0≤dV≤0.9D0
其中文丘里管主体70由直径dV限定，混合器50由大于dV的内径D0限定(图4)。在文丘里管主体70处测量的静压由下式给出：
PC＝P0–((D0/dV)4–1)*(1/2)ρv0 2
其中PC是在文丘里管主体70处的绝对静压，其中P0是文丘里管主体70上游的绝对静压(例如，由压力传感器(转换器)测量的、由传感器测量的等)，其中ρ是排气气体的密度，且其中v0是文丘里管主体70上游的流速(例如，由传感器测量的等)。由于文丘里管主体70与混合器50之间的直径差异，文丘里管主体70产生低压区域。低压区域加强了还原剂的分解、普通扩散和湍流扩散以及还原剂液滴的混合。
如图3所示，第一流动装置66还包括具有多个上游叶片86和多个上游叶片孔88的上游混合器84。孔88在它们之间间隔开以提供涡旋流，从而产生附加的低压区域，并通过延长第一流动装置66的混合轨迹来促进混合。上游混合器84构造成接收来自混合器入口60的排气气体并将排气气体提供到文丘里管主体70中。上游叶片86还附连到上游叶片毂90并与之相一致，该上游叶片毂90从文丘里管主体70的中心轴线径向地偏移。径向偏移产生几何形状可变的叶片，因为从上游叶片毂90到文丘里管主体70的径向距离根据径向方向而不同。偏移的范围可以为：
0≤HU偏移≤0.25dV
其中dV是文丘里管直径，HU偏移是上游叶片毂中心相对于文丘里管中心轴线的径向偏移量，相应地相对于混合器中心轴线的径向偏移量，如图3所示。
单独的角度也可以改变，以获得不同叶片之间所需的流动分流。可变几何形状叶片设计可以优化，以优选地将流动重定向以增加液滴轨迹，并从而改进还原剂液滴与排气气体的混合，以及在文丘里管壁上实现高剪切速度，以最小化沉积物(例如，尿素沉积物等)形成的可能性。此外，这些叶片86可具有有助于干扰流动的弯曲边缘，从而使冲击最小化。
上游叶片86是静止的，并且不会在文丘里管主体70内移动。以这种方式，上游混合器84的制造可较不复杂且较便宜。上游叶片86在相邻的上游叶片86之间提供多个开口88，使得每个上游叶片86独立地使排气气体涡旋，并且使得上游叶片86在排气气体中共同地形成涡旋流。
上游叶片86形成为弯曲的、成角度的、弯折的等，并定位为引起排气气体和还原剂的涡旋流动，以形成混合物。在各种实施例中，上游叶片86是基本上直的(例如，基本上沿着平面设置，沿着上游叶片86具有基本上恒定的斜率等)。在其它实施例中，上游叶片86是弯曲的(例如，并非基本上沿着平面布置的，沿着上游叶片86具有不同的斜度的，具有相对于上游叶片86的其余部分弯曲的边缘的等等)。在其他实施例中，相邻的上游叶片86定位成在彼此上方延伸。在这些实施例中，上游叶片86可以是直的和/或弯曲的。在具有多个上游叶片86的实施例中，每个上游叶片86可以独立地构造，使得上游叶片86单独地定制以实现第一流动装置66的目标构造，从而使混合器50针对于目标应用场合定制。
每个上游叶片86由与该上游叶片86产生的涡旋相关的叶片角度(例如，相对于叶片毂中心轴线的角度等)限定。叶片角度可以限定在叶片边缘线(例如，与叶片的成角度部分的径向最外部周向边缘同轴的线)与叶片毂中心轴线之间。如果叶片边缘线和叶片毂中心轴线不相交，则叶片角度限定在叶片毂中心轴线与由叶片边缘线和以下交点限定的平面之间，所述交点是叶片毂中心轴线与由各叶片的上游边缘形成的平面的交点。每个上游叶片86的叶片角度可以不同于上游叶片86中任何其它叶片的叶片角度。根据各种实施例，第一流动装置66包括上游叶片86，该上游叶片86具有45度到90度之间的叶片角度。类似地，第一流动装置66可包括任意数量的上游叶片86。在一些实施例中，第一流动装置66包括四到十二个上游叶片86。
上游叶片孔88共同限定了开口区域。然而，上游叶片孔88的尺寸部分地与上游叶片毂90的直径有关。根据各种实施例，上游叶片毂90的直径由下式给出：
0.05dV≤DH≤0.25dV
其中DH是上游叶片毂90的直径。在应用中，可以改变上游叶片86的数量、上游叶片86的叶片角度和上游叶片毂90的直径中的任何一个，以优化排气气体和还原剂的流动的改进、还原剂的混合的改进以及最小化压降的改进。上游混合器84可以构造成使得上游叶片86绕上游叶片毂90对称地或不对称地布置。
第一流动装置66包括下游混合器92，该下游混合器92包括下游叶片94。应当理解，如参考图2所示和描述的，下游混合器92可包括在本文所讨论的混合器50的任何实施例中。
下游叶片94附连到下游叶片毂96，该下游叶片毂96不从混合器50的中心轴线径向地偏移。然而，下游叶片毂96也可任选地在以下范围内偏移
0≤HD偏移≤0.25dV
其中dV是文丘里管直径，HD偏移是下游叶片毂中心相对于文丘里管中心轴线的径向偏移量，相应地是相对于混合器中心轴线的径向偏移量，如图3所示。HD偏移可以具有与上游叶片毂的偏移量HU偏移相同的量和相同的径向方向，但是它也可以独立于上游叶片毂的偏移量。这种偏移再次产生几何形状可变的叶片，因为从下游叶片毂到文丘里管主体的径向距离根据径向方向而不同。下游叶片毂96联接到文丘里管主体70。下游叶片94可以与上游叶片86类似或不同。每个下游叶片94的末端可以通过气隙与文丘里管主体70间隔开，使得排气气体可以在每个下游叶片94的末端与文丘里管主体70之间通过。
下游混合器92包括在多个下游叶片94之间间隔开的多个下游叶片孔。以这种方式，多个上游叶片和多个下游叶片孔在第一流动装置66内提供涡旋流。下游叶片94附连到文丘里管主体70并与文丘里管主体70相一致，使得排气气体只能通过下游叶片孔离开文丘里管主体70。多个上游叶片孔与多个下游叶片94协配，以使排气气体以有利于还原剂和排气气体混合的涡旋流进入第一流动装置66。
在图2所示的实施例中，上游叶片86位于引入还原剂的位置上游，而下游叶片94位于引入还原剂的位置下游。在该实施例中，上游叶片86在第一方向上产生第一涡旋流，下游叶片94在第二方向上产生第二涡旋流，该第二方向可以与第一方向相同或与第一方向相反。
图3示出了具有不同几何形状的涡旋混合器叶片的示例。叶片毂已经在叶片V1的叶片边缘方向上移动，从而形成叶片86，其中叶片边缘的长度从叶片边缘长度L1增加到叶片边缘长度L4(逆时针移动)。与V1、V2和V3相比，叶片V4的弯折角度也更大，从而形成更大的开口，并允许更高分数的总流量通过它。在图3中，这在V4与V5之间的间隙处用加号“+”表示(指示较小的叶片打开角度)，在V1与V2、V2与V3、V3与V4之间的间隙处分别用减号“-”表示(指示较大的叶片打开角度)。叶片涡旋混合器的每个叶片的叶片角度可以是不同的。
图3示出了一个实施例中的组合式上游叶片100。组合式上游叶片100可以以各种方式形成。在各种实施例中，组合式上游叶片100由折叠平坦(例如，以90度的叶片角度等)的大上游叶片86形成。在这些实施例中，大上游叶片86可以是其它上游叶片86尺寸的两倍。在其它实施例中，组合式上游叶片100由第一上游叶片V5和第二相邻且毗连的上游叶片V6形成。在这些实施例中，第一相邻的上游叶片V5和第二相邻的上游叶片V6各自具有90度的叶片角度，然后第一相邻的上游叶片V5和第二相邻的上游叶片V6直接地连结(例如，第一相邻的上游叶片V5和第二相邻的上游叶片V6中的每一个的相邻边缘附连在一起等)或者间接地连结(例如，跨越构件附连到第一相邻的上游叶片V5和第二相邻的上游叶片V6中的每一个等)。
叶片边缘还可以与朝着文丘里管中心引导的定量器注射轴线I成角度γ，该角度γ限定在定量器注射轴线I与周向最靠近的叶片的径向边缘之间。角度γ可以在±360/2n之间，其中n是叶片的数量(同时计算了打开和关闭的叶片)。在图3所示的实施例中，角度γ限定在定量器注射轴线I与最靠近定量器注射轴线的叶片V5的边缘之间。在n＝6的叶片涡旋混合器中，如图3所示，角度γ可以在-30度(图3中的逆时针方向)和+30度(图3中的顺时针方向)之间。为了便于计算，组合式叶片可以总是被视为单独的关闭叶片，类似于图3所示的叶片V5和V6。
图4示出了混合器50的剖视图。上游混合器84位于端口64的上游。上游混合器84用于在上游混合器84下游的第一流动装置66内产生排气气体涡旋流。由上游混合器84产生的涡旋流有助于还原剂在上游混合器84与下游叶片94之间的排气气体中的分布，使得当排气气体遇到下游叶片94时，还原剂基本上均匀地分布在排气气体内。
文丘里管主体70由主体中心轴线AV限定。文丘里管主体70以主体中心轴线AV居中(例如，文丘里管主体70的形心与主体中心轴线AV重合等)。上游叶片毂90以偏移轴线hr居中。如图3中可见的，偏移轴线hr的径向偏移量HU偏移导致在文丘里管主体70上积聚的任何还原剂基本上重新分布到第一流动装置66下游的排气气体。虽然在图4中偏移轴线hr以径向偏移量HU偏移从文丘里管中心轴线AV偏移远离孔，但是应当理解，偏移轴线hr可以以径向偏移量HU偏移从文丘里管中心轴线AV朝着孔偏移，或者在任何径向方向上以径向偏移量HU偏移从文丘里管中心轴线AV朝着文丘里管主体70偏移。
文丘里管主体70包括主体入口74和主体出口76。入口具有直径dV，出口具有通常小于直径dV的直径dS。直径dV和直径dS各自小于混合器50的直径D0。在各种实施例中，混合器50和第一流动装置66构造成：
0.4D0≤dV≤0.9D0
0.7dV≤dS≤dV
0≤hr≤0.1D0。
在各种实施例中，漏斗状边缘68从主体入口74朝着混合器50径向突出一段距离hi。在各种实施例中，第一流动装置66构造成：
0≤hi≤0.1dV
通过改变距离hi，可以优化进入第一流动装置66和/或排气气体引导孔的排气气体流。
还原剂从端口64流过排气气体引导孔102。排气气体引导孔102通常是圆形的，并由直径de限定。在各种实施例中，第一流动装置66构造成：
de＝(D0–dV–2hr)*tan((α+δ)/2)
其中，
5°≤δ≤20°
其中δ是基于第一流动装置66的构造选择的裕度，并且其中α是引导排气气体流的喷嘴的喷洒角度。在一些实施例中，排气气体引导孔102是椭圆形的。在这些实施例中，直径de可以是排气气体引导孔102的主轴线(例如，与副轴线相对的等)。
第一流动装置66还由上游混合器84与下游混合器92之间的间隔Lh限定。间隔Lh可以是上游混合器与下游混合器之间的固定距离，独立于混合器50的直径DO以及入口直径dV或出口直径dS。这实现了混合器直径的较宽的按比例缩放的选择范围，同时保持混合器50的总长度最小。以前的排气气体混合器不能够独立于混合器长度来按比例缩放排气气体混合器的直径。这允许增加排气气体混合器直径，而不增加将叶片涡旋混合器装配在排气单元内所需的长度。混合器50的直径DO和文丘里管入口直径dV可以基于空间要求和应用场合的性能目标而改变。混合器50的直径DO可以在8英寸(20.32cm)至15英寸(38.1cm)的范围内，而文丘里管入口直径dV可以在2英寸(5.08cm)至13.5英寸(34.29cm)的范围内，同时保持间距Lh恒定。
文丘里管主体70包括护罩78。应当理解，如参考图4所示和描述的护罩78可包括在本文所讨论的混合器50的任何实施例中。
护罩78限定了文丘里管主体70的下游端，并因此由直径dS限定。在各种实施例中，护罩78的形状为圆柱形或锥形(例如，截头圆锥形等)。护罩78可有助于减少因下游混合器92产生的离心力引起的排气气体分层。此外，护罩78可以向下游混合器92提供结构支承，比如当除了下游叶片毂96之外下游叶片94附连到护罩78时。护罩78由相对于与文丘里管中心轴线AV和混合器中心轴线平行的轴线的角度Φ限定。在各种实施例中，第一流动装置66构造成：
Φ≤50°
由于成这样的角度，角度M大于(90-Φ)。
在一些实施例中，混合器50的流动装置中的至少一个相对于混合器中心轴线成角度。例如，第一流动装置66可以构造成使得文丘里管中心轴线AV从混合器中心轴线向上倾斜(例如，相对于混合器中心轴线成正角度等)，或者使得文丘里管中心轴线AV从混合器中心轴线向下倾斜(例如，相对于混合器中心轴线成负角度等)。
上游叶片86可以与文丘里管主体70间隔开间隙g。在各种实施例中，第一流动装置66构造成：
0≤g≤0.15dV
间隙g可以减轻还原剂沉积物在文丘里管主体70上的积聚。间隙g用于产生沿着文丘里管主体70(例如，在文丘里管体70的内表面上等)引导的排气气体的基本上轴向的流动。以这种方式，间隙g可以使通过上游叶片86的排气气体的流动(例如，主切向流动等)与上述轴向流动以及绕第一流动装置66的排气气体的流动相平衡。代替间隙g，或除了间隙g之外，上游叶片86可以包括排气气体可以流过的(多个)槽或孔。
在图4中，下游叶片94示出为与护罩78接触，使得在每个下游叶片94的至少一部分与护罩78之间不存在间隙。在一些实施例中，下游叶片94可以与护罩78间隔开间隙gv。在各种实施例中，第一流动装置66构造成：
0≤gv≤0.15dV。
间隙g可以减轻还原剂液滴在护罩78上的积聚。间隙g用于产生沿着护罩78(例如，在护罩78的内表面上等)引导的排气气体的基本上轴向的流动。代替间隙gv，或除了间隙gv之外，下游叶片94可以包括排气气体可以流过的(多个)槽或孔。
在一些实施例中，每个上游叶片86的末端附连(例如，焊接、联接等)到文丘里管主体70。每个上游叶片86由相对于上游叶片86的上游叶片毂90的上游叶片毂中心轴线的上游叶片角度限定。类似地，每个下游叶片94的下游叶片角度相对于下游叶片毂96的下游叶片毂中心轴线限定。每个上游叶片86的上游叶片角度可以不同于上游叶片86中任何其它叶片的上游叶片角度。在各种实施例中，相对于下游叶片毂96的下游叶片毂中心轴线，每个上游叶片86的上游叶片角度在45度到90度(包括在内)之间，并且每个下游叶片94的下游叶片角度在45度到90度(包括在内)之间。
上游叶片角度对于每个上游叶片可以是不同的，而下游叶片角度对于每个下游叶片可以是不同的。
图5示出了混合器50内排气气体的流动，并示出了当遇到第一流动装置66时排气气体的行为。第一流动装置66上游的排气气体分成主要流动110和绕开的流动112。主要的流动110被提供到第一流动装置66中。
在一些实施例中，绕开的流动112是绕开的流动112和主要的流动110的总和(例如，总流量等)的5-40％(包括在内)。在这些实施例中，主要的流动110是绕开的流动112和主要的流动110的总和(例如，总流量等)的60-95％(包括在内)。因此，在混合器50包括六个上游叶片86的情况下，相邻的上游叶片86之间的每个间隙接收绕开的流动112和主要的流动110的总和(例如，总流量等)的6-16％(包括在内)。
主要的流动110和绕开的流动112限定了流动分流。流动分流是绕开的流动112与主要的流动110的比率，表示为主要的流动110的百分比。流动分流是取决于直径dV、直径de和距离hi的。通过改变流动分流，可以执行对第一流动装置66的目标混合性能(例如，基于计算流体动力学分析等)、目标沉积物形成(例如，在目标时间段内形成的沉积物的目标量等)和目标压降(例如，第一流动装置66上游的排气气体的压力与第一流动装置66下游的排气气体的压力的比较等)的优化，使得第一流动装置66可以针对目标应用场合进行定制。在各种实施例中，流动分流比率在5％到70％(包括在内，包含端点)之间。也就是说，绕开的流动112在主要的流动110的5％到70％(包括在内)之间。
绕开的流动112分为转向的流动114和隔离的流动116。转向的流动114与通过端口64提供到第一流动装置66的还原剂混合。例如，绕开的流动112可以作为转向的流动114直接通过排气气体引导孔102进入文丘里管主体70。隔离的流动116对文丘里管主体70中的孔102旁通，并沿着内部表面56流动，直到该流动116接触百叶状件72的上游表面120。该流动116然后沿着由偏移角度K限定的路径在径向向内的方向上被引导，从而与离开文丘里管主体70的主体出口76的还原剂和排气气体的混合物混合。
根据图5所示的实施例，主要的流动110穿过上游叶片86，与还原剂和转向的流动114混合，然后穿过下游叶片94，穿过护罩78，并离开主体出口76。
尽管在本公开的附图中图示了特定的部件关系，但是这些图示并不旨在限制本公开。换句话说，所示的各种部件的放置和定向可以在本公开的范围内变化。此外，本公开所附的各种附图不一定按比例绘制，并且一些特征可能被夸大或最小化以示出特定部件的某些细节。
上述描述本质上是示例性的而不是限制性的。对于所公开的示例的变型和改型对于本领域技术人员而言可变得明了，而不必脱离本公开的实质。因此，只能通过研究以下权利要求书来确定给予本公开的法律保护范围。

Claims (20)

1.一种用于车辆排气气体系统的混合器，所述混合器包括：
混合器壳体，其限定内部腔体，并具有构造成接收排气气体的混合器入口和将排气气体引导到下游排气部件的混合器出口；
流动装置，其构造成从所述混合器入口接收所述排气气体，并构造成促进所述排气气体与引入到第一流动装置中的还原剂的混合；
其中所述流动装置包括以主体中心轴线居中的文丘里管主体，并且其中所述文丘里管主体包括：
主体入口，其构造成接收来自所述混合器入口的所述排气气体，以及
主体出口，其构造成向所述混合器出口提供所述排气气体，
百叶状件，其从所述混合器壳体的内部表面延伸到所述主体出口下游的远侧边缘；
上游叶片，其定位在所述文丘里管主体内，靠近所述主体入口，并联接到以上游叶片毂轴线居中的上游叶片毂，以及
下游叶片，其定位在所述文丘里管主体内，靠近所述主体出口，并联接到以下游叶片毂轴线居中的下游叶片毂，并且
其中，至少有一个如下情况：
所述上游叶片毂轴线以偏移距离从所述主体中心轴线径向偏移；或
所述下游叶片毂轴线以偏移距离从所述主体中心轴线径向偏移。
2.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述流动装置包括在所述主体入口处的漏斗状边缘，所述漏斗状边缘在径向方向上与所述混合器壳体的内部表面间隔开，并且其中所述漏斗状边缘构造成将所述排气气体的大部分从所述混合器入口引导到所述文丘里管主体中。
3.根据权利要求2所述的混合器，其特征在于，所述漏斗状边缘在垂直于所述主体中心轴线的方向上延伸，并且其中所述百叶状件相对于所述混合器壳体的所述内部表面处于偏移角度。
4.根据权利要求3所述的混合器，其特征在于，所述偏移角度在40度到60度之间。
5.根据权利要求3所述的混合器，其特征在于，所述流动装置包括在所述主体出口处的护罩，并且其中所述百叶状件不与所述护罩接触。
6.根据权利要求5所述的混合器，其特征在于，所述百叶状件具有第一边缘，所述第一边缘固定到所述混合器壳体的所述内部表面并延伸到所述主体出口下游的所述远侧边缘。
7.根据权利要求6所述的混合器，其特征在于，所述第一边缘在径向方向上与所述主体出口对准，并且其中所述远侧边缘在轴向方向上与所述主体出口对准。
8.一种用于车辆排气气体系统的混合器，所述混合器包括：
混合器壳体，其限定内部气体，并具有构造成接收排气气体的混合器入口和将排气气体引导到下游排气部件的混合器出口；
流动装置，其构造成从所述混合器入口接收所述排气气体，并促进所述排气气体与引入到第一流动装置中的还原剂的混合；
其中所述流动装置包括以主体中心轴线居中的文丘里管主体，并且其中所述文丘里管主体包括：
主体入口，其构造成接收来自所述混合器入口的所述排气气体，
主体出口，其构造成向所述混合器出口提供所述排气气体，
百叶状件，其从所述混合器壳体的内部表面以非垂直的角度在远离所述文丘里管主体的下游方向上延伸，以及
上游叶片，其定位在所述文丘里管主体内，靠近所述主体入口，并联接到上游叶片毂，所述上游叶片毂以上游叶片毂轴线居中并以偏移距离从所述主体中心轴线径向偏移，所述第一上游叶片构造成促进所述文丘里管主体内所述排气气体的涡旋。
9.根据权利要求8所述的混合器，其特征在于包括下游叶片，所述下游叶片定位在所述文丘里管主体内，靠近所述主体出口，并联接到以下游叶片毂轴线居中的下游叶片毂。
10.根据权利要求8所述的混合器，其特征在于，所述百叶状件从所述混合器壳体的所述内部表面以40度到60度之间的非垂直的角度延伸。
11.根据权利要求8所述的混合器，其特征在于，所述流动装置包括在所述主体入口处的漏斗状边缘，所述漏斗状边缘在径向方向上与所述混合器壳体的内部表面间隔开，并且其中所述漏斗状边缘构造成将所述排气气体的大部分从所述混合器入口引导到所述文丘里管主体中。
12.根据权利要求11所述的混合器，其特征在于，所述漏斗状边缘在垂直于所述主体中心轴线的方向上延伸，并且其中所述非垂直的角度在40度到60度之间。
13.根据权利要求11所述的混合器，其特征在于，所述流动装置包括在所述主体出口处的护罩，并且其中所述百叶状件不与所述护罩接触。
14.根据权利要求13所述的混合器，其特征在于，所述百叶状件具有固定到所述混合器壳体的所述内部表面的第一边缘和不与所述护罩接触的第二边缘，并且其中所述第二边缘在所述第一边缘的下游。
15.一种用于车辆排气气体系统的混合器，所述混合器包括：
混合器壳体，其限定内部腔体，并具有构造成接收排气气体的混合器入口和将排气气体引导到下游排气部件的混合器出口：
流动装置，其构造成从所述混合器入口接收所述排气气体，并构造成促进所述排气气体与引入到第一流动装置中的还原剂的混合；
其中所述流动装置包括以主体中心轴线居中的文丘里管主体，并且其中所述文丘里管主体包括：
主体入口，所述主体入口构造成接收来自所述混合器入口的所述排气气体，
主体出口，所述主体出口构造成向所述混合器出口提供所述排气气体，
百叶状件，所述百叶状件从所述混合器壳体延伸，与所述混合器壳体的内部表面成非垂直的角度，
下游叶片，所述下游叶片定位在所述文丘里管主体内，靠近所述主体出口，并联接到下游叶片毂，所述下游叶片毂以下游叶片毂轴线居中并以偏移距离从所述主体中心轴线径向偏移，所述下游叶片构造成促进所述主体出口下游的所述排气气体的涡旋。
16.根据权利要求15所述的混合器，包括上游叶片，其定位在所述文丘里管主体内，靠近所述主体入口，并联接到以上游叶片毂轴线居中的上游叶片毂。
17.根据权利要求15所述的混合器，其特征在于，所述百叶状件从第一边缘延伸到第二边缘，所述第一边缘固定到所述混合器壳体的所述内部表面，相对于所述混合器壳体的所述内部表面成非垂直的角度，所述第二边缘相对于所述第一边缘处于下游且不与所述文丘里管主体接触。
18.根据权利要求15所述的混合器，其特征在于，所述流动装置包括在所述主体入口处的漏斗状边缘，所述漏斗状边缘在径向方向上与所述混合器壳体的内表面间隔开，且其中所述漏斗状边缘构造成将所述排气气体的大部分从所述混合器入口引导到所述文丘里管主体中，且其中所述流动装置包括在所述主体出口处的护罩，且其中所述百叶状件不与所述护罩接触。
19.根据权利要求18所述的混合器，其特征在于，所述漏斗状边缘在垂直于所述主体中心轴线的方向上延伸，并且其中所述非垂直的角度在40度到60度之间。
20.根据权利要求18所述的混合器，其特征在于，所述百叶状件具有固定到所述混合器壳体的所述内部表面的第一边缘和在所述第一边缘下游的第二边缘，且其中所述第一边缘在径向方向上与所述主体出口对准，且其中所述远侧边缘在轴向方向上与所述主体出口对准。
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