CN202181942U - 用于发动机的排气系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种用于发动机的排气系统，其包括接收发动机的排气道和设置在排气道内的混合装置。该混合装置包括由翼片部分形成的圆盘，该由翼片部分形成的圆盘定位成以便在该混合装置的内部和外部区域中形成多个开口，该多个开口产生反向旋转的排气流。每个翼片部分可以是相同的，并且通过冲压工艺制造。每个翼片部分的光滑表面减少折痕，因此不容易形成尿素聚集。

Description

用于发动机的排气系统
技术领域
本申请涉及用于发动机的排气系统。 
背景技术
许多车辆在排气系统中利用催化剂来减少排放物。在诸如关于柴油机排气的稀排气状况或其他稀燃状况中，催化剂可以利用除燃烧过的燃料之外的还原剂。 
一种这样的后处理装置是利用催化剂将NOX转换成氮和水的选择性催化还原(SCR)系统。尿素基的SCR催化剂可以用气态氨作为活性NOX还原剂，在这种情况下尿素水溶液可以被装载在车辆上，并且可以利用喷射系统将其供给到排气流中。而且，可以利用混合装置(例如，流混合器)在排气道的距离/包装约束件(packaging constraint)内增加流混合。 
在一种混合方法中，即美国专利申请公开第2008/0250776号(Brown等人)中，提出一种混合装置，其包括固定环，该固定环具有从固定环延伸的第一组多个翼片和第二组多个翼片，该第一组多个翼片和第二组多个翼片可操作用以分别沿着第一方向和与该第一方向相反的第二方向传递旋转速度分量。这些翼片通过从金属板材冲压坯料并且弯曲成期望的形状而与固定环一体地形成。更具体地说，第一组多个翼片弯曲成角度Θ(120-160度)，而第二组多个翼片弯曲成角度Φ(190-235度)。 
本申请的发明人已经认识到在上述这种方案中的问题。第一，由于不同的翼片必需在不同的方向上弯曲成不同的角度，因此制造这种装置可能很困难。例如，如上所述并且如Brown的专利申请中的图3-5所示，一些翼片弯曲成钝角，而其他相邻翼片弯曲成优角。第二，翼片弯曲处的折痕很可能聚集尿素。这种局部的尿素沉积可以导致较少的尿素 被导向催化剂，因此降低催化剂的效率，同样降低SCR系统的效率。 
发明内容
因此，在一个示例中，上述一些问题可以通过一种用于发动机的排气系统来解决，该排气系统包括接收发动机排气的排气道和设置在排气道内的混合装置，该混合装置包括由翼片部分形成的圆盘。每个翼片部分具有直边缘和弯曲边缘，其中该直边缘定位成邻接第一相邻翼片部分的弯曲边缘，而该弯曲边缘定位成邻接第二相邻翼片部分的直边缘。 
以这种方式，通过联结一个翼片部分的直边缘和另一个翼片部分的弯曲边缘而将一个翼片部分连接于另一个翼片部分，可能在混合装置的内部和外部区域形成多个开口，这些开口产生反向旋转的排气流。因此，在排气道中通常的包装约束件内工作时，该混合装置增强该混合装置下游的流混合。而且，由于每个翼片部分可以是相同的，该翼片部分可以容易制造，例如，通过冲压工艺制造。因此，翼片可以是以低成本制造同时仍然提供具有耐用性的混合装置。而且，每个翼片部分的光滑表面没有折痕，因此不容易形成尿素聚集。 
根据另一方面，用于发动机的排气系统包括接收发动机排气的排气道和设置在排气道内的混合装置，该混合装置包括翼片部分形成的圆盘，每个翼片部分具有有光滑表面的大致四分之一圆形状(circle quadrant form factor)和包括直径向边缘和变形的弯曲径向边缘的两个径向边缘，该直径向边缘定位成邻接第一个相邻翼片部分的变形的弯曲径向边缘，而该变形的弯曲径向边缘定位成邻接第二个相邻翼片部分的直径向边缘，以形成接合(intersection)，该接合形成第一开口和第二开口，该第一开口被配置为接收发动机排气并沿着第一旋转方向引导发动机排气，该第二开口被配置为接收发动机排气并沿着与第一旋转方向相反的第二旋转方向引导发动机排气。 
根据另一方面，发动机排气系统包括用于接收发动机排气的排气道；连接于排气道的壁并且被配置为将液体喷射到排气道中的喷射器；和在该混合区内的该喷射器的下游设置在排气道内的混合装置，该喷射器包括相对于排气道的混合区的纵轴线成一定角度的喷射轴线，该混合 装置包括圆盘，该圆盘包括四个四分之一圆翼片，每个四分之一圆翼片具有第一径向边缘、第二径向边缘和外圆周边缘，该第一径向边缘是直的，而第二径向边缘变形为具有高峰和低谷，每个四分之一圆翼片连接于圆盘的中心点，并且在外圆周边缘的顶点连接于相邻的四分之一圆翼片，并且每个四分之一圆翼片定位成使得该四分之一圆翼片的第一径向边缘定位成邻接相邻的四分之一圆翼片的第二径向边缘。 
应当理解，提供上面的概述以便以简化的形式引进在具体实施方式部分中进一步描述的方案选择。但是这并不意味着指出了要求保护的主题的关键或本质特征，要求保护的主题的范围由所附权利要求唯一地限定。而且，要求保护的主题不限于解决在上面或本实用新型的任何部分指出的任何缺点的实施。 
附图说明
图1示出用于接收发动机排气的排气系统。 
图2以纵剖视图形式更详细地示出图1的排气系统的侧视图。 
图3示出混合装置实施例的翼片部分的示例。 
图4示出近似按比例绘制的排气系统的混合装置的实施例。 
图5示出产生两个反向旋转的大块流(bulk flow)的混合装置的实施例。 
具体实施方式
在此公开排气系统混合装置的实施例。这种混合装置可以用来形成两个反向旋转的大块流，以形成增强流混合的湍流，这在下面更详细地描述。 
图1示出用于输送由内燃发动机110产生的排气的排气系统100。作为一个非限制性的示例，发动机110包括通过燃烧空气和柴油的混合物产生机械输出的柴油发动机。可替换地，发动机110可以包括诸如汽油燃烧发动机的其他类型发动机。 
排气系统100可以包括下述的一个或多于一个：用于接收由发动机 110的一个或多于一个汽缸产生的排气的排气歧管120；设置在排气歧管120下游用于接收液体还原剂的混合区130；设置在该混合区130下游的选择性催化还原(SCR)催化剂140；以及设置在催化剂140下游的噪声抑制装置150。此外，排气系统100可以包括用于流体地连接各排气系统部件的多个排气管或排气道。例如，如图1所示，排气歧管120可以通过一个或多于一个排气道162和164流体地连接于混合区130。催化剂140可以通过排气道166流体地连接于噪声抑制装置150。最后，排气被允许经由排气道168从噪声抑制装置150流向周围环境。注意虽然图1没有示出，但是排气系统100可以包括设置在催化剂140上游或下游的微粒滤清器和/或柴油氧化催化剂。而且，应当明白，排气系统100可以包括两种或更多种催化剂。 
在一些实施例中，混合区130可以包括比上游排气道164大的横截面积或流动面积。混合区130可以包括第一部分132和第二部分134。混合区130的第一部分132可以包括用于选择性地将液体喷射到排气系统中的喷射器136。作为一个非限制性的示例，由喷射器136喷射的液体可以包括诸如氨或尿素的液体还原剂178。液体还原剂178可以经由中间泵172通过导管174从储存箱176供给至喷射器136。混合区130的第二部分134可以被配置为适应该第一部分132和催化剂140之间的横截面积或流动面积的变化。注意催化剂140可以包括任何合适的催化剂，用于还原NOX或由发动机110燃烧燃料引起的其他燃烧产物。 
注意关于车辆应用，排气系统100可以设置在车辆底盘的下侧。此外，应当明白，排气道可以包括一个或多于一个弯曲或折弯以适应特定的车辆布置。还有，应当明白，在一些实施例中，排气系统100可以包括图1未示出的另外部件和/或可以省去这里所述的部件。 
图2以纵剖视图形式更详细地示出混合区130的侧视图。混合区130的中心纵轴线用200表示。所示的喷射器136通过喷射器突起件(boss)210连接于混合区130的第一部分132的壁上。在这个示例中，喷射器136在排气道流动区域的外面。以这种方式，可以保护喷射器使其不会受到由于高温排气而导致的热老化。而且，由于喷射器可以经由喷射器突起件凹入超过排气道的壁，因此由喷射器导致的排气流的中断可以减 少。喷射器136能够响应经由通信线路214从发动机110的电子控制系统接收的控制信号，通过混合区壁中的开口喷射由导管174供给它的液体。液体经被中间泵172从储存容器176通过导管174供给至喷射器136。注意泵172也可以由发动机110的电子控制系统控制，以向喷射器136提供适当压缩的还原剂。 
喷射器136可以定向成沿着喷射轴线216将还原剂朝着混合装置220喷射成喷雾。作为一个非限制性的示例，混合装置220可以被配置为由翼片部分形成的圆盘。参考图3-5更详细地描述混合装置220的非限制性的示例。在一些实施例中，喷射轴线216可以与由喷射器136提供的喷射图形的中心线重合。由喷射器136提供的喷射图形可以包括任何合适的图形，用于改进还原剂与排气的混合和蒸发率。例如，喷射器可以提供形成薄片、实心圆锥、空心圆锥、多个圆锥等的喷雾。 
喷射轴线216在混合装置220的特定区域可以被引导。作为一个非限制性的示例，喷射轴线216可以与混合装置220的中心线相交，该中心线也可以与纵轴线200重合。在这个示例中，喷射器突起件210被配置为将喷射器136连接于排气系统的壁上，使得喷射轴线216相对于纵轴线200成一角度，该角度用230表示。作为一个非限制性的示例，角度230可以是大约45度的角度。作为另一个示例，角度230可以是在20度和55度之间的角度。例如角度230可以是大约30度。但是应当明白，也可以用其他合适的角度。通过以一定角度安装喷射器，可以减少喷射射流(spray)对内壁的直接碰撞，因此可以减少由于腐蚀引起的耐久性问题。 
注意，这里所述的角度可以与特定的流动状况有关。例如，可以在不存在排气流的状况下测量如上面描述的喷射轴线216的角度。当排气流增加时，由喷射器提供的喷射图形可以随着由排气携带的液体还原剂变化。 
混合装置220可以设置在排气道内(例如，喷射器136的下游)并且可以被配置为接收该混合装置220上游的发动机排气，并且向下游引导发动机排气。混合装置220包括由翼片部分形成的圆盘。每个翼片部分具有直边缘和弯曲边缘，这将在下面更详细地描述。 
这些翼片被定位成以便形成发动机排气能够流过的多个开口。更具体地说，每个翼片部分的直边缘定位成邻接相邻翼片部分的弯曲边缘，因此，每个翼片部分的弯曲边缘定位成邻接另一个相邻翼片部分的直边缘。正是直边缘和弯曲边缘的这种接合形成排气能够流过的开口。 
图3示出翼片部分300的示例。应当明白，混合装置220的翼片部分可以是相同的，因此示例翼片部分300可以是混合装置220的任何一个翼片部分。在所述的示例中，每个翼片部分具有大体四分之一圆形状，因此混合装置220可以包括四个翼片部分，如下面参考图4更加详细地描述的。继续参考图3，翼片部分300具有两个径向边缘(即径向边缘302和径向边缘304)和外圆周边缘306。径向边缘302被配置为直边缘，而径向边缘304被变形以便具有弯曲边缘。换句话说，径向边缘302限定翼片部分300的直边缘，而径向边缘304限定翼片部分300的弯曲边缘。因此，翼片部分300具有光滑的表面，并且从边缘302到304具有连续的曲率，而没有折痕、硬角等。在一个示例中，该部分可以通过在具有适当匹配的期望曲率的模具上从平坦金属板材冲压成形，因此能够容易制造，例如通过冲压工艺。而且由于每个翼片部分的表面没有折痕，因此与其他具有折痕的结构相比不容易聚集尿素，在这些折痕处相对于彼此成角度的两个平面相交形成折痕线。 
翼片部分300的弯曲边缘可以用各种合适的方法构造。在图3所示的示例中，可以使径向边缘304变形以具有低谷(trough)308和高峰310(crest)，其中低谷308从高峰310径向向外定位(例如，从混合装置的中心径向向外)。在一些实施例中，低谷308和高峰310可以具有相等并且相反的幅值，如幅值箭头312和314所示。应当明白，这只是形成翼片部分的弯曲边缘的可能变形的一个示例，并且弯曲边缘可以代之以用另外的方式变形而不脱离本实用新型的范围。 
如图3所示，翼片部分300具有曲率连续的光滑表面，包括高峰310附近的凸区表面和低谷308附近的凹区表面。表面曲率的绝对幅值从径向边缘304向径向边缘302减小，因此在边缘302附近的区域中表面大致是平坦的。同样，表面曲率的绝对幅值从径向边缘304到圆周边缘306也减小，因此在边缘306附近的区域中表面大致是平坦的。而且，翼片 部分表面的曲率可以用来控制由混合装置200产生的两个反向旋转的大块流的密度。 
因此，相邻翼片部分的直边缘和弯曲边缘的每个接合形成沿着流动方向伸出的第一开口(例如，包括低谷)和沿着与该流动方向相反的方向伸出的第二开口(例如，包括高峰)，这在后面参考图5面更详细地描述。这些开口不仅使混合装置220能够接收该混合装置上游的发动机排气，并且引导在该混合装置下游的发动机排气，而且还使混合装置能够形成两个反向旋转的流。如在下面更加详细地描述的。 
翼片部分在混合装置220的中心可以相互连接(例如，焊接)。更具体地说，每个翼片部分在径向边缘302和径向边缘304的顶点316可以相互连接。每个翼片部分还可以在圆周边缘306的端点(即在顶点318和320)连接于相邻的翼片部分。因此，相邻翼片部分的直边缘和弯曲边缘的每个接合大致在每个翼片部分的径向边缘的两个端点处。例如，包括径向边缘302的接合可以大致在顶点316和318处。作为另一个示例，包括径向边缘304的接合可以大致在顶点316和320处。以这种方式，该接合可被在接合处连接的相邻翼片部分的厚度限定。应当明白，这只是连接混合装置的翼片部分的一个示例，并且该翼片部分可以用另外的方式附加地或可替换地连接而不脱离本实用新型的范围。 
以这种方式，通过将一个翼片部分的直边缘联结至另一个翼片部分的弯曲边缘而联结这两个翼片部分，可能在混合装置的内部和外部区域形成开口。图4所示的混合装置220包括如上所述构造的翼片，在混合装置220的内部区域形成开口400并且在混合装置220的外部区域形成开口402，其中该外部区域是相对于从混合装置220的中心的径向方向从内部区域径向向外的。 
换句话说，相邻翼片部分的直边缘和弯曲边缘的每个接合包括由该弯曲边缘的第一部分(例如，低谷)形成的第一开口，和由该弯曲边缘的第二部分(例如，高峰)形成的第二开口。由于翼片部分的低谷从翼片部分的高峰径向向外定位，因此每个接合的第一开口沿着流动方向伸出，而每个接合的第二开口沿着与流动方向相反的方向伸出。因此，在每个接合处的开口被配置为沿着相反的旋转方向引导发动机排气，正如 在下面更加详细地描述的。 
注意，图4中的表面线(形成三角形)和表面阴影用于说明的目的，以表示翼片的三维形状，以便三维形状能够更容易看到。这些线和阴影不是部件的真实部分。 
图5示出由混合装置220形成的两个反向旋转的大块流。在所示的示例中，排气从混合装置220的上游侧进入混合装置220，如500所示。每个接合的第一开口被配置为接收发动机排气(例如，经由翼片的低谷)并且沿着第一旋转方向(例如，逆时针)引导发动机排气，如502所示。而且，每个接合的第二开口被配置为接收发动机排气(例如，经由翼片的高峰)并且沿着与第一旋转方向相反的第二旋转方向(例如，顺时针)引导发动机排气，如504所示。因此，两个反向旋转的大块流由混合装置220产生。这两个反向旋转的大块流然后相互作用，以形成湍流，因而增强混合。而且，两个大块流的单个密度和相对密度可以通过翼片的弯曲径向边缘的弯曲设计来调节。换句话说，每个翼片部分的弯曲边缘限定沿着第一旋转方向的发动机排气流的密度，以及沿着第二旋转方向的发动机排气流的密度。 
图5示出混合装置220的一种可能的结构，其中翼片部分的低谷沿着排气的流动方向伸出，而翼片部分的高峰沿着与该流动方向相反的方向伸出。但是应当明白，这种结构不是限制性的，并且混合装置220可以代之以被设置成其他结构。例如，混合装置220可以被设置为相反的结构，使得高峰沿着流动方向伸出，而低谷沿着与流动方向相反的方向伸出。这种结构仍然产生这里所述的两个反向旋转的大块流，其相互作用以形成湍流并且因此增强混合。 
注意，这里包含的示例控制和估计程序可以与各种发动机和/或车辆系统结构一起使用。这里描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多于一个，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作或功能可以以所示的顺序进行，同时进行，或在一些情况下可以省略。同样，为了实现这里所述示例性实施例的特征和优点，处理的次序不是必需要求的，而是提供这种次序用于容易说明和描述。一个或多于一个所示的动作或功能根据所用的特定策略可以 重复地进行。而且，所述的动作可以图示地表现为被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的编码。 
应当明白，这里所公开的结构和程序在性质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变型是可能的。例如，上述技术可以用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括这里公开的各种系统和结构以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。 
所附权利要求具体指出被认为是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”元件或“第一”元件或其等同物。这种权利要求应当理解为包括包含一个或多于一个这样的元件，既不要求也不排出两个或更多个这种元件。可以通过修改本申请或相关申请中的这些权利要求或通过提出新权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合或子组合。 
这种权利要求，无论其范围比原权利要求更宽、更窄、相同或不同，都被认为包含在本公开的主题内。 

Claims (10)

1.一种用于发动机的排气系统，其特征在于包括：
接收发动机排气的排气道；和
设置在该排气道内的混合装置，该混合装置包括由翼片部分形成的圆盘，每个翼片部分具有直边缘和弯曲边缘，所述直边缘定位成邻接第一相邻翼片部分的弯曲边缘，而所述弯曲边缘定位成邻接第二相邻翼片部分的直边缘。
2.根据权利要求1的排气系统，其特征在于，其中相邻翼片部分的直边缘和弯曲边缘的接合形成沿着流动方向伸出的第一开口和沿着与所述流动方向相反的方向伸出的第二开口。
3.根据权利要求2的排气系统，其特征在于，其中每个接合的第一开口被配置为接收发动机排气并沿着第一旋转方向引导发动机排气，并且每个接合的第二开口被配置为接收发动机排气并沿着与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向引导发动机排气。
4.根据权利要求1的排气系统，其特征在于，其中对于每个翼片部分，所述弯曲边缘的第一部分沿着流动方向伸出，而所述弯曲边缘的第二部分沿着与该流动方向相反的方向伸出。
5.根据权利要求4的排气系统，其特征在于，其中相邻翼片部分的直边缘和弯曲边缘的接合包括由所述弯曲边缘的所述第一部分形成的第一开口和由所述弯曲边缘的所述第二部分形成的第二开口。
6.根据权利要求5的排气系统，其特征在于，其中对于每个接合，所述第一开口从所述第二开口径向向外地形成。 
7.根据权利要求6的排气系统，其特征在于，其中每个接合的所述第一开口被配置为接收发动机排气并沿着第一旋转方向引导发动机排气，并且每个接合的所述第二开口被配置为接收发动机排气并沿着与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向引导发动机排气。
8.根据权利要求1的排气系统，其特征在于，其中翼片部分形成的所述圆盘是由四个翼片部分形成的圆盘，每个翼片部分具有大致四分之一圆形状，该四分之一圆形状具有限定所述翼片部分的所述直边缘的第一径向边缘和被变形以具有限定所述翼片部分的所述弯曲边缘的低谷和高峰的第二径向边缘。
9.根据权利要求1的排气系统，其特征在于，其中所述混合装置被配置为接收发动机排气并产生发动机排气的两个反向旋转的大块流，并且其中每个翼片部分的所述弯曲边缘限定所述两个反向旋转的大块流中的每个的单个密度和所述两个反向旋转的大块流的相对密度。
10.一种用于发动机的排气系统，其特征在于包括：
接收发动机排气的排气道；和
设置在所述排气道内的混合装置，该混合装置包括由翼片部分形成的圆盘，每个翼片部分具有带有光滑表面的大致四分之一圆形状和包括直径向边缘和变形的弯曲径向边缘的两个径向边缘，所述直径向边缘定位成邻接第一相邻翼片部分的变形的弯曲径向边缘，而所述变形的弯曲径向弯曲边缘定位成邻接第二相邻翼片部分的直径向边缘，从而限定接合，该接合形成第一开口和第二开口，该第一开口被配置为接收发动机排气并沿着第一旋转方向引导发动机排气，该第二开口被配置为接收发动机排气并沿着与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向引导发动机排气。 
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