CN115898597A - 混合器、混合器组件以及混合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混合器、混合器组件以及混合方法。其中，所述混合器包括壳体，限定第一空间，所述第一空间接收发动机排气，所述壳体具有安装区域，位于所述壳体的壁面；以及定量加料器安装座，设置于所述安装区域，用于安装定量加料器；其中，所述定量加料器安装座包括喷射入口，作为定量加料器喷射的喷雾进入所述第一空间的入口端，所述定量加料器安装座还包括第一旋流结构，围绕所述喷射入口，以使得排气在所述喷射入口周围形成旋流。

Description

混合器、混合器组件以及混合方法
技术领域
本发明涉及发动机排气处理领域，特别涉及一种混合器、排气系统以及混合方法。
背景技术
发动机排气系统通过各种上游排气部件对由发动机产生的热的排气进行处理以减少排放污染物。各种上游排气部件可包括下述部件中的一个或多个：管、过滤器、阀、催化器、消声器等。例如上游排气处理部件将排气引导到具有入口和出口的选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)催化器。出口将排气通至下游排气部件。混合器(mixer)定位在SCR催化器的入口的上游。在混合器内，排气产生涡旋(swirling)运动或旋转运动。定量加料器(doser)用于将诸如尿素水溶液之类的还原剂从SCR催化器的上游喷射到排气流中使得混合器能够将尿素和排气充分地混合在一起，排出至SCR催化器中进行还原反应生成氮气和水，以降低发动机的氮氧化物排放。定量加料器可以通过混合器的安装座固定安装，以向混合器内喷射尿素水溶液的喷雾。
在混合器中，从定量加料器喷射的尿素喷雾，需要充分分解与排气均匀混合，避免发生尿素结晶。
但现有技术的混合器仍存在改进之处，尤其是需要减少尿素结晶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合器。
本发明的另一个目的在于提供一种混合器组件。
本发明的另一个目的在于提供一种混合方法。
根据本发明一个方面的一种混合器，用于发动机排气系统，所述混合器包括：壳体，限定第一空间，所述第一空间接收发动机排气，所述壳体具有安装区域，位于所述壳体的壁面；定量加料器安装座，设置于所述安装区域，用于安装定量加料器；其中，所述定量加料器安装座包括喷射入口，作为定量加料器喷射的喷雾进入所述第一空间的入口端，所述定量加料器安装座还包括第一旋流结构，围绕所述喷射入口，以使得排气在所述喷射入口周围形成旋流。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述定量加料器安装座包括用于安装于所述安装区域的安装板，所述安装板开设有喷射入口，所述定量加料器安装座还包括旋流座，所述旋流座固定于所述安装板，所述旋流座开设有螺旋流道，所述螺旋流道围绕所述喷射入口，所述螺旋流道构成所述第一旋流结构。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述旋流座的边缘具有缺口，所述螺旋流道从所述缺口起延伸至螺旋流道的末端与所述喷射入口的轮廓线相切。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述定量加料器安装座包括用于安装于所述安装区域的安装板，所述安装板开设有喷射入口，所述定量加料器安装座还包括旋流叶片件，所述旋流叶片件围绕所述喷射入口设置，所述旋流叶片件构成所述第一旋流结构。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述定量加料器安装座包括用于安装于所述安装区域的安装板，所述安装板开设有喷射入口，所述定量加料器安装座还包括旋流座，所述旋流座固定于所述安装板，所述旋流座开设有螺旋流道，所述螺旋流道围绕所述喷射入口，所述定量加料器安装座还包括旋流叶片件，所述旋流叶片件的旋流叶片分布与所述螺旋流道的内侧，所述螺旋流道以及所述旋流叶片件构成所述第一旋流结构。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述旋流座焊接固定于所述安装板，或者所述旋流座与所述安装板为一体件。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述壳体内包括旋流锥，所述旋流锥的小端对应所述喷射入口设置，所述旋流锥的侧壁具有进气开口，所述进气开口设置有第二旋流结构。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述旋流锥的侧壁具有沿周向分布的多个进气开口，所述第二旋流结构包括设置于所述进气开口的至少一个旋流叶片。
根据本发明另一个方面的一种混合器组件，包括定量加料器以及以上任意一项所述的混合器，所述定量加料器安装于所述定量加料器安装座，所述定量加料器的喷射端部位于所述喷射入口，使得定量加料器喷射的还原剂溶液的喷雾从所述喷射入口释放至所述混合器内。
在所述混合器组件的一个或多个实施例中，所述还原剂溶液为尿素溶液。
根据本发明另一个方面的一种混合方法，用于排气与还原剂溶液的喷雾的混合，所述方法包括：还原剂溶液的喷雾从混合腔室的喷射入口进入混合腔室；至少部分的排气在所述喷射入口形成旋流的排气，且所述旋流的排气在所述喷射入口处与所述喷雾混合。
本发明的进步效果包括但不限于：
通过设置围绕喷射入口的第一旋流结构，使得定量加料器的喷雾进入混合器后立即与旋流的排气充分接触混合，使得喷雾被充分地分解，以减少尿素结晶，提升混合器的混合效果，以及使得包含其的混合器组件以及排气系统的使用寿命长。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1为一实施例的混合器组件的结构示意图。
图2为一实施例的混合器的局部结构示意图。
图3为一实施例的混合器的局部结构示意图。
图4为一实施例的混合器的定量加料器安装座的结构示意图。
图5为另一实施例的混合器的定量加料器安装座的结构示意图。
图6为又一实施例的混合器的定量加料器安装座的结构示意图。
图7为一实施例的的混合器的定量加料器安装座的流体仿真结果示意图。
图8为对比方案的混合器的尿素结晶情况的示意图。
图9为一实施例的混合器的尿素结晶情况的示意图。
图10为一实施例的混合方法的流程示意图。
附图标记：
10-混合器组件
1-混合器
11-壳体
111-安装区域
S1-第一空间
12-定量加料器安装座
120-第一旋流结构
121-喷射入口
122-安装板
123-旋流座
1230-缺口
124-螺旋通道
125-轮廓线重合区域
126-旋流叶片件
13-旋流锥
131-进气开口
132-第二旋流结构
133-旋流叶片
2-定量加料器
21-喷射端部
具体实施方式
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。
另外，如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个或多个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
如图1至图6所示的，在一些实施例中，混合器组件10可以包括混合器1以及定量加料器2。混合器1包括壳体11，限定第一空间S1，第一空间S1接收发动机排气，壳体11具有安装区域111，形成于壳体11的壁面，定量加料器2安装于安装区域111，以安装至混合器1构成混合器组件10。如图1以及图2所示的，发动机运行产生的排气可以是从壳体11的下方进入第一空间S1。
混合器1还包括定量加料器安装座12，设置于安装区域111，用于安装定量加料器2。其中，定量加料器安装座12包括喷射入口121，作为定量加料器2喷射的喷雾进入第一空间S1的入口端，如图1所示的，定量加料器2的喷射端部21位于喷射入口121，使得定量加料器2喷射的还原剂溶液的喷雾从喷射入口121释放至混合器1内部。
如图2至图7所示的，定量加料器安装座12还包括第一旋流结构120，围绕喷射入口121，以使得排气在喷射入口121周围即形成旋流，使得定量加料器2喷射的喷雾从喷射入口121进入混合器后立即与热的旋流的排气充分接触混合，使得喷雾从在混合器1内部扩散过程的开始时刻就被充分地分解，或者也可能是喷射入口121的位置容易聚集形成尿素的液滴或者液膜，而喷射入口121的旋流可以及时地将其吹扫以及分解，以减少尿素结晶，并且由于第一旋流结构120就处于喷射入口的附近处，例如图4至图6所示的，与喷射入口121的轮廓大致相切，因此喷射入口121处气流运动即为旋流运动，因此对喷雾的冲击的负面作用很小，使得喷雾能够在混合器沿既定的喷射方向充分的延伸扩散，保证喷雾与排气足够的混合距离，从而使得尿素充分分解，以及与排气充分均匀地混合。采用以上实施例可以减少尿素结晶的原理在于，发明人在实践中意外发现，如图8所示的，混合器1在喷射入口121的周围会具有较多的尿素结晶3，在采用第一旋流结构之后，如图9所示的，喷射入口121的尿素结晶几乎消除，大大改善了混合器1内部的尿素结晶现象，使得混合器满足要求。如图7所示的仿真结果显示，喷射入口121附近的旋流作用很强。
如图3以及图4所示的，在一实施例中，第一旋流结构120以及定量加料器安装座12的具体结构可以是，定量加料器安装座12包括用于安装于安装区域111的安装板122，安装板122开设有喷射入口121，定量加料器安装座12还包括旋流座123，旋流座123固定于安装板122，旋流座123开设有螺旋流道124，螺旋流道124围绕喷射入口121，螺旋流道124构成第一旋流结构120。如图4所示的，螺旋流道124的流线为螺旋线。
在一实施例中，如图4所示的，螺旋流道124的具体结构可以是旋流座123的边缘具有缺口1230，螺旋流道124从缺口1230起延伸，至螺旋流道124的末端与喷射入口121的轮廓线相切，如此可以使得喷射入口121周围的旋流效果较好。相切的结构不限于图中所示的，螺旋流道124的轮廓线部分与喷射入口121的轮廓线重合，构成轮廓线重合区域125，在重合区域125的末端相切，也可以是仅在螺旋流道124的末端与喷射入口121的轮廓线相切，其余部分并不重合。可以理解到，此处的相切指的是大致地相切即可，而非严格地相切。第一旋流结构120为螺旋流道124的有益效果在于，利用螺旋流道124自然地形成旋流运动，流动顺畅，排气气流的流动效率高，气流无需额外损失做功转化为其它形式的能量。
在另一实施例中，如图5所示的，与图4所示的实施例相比，第一旋流结构120除了螺旋流道124之外，还包括旋流叶片件126，旋流叶片件126可以是位于螺旋流道124的内侧，例如如图5所示的安装于螺旋流道124的内壁，此时第一旋流结构120包括螺旋流道124以及旋流叶片件126，即螺旋的流线以及旋流叶片的共同作用在喷射入口121周围形成旋流的排气。如此可以加强在第一旋流结构120的排气，如此可以适用于较大排量的发动机。因为较大排量的发动机需要更大量的尿素溶液的喷雾，因此更强的旋流可以更为有效地防止尿素结晶。
在又一实施例中，第一旋流结构也可以是包括旋流叶片件而不具有螺旋流道。旋流叶片件126的具体位置可以是如图6所示的直接设置于喷射入口121，也可以是类似于图5设置于旋流座123的内壁，围绕喷射入口121。图5、图6所示的结构中均是第一旋流结构120同时包括螺旋流道124以及旋流叶片件126，可以理解到，在该又一实施例中，第一旋流结构120不包括螺旋流道124，即图6的结构中去掉旋流座123，或者是图5的结构中旋流座123不具有螺旋流道，例如旋流座123的缺口1230被封闭，而形成环状的旋流座123，旋流叶片件126位于环状的旋流座123的内环壁面即可。如此也可以得到减少尿素结晶的效果。
如图3至图6所示的，旋流座123与安装板122可以通过焊接固定连接，如此的连接结构稳定可靠，或者，旋流座123与安装板122可以是一体件，例如通过铸造工艺，3D打印工艺等一体成型，如此也可以使得旋流座以及安装座的结构稳定可靠。
继续参考图1至图3所示的，在一些实施例中，混合器1的壳体11内还设置有旋流锥13，旋流锥13的小端对应喷射入口121设置，旋流锥13的侧壁具有进气开口131，进气开口131设置有第二旋流结构132。设置旋流锥13的结构，可以使得喷雾的喷束充分延伸扩散，并且在侧壁设置具有旋流结构的进气开口，可以保证足够多的旋流的排气与尿素的喷雾充分地混合，使得尿素充分分解以及均匀混合，也可以减少对喷束的直接冲击。第二旋流结构132的具体结构可以是，旋流锥13的侧壁具有沿周向分布的多个进气开口131，第二旋流结构132包括设置于进气开口131的至少一个旋流叶片133，例如图中实施例所示的每个进气开口131对应具有一个旋流叶片133，但不以此为限，例如也可以是并非每个而是只有部分的进气开口131对应具有一个旋流叶片等结构，如此设置的旋流效果较好，并且易于加工实现。
承上可知，参考图10，以上实施例介绍的排气与尿素喷雾的混合方法包括：
还原剂溶液的喷雾从混合腔室的喷射入口进入混合腔室。
例如如图1所示的，定量加料器2喷射的尿素溶液的喷雾从喷射入口121进入混合器1与排气混合。
至少部分的排气在所述喷射入口形成旋流的排气，且所述旋流的排气在所述喷射入口处与所述喷雾混合。
如图2至图7所示的，部分的排气经过旋流结构120，例如螺旋流道124和/或旋流叶片件126的作用，在喷射入口形成旋流，旋流在喷射入口121处即与尿素溶液的喷雾混合，以减少尿素结晶。
以上实施例中使用了流程图用来说明根据本申请的一些实施例的结构实现排气与尿素喷雾的混合的步骤。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
承上可知，采用上述实施例介绍的混合器、混合器组件以及混合方法的有益效果在于，通过设置围绕喷射入口的第一旋流结构，使得定量加料器的喷雾进入混合器后立即与旋流的排气充分接触混合，使得喷雾被充分地分解，以减少尿素结晶，提升混合器的混合效果，以及使得包含其的混合器组件以及排气系统的使用寿命长。
本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种混合器，用于发动机排气系统，其特征在于，所述混合器包括：
壳体，限定第一空间，所述第一空间接收发动机排气，所述壳体具有安装区域，位于所述壳体的壁面；
定量加料器安装座，设置于所述安装区域，用于安装定量加料器；其中，所述定量加料器安装座包括喷射入口，作为定量加料器喷射的喷雾进入所述第一空间的入口端，所述定量加料器安装座还包括第一旋流结构，围绕所述喷射入口，以使得排气在所述喷射入口周围形成旋流。
2.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述定量加料器安装座包括用于安装于所述安装区域的安装板，所述安装板开设有喷射入口，所述定量加料器安装座还包括旋流座，所述旋流座固定于所述安装板，所述旋流座开设有螺旋流道，所述螺旋流道围绕所述喷射入口，所述螺旋流道构成所述第一旋流结构。
3.如权利要求2所述的混合器，其特征在于，所述旋流座的边缘具有缺口，所述螺旋流道从所述缺口起延伸至螺旋流道的末端与所述喷射入口的轮廓线相切。
4.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述定量加料器安装座包括用于安装于所述安装区域的安装板，所述安装板开设有喷射入口，所述定量加料器安装座还包括旋流叶片件，所述旋流叶片件围绕所述喷射入口设置，所述旋流叶片件构成所述第一旋流结构。
5.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述定量加料器安装座包括用于安装于所述安装区域的安装板，所述安装板开设有喷射入口，所述定量加料器安装座还包括旋流座，所述旋流座固定于所述安装板，所述旋流座开设有螺旋流道，所述螺旋流道围绕所述喷射入口，所述定量加料器安装座还包括旋流叶片件，所述旋流叶片件的旋流叶片分布与所述螺旋流道的内侧，所述螺旋流道以及所述旋流叶片件构成所述第一旋流结构。
6.如权利要求2、3或5任意一项所述的混合器，其特征在于，所述旋流座焊接固定于所述安装板，或者所述旋流座与所述安装板为一体件。
7.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述壳体内包括旋流锥，所述旋流锥的小端对应所述喷射入口设置，所述旋流锥的侧壁具有进气开口，所述进气开口设置有第二旋流结构。
8.如权利要求7所述的混合器，其特征在于，所述旋流锥的侧壁具有沿周向分布的多个进气开口，所述第二旋流结构包括设置于所述进气开口的至少一个旋流叶片。
9.一种混合器组件，其特征在于，包括定量加料器以及如权利要求1-8任意一项所述的混合器，所述定量加料器安装于所述定量加料器安装座，所述定量加料器的喷射端部位于所述喷射入口，使得定量加料器喷射的还原剂溶液的喷雾从所述喷射入口释放至所述混合器内。
10.如权利要求9所述的混合器组件，其特征在于，所述还原剂溶液为尿素溶液。
11.一种混合方法，用于排气与还原剂溶液的喷雾的混合，其特征在于，所述方法包括：
还原剂溶液的喷雾从混合腔室的喷射入口进入混合腔室；
至少部分的排气在所述喷射入口形成旋流的排气，且所述旋流的排气在所述喷射入口处与所述喷雾混合。
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