JP2018514692A

JP2018514692A - 全回転混合器

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Publication number: JP2018514692A
Application number: JP2017556629A
Authority: JP
Inventors: アラノ，エドゥアルド
Original assignee: EMCON Technologies LLC
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2018-06-07
Anticipated expiration: 2036-04-19
Also published as: KR20170141731A; JP6602892B2; BR112017023124A2; KR102026007B1

Abstract

車両の排気系用の混合器は、混合器中心軸を画定し、かつエンジン排ガスを受け入れるように構成された入口と出口とを有する混合器本体を含む。混合器は、混合器本体内に位置決めされた上流バッフルと、混合器中心軸に沿った方向において上流バッフルから離間されるように混合器本体内に位置決めされた下流バッフルとをさらに含む。投与器は、投与器軸を画定し、かつ上流バッフルと下流バッフルとの間の領域に還元剤を噴霧するように位置決めされ、それにより、還元剤と排ガスとの混合物は出口を出る。混合物は、出口を出る前に少なくとも３６０度である回転流路を通して移動する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年４月３０日出願の米国仮特許出願第６２／１５５，００７号明細書に対する優先権を主張する、２０１５年６月１２日出願の米国特許出願第１４／７３７，５３３号明細書に対する優先権を主張する一部継続出願である、２０１６年４月１９日出願の米国特許出願第１５／１３２，４６４号明細書に対する優先権を主張する。

排気系は、エンジンによって生成された高温の排ガスを種々の排気系部品に導いて、エミッションを還元しかつ騒音を制御する。排気系は、選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒の上流に、ディーゼル排気用流体（ＤＥＦ）または例えば尿素と水との溶液などの還元剤を注入する注入系を含む。ＳＣＲ触媒の上流に混合器が位置決めされて、エンジン排ガスと尿素変換生成物とを混合する。

混合器は、入口開口部を備える上流バッフルと、出口開口部を備える下流バッフルとを含み、上流および下流バッフルは、外周壁によって取り囲まれている。外周壁内に形成された開口部に投与器が装着されて、排気ストリーム中へとＤＥＦを噴霧する。噴霧は、液滴が混合器の断面全体にわたって広がるようにする高スプレー浸透力もたらすために、大きい液滴サイズを有する傾向がある。しかしながら、小さい直径の液滴は大きい直径の液滴よりも迅速に蒸発するため、小さい液滴サイズが好ましい。

実装上の制約に起因して、混合器の長さを最小限にすることにより、混合器にコンパクトな構成を提供することが重要である。一般に、長さの短い混合器はまた、大きい排気流断面積を有する。これは、小さい液滴サイズを使用するときに、液滴が排気流に十分に浸透しない傾向があるために不都合である。したがって、所望の短い混合長さおよび所望の小さい噴霧液滴サイズを有することは互いに対立する。液滴が高スプレー浸透力を有する必要があるだけでなく、液滴は均一に分布される必要がある。

米国特許第８６６１７９２号明細書に記載されている１つの公知のコンパクトな混合器構成では、入口開口部および出口開口部は、互いに対して、流路が入口開口部から出口開口部まで３００度の回転をもたらすような向きにされる。この回転度は浸透および分布を促す一方、混合器の長さを長くすることなく混合性能をさらに向上させるために望ましい。

例示された一実施形態では、車両の排気系用の混合器は、混合器中心軸を画定し、かつエンジン排ガスを受け入れるように構成された入口と出口とを有する混合器本体を含む。混合器は、混合器本体内に位置決めされた上流バッフルと、混合器中心軸に沿った方向において上流バッフルから離間されるように混合器本体内に位置決めされた下流バッフルとをさらに含む。投与器は、投与器軸を画定し、かつ上流バッフルと下流バッフルとの間の領域に還元剤を噴霧するように位置決めされ、それにより、還元剤と排ガスとの混合物は出口を出る。混合物は、出口を出る前に少なくとも３６０度である回転流路を通して移動する。

上記のさらなる実施形態では、上流バッフルは、第１の部分と、第１の部分から混合器中心軸に沿った方向にオフセットされた第２の部分と、第１の部分から第２の部分へ移行する第３の部分とを含み、上流バッフルは、少なくとも１つの主入口開口部を含み；および下流バッフルは、第１の部分と、第１の部分から混合器中心軸に沿った方向にオフセットされた第２の部分と、第１の部分から第２の部分へ移行する第３の部分とを含み、下流バッフルは、少なくとも１つの主出口開口部を含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態では、混合器本体内において下流バッフルの下流に延長プレートが位置決めされ、延長プレートは、少なくとも１つのプレート主出口開口部を含み、それにより、上流バッフルと下流バッフルとの間の投与器軸における上流箇所から、プレート主出口開口部の中心軸における下流箇所まで、混合物が少なくとも３９０度だけ回転する。

上記のいずれかのさらなる実施形態では、上流バッフルおよび下流バッフルの少なくとも一方は、リップを含む少なくとも１つの副開口部を含み、リップは、上流バッフルおよび下流バッフルのそれぞれ１つから離れる方に延在して、上流バッフルおよび下流バッフルのそれぞれ１つの材料厚さの少なくとも３倍であるリップ高さを画定する。

上記のいずれかのさらなる実施形態では、上流バッフルの第１の部分は第１の平坦面を含み、第２の部分は、第１の平坦面よりも小さい第２の平坦面を含み、および第３の部分は、第１の平坦面から第２の平坦面へ移行するらせん面を含み、上流バッフルは、第１の平坦面と第２の平坦面との間に延在する垂直壁部分を含み、垂直壁部分は少なくとも１つの主入口開口部を含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態では、少なくとも１つの主入口開口部は、垂直壁部分に形成された少なくとも３つの入口開口部を含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態では、第１の平坦面は、上流バッフルの少なくとも半分を含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態では、上流バッフルは、第１の平坦面内にのみ形成される複数の副入口開口部を含み、上流バッフルの残りの部分には副入口開口部がない。

上記のいずれかのさらなる実施形態では、下流バッフルの第１の部分は第１の平坦面を含み、第２の部分は、第１の平坦面からオフセットされた第２の平坦面を含み、および第３の部分は、第１の平坦面から第２の平坦面へ移行するらせん面を含み、主出口開口部は、下流バッフルの第１の平坦面と第２の平坦面との間の垂直方向のオフセット区域内に形成された開放領域を含む。

上記のいずれかのさらなる実施形態では、下流バッフルは、少なくとも１つの副出口開口部を含み、下流バッフルの少なくとも半分は、副出口開口部のない固体表面を有し、下流バッフルの固体表面は投与器軸と位置合わせされ、それにより、投与器によって画定された噴霧ゾーンは、いかなる副出口開口部に遭遇することもなく固体表面にわたって延在する。

本出願のこれらのおよび他の特徴は、以下の本明細書および図面から最もよく理解され、下記は、図面の簡単な説明である。

本発明による混合器を備える排気系の一例を概略的に示す。本発明による混合器の上流端の斜視図である。下流端側からの図２Ａの混合器の斜視図である。混合器の上流バッフルの斜視図である。混合器の下流バッフルの上面図である。図４Ａの下流バッフルの上流端面の斜視図である。混合器内に中板が含まれている副集成部品の斜視図である。下流バッフルに対する中板および副集成部品の位置を示す、混合器の上流端面図である。上流バッフルと下流バッフルとの間の中板を示す、混合器の斜視的な組立図である。図６と同様であるが、中板のみを示す図である。中板に対する投与器軸の箇所を示す端面図である。約３９０度の回転流路を示す、混合器の概略的な端面図である。約４５０度の回転流路を示す、混合器の概略的な端面図である。本発明を組み込む混合器の別の実施形態の入口端側からの斜視図である。図１２の混合器の出口端側からの斜視図である。図２Ａに示す混合器のバッフルの断面図である。図１２に示す混合器のバッフルの断面図である。図１２の混合器の下流バッフルおよび副集成部品の斜視図である。上流バッフルが取り外された状態の図１２の混合器の入口端側からの斜視図である。延長プレートのない図１２の混合器の出口端側からの斜視図である。延長プレートの第１の実施形態を備える図１２の混合器の出口端側からの斜視図である。延長プレートの第２の実施形態を備える図１２の混合器の出口端側からの斜視図である。図１７Ａの混合器用の回転流路を示す、図１７Ａの混合器の端面図である。図１７Ｂの混合器用の回転流路を示す、図１７Ｂの混合器の端面図である。図１７Ｃの混合器用の回転流路を示す、図１７Ｃの混合器の端面図である。図１７Ｃに示すような線１９Ａ−１９Ａに沿って取った断面図である。図１９Ａで特定される領域の拡大図である。図１２の混合器の分解図である。図２０Ａに示すような副集成部品および構成要素の分解図である。図２０Ａの延長バッフル、下流バッフルおよびマウンティングリングの出口側からの分解図である。図２０Ｃの延長バッフル、下流バッフルおよびマウンティングリングの出口側からの分解図である。

図１は、公知の通り、エンジン１２によって生成された高温の排ガスを種々の上流排気系部品１４に導いて、エミッションを還元しかつ騒音を制御する車両の排気系１０を示す。種々の上流排気系部品１４は、以下のうちの１つ以上を含み得る：管、フィルター、弁、触媒、マフラー等。

１つの例示的な構成では、上流排気系部品１４は、排ガスを、入口１８および出口２０を有するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）１６へ向ける。ＤＯＣ１６の下流には、ディーゼル排気微粒子フィルター（ＤＰＦ）であり得る任意選択的な構成要素２１があり、これは、公知のように、排ガスからの汚染物質を除去するために使用される。一例では、構成要素２１は、ＤＰＦおよび任意選択的なＬ字接続部を備える排気管の後続部分であり得る。別の例では、構成要素２１は、任意選択的なＬ字接続部を備える排気管の一部分であり得る。ＤＯＣ１６および任意選択的な構成要素２１の下流には、入口２４および出口２６を有する選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒２２がある。入口２４は、混合器出口面４４から離れて置かれ得る。この例では、排気系の管が排気流を触媒２２へ導く。出口２６は、排ガスを下流排気系部品２８へ伝える。任意選択的に、構成要素２２は、選択触媒還元機能および微粒子フィルター機能を果たすように構成される触媒を含み得る。種々の下流排気系部品２８は、以下のうちの１つ以上を含み得る：管、フィルター、弁、触媒、マフラー等。これらの上流部品１４および下流部品２８は、車両の適用例および利用可能な実装スペースに依存して、種々の異なる構成および組み合わせで装着され得る。

混合器３０は、ＤＯＣ１６または構成要素２１の出口２０から下流に、およびＳＣＲ触媒２２の入口２４の上流に位置決めされる。上流触媒および下流触媒は、直列、並列または任意の他の構成であり得る。混合器３０（直列構成で示すような）は、排ガスの渦または回転運動を生成するために使用される。注入系３２は、ガスまたは液体の還元剤、例えば尿素と水との溶液などをＳＣＲ触媒２２から上流側の排ガスストリーム中へ注入するために使用されて、混合器３０が注入された物質と排ガスとを徹底的に混合できるようにする。一例では、注入系３２は、流体供給装置３４と、投与器３６と、公知のような還元剤の注入を制御する制御装置３８とを含む。任意選択的に、構成要素３６は、ガス還元剤を導入する管であり得る。還元剤の注入を制御する制御装置３８の動作は公知であるため、さらに詳細には説明しない。

図２〜９において混合器３０を詳細に示す。図２Ａ〜２Ｂに示すように、混合器３０は、エンジン排ガスを受け入れるように構成された入口端４２、および渦巻いているエンジン排ガスと、尿素から変換された生成物との混合物をＳＣＲ触媒２２へ向ける出口端４４を有する混合器本体を含む。さらに、混合器本体は、上流バッフル５０（図２Ａおよび図３）および下流バッフル５２（図２Ｂおよび図４Ａ〜４Ｂ）を含み、これらは、外周壁５４によって取り囲まれている。上流バッフル５０は、排ガス流の渦巻きを開始させるように構成される。混合器３０はまた、混合器中心軸Ａ（図２Ｂ）の方へ内側に向く内周面５６を含む。

入口４２にある上流バッフル５０は、排ガスの大部分を受け入れることができる大きい入口開口部６０を含み得（例えば、大きい入口開口部６０は排気質量流量の６０％を受け入れる）、および入口開口部は、渦運動を開始させるように構成される。上流バッフル５０はまた、複数の送り穴、スロット、または追加的な入口開口部６２を含み、これらにより、排ガスを確実に最適に均質化させ、かつ背圧を低下させる。上流バッフル５０および複数の入口開口部６０、６２は協働して、排ガスが混合器３０の入口端４２に入ると、排ガスに対して渦運動を開始させる。

下流バッフル５２は、大きい出口開口部６４（図４Ａ〜４Ｂ）を含み、それを通って排ガスの大部分が出る。下流バッフル５２はまた、リップ６８によって取り囲まれた複数の追加的な出口開口部６６を含み、それを通って排ガスが出る。リップ６８は、尿素を混合器３０内に保ってＤＥＦ変換を増加させ、かつ混合性能を向上させる。リップ６８はまた、追加的な乱流を生成して混合性能をさらに向上させる。下流バッフル５２は、らせん状部分７０を含む。らせんの軸は、Ａで表す（図２Ｂ）混合器の中心軸であり、らせん状部分７０の外周囲にはリム７２が形成されている。リム７２は上流方向に延在する。

大きい出口開口部６４は主出口開口部を含み、および他の出口開口部６６よりも大きい。らせん状部分７０は追加的な出口開口部６６を含む。らせん状部分７０は、上流端部分７４および下流端部分７８によって形成される。上流端部分７４および下流端部分７８は、それぞれ平坦面部分を含み、らせん状部分７０がそれらの間に延在している。らせん状部分７０と上流端部分７４の平坦部分との間の移行線は、図４Ａに１０７で示されている。らせん状部分７０と下流端部分７８の平坦部分との間の移行線は、図４Ａに１０５で示されている。端部分７４および７８の平坦面部分は、混合器軸Ａに対して垂直である（図２Ｂ）。下流端部分７８の平坦面と上流端部分７４の平坦面との間には壁８０が延在し、および壁８０内に主出口開口部６４が形成される。コネクターリング９９（図６）を使用して、バッフル５２を混合器本体の壁５４に接続できる。任意選択的に、バッフル５２は壁５４に直接取り付けられ得る。

同様に、上流バッフル５０はらせん状部分８２を含み、らせん状部分８２の外周囲にはリム８４が形成されている。大きい入口開口部６０は主入口開口部を含み、および他の入口開口部６２よりも大きいことができる。らせん状部分８２は追加的な入口開口部６２を含み、かつ上流端部分８８および下流端部分８６を有する。上流部分８８から下流部分８６まで壁９０が延在し、および主入口開口部６０はこの壁９０内に形成される。

図７に示すように、混合器３０は、上流バッフル５０と下流バッフル５２との間に位置決めされた中板１００（図５）を含み、主入口開口部６０から主出口開口部６４への直接的な流れを阻止する。中板１００は、主入口開口部６０を出る排ガスの大部分を、主出口開口部６４を出る前に混合器中心軸Ａの周りで３６０度超だけ回転させて誘導する回転流路を開始する。図１０に示す一例では、回転は約３９０度である。図１１に示す別の例では、回転は約４５０度である。この回転度の増大により、排ガス内へ還元剤をより徹底的に混合させる。また、このより徹底的な混合は、混合器の全長を長くする必要なく行われる。

図７に示すように、中板１００は、主入口開口部６０と主出口開口部６４との間に軸方向に位置決めされる。これにより、主入口開口部６０から主出口開口部６４への排ガスの回路経路が直接的に短くなるのを防止する。その代わりに、排ガスは、主入口開口部６０に入り、および中板１００によってリム７２に沿って移動するように向けられて回転混合を生成する。

図５〜６に示すように、中板１００は、混合器中心軸Ａ付近に頂点１０２を有し、および外周壁５４に向かう方向に半径方向外向きに広がる。中板１００は、頂点１０２から半径方向外向きに延在する第１の縁１０６と、頂点１０２から半径方向外向きに延在しかつ第１の縁１０６から円周方向に離間された第２の縁１０８と、第１の縁１０６と第２の縁１０８とを接続して楔形状を画定する外周縁１１０とによって画定される平坦部分１０４を含む。第１の縁１０６は中板１００の入口側を含み、および第２の縁１０８は中板１００の出口側を含む。縁１０６および縁１０８によって画定された角度は７０度〜２７０度で変化し得る。平坦部分１０４は、縁１０８である出口側に隣接らせん状部分を有し得る。

一例では、中板１００は、外周縁１１０から上流方向に延在するフランジ部分１１２を含む。フランジ部分１１２は、外周縁１１０全体に沿って延在しない。中板１００は、副集成部品１１４の一部として取り付けられ、これは、投与器３６を所望の向きの位置に装着するためにさらに使用されるコーンプレート１１６およびマニホールド１１８を含む。図５に示すように、中板１００は、フランジ部分１１２の一部分および外周縁１１０の一部分に沿って延在する溶接部１２０によってコーンプレート１１６に取り付けられる。１つ以上の追加的な溶接部（図示せず）を使用して、マニホールド１１８を中板１００およびコーンプレート１１６に取り付ける。

その後、副集成部品１１４は混合器３０内に位置決めされて、図６の１２２に示すように、中板のフランジ部分１１２が下流バッフル５２のリム７２に溶接され得るようにするか、または他の方法で取り付けられ得るようにする。任意選択的に、中板１００はフランジ部分を含まなくてもよく、および外周縁１１０はリムに溶接され得る。

混合器３０の外周壁５４は、投与器３６を受け入れるために投与開口部１２４を備える投与器装着領域を含む。上流バッフルおよび下流バッフル５０、５２は、混合器３０の長さに沿って軸方向において互いに離間されている。投与器３６用の投与開口部１２４は、上流バッフル５０と中板１００との間の領域に還元剤を噴霧するように位置決めされる。

図示の例では、中板１００の出口側、すなわち第２の縁１０８は、下流バッフル５２の平坦部分７４の移行線１０７と位置合わせされる。溶接部１２２を使用して、第２の縁１０８を移行線１０７におよびフランジ１１２をリム７２に取り付けることができる。したがって、中板１００は、平坦部分７４に部分的に重なり合い、かつ主出口開口部６４を越えて円周方向に延在する。これにより、主入口開口部６０を通って入るいずれの排ガスも主出口開口部６４から直ちに出ることを効果的に阻止する（図７〜８）。

図９に示すように、混合器３０は、混合器３０の長さに沿って延びる混合器中心軸Ａを画定する。投与器３６は、混合器３０の中心軸Ａに対してわずかにオフセットされた中心投与器軸Ｄを画定する、すなわち軸Ｄは軸Ａを横切らない。主出口開口部６４の向きは軸Ｏによって画定される。軸Ｄから軸Ｏまで、流れは３９０度の回転を辿り得る（図１０）。

１つの例示的な実施形態では、中板１００は、約９０度だけ互いに分離している辺１０６、１０８によって形成された楔形状を有する。任意選択的な実施形態では、出口バッフルの移行線１０５は、中板１００の入口側１０６と位置合わせされて、約１５０度だけ分離している辺１０６および１０８を有する楔形状を形成する。これにより、出口バッフル５２をさらに６０度回転させることが可能となり、４５０度の回転を有する混合器を生じる（図１１）。

そのようなものとして、軸Ｄと軸Ｏとの間に少なくとも３６０度の流路を可能にして混合性能およびＤＥＦ変換を向上させる、コンパクトな混合器３０が提供される。この性能の向上は、混合器の軸方向長を長くすることなくもたらされ、かつさらに背圧に悪影響を及ぼさない。例えば、この３６０〜４５０度の回転流路は、７〜１０インチの長さである全長を有する混合器内に設けられる。

混合器２３０の別の例を図１２に示す。この例では、混合器２３０は、エンジン排ガスを受け入れるように構成された入口端２４２、および渦巻いているエンジン排ガスと、尿素から変換された生成物との混合物をＳＣＲ触媒２２へ向ける出口端２４４を有する混合器本体を含む。さらに、混合器本体は、上流バッフル２５０（図１２）および下流バッフル２５２（図１３）を含み、これらのバッフルは、リング状構造の外周壁２５４によって取り囲まれている。上流バッフル２５０は、排ガス流の渦巻きを開始させるように構成されている。リング状構造は内周面２５６も含む。

上流バッフル２５０は、上流端部分２８８および下流端部分２８６を有し、らせん状部分２８２が上流端部分２８８と下流端部分２８６との間を移行する。外側リム２８４が上流バッフル２５０の外周囲に形成されている。上流端部分２８８は、全体的に大きい平坦領域を提供し、および下流端部分２８６は、上流端部分２８８の平坦領域から軸Ａに沿った方向にオフセットされた全体的により小さい平坦領域を含む。らせん状部分２８２は、渦運動を促すために、オフセットされた２つの平坦領域間での移行表面を含む。

図示の例では、上流端部分２８８の平坦領域は、上流バッフル２５０の表面領域の少なくとも約１８０度、すなわち約半分含み、下流端部分２８６のらせん状部分２８２および平坦領域は、他方の１８０度、すなわちもう半分を含む。図２Ａに示す上流バッフル５０の実施形態に対応する図１４Ａは、図１０に示すような上流バッフル２５０に対応する図１４Ｂと比較され得る。図１４Ａの実施形態では、上流端８８の端部は、図１４Ｂの実施形態の平坦部分よりも遥かに小さく、およびらせん状部分８２は、上流端８８から下流端８６まで移行するより漸進的なスロープを有する。少なくとも１８０度にわたって延在する平坦領域を有する図１４Ｂは、図１４Ａの実施形態よりも遥かに急なスロープを備えるらせん状部分２８２を有する。これにより、混合器２３０の混合領域内において垂直方向により多くの余裕をもたらす。

投与器軸Ｄは、図１４Ａおよび図１４Ｂの両方において示される。混合器３０の図１４Ａの実施形態では、バッフル５０および５２間に第１の垂直距離ＶＤ１がある。混合器２３０の図１４Ｂの実施形態では、バッフル２５０および２５２間に、第１の垂直距離ＶＤ１を上回る第２の垂直距離ＶＤ２がある。図１４Ａおよび図１４Ｂから、全体的に噴霧ゾーンＳＺ（図１３）の中心に対応する投与器軸Ｄは、軸Ｄが図１４Ｂの混合器２３０の上流バッフル２５０と交差するよりも遥かに早く混合器３０の上流バッフル５０と交差することが明らかである。これにより、図２Ａの混合器３０と比較してより多くの余裕があるため、混合器２３０への噴霧の浸透量が向上する。

上流バッフル２５０はまた、上流部分２８８から下流部分２８６まで延在する垂直壁２９０を含み、および垂直壁は、混合器２３０への主排ガス入口を有する。上流バッフル５０に１つの大きい主入口開口部６０を有する代わりに（図２Ａ）、この構成は、上流バッフル２５０の壁２９０に複数の主入口開口部２６０を含み、排ガスの大部分を受け入れる（例えば、主入口開口部２６０は排気質量流量の６０％を受け入れる）。上流バッフル２５０はまた、複数の副入口開口部２６２を含んで、排ガスを確実に最適に均質化させかつ背圧を低減させる。上流バッフル２５０および入口開口部２６０、２６２は協働して、排ガスが混合器２３０の入口端２４２に入るときに排ガスに渦運動を開始させる。

上述の通り、主入口開口部２６０は壁２９０内に形成される。上流端部分２８８の平坦領域は、追加的または副入口開口部２６２を含む。副入口開口部２６２は、主入口開口部と同じサイズおよび／または形状であり得るか、またはわずかに小さいことができ、および／または異なる形状を有することができる。一例では、バッフル部分２８２および下流端部分２８６の平坦領域は、副入口開口部を全く含まない、すなわち副入口開口部２６２は、上流端部分２８８の平坦領域にのみ形成される。

図１２に示す例では、単一の主入口開口部６０の代わりに使用される３つの主入口開口部２６０がある。適用例に応じて、２つの主入口開口部２６０のみ、または４つ以上の主入口開口部２６０が使用され得ることが理解されるべきである。一例では、主入口開口部２６０は、長尺状形状、例えばスロット形状を有し、第１の方向の大きい寸法はスロットの長さを画定し、および第２の方向の小さい寸法はスロットの高さを画定する。図示の例では、大きい寸法は、下流端部分２８６の平坦領域から上流端部分２８８の平坦領域の方へ向かう方向において壁２９０に沿って延在し得る。

図示の例では、主入口開口部２６０は同じサイズであり、および半径方向において壁２９０に沿って互いに離間されている。開口部２６０はまた、異なる構成の向きにされ、および異なるサイズを有し得る。単一の大きい入口開口部とは対照的に、複数の主入口開口部２６０を有することの１つの利点は、複数の入口開口部２６０が、噴霧に対して加えられる排ガスの力を減少させるのを促進し、それにより、内周面２５６に強制的に当たることになる噴霧量を減少させることである。

図１３に示すように、下流バッフル２５２は、大きい主出口開口部２６４を含み、それを通って大部分の排ガスが出る。下流バッフル２５２はまた、リップ２６８によって取り囲まれた１つ以上の副出口開口部２６６を含み、それを通って排ガスが出る。リップ２６８は、尿素を混合器２３０内に保ち、ＤＥＦ変換を増やし、および混合性能をさらに向上させるために追加的な乱流を生成する。

下流バッフル２５２は、上流端部分２７４および下流端部分２７８を有し、らせん状部分２７０が上流端部分２７４と下流端部分２７８との間を移行する。外側リム２７２が下流バッフル２５２の外周囲に形成される。上流端部分２７４は平坦領域を含み、らせん状部分２７０を介して下流端部分２７８にある平坦領域まで移行する。２つの平坦領域は、軸Ａに沿った方向において互いにオフセットされている。らせん状部分２７０は、オフセットされた２つの平坦領域間を移行する表面を含んで渦運動を促進する。下流バッフル２５２はまた、上流部分２７４から下流部分２７８まで延在する垂直壁２８０を含み、および下流バッフルは、副出口開口部２６６よりも大きい主出口開口部２６４を有する。図示の例では、主出口開口部２６４は、上流端部分２７４の平坦領域と下流端部分２７８の平坦領域との間の垂直方向のオフセット部内に形成された開放領域を含む。

図示の例では、下流バッフルの少なくとも１８０度、すなわち少なくとも半分は、固体表面を有する、すなわち副出口開口部２６６がない。下流バッフル２５２のこの固体表面が投与器軸Ｄと位置合わせされ、それにより、図１３に示すように、噴霧ゾーンＳＺがこの固体表面にわたって延在する。したがって、副開口部２６６は、主出口開口部２６４に隣接する下流端部分２７８に形成され、かつ噴霧ゾーンＳＺと重なり合わない。図示の例では、３つの副開口部２６６があり、それぞれ異なるサイズを有する。さらに、少なくとも１つの開口部はスロット形状であり、および少なくとも１つの開口部は円形形状である。しかしながら、形状およびサイズの種々の組み合わせが使用され得る。さらに、適用例に応じて、４つ以上または２つ以下の副開口部も使用され得ることが理解されるべきである。

図１２〜１３に示すような混合器２３０では、中板１００の平坦部分１０４（図７）は、もはやバッフル２５０および２５２間に位置決めされていない。その代わりに、図１５に示すように、コーンプレート３１６およびマニホールド３１８を含む副集成部品３１４は、図５〜６に示すような混合器３０のコーンプレート１１６およびマニホールド１１８と同様の方法で使用される。コーンプレート３１６は、混合器３０のフランジ部分１１２と同様の壁部分３１２を含むように修正される。

マニホールド３１８は、混合器３０に関して上述したものと同様の方法でコーンプレート３１６に取り付けられる。その後、副集成部品３１４は、コーンプレート３１６の円周縁に沿った第１の溶接部３２０および壁部分３１２に沿った第２の溶接部３２２により、下流バッフル２５２に取り付けられる。溶接しているインターフェースを示すが、例えば、ろう付けなどの他の取付方法も使用できることを理解されるべきである。

図１６に示すように、混合器２３０の外周壁２５４は、投与器３６を受け入れるための投与開口部２２４を備える投与器装着領域を含む。上流および下流バッフル２５０、２５２は、混合器２３０の長さに沿った軸方向において互いに離間されている。投与器３６用の投与開口部２２４は、上流バッフル２５０と下流バッフル２５２との間の領域に還元剤を噴霧するように位置決めされる。

噴霧と排ガスとの混合物が下流バッフル２５２の主出口開口部２６４を出るとき、混合物は延長バッフル３００に向けられる。したがって、延長バッフル３００は、混合器２３０内において出口または下流バッフル２５２の下流である箇所に配置される。この箇所に延長バッフル３００を使用することによって流れの分散を向上させ、かつ混合器３０と比較して混合器２３０により良好な性能を生じる。

図１７Ａは、延長バッフル３００のない混合器２３０の出口端側からの図を示す。図１７Ｂは、延長バッフル３００の第１の実施形態を示し、ここでは、バッフル３００は下流バッフル２５２と約９０度重なり合うように構成されている。図１７Ｃは、延長バッフル３００’の第２の実施形態を示し、ここでは、バッフル３００’は下流バッフルと約１８０度度重なり合うように構成されている。各実施形態では、延長バッフル３００、３００’は、ほぼ平坦なベース３００ａを含み、円周壁部分３００ｂ（図２０Ｃ〜Ｄ）がベース３００ａの外周縁から上流方向に延在している。

平坦なベース３００ａは楔形状を有し、これは、混合器中心軸Ａ付近に頂点または中心３００ｃを有し、かつ外周壁２５４に向かう方向において半径方向外向きに広がる。平坦なベース３００ａは、頂点３００ｃから半径方向外向きに延在する第１の縁３００ｄ、頂点３００ｃから半径方向外向きに延在しかつ第１の縁３００ｄから円周方向に離間された第２の縁３００ｅ、および第１の縁３００ｄと第２の縁３００ｅとを接続する外周縁３００ｆによって画定される。第１の縁３００ｄは、延長バッフル３００の入口側または上流側を含み、および第２の縁３００ｅは、延長バッフル３００の出口側または下流側を含む。図示の例では、縁３００ｄ、３００ｅによって画定された角度は約９０度である。しかしながら、角度は、適用例に依存して必要に応じて増減され得る。

上述の通り、円周壁部分３００ｂは、外周縁３００ｆから上流方向に延在する。放射状壁部分３００ｇは、平坦なベース３００ａの第２の縁３００ｅから上流方向に延在する。放射状壁部分３００ｇは、大きい主出口開口部３００ｈを含み、それを通って排ガスと還元剤との混合物の大部分が混合器２３０を出る。ベース３００ａは１つ以上の副出口開口部３００ｉを含み、これらのサイズは主出口開口部３００ｈよりも小さい。副出口開口部３００ｉは、円形形状、またはスロット形状、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。他の形状および異なるサイズ構成も使用し得る。さらに、２つのスロット形状の開口部および１つの円形形状の開口部を図１７Ｂに示すが、任意の形状またはサイズの組み合わせのより少数または多数の開口部も適用例に依存して使用され得る。

図１７Ｃの延長バッフル３００’は、図１７Ｂのバッフル３００の延長バッフルと同様であるが、縁３００ｄ、３００ｅによって画定された角度は約１８０度まで大きくされている。角度は９０〜１８０度のいずれかに修正でき、かつまた適用例に依存して、必要に応じて１８０度よりも大きくまたは９０度よりも小さくできることが理解されるべきである。

図１８Ａは、下流バッフル２５２の主出口開口部２６４が投与器軸Ｄに関連して示された状態の混合器出口からの図を示す。矢印３０１によって示すように、上流の投与器軸Ｄの箇所から、下流の出口開口部２６４の中心軸３０３の箇所までは３６０度の回転を下回る（図１８Ａには約３００度の回転が示されている）。図１８Ｃの実施形態は、混合物が混合器２３０を出る前に著しく大きく回転するように提供される。

図１８Ｂは、混合器２３０からの出口と、図１７Ｂの延長バッフル３００構成用の投与器軸Ｄとの関係を示す。平坦なベース３００ａの上流または第１の縁３００ｄは、下流バッフル２５２の主出口開口部２６４の中心軸３０３に沿ってほぼ位置合わせされている。延長プレート３００の主出口開口部３００ｈは中心軸３０５を画定している。矢印３０７によって示されるように、上流の投与器軸Ｄの箇所から下流の延長バッフル３００の出口開口部３００ｈの中心軸３０５の箇所まで約３９０度の回転があり、これは、図１８Ａに示す回転の量を著しく向上させている。図１８Ｃは、矢印３０９に示すように、さらに多く回転させるようにしており、ここでは、上流の投与器軸Ｄの箇所から下流の延長プレート３００’の出口開口部３００ｈの中心軸３０５の箇所まで約４８０度の回転がある。

図１９Ａは、図１７Ｃの線１９Ａに沿って取られた断面図を示す。この断面図は、それぞれリップ３００ｊによって取り囲まれている、延長バッフル３００’の副開口部３００ｉを通って取られている。リップ３００ｊは、各開口部３００ｉを完全に取り囲み、かつ上流方向に延在している。図１９Ｂの拡大図に示すように、延長バッフル３００は、ベース３００ａからリップ３００ｊの遠位端まで外側に延在するリップ高さＬＨを有する。各リップ３００ｊは材料厚さＭＴも有する。図示の例では、リップ高さＬＨは材料厚さＭＴの少なくとも３倍である。この関係により、リップが短いかまたはリップがない従来の構成と比較して、性能を向上させる。図１７Ｃに示すような延長バッフル３００’のリップの構成は、延長バッフル３００のリップ３００ｊにも使用され得ることが理解されるべきである。さらに、リップ高さが材料厚さの３倍であるという関係は、上流バッフル２５０および下流バッフル２５２の副開口部２６２、２６６のリップ２６８に使用される選択肢でもある。一例では、リップ３００ｊは、それぞれの開口部を完全に取り囲むように延在する。

図２０Ａ〜Ｄは、図１２および図１７Ｂに示す構成に対応する混合器２３０の分解図を示す。上流バッフル２５０および下流バッフル２５２は、投与開口部２２４を含むリング状構造３５０に装着される。コーンプレート３１６およびマニホールド３１８の副集成部品３１４は、投与開口部２２４に関連付けられる。図２０Ｂは、副集成部品３１４の分解図を示す。投与器３６用の取付板３１７がマニホールド３１８およびコーンプレート３１６組立品に取り付けられる。図２０Ｃ〜Ｄは、下流バッフル２５２および延長バッフル３００の分解図を示す。図２０Ａ〜Ｂに示すように、追加的なマウンティングリング３５４がこれらの構成要素を残りの組立品に対して固定するために使用され得る。

本発明は、混合性能およびＤＥＦ変換を向上させるために、３００〜４８０度またはそれを上回る流れ回転度を可能にするコンパクトな混合器を提供する。さらに、上述の通り、この性能の向上は、混合器の軸方向長を長くすることなくもたらされ、かつさらに背圧に悪影響を及ぼさない。例えば、この著しい回転の量は、全長が７〜１０インチである混合器内にもたらされる。

本発明の実施形態を開示してきたが、当業者は、いくつかの修正形態が本発明の範囲内に入ることを認識する。そのため、以下の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲および内容を決定するために検討されるべきである。

Claims

車両の排気系用の混合器であって、
混合器中心軸を画定し、かつエンジン排ガスを受け入れるように構成された入口と出口とを有する混合器本体と；
前記混合器本体内に位置決めされた上流バッフルと；
前記混合器中心軸に沿った方向において前記上流バッフルから離間されるように前記混合器本体内に位置決めされた下流バッフルと；
投与器軸を画定し、かつ前記上流バッフルと前記下流バッフルとの間の領域に還元剤を噴霧するように位置決めされ、それにより、還元剤と排ガスとの混合物は前記出口を出る、投与器と
を含み、
前記混合物は、前記出口を出る前に少なくとも３６０度である回転流路を通して移動する、混合器。
前記上流バッフルは、第１の部分と、前記第１の部分から前記混合器中心軸に沿った方向にオフセットされた第２の部分と、前記第１の部分から前記第２の部分へ移行する第３の部分とを含み、前記上流バッフルは、少なくとも１つの主入口開口部を含み、
前記下流バッフルは、第１の部分と、前記第１の部分から前記混合器中心軸に沿った方向にオフセットされた第２の部分と、前記第１の部分から前記第２の部分へ移行する第３の部分とを含み、前記下流バッフルは、少なくとも１つの主出口開口部を含む、請求項１に記載の混合器。
前記主入口開口部から前記主出口開口部へ直接的な流れが直接流れることを阻止するために、前記上流バッフルと前記下流バッフルとの間に位置決めされた中板を含み、前記中板は、前記主入口開口部を出る排ガスを、前記主出口開口部を出る前に前記混合器中心軸の周りで３６０度以上回転させて誘導する回転流路を開始する、請求項２に記載の混合器。
前記混合器本体内において前記下流バッフルの下流に位置決めされた延長バッフルを含み、前記延長バッフルは、少なくとも１つの延長バッフル主出口開口部を含み、それにより、前記上流バッフルと前記下流バッフルとの間の前記投与器軸における上流箇所から、前記延長バッフル主出口開口部の中心軸における下流箇所まで、前記混合物は少なくとも３９０度回転する、請求項２に記載の混合器。
前記延長バッフルは、ベースの外周縁から上流方向に円周壁部分が延在するほぼ平坦なベースを含み、前記ベースは、前記混合器中心軸付近に中心を有し、かつ前記円周壁部分へ向かう方向に外側へ広がり、前記ベースは、前記中心から半径方向外向きに延在する第１の縁と、前記中心から半径方向外向きに延在しかつ前記第１の縁から円周方向に離間された第２の縁とによって画定されている、請求項４に記載の混合器。
前記第１の縁と前記第２の縁との間に画定される角度は少なくとも９０度である、請求項５に記載の混合器。
前記第１の縁と前記第２の縁との間に画定される角度は少なくとも１８０度であり、それにより、前記混合物は少なくとも４８０度回転する、請求項５に記載の混合器。
前記第１の縁は、前記延長バッフルの入口側または上流側を含み、および前記第２の縁は、前記延長バッフルの出口側または下流側を含み、放射状壁部分は、前記平坦なベースの前記第２の縁から前記上流方向に延在し、前記放射状壁部分は前記延長バッフル主出口開口部を含む、請求項５に記載の混合器。
前記延長バッフルは、前記ベースに形成された少なくとも１つの副開口部を含み、前記副開口部は前記延長バッフル主出口開口部よりも小さい、請求項８に記載の混合器。
前記少なくとも１つの副開口部は、前記ベースから離れる方に延在するリップによって取り囲まれて、前記延長バッフルの材料厚さの少なくとも３倍であるリップ高さを画定する、請求項９に記載の混合器。
前記延長バッフルの前記第１の縁は、前記混合器中心軸に沿った方向において前記下流バッフルの前記主出口開口部とほぼ位置合わせされる、請求項５に記載の混合器。
前記上流バッフルおよび前記下流バッフルの少なくとも一方は、リップを含む少なくとも１つの副開口部を含み、前記リップは、前記上流バッフルおよび前記下流バッフルのそれぞれ１つから離れる方に延在して、前記上流バッフルおよび前記下流バッフルの前記それぞれ１つの材料厚さの少なくとも３倍であるリップ高さを画定する、請求項２に記載の混合器。
前記上流バッフルの前記第１の部分は第１の平坦面を含み、前記第２の部分は、前記第１の平坦面よりも小さい第２の平坦面を含み、および前記第３の部分は、前記第１の平坦面から前記第２の平坦面へ移行するらせん面を含み、前記上流バッフルは、前記第１の平坦面と前記第２の平坦面との間に延在する垂直壁部分を含み、前記垂直壁部分は前記少なくとも１つの主入口開口部を含む、請求項２に記載の混合器。
前記少なくとも１つの主入口開口部は、前記垂直壁部分に形成された少なくとも３つの入口開口部を含む、請求項１３に記載の混合器。
前記第１の平坦面は、前記上流バッフルの少なくとも半分を含む、請求項１３に記載の混合器。
前記上流バッフルは、前記第１の平坦面内にのみ形成される複数の副入口開口部を含み、前記上流バッフルの残りの部分には副入口開口部がない、請求項１５に記載の混合器。
前記下流バッフルの前記第１の部分は、第１の平坦面を含み、前記第２の部分は、前記第１の平坦面からオフセットされた第２の平坦面を含み、および前記第３の部分は、前記第１の平坦面から前記第２の平坦面へ移行するらせん面を含み、前記主出口開口部は、前記下流バッフルの前記第１の平坦面と前記第２の平坦面との間の垂直方向のオフセット区域内に形成された開放領域を含み、かつ前記下流バッフル内に形成された少なくとも１つの副出口開口部を含む、請求項２に記載の混合器。
前記下流バッフルの少なくとも半分は、副出口開口部のない固体表面を有し、前記下流バッフルの前記固体表面は前記投与器軸と位置合わせされ、それにより、前記投与器によって画定された噴霧ゾーンは、いかなる副出口開口部に遭遇することもなく前記固体表面にわたって延在する、請求項１７に記載の混合器。
前記投与器を所望の向きに位置決めするために前記混合器本体に装着される、コーンプレートおよびマニホールドを含む副集成部品を含む、請求項２に記載の混合器。
前記コーンプレートは、コーンの開口部を取り囲みかつ前記下流バッフルに取り付けられる円周壁部分を含み、前記マニホールドは、前記コーンプレートの外側に向く側面に取り付けられて、前記コーンを少なくとも部分的に取り囲む、請求項１９に記載の混合器。