CN116648554A - 排气管 - Google Patents

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Abstract

一种排气管包括第一端、第二端和将第一端连接到第二端的壁。第一端具有第一开口，并且第二端具有第二开口，该第二开口与第一开口流体连通以限定钻孔。壁包括内弯曲区段和外弯曲区段，该外弯曲区段包括凹口。凹口包括第一向内延伸部和第二向内延伸部。第二向内延伸部包括具有内开口和外开口的通孔。内开口位于外开口与第二开口之间。外开口的直径小于内开口的直径。第二向内延伸部的厚度小于外开口的直径。

Description

排气管
技术领域
本公开总体上涉及一种管，并且例如涉及一种用于促进还原剂在排气流内的均匀分散的排气管。
背景技术
在排气后处理系统中，还原剂喷射器将还原剂(例如尿素溶液、无水氨、氨水等)引入排气管道中，该排气管道将排气流从发动机引导至选择性催化还原(SCR)模块。一旦排气流进入SCR模块，还原剂选择性地与排气流内的氧化亚氮(NOx)反应以将NOx转化成满足排放标准的其它化合物，例如双氮(N2)、水(H2O)、二氧化碳(CO2)等。
然而，一旦还原剂被引入到排气流中，还原剂趋于沉降到排气管道的表面上，并且随着时间的推移，可能形成结晶沉积物(例如，尿素、缩二脲和/或氰尿酸)，这些结晶沉积物阻碍排气流的流动和/或损坏系统。附加地，由还原喷射器引入的还原剂倾向于与排气流不均匀地混合，这可能导致不期望的化合物通过SCR模块。例如，由于排气流在其一些部分中具有的还原剂太少，排气后处理系统可能排放过量的氧化亚氮，并且因此不能满足排放标准。作为进一步的实例，由于排气流在其其他部分中具有过量的还原剂，排气后处理系统可以排放未反应的氨(NH3)，通常称为氨泄漏。此外，由于还原剂喷射器布置在排气流内，该排气流的温度可以在500摄氏度至700摄氏度的范围内，还原剂喷射器可能容易过热。
于2014年8月12日颁予Crandell等人的美国专利第8,800,275号公开了一种发动机排气组件，其包括具有从上游端到下游端的排气流的弯曲排气管线。凹口包括上游壁和下游壁，该上游壁至少部分地延伸到排气管线弯曲部分中并且设置在排气流中，该下游壁与上游壁一体地形成并且位于上游壁的下游，下游壁至少部分地延伸到排气管线弯曲部分中并且设置在排气流中，下游壁具有被定向成基本上面向排气管线下游端的内表面和基本上背离排气管线下游端的外表面。凹部与下游壁一体地形成，并且从下游壁在远离排气管线下游端的方向上延伸，并且凹部孔口形成在凹部中。喷射器联接到下游壁外表面，并且具有与凹部孔口对齐的喷嘴。
本公开的排气管解决了上述提出的问题中的一个或多个问题和/或本领域中的其他问题。
发明内容
在一些实施方案中，排气管包括：第一端，该第一端具有第一开口；第二端，该第二端在平面内具有第二开口，其中第二开口与第一开口流体连通以限定用于引导排气流的钻孔；以及壁，该壁将第一端连接到第二端，其中壁包括：内部分，该内部分包括：第一内线性区段，该第一内线性区段与第一开口相邻，第二内线性区段，该第二内线性区段与第二开口相邻，以及内弯曲区段，该内弯曲区段将第一内线性区段连接到第二内线性区段；以及外部分，该外部分包括：第一外线性区段，该第一外线性区段与第一开口相邻，第二外线性区段，该第二外线性区段与第二开口相邻，以及外弯曲区段，该外弯曲区段将第一外线性区段连接到第二外线性区段并且包括用于支撑还原剂喷射器的凹口，该凹口包括：第一向内延伸部，该第一向内延伸部基本上垂直于平面；第二向内延伸部，该第二向内延伸部基本上平行于平面；以及弯曲部，该弯曲部将第一向内延伸部连接到第二向内延伸部，其中弯曲部与内弯曲区段之间的第一线性距离基本上等于内弯曲区段的第一弯曲端与第二弯曲端之间的第二线性距离。
在一些实施方案中，排气管包括：第一端，该第一端具有第一开口；第二端，该第二端具有第二开口，其中第二开口与第一开口流体连通以限定钻孔，该钻孔被配置成引导排气流从第一开口流动穿过第二开口；以及壁，该壁将第一端连接到第二端，其中壁包括：内部分，该内部分包括：第一内线性区段，该第一内线性区段与第一开口相邻，第二内线性区段，该第二内线性区段与第二开口相邻，以及内弯曲区段，该内弯曲区段在第一内线性区段与第二内线性区段之间延伸，其中内弯曲区段的曲率半径随着该内弯曲区段从第一内线性区段延伸以便与第二内线性区段连接而增大，以及外部分，该外部分的表面积大于内部分的表面积，该外部分包括：第一外线性区段，该第一外线性区段与第一开口相邻，第二外线性区段，该第二外线性区段与第二开口相邻，以及外弯曲区段，该外弯曲区段在第一外线性区段与第二外线性区段之间延伸并且包括用于支撑还原剂喷射器的凹口。
在一些实施方案中，排气管包括：第一端，该第一端具有第一开口；第二端，该第二端在平面内具有第二开口，其中第二开口与第一开口流体连通以限定钻孔；以及壁，该壁将第一端连接到第二端，其中壁包括：内弯曲区段，以及外弯曲区段，该外弯曲区段包括凹口，该凹口包括：第一向内延伸部，该第一向内延伸部基本上垂直于平面，以及第二向内延伸部，该第二向内延伸部基本上平行于该平面并且包括通孔，该通孔具有内开口和外开口，其中内开口位于外开口与第二开口之间，外开口的直径小于内开口的直径，并且第二向内延伸部的厚度小于外开口的直径。
附图说明
图1是本文描述的示例性排气后处理系统的等距视图。
图2是排气后处理系统的还原剂喷射器和排气管的分解等距视图。
图3是排气管的截面侧视图。
图4是排气管的正视图。
具体实施方式
本公开涉及一种排气管，其可应用于组合两种或更多种流体所涉及的任何系统。例如，该系统可以是动力系统、排气后处理系统等。该系统可以在机器中实现，例如机动车辆、轨道车辆、船只、飞行器或其他类型的机器。
为了简化下面的说明，相同的附图标记可用于表示相同的特征。附图可能不是按比例的。
图1描绘了示例性排气后处理系统100。排气后处理系统100包括第一过滤罐102、第二过滤罐104、将第一过滤罐102连接到第二过滤罐104的排气管道106，以及安装到排气管道106的还原剂喷射器。第一过滤罐102被配置成过滤从发动机(未示出)流入排气管道106中的排气流110。排气流110可以包括排放化合物，例如碳氢化合物、颗粒物质(例如烟灰和/或灰)和/或氧化亚氮(NOx)。为了处理排气流110中的碳氢化合物，第一过滤罐102可以包括柴油氧化催化剂(DOC)。DOC是氧化碳氢化合物的流通式过滤器。附加地或替代地，第一过滤罐102可以包括柴油颗粒过滤器(DPF)以过滤排气流110中的颗粒物质。DPF是壁流式过滤器，该壁流式过滤器将颗粒物质捕集在其中。
第二过滤罐104被配置成过滤从排气管道106流入环境中的排气流110。第二过滤罐104包括选择性催化还原(SCR)催化剂，该SCR催化剂被配置成降低排气流110中的NOx浓度。为了允许排气流110从中通过，SCR催化剂可以具有蜂窝结构或其它多孔结构。
排气管道106被配置成将排气流110从第一过滤罐102引导到第二过滤罐104中。排气管道106包括第一排气管112(下面将结合图2至图4描述)、第二排气管114和将第一排气管连接到第二排气管114的第三排气管116。虽然第一排气管112、第二排气管114和第三排气管116(本文统称为排气管)被示出为通过环形夹具保持在一起的单独的部件，但是应当理解，排气管中的两个或更多个可以通过不同类型的紧固件一体地形成或附接。
下面将结合图2描述的还原剂喷射器108被配置成安装到第一排气管112以将从还原剂源(未示出)流出的还原剂分配到排气流110中。还原剂是被配置成与排气流110中的NOx反应以在进入第二过滤罐104之前将NOx转化成其它化合物(例如，双氮(N2)、水(H2O)和/或二氧化碳(CO2))的流体。例如，还原剂可以是尿素溶液(例如，柴油排气流体(DEF))、无水氨和/或氨水。
如上所述，图1作为实例被提供。其他实例可以不同于关于图1所描述的实例。例如，部件的数量和布置可以不同于图1所示的数量和布置。因此，与图1所示的那些相比，可以存在附加的部件、更少的部件、不同的部件、不同形状的部件、不同大小的部件和/或不同布置的部件。
图2描绘了还原剂喷射器108和第一排气管112(在下文中称为排气管112)。如图2所示，还原剂喷射器108包括喷射器主体202、垫圈204和将喷射器主体202和垫圈204连接到排气管112的多个紧固件206。喷射器主体202包括还原剂端口208、喷嘴210、一对冷却剂端口212和多个孔口214。还原剂端口208被配置成接收来自还原剂源的还原剂并且将还原剂通过喷嘴210引导到排气管112中。一对冷却剂端口212被配置成从冷却剂源(未示出)接收冷却剂(例如，无机添加剂技术(IAT)类型的冷却剂、有机酸技术(OAT)类型的冷却剂，和/或混合有机酸技术(HOAT)类型的冷却剂)。冷却剂可以被配置成冷却排气后处理系统100的部件和/或解冻还原剂。多个孔口214被配置成接收多个紧固件206，以允许喷射器主体202固定地附接到排气管112。垫圈204具有用于接收喷嘴210的中心孔216和用于接收多个紧固件206的多个周边孔218。多个紧固件206可以包括螺钉、螺栓、衬套、垫圈和/或其组合。
如下面将结合图3至图4进一步描述的，排气管112被构造和布置成便于还原剂均匀地分散到排气流110中。排气管112包括第一端220、第二端222和将第一端220连接到第二端222的壁224。可以具有与第一过滤罐102的曲率半径相匹配的曲率半径的第一端220包括第一开口226以接收来自第一过滤罐102的排气流110。可以是平面的(例如，如图3中的平面302所示)以与第三排气管116的平面端配合的第二端222包括第二开口228，该第二开口228与第一开口226流体连通以限定用于引导排气流110的钻孔230。为了便于将排气管112附接在第一过滤罐102与第二过滤罐104之间，壁224包括靠近第一端220的第一凸缘232和靠近第二端222的第二凸缘234。为了支撑还原剂喷射器108并允许还原剂通过，壁224包括具有通孔238和多个凹部240的凹口236。通孔238被配置成接收喷嘴210，并且多个凹部被配置成接收多个紧固件206。除了排气管112的其它内部特征之外，下面将结合图3至图4详细描述凹口236和通孔238。
如上所述，图2作为实例被提供。其他实例可以不同于关于图2所描述的实例。例如，部件的数量和布置可以不同于图2所示的数量和布置。因此，与图2所示的那些相比，可以存在附加的部件、更少的部件、不同的部件、不同形状的部件、不同大小的部件和/或不同布置的部件。例如，为了简化制造和/或组装，喷射器主体202可以直接安装到凹口236，而垫圈204不位于其间。
图3至图4描绘了排气管112。如图3所示，壁包括内部分304和外部分306，外部分306的表面积大于内部分304的表面积。内部分304包括第一内线性区段308、第二内线性区段310和将第一内线性区段308连接到第二内线性区段310的内弯曲区段312。第一内线性区段308与第一开口226相邻，并且第二内线性区段310与第二开口228相邻。为了防止当排气流110沿着内弯曲区段312流动时排气流110内的停滞，内弯曲区段312的曲率半径随着内弯曲区段312从第一内线性区段308延伸到第二内线性区段310而增加。换句话说，内弯曲区段312具有扁平的曲率，扁平的曲率在将排气流110引导到排气管112的中心区域的同时保持排气流110的速度。
外部分306具有第一外线性区段314、第二外线性区段316和将第一外线性区段314连接到第二外线性区段316的外弯曲区段318。第一外线性区段314与第一开口226相邻，并且第二外线性区段316与第二开口228相邻。外弯曲区段318包括凹口236，该凹口236与内弯曲区段相对以形成排气管112的颈部320。凹口236包括第一向内延伸部322、第二向内延伸部324和将第一向内延伸部322连接到第二向内延伸部324的弯曲部326。为了防止当排气流110沿着弯曲部326通过时排气流110内的停滞，弯曲部326的曲率半径小于内弯曲区段312的曲率半径。
厚度小于第二向内延伸部的厚度的第一向内延伸部322基本上垂直于平面302。第二向内延伸部324基本上平行于平面302。第二向内延伸部324包括通孔238，该通孔238与第二开口228偏心并且相对于平面302以钝角α延伸。通孔238包括椭圆形的内开口328和圆形的外开口330。内开口328位于外开口330与第二开口228之间。通孔238的形状和尺寸便于还原剂分散到排气流110中。例如，如图4所示，内开口328具有上部分402和比上部分402窄的下部分404。作为另一个实例，内开口328的直径大于外开口330的直径。外开口330的直径大于第二向内延伸部324的厚度。
排气管112由金属(例如不锈钢)的单个整体件制成。例如，排气管112可以通过铸造形成。为了将排气流引导到排气管112内的中心区域，弯曲部326与内弯曲区段312之间的第一线性距离基本上等于内弯曲区段312的第一弯曲端332与第二弯曲端334之间的第二线性距离。形成颈部320的第一线性距离小于第一开口226的直径和第二开口228的直径。第一线性距离与第二开口228的直径之比小于1:2。第一向内延伸部322的长度与第二开口228的直径之比小于2:5。
如上所述，图3至图4作为实例被提供。其他实例可以不同于关于图3至图4所描述的。例如，部件的数量和布置可以与图3至图4所示的不同。因此，与图3至图4中所示的那些相比，可以存在附加的部件、更少的部件、不同的部件、不同形状的部件、不同大小的部件和/或不同布置的部件。
工业实用性
本公开的排气管112特别适用于混合两种或更多种流体的系统，例如排气后处理系统100。排气后处理系统100可以在由内燃发动机提供动力的机器中实现，例如机动车辆、轨道车辆、船只、飞行器或其他类型的机器。
由于排气管112的精确曲率，排气管112确保排气流110沿着基本居中的路径以足够的速度流过，以均匀地混合还原剂。通过消除排气流110内的停滞区域，排气管112抑制了排气后处理系统100内沉积物的形成。结果，排气管112被配置成减少排放，提高发动机性能，并防止可能损坏排气后处理系统100的排气流110的流动阻塞。此外，由于通孔238和第二向内延伸部324的形状，排气管112被配置成保护还原剂喷射器108免受来自排气流110的直接冲击。结果，排气管112可以使还原剂喷射器108过热的可能性最小化。
上述公开内容提供了说明和描述，但并不旨在穷举或将实施方案限制为所公开的精确形式。可以根据以上公开内容进行修改和变化，或者可以从实施方案的实践中获得修改和变化。此外，本文描述的任何实施方案可以组合，除非前述公开内容明确地提供了一个或多个实施方案不能组合的原因。即使特征的特定组合在权利要求中叙述和/或在说明书中公开，但这些组合并不旨在限制各种实施方案的公开。尽管下面列出的每项从属权利要求可以直接从属于仅一项权利要求，但是各种实施方案的公开包括与权利要求组中的所有其他权利要求相组合的每项从属权利要求。
如本文所用，“一”、“一个”和“一组”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。此外，如本文所用，冠词“该”旨在包括结合冠词“该”引用的一个或多个项目，并且可以与“该一个或多个”互换使用。此外，如本文所用，术语“包括(comprises/comprising)”、“具有”、“包括有”或其其他变型旨在覆盖非排除性，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或设备不仅包括那些要素，而且可以包括未明确列出的其他要素。此外，在本公开中，相对术语，例如“约”、“一般地”、“基本上”和“大约”用于表示所述值的±10％的可能变化，除非在上下文中以其他方式对本领域普通技术人员显而易见。此外，除非另有明确说明，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”。此外，如本文所用，术语“或”在以系列使用时旨在是包括性的，并且可与“和/或”互换使用，除非另外明确说明(例如，如果与“任一者”或“仅一者”组合使用)。此外，为易于描述本文可以使用空间上相对的术语，例如“之下”、“下”、“之上”、“上”等来描述如图所绘示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间上相对的术语旨在涵盖除附图中描绘的取向之外的使用或操作中的设备、装置和/或元件的不同取向。设备可以以其他方式取向(旋转90度或以其他取向)，并且本文使用的空间上相对的描述符同样可以相应地解释。

Claims (10)

1.一种排气管(112)，包括：
第一端(220)，所述第一端(220)具有第一开口(226)；
第二端(222)，所述第二端(222)在平面(302)内具有第二开口(228)，
其中所述第二开口(228)与所述第一开口(226)流体连通以限定用于引导排气流(110)的钻孔(230)；以及
壁(224)，所述壁(224)将所述第一端(220)连接到所述第二端(222)，其中所述壁(224)包括：
内部分(304)，所述内部分(304)包括：
第一内线性区段(308)，所述第一内线性区段(308)与所述第一开口(226)相邻，
第二内线性区段(310)，所述第二内线性区段(310)与所述第二开口(228)相邻，以及
内弯曲区段(312)，所述内弯曲区段(312)将所述第一内线性区段(308)连接到所述第二内线性区段(310)，以及
外部分(306)，所述外部分(306)包括：
第一外线性区段(314)，所述第一外线性区段(314)与所述第一开口(226)相邻，
第二外线性区段(316)，所述第二外线性区段(316)与所述第二开口(228)相邻，以及
外弯曲区段(318)，所述外弯曲区段(318)将所述第一外线性区段(314)连接到所述第二外线性区段(316)并且包括用于支撑还原剂喷射器(108)的凹口(236)，所述凹口(236)包括：
第一向内延伸部(322)，所述第一向内延伸部(322)基本上垂直于所述平面(302)，
第二向内延伸部(324)，所述第二向内延伸部(324)基本上平行于所述平面(302)，以及
弯曲部(326)，所述弯曲部(326)将所述第一向内延伸部(322)连接到所述第二向内延伸部(324)，
其中所述弯曲部(326)与所述内弯曲区段(312)之间的第一线性距离基本上等于所述内弯曲区段(312)的第一弯曲端(332)与第二弯曲端(334)之间的第二线性距离。
2.根据权利要求1所述的排气管(112)，其中所述第一线性距离与所述第二开口(228)的直径之比小于1:2。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的排气管(112)，其中
所述第一向内延伸部(322)具有一长度；并且
所述长度与所述第二开口(228)的直径之比小于2:5。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的排气管(112)，其中所述第一向内延伸部(322)的厚度小于所述第二向内延伸部(324)的厚度。
5.一种排气管(112)，包括：
第一端(220)，所述第一端(220)具有第一开口(226)；
第二端(222)，所述第二端(222)在平面(302)内具有第二开口(228)，其中
所述第二开口(228)与所述第一开口(226)流体连通以限定钻孔(230)；以及
壁(224)，所述壁(224)将所述第一端(220)连接到所述第二端(222)，其中所述壁(224)包括：
内弯曲区段(312)，以及
外弯曲区段(318)，所述外弯曲区段(318)包括凹口(236)，所述凹口(236)包括：
第一向内延伸部(322)，所述第一向内延伸部(322)基本上垂直于所述平面(302)，以及
第二向内延伸部(324)，所述第二向内延伸部(324)基本上平行于所述平面(302)并且包括通孔(238)，所述通孔(238)具有内开口(328)和外开口(330)，其中
所述内开口(328)位于所述外开口(330)与所述第二开口(228)之间，
所述外开口(330)的直径小于所述内开口(328)的直径，并且
所述第二向内延伸部324的厚度小于所述外开口330的所述直径。
6.根据权利要求5所述的排气管(112)，其中所述第一端(220)是非平面的。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的排气管(112)，其中所述内开口(328)具有与所述外开口(330)不同的形状。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的排气管(112)，其中所述内开口(328)具有上部分(402)和比所述上部分(402)窄的下部分(404)。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的排气管(112)，其中所述凹口(236)还包括弯曲部(326)，所述弯曲部(326)将所述第一向内延伸部(322)连接到所述第二向内延伸部(324)并面向所述内弯曲区段(312)。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的排气管(112)，其中所述通孔(238)相对于所述平面(302)以钝角(α)延伸。
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