CN213669067U - 混合器以及包括其的排气系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种混合器及包括其的排气系统。其中，所述混合器包括进气通道，所述进气通道的侧壁具有喷射开口，所述进气通道提供第一混合腔室；分流件，位于所述第一混合腔室内，包括第一流路区以及第二流路区；第一端盖；第二端盖；导流件；所述第一端盖、第二端盖相对闭合设置构成第二混合腔室，所述第二混合腔室具有非同心布置的进口部以及出口部，所述进口部连接所述第一混合腔室；所述导流件位于所述第二混合腔室，所述第一流路区、导流件以及所述出口部的侧壁构成第一流路，所述第二流路区以及所述第二混合腔室的侧壁构成第二流路，所述第一流路与第二流路的下游端在所述出口部汇合。

Description

混合器以及包括其的排气系统
技术领域
本实用新型涉及车辆排气处理领域，特别涉及一种混合器以及包括其的排气系统。
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。
在混合器中，从喷射器喷射的尿素喷雾液滴，需要充分分解与排气均匀混合，避免发生尿素结晶，同时也要产生足够的涡旋(swirling)运动或旋转运动，以在SCR催化器中充分附着在催化剂表面。
在整车的空间布置中，对于排气系统预留的空间越来越小，对于排气系统的紧凑性的要求越来越高，且需要匹配其它部件的安装。因此排气系统需要尽量的结构紧凑，但这样可能会导致在混合器内还原剂与排气的无法充分混合均匀，产生的涡旋运动也不够，影响在SCR催化器内的反应效率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种混合器。
本实用新型的另一个目的在于提供一种排气系统。
根据本实用新型一个方面的一种混合器，包括进气通道，所述进气通道的侧壁具有喷射开口，所述进气通道提供第一混合腔室；分流件，位于所述第一混合腔室内，包括第一流路区以及第二流路区；第一端盖；第二端盖；导流件；所述第一端盖、第二端盖相对闭合设置构成第二混合腔室，所述第二混合腔室具有非同心布置的进口部以及出口部，所述进口部连接所述第一混合腔室；所述导流件位于所述第二混合腔室，所述第一流路区、导流件以及所述出口部的侧壁构成第一流路，所述第二流路区以及所述第二混合腔室的侧壁构成第二流路，所述第一流路与第二流路的下游端在所述出口部汇合。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述导流件位于所述第二混合腔室的进口部与出口部之间。
在所述混合器的一个或多个实施例中，导流件为弧形导流板，所述第二混合腔室的进口部位于所述弧形导流板的圆心的一侧，所述第二混合腔室的出口部的侧壁用于构成所述第一流路的部分与所述弧形导流板的弧形或其延伸的弧形相切，并且所述混合器提供了从所述第二混合腔室的进口部的中心轴线向外延伸的可变半径限定的理论圆柱面，所述可变半径限定在大于进口部的半径范围内，所述弧形导流板的弧形与所述理论圆柱面相切。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述第二混合腔室的出口部的侧壁与所述第二混合腔室的侧壁之间的间隙在第一方向上逐渐减小，所述第一方向为所述进口部至所述出口部的方向。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述第一流路区包括第一流体面，所述第二流路区包括第二流体面，所述第一流体面具有第一流动方向结构；所述第二流体面具有第二流动方向结构。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述第一流体面、第二流体面为平板状，所述第一流体面的延伸方向与所述进气通道的轴向呈第一夹角；所述第二流体面的延伸方向与所述进气通道的轴向呈第二夹角。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述第二混合腔室的进口部与出口部位于所述第二混合腔室的同一端。
在所述混合器的一个或多个实施例中，还包括安装座，用于安装定量加料器，所述安装座的轴线与所述进气通道的轴线的夹角α为0°<α<90°。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述安装座的轴线与所述进气通道的轴线的夹角为20°-70°。
根据本实用新型另一个方面的一种排气系统，包括以上任意一项所述的混合器，以及定量加料器，所述定量加料器喷射还原剂溶液从所述喷射开口进入所述进气通道。
在所述排气系统的一个或多个实施例中，所述还原剂溶液为尿素溶液。
在所述排气系统的一个或多个实施例中，所述排气系统包括SCR催化器以及涡轮增压器和/或排气歧管，所述SCR催化器直接连接所述第二混合腔室的出口部；所述涡轮增压器或排气歧管直接连接所述进气通道的进口部。
本实用新型的进步效果包括但不限于：
通过分流件以及导流件的设置，在混合器中构造出第一流路以及第二流路，使得排气与还原剂在第一端盖与第二端盖形成的狭窄混合腔室空间内充分混合，并且在出口部形成充分的涡旋运动，使得排气与还原剂混合后均匀附着于SCR催化器的催化剂，保证了对排气中氮氧化物的处理。同时，本实用新型的技术方案也不会导致背压增大，也可以适应不同结构的SCR催化器，便于排气系统适应不同的车辆布置空间要求。
附图说明
本实用新型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为一实施例的排气系统的结构示意图。
图2为一实施例的混合器的内部结构示意图。
图3为根据图1的局部结构示意图。
图4A以及图4B为根据图2的导流件与进口部、出口部的相对位置结构图。
附图标记：
10-排气系统
1-混合器
11-第一端盖
12-第二端盖
13-进气通道
14-分流件
141-第一分流区
1411-第一流体面
142-第二分流区
1422-第二流体面
15-导流件
16-安装座
101-第一混合腔室
102-第二混合腔室
111-第二混合腔室侧壁
1021-进口部
1022-出口部
10221-出口部侧壁
100-第一流路
200-第二流路
2-定量加料器
3-SCR催化器
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，并非是对本实用新型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所示，排气系统10可以包括混合器1、定量加料器2、SCR催化器3，定量加料器2将还原剂溶液例如尿素溶液喷入混合器1内部与排气充分混合后从混合器1排出进入SCR催化器3发生反应，将排气中的氮氧化物转化为氮气和水。目前还原剂溶液一般为尿素溶液，以下实施例均以尿素溶液进行说明。
继续参考图1，在一些实施例中，混合器1可以包括第一端盖11、第二端盖12、进气通道13、分流件14以及导流件15。排气从进气通道13的进口部进入混合器1，进气通道13的侧壁具有喷射开口，定量加料器2喷射尿素溶液从喷射开口进入进气通道13与排气混合，因此进气通道13提供了混合器1中进行排气与尿素喷雾混合的第一混合腔室101。混合器1还可以包括安装座16，安装座16设置于喷射开口，定量加料器2通过安装座16安装于进气通道13的侧壁，如图3所示的，定量加料器2喷射尿素的喷射方向与安装座16的轴线L1的方向大致相同，安装座16的轴线L1与进气通道13的轴线L2的方向的夹角α可以0°<α<90°，优选地可以是20°-70°，更佳地是30°-60°，如此可以优化排气与尿素喷雾的混合。继续参考图1以及图2，第一端盖11、第二端盖12相对闭合设置，连通进气通道13的出口部132连接第一端盖11，使排气与尿素喷雾的混合物进入第一端盖11、第二端盖12形成的闭合空间中继续进行混合过程，即第一端盖11、第二端盖12相对闭合设置构成进行排气与尿素喷雾混合的第二混合腔室102。参考图2所示的，第二混合腔室具有非同心(non-concentric)布置的进口部1021以及出口部1022。继续参考图1以及图2，进气通道13中设置有分流件14，分流件14的具体位置可以是位于进气通道13安装定量加料器2的下游位置，即喷射开口的下游位置，如此可以对排气与尿素喷雾的混合物进行分流，使排气和/或其与尿素喷雾的混合物分成至少两条流路流动，例如图1所示的第一流路100、第二流路200，可以理解到，图1所示的两条流路仅为示例，可以是更多条流路。分流件14包括第一分流区141以及第二分流区142，如图2所示的，第一分流区141、导流件15以及第二混合腔室102的出口部1022的侧壁10221构成了排气与尿素喷雾混合物的第一流路100，第二分流区142以及第二混合腔室102的侧壁构成了排气与尿素喷雾混合物的第二流路200，第一流路100与第二流路200的下游端在第二混合腔室102的出口部1022汇合。上述实施例的有益效果在于，通过分流件14以及导流件15的设置，在混合器1中构造出第一流路100以及第二流路200，延长了排气与尿素喷雾的混合路径长度，使得排气与尿素喷雾在第一端盖11与第二端盖12形成的第二混合腔室102的狭窄空间内充分混合，并且在出口部1022形成充分的涡旋运动，使得排气与还原剂混合后均匀附着于SCR催化器的催化剂，保证了对排气中氮氧化物的处理。同时，以上实施例也不会导致背压增大，也可以适应不同结构的SCR催化器，例如图2所示的，出口部1022形状与SCR催化器的形状相同，其截面并非常规的圆形，而是近似于椭圆，这将便于排气系统10适应不同的车辆布置空间要求，提高混合器1以及排气系统10的通用性。
继续参考图2，在一些实施例中，第二混合腔室102内部的具体结构可以是，导流件15位于第二混合腔室102的进口部1021与出口部1022之间。导流件15的具体结构可以是弧形导流板，但不以此为限，导流件也可以是其它的结构以及形式，例如通过设置导流叶片，导流凹槽等结构。采用弧形板状结的结构的有益效果在于结构简单易于加工，并且易于出口部1022匹配而具有良好流动效果，易于在出口部1022形成涡旋运动。进一步地，弧形导流板的相对于进口部1021、出口部1022的相对位置可以是，如图4A所示的，混合器1提供了从第二混合腔室102的进口部1021的中心轴线向外延伸的可变半径限定的理论圆柱面103，而可变半径r限定在大于进口部的半径范围内，而弧形导流板的弧形与理论圆柱面103相切。并且，如图4B所示的，进口部1021位于弧形导流板朝向其圆心的一侧，而出口部1022的侧壁10221与弧形导流板的延伸弧形(15’)相切，即图4B中从导流件15延伸的虚线与侧壁10221相切，可以理解到，也可以是弧形导流板的弧形本身与出口部1022的侧壁10221相切，如此可以使得导流件15尽可能多地“捕获”进口部1021进入的气流进行导流，并且使得气流尽可能地沿第一流路100流动而不是直接从出口部1022流出，进一步优化第一流路100在出口部1022形成涡旋运动的效果，且由于导流件15的导流效果好，可以将导流件15的长度尽可能短，以减小对排气背压的影响继续参考图2，第一流路100与第二流路200的下游端在出口部1022汇合的结构可以是第二混合腔室102的出口部1022的侧壁10221与第二混合102腔室的侧壁111之间的间隙在沿进口部1021至出口部1022的方向上逐渐减小，如此设置的有益效果在于结构简单，无需添加额外的导流件将第一流路100以及第二流路200强制地汇合以形成良好的涡旋运动。
继续参考图1以及图2，第一流路区141以及第二流路区142的具体结构可以是，第一流路区141包括第一流体面1411，第二流路区142包括第二流体面1422，第一流体面1411具有第一流动方向结构；第二流体面1422具有第二流动方向结构。第一流体面1411、第二流体面1422的具体结构可以是如图1以及图2所示的，为平板状的叶片，平板状的第一流体面1411的延伸方向与进气通道13的轴线方向的夹角为第一夹角α1，此时第一流体面1411的延伸方向即为第一方向，类似地，平板状的第二流体面1422的延伸方向为第二方向，其与进气通道13的轴线方向呈第二夹角α2，如此设置的有益效果在于叶片的结构简单，易于根据实际需要调节第一流路100与第二流路200的流向，仅需要改变平板状叶片的延伸方向与进气通道13的轴线方向的夹角即可。可以理解到，流体面的具体结构不以上述介绍的内容为限，例如也可以是具有复杂曲面的叶片，例如增压器中的转子叶片形状。
继续参考图1，在一些实施例中，混合器1的结构可以是第二混合腔室102的进口部1021与出口部1022位于第二混合腔室102的同一端，即如图1所示的，可以是进口部1021与出口部1022均位于第一端盖11，第一端盖11连接有进气通道13以及SCR催化器3，如此可以节约轴向空间，便于混合器1以及排气系统10在轴向空间有限的车辆布置空间中安装。采用如此结构的混合器1，可以实现排气系统的紧凑耦合(close-coupled)结构，以助于汽车的紧凑布置，使得混合器可以直接与上游的涡轮增压器或者排气歧管直接连接，也可以直接与下游的SCR催化器直接连接。其原理在于，虽然混合器1的轴向长度较短，由于分流件14以及导流件15的设置，即使从进气通道13进入的气流不稳定，轴向长度较短的混合器1也可以获得很好的混合效果以及涡旋运动，无需如现有技术一般，在混合器的上游需要设置例如柴油颗粒捕获器(Diesel Particulate Filter,DPF)等等功能部件对气流进行稳定，而是进气通道13的进口部131可以直接连接排气系统的涡轮增压器或者排气歧管，从而实现排气系统的紧凑耦合结构。可以理解到，若排气系统具有涡轮增压器，则进气部131直接连接涡轮增压器，若无涡轮增压器，则直接连接排气歧管。此处的“直接连接”指的是混合器1与上游的涡轮增压器或排气歧管，混合器与下游的SCR催化器之间没有其它排气功能部件，但不排除通过短管路或者接头连接。
承上可知，采用上述实施例介绍的混合器以及排气系统的有益效果在于，通过分流件以及导流件的设置，在混合器中构造出第一流路以及第二流路，使得排气与还原剂在第一端盖与第二端盖形成的狭窄混合腔室空间内充分混合，并且在出口部形成充分的涡旋运动，使得排气与还原剂混合后均匀附着于SCR催化器的催化剂，保证了对排气中氮氧化物的处理。同时，本实用新型的技术方案也不会导致背压增大，也可以适应不同结构的SCR催化器，便于排气系统适应不同的车辆布置空间要求。
本实用新型虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型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，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种混合器，用于车辆排气系统，其特征在于，所述混合器包括
进气通道，所述进气通道的侧壁具有喷射开口，所述进气通道提供第一混合腔室；
分流件，位于所述第一混合腔室内，包括第一流路区以及第二流路区；
第一端盖；
第二端盖；
导流件；
所述第一端盖、第二端盖相对闭合设置构成第二混合腔室，所述第二混合腔室具有非同心布置的进口部以及出口部，所述进口部连接所述第一混合腔室；所述导流件位于所述第二混合腔室，所述第一流路区、导流件以及所述出口部的侧壁构成第一流路，所述第二流路区以及所述第二混合腔室的侧壁构成第二流路，所述第一流路与第二流路的下游端在所述出口部汇合。
2.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述导流件位于所述第二混合腔室的进口部与出口部之间。
3.如权利要求2所述的混合器，其特征在于，导流件为弧形导流板，所述第二混合腔室的进口部位于所述弧形导流板的圆心的一侧，所述第二混合腔室的出口部的侧壁用于构成所述第一流路的部分与所述弧形导流板的弧形或其延伸的弧形相切，并且所述混合器提供了从所述第二混合腔室的进口部的中心轴线向外延伸的可变半径限定的理论圆柱面，所述可变半径限定在大于进口部的半径范围内，所述弧形导流板的弧形与所述理论圆柱面相切。
4.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述第二混合腔室的出口部的侧壁与所述第二混合腔室的侧壁之间的间隙在第一方向上逐渐减小，所述第一方向为所述进口部至所述出口部的方向。
5.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述第一流路区包括第一流体面，所述第二流路区包括第二流体面，所述第一流体面具有第一流动方向结构；所述第二流体面具有第二流动方向结构。
6.如权利要求5所述的混合器，其特征在于，所述第一流体面、第二流体面为平板状，所述第一流体面的延伸方向与所述进气通道的轴向呈第一夹角；所述第二流体面的延伸方向与所述进气通道的轴向呈第二夹角。
7.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述第二混合腔室的进口部与出口部位于所述第二混合腔室的同一端。
8.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，还包括安装座，用于安装定量加料器，所述安装座的轴线与所述进气通道的轴线的夹角α为0°<α<90°。
9.如权利要求8所述的混合器，其特征在于，所述安装座的轴线与所述进气通道的轴线的夹角为20°-70°。
10.一种排气系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的混合器，以及定量加料器，所述定量加料器喷射还原剂溶液从所述喷射开口进入所述进气通道。
11.如权利要求10所述的排气系统，其特征在于，所述还原剂溶液为尿素溶液。
12.如权利要求10所述的排气系统，其特征在于，所述排气系统包括SCR催化器以及涡轮增压器和/或排气歧管，所述SCR催化器直接连接所述第二混合腔室的出口部；所述涡轮增压器或排气歧管直接连接所述进气通道的进口部。
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