JP7018947B2 - 後処理システム用パイプミキサー - Google Patents

Description

本開示は、内部ガス燃焼エンジンにおける排気後処理システムに関連し、特に、後処理システムでの還元剤および排気の混合に関し、より具体的には、後処理システムにおける還元剤および排気の混合のためのパイプミキサーに関する。

排気後処理システムは、内燃エンジンの燃焼チャンバーから排出された排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を減少させる目的で、車両内に提供され得る。特定の排気後処理システムでは、排気の流れに還元剤が注入され得る。還元剤は、液体液滴として注入される液体尿素であってもよい。液体尿素は、排気導管の真っ直ぐなセグメントの中心、または排気導管のエルボーパイプでなど、様々な位置に注入され得る。

ＮＯｘの効果的な減少は、排気ガスとの尿素液滴の適切な混合に依存する。尿素沈着物の蓄積は、尿素および排気ガスの適切な混合を妨げ得る。さらに、噴霧分布は、排気ガスの流れ条件に依存し得る。低排気フロー条件の元での注入先端における堆積の増加により、尿素液滴の噴霧分布が低減され得る。特に、インエルボーパイプ注入システムでは、噴霧分布変動は、排気フロー条件によって大きく影響を受ける場合があり、エルボー曲がりにおいて堆積問題を引き起こる。

米国特許第８，８９９，０２２号Ｂ２は、曲がり排気パイプと、排気パイプ曲がりで閉端部を有する混合パイプと、反対側の端部で排気パイプと少なくとも部分的に接触しているベル形の広がった部分と、添加剤を排気ガス中に注入するための、混合パイプの閉端部の容器に接続された尿素ノズルとを有する排気ガス後処理装置を開示している。混合パイプ内へ流れる排気ガスは、混合パイプジャケット内の穿孔を通して流れてもよい。パイプジャケット内の穿孔内に流れる排気ガスの一部は、中央混合パイプでの排気ガス流の集中につながる。

中国特許第１０３５７３３５１号は、内燃エンジンの排気システムにおける排気ガスの後処理のための混合装置を開示している。混合装置は、入口を有する入口開口部を有するハウジングと、ハウジングの内側に配置された内側管とを備える。内側管は、その中に形成される混合領域を有する。計量装置が、液体および／または液体ガスの混合物を供給するために、ハウジングの端面上に配置される。内側管には、その横方向の表面上に、アクセス開口部が設けられ、これを通して排気ガスが混合領域内に導入される。ガイド部材はそれぞれの開口部に設けられる。ガイド部材は、混合領域への排気の流れを方向づける。

本開示は、少なくとも部分的に、従来システムの一つまたは複数の態様を改善または克服することを目的とする。

本開示は、後処理システムのためのパイプミキサーを説明する。パイプミキサーは、第一の端部および第二の端部を有し、混合チャネルを囲む中空本体と、本体の第一の端部に位置決めされた注入マウントと、混合チャネルへの排気フローの流入のために本体に設けられた穿孔と、本体上に位置決めされ、排気フローを注入マウントに方向づけるための指向性要素であって、第一の端部と穿孔との間に位置決めされ、各指向性要素は、排気フローの進入のために本体に形成された入口と、本体の内表面に設けられたガイドとを含み、ガイドは排気フローの流出のための出口を有する指向性要素と、を含む。

本開示の前述およびその他の特徴および利点は、添付図面と一緒に読み取られた時、様々な実施形態の以下の記述からより完全に理解されるであろう。
図１は、本開示によるパイプミキサーの等角図である。 図２は、図１のパイプミキサーの側面図である。 図３は、図２のパイプミキサーの断面図である。 図４は、図２のパイプミキサーの指向性要素の断面図である。 図５は、図１のパイプミキサーを備えた後処理システムの断面図である。

本開示は一般に、燃焼エンジンの後処理システムへの組み立てのパイプミキサーに関する。パイプミキサーは、還元剤と排気の混合を改善し得る。

図１～図３は、パイプミキサー１０を図示する。パイプミキサー１０は細長くてもよく、長手方向軸Ａを有してもよい。パイプミキサー１０は、中空本体１２を有してもよい。本体１２は、第一の端部１４および第二の端部１６を有し得る。本体１２は、外表面１５および内表面１７を有し得る。一実施形態では、本体１２は円筒形の形状であってもよい。

図３を参照すると、第一の端部１４は第一の開口部１８を有し得る。一実施形態では、第一の開口部１８は円形であってもよい。第二の端部１６は、第二の開口部２０を有し得る。一実施形態では、第二の開口部２０は円形であってもよい。

第一および第二の開口部１８、２０の平面は、長手方向軸Ａと直角をなしてもよい。長手方向軸Ａは、第一および第二の開口部１８、２０のそれぞれの中心点を通って延在してもよい。第一および第二の開口部１８、２０の平面は相互に平行であってもよい。

本体１２は、混合チャネル２２を形成する中空の穴を有し得る。排気ガスは、混合チャネル２２の還元剤と混合されてもよい。本体１２は、混合チャネル２２を囲み得る。混合チャネル２２は、第一の開口部１８、第二の開口部２０との間に延在してもよい。混合チャネル２２は、第一および第二の開口部１８、２０のそれぞれの平面に実質的に垂直であってもよい。

図１および図２を参照すると、パイプミキサー１０はスカート２４を有してもよい。スカート２４は、本体１２の第二の端部１６に位置決めされ得る。スカート２４は、第二の開口部２０を囲み得る。スカート２４は本体１２から延在し得る。スカート２４は、本体１２に対して傾斜し得る。スカート２４は長手方向軸Ａから離れて傾斜してもよい。スカート２４は自由端２８を有し得る。自由端２８は、スカート２４の遠位部分に沿って延在し得る。

パイプミキサー１０は脚部２６を有してもよい。脚部２６はスカート２４から延在し得る。脚部２６は、スカート２４の自由端２８から延在し得る。脚部２６は、第一の脚部３０および第二の脚部３２を有し得る。第一の脚部３０は、第二の脚部３２をスカート２４に接続し得る。一実施形態では、パイプミキサー１０は、少なくとも３つの脚部２６を有してもよい。脚部２６は、スカート２４上で相互に角度的に間隙を介していてもよい。

第一の脚部３０は、スカート２４と実質的に平行であり得る。一実施形態では、第一の脚部３０は、スカート２４と同じレベルであり得る。第一の脚部３０は、スカート２４が長手方向軸Ａに対して傾斜していると同じ程度に、長手方向軸Ａに対して傾斜していてもよい。

第二の脚部３２は、第一の脚部３０に対して実質的に傾斜していてもよい。第二の脚部３２は、スカート２４に対して実質的に傾斜していてもよい。第二の脚部３２は、本体１２と実質的に平行であってもよい。第二の脚部３２は、長手方向軸Ａと実質的に平行であってもよい。第二の脚部３２は、スカート２４に対して長手方向軸Ａからさらに離間していてもよい。第二の脚部３２は、本体１２の外表面１５に対して長手方向軸Ａからさらに離間していてもよい。

図１および図２を参照すると、パイプミキサー１０は、注入マウント３４を有してもよい。注入マウント３４は、本体１２の第一の端部１４に位置決めされてもよい。図３を参照すると、注入マウント３４は、第一の開口部１８で本体１２内に挿入され得る。注入マウント３４は、基部３６および頂部３８を有し得る。注入マウント３４は、実質的に円錐台形状であってもよい。基部３６は、頂部３８に対してより大きい直径を有してもよい。

基部３６は、第一の開口部１８に嵌合する寸法であってもよい。基部３６は、第一の開口部１８の直径よりも大きな直径を持つ肩部３７を有し得る。肩部３７は、第一の開口部１８の上に延在し得る。肩部３７は、第一の端部１４の縁に当接して、注入マウント３４の第一の開口部１８への挿入を制限し得る。一実施形態では、注入マウント３４は、第一の開口部１８で突き合わせ溶接されてもよい。肩部３７は、第一の開口部１８で溶接され得る。

図３を参照すると、注入マウント３４は中空であってもよい。注入マウント３４は注入室４０を有してもよい。還元剤は、注入室４０を通してパイプミキサー１０に注入されてもよい。注入室４０は、混合チャネル２２と連続的であってもよい。注入された還元剤は、注入室４０から混合チャネル２２へと移動し得る。注入室４０は、実質的に円錐台形状であってもよい。

注入室４０の内壁４１は、基部３６から頂部３８へ傾斜してもよい。注入室４０の内壁４１は、本体１２の内表面１７に対して傾斜していてもよい。

注入マウント３４は、第一の開口部４２および第二の開口部４４を有し得る。第一の開口部４２は、頂部３８に位置決めされ得る。第一の開口部４２は、還元剤の注入のための還元剤インジェクタ（図示せず）の注入先端の入力を許容し得る。

第二の開口部４４は、基部３６で位置決めされ得る。第二の開口部４４は、第一の開口部１８から間隔を置いてもよい。第二の開口部４４は、混合チャネル２２の中へと向かって配置され得る。第二の開口部４４は、注入室４０を混合チャネル２２に接続し得る。第二の開口部４４は、混合チャネル２２と同心であってもよい。長手方向軸Ａは、第二の開口部４４の中心点を通って延在し得る。

頂部３８において、注入マウント３４は注入マウント３５を有し得る。注入マウント３５は、還元剤インジェクタ（図示せず）の取付けを許容し得る。注入マウント３５は第一の開口部４２を備え得る。注入マウント３５は、還元剤インジェクタと接続するためのボルト穴３９をさらに備えてもよい。

図１～３を参照すると、パイプミキサー１０は穿孔４６を有してもよい。穿孔４６は、混合チャネル２２への排気フローの入力のために、本体１２上に提供され得る。排気は、穿孔４６を通してパイプミキサー１０に流れ込み得る。各穿孔４６は、外表面１５と内表面１７との間に延在し得る。

穿孔４６は、配列４５内の本体１２上に配置され得る。配列４５は、第一の端部１４と第二の端部１６の間に位置決めされてもよい。配列４５は、第一の端部１４と第二の端部１６の間の本体１２上に中央に配置されてもよい。配列４５の反対側の端は、第一および第二の端部１４、１６から間隔を置いてもよい。反対側の端部の穿孔４６は、配列４５が第一および第二の端部１４、１６から間隔を置いていてもよい。

配列４５は、列の本体１２上に長軸方向に配置された穿孔４６を含み得る。穿孔４６の列は、長手方向軸Ａと実質的に平行であってもよい。穿孔４６の列は本体１２の周りに並置されてもよい。

図１～３を参照すると、パイプミキサー１０は、指向性要素４８を備えてもよい。指向性要素４８は、注入マウント３４に向かって排気フローを向けるために、本体１２上に位置決めされてもよい。指向性要素４８は、本体１２上に半径方向に配置されてもよい。指向性要素４８は、本体１２上で相互に角度的に間隔を置いてもよい。

指向性要素４８は、本体１２の周りに直列に位置決めされてもよい。さらなる実施形態では、指向性要素４８は、注入マウント３４に対して同心に配置され得る。

指向性要素４８は、第一の端部１４と穿孔４６との間に位置決めされ得る。指向性要素４８は、配列４５の第一の端部１４と穿孔４６の端列との間に位置決めされ得る。一実施形態では、指向性要素４８は、第一の端部１４に隣接して位置決めされてもよい。さらなる実施形態では、指向性要素４８は、半径方向内側に突出してもよい。

図３を参照すると、指向性要素４８は、第二の開口部４４に隣接して位置決めされ得る。第二の開口部４４は、指向性要素４８と第一の開口部１８との間に配置されてもよい。さらなる実施形態では、指向性要素４８は、第二の開口部４４に対して同心に配置され得る。

図４を参照すると、各指向性要素４８は、入口５０、ガイド５２および出口５４を備え得る。入口５０は、排気フローの入力のために、本体１２上に形成されてもよい。排気は、導入口５０を通して指向性要素４８に流れ込み得る。ガイド５２は、本体１２の内表面１７上に提供されてもよい。ガイド５２は、出口５４を含み得る。出口５４は、排気フローの出口を可能にし得る。ガイド５２は、入口５０から排気フローを出口５４に向かって案内することができる。

図１および図２を参照すると、入口５０は、尖った頂部５６および湾曲した基部５８を有し得る。入口５０は、実質的に涙状の形状を有してもよい。入口５０は、長手方向軸Ａに対して軸方向に配向されてもよく、尖った頂部５６は穿孔４６に面してもよく、湾曲した基部５８は第一の端部１４に面してもよい。尖った頂部５６および湾曲した基部５８は、排気の空気力学的流れを指向性要素４８に助けることができ、入口５０は、本体１２の外表面１５から本体１２の内表面１７まで面取り付き面５７を有し得る。面取り付き面５７は、指向性要素４８への排気フローの抵抗を低減し得る。

図３を参照すると、ガイド５２は、排気フローを注入マウント３４の内壁４１に沿って方向づけるように構成され得る。出口５４は、排気フローを注入マウント３４の内壁４１に沿って方向づけるように位置決めされてもよい。一実施形態では、ガイド５２は、本体の内表面１７に対して排気フローを２５～３５度を迂回させるように構成され得る。ガイド５２は、本体１２の内表面１７に対して排気フローを３０度を迂回させるように構成され得ることが好ましい。

ガイド５２は、直線方向に沿って細長くてもよい。ガイド５２は、本体１２の長手方向軸Ａに実質的に平行な中心軸Ｂを有してもよい。相互に隣接した指向性要素４８の中央軸Ｂは、実質的に平行であってもよい。

ガイド５２は、本体１２の内表面１７から入口５０の上に延在する実質的に弓形の形状を有し得る。一実施形態では、ガイド５２は、切り取られた扁長形状を有してもよい。出口５４は、ガイド５２の切り取り点に位置決めされてもよい。

ガイド５２は、閉端部６０を持つ。閉端部６０は、出口５４に対向して位置決めされてもよい。閉端部６０は、穿孔４６に面してもよい。ガイドは側壁６２を有し得る。側壁６２は、閉端部６０から出口５４へ延在してもよい。側壁６２は、出口５４を囲むリム６４を有してもよい。側壁６２は、閉端部６０から出口５４へとフレア加工され得る。

図４を参照すると、ガイド５２は、入口５０の上に延在する湾曲した構造を有し得る。一実施形態では、入口５０の平面からガイド５２の内表面６６への距離Ｄは、閉端部６０から出口５４へと増加し得る。内表面６６は、入口５０を境界付けることができる。内表面６６は、閉端部６０からリム６４へと延在し得る。

ガイド５２は、通路６８を囲み得る。内表面６６は、入口５０と出口５４との間に延在する通路６６を包含し得る。通路６８は、本体１２の長手方向軸Ａに対して傾斜した中心線Ｃを有してもよい。

図５は、後処理システム１００を図示する。後処理システム１００は、入口経路１０４および出口経路１０６を有する排気導管１０２を備え得る。排気導管１０２は、後処理システムを通して排気フローを伝達し得る。入口経路１０４は、第一の排気フロー１０８をエンジン（図示せず）から離れて運ぶことができる。出口経路１０６は、第二の排気フロー１０９を排気パイプ（図示せず）に運ぶことができる。

一実施形態では、排気導管１０２は角度付けられてもよい。入口経路１０４は、出口経路１０６に対して傾斜していてもよい。入口経路１０４は、出口経路１０６に対して実質的に垂直であってもよい。さらなる実施形態では、排気導管路１０２はエルボーパイプであってもよい。

後処理システム１００は、還元剤の注入用の注入開口部１１０を備え得る。注入開口部１１０は、入口経路１０４と出口経路１０６との間に位置決めされてもよい。注入開口部１１０は、入口経路１０４と出口経路１０６の接合部に位置決めされてもよい。

パイプミキサー１０は、注入開口部１１０に位置決めされてもよい。パイプミキサー１０の注入マウント３４は、注入開口部１１０に位置決めされ得る。注入マウント３５は、排気導管１０２の外部に配置されてもよい。注入マウント３４は、注入開口部１１０に挿入され得る。注入マウント３５は、排気導管１０２の外部に配置されるように、注入開口部１１０を通して挿入され得る。

パイプミキサー１０の本体１２は、出口経路１０６と実質的に平行であり、入口経路１０４を実質的に横断してもよい。パイプミキサー１０は、注入開口部１１０から出口経路１０６へ延在してもよい。穿孔４６のそれぞれの平面は、入口経路１０４を実質的に横断してもよい。配列４５は、入口経路１０４を実質的に横断してもよい。

入口５０のそれぞれの平面は、入口経路１０４を実質的に横断してもよい。ガイド５２は、入口経路１０４を実質的に横断してもよい。ガイド５２のそれぞれの中央軸Ｂは、入口経路１０４を実質的に横断してもよい。出口５４のそれぞれの平面は、入口経路１０４と実質的に平行であってもよい。

本体１２は、第二の排気フロー１０９と実質的に平行であってもよく、また第一の排気フロー１０８を実質的に横断してもよい。第一の排気フロー１０８は、穿孔４６を通して混合チャネル２２の中へと移動するように、本体１２に実質的に垂直なパイプミキサー１０に到着し得る。

第一の排気フロー１０８は、注入マウント３４に向かって迂回されるように、指向性要素４８を通って移動してもよい。迂回した流れ１１２は、注入室４０を通って移動してもよい。迂回した流れ１１２は、注入マウント３４の内壁４１に沿って移動してもよい。迂回した流れ１１２は、第一の開口部４２に向かって移動してもよい。迂回した流れ１１２は、注入室４０の中心に向かって流れてもよい。迂回した流れ１１２は、還元剤インジェクタ１１４の注入先端５１に向かって移動してもよい。注入先端５１は、第一の開口部４２を通して挿入されてもよい。

還元剤は、パイプミキサー１０の長手方向軸Ａに実質的に平行に注入されてもよい。一実施形態では、還元剤は尿素であってもよい。還元剤は、混合チャネル２２内の排気ガスと混合してもよく、第二の排気フロー１０９として第二の開口部２０を通してパイプミキサー１０を出てもよい。

当業者であれば、前述の実施形態は、本開示のパイプミキサー１０および後処理システム１００を得るために修正または組み合わせられてもよいことを理解するであろう。

本開示は、還元剤および排気ガスの混合を支援するためのパイプミキサー１０を説明する。パイプミキサー１０は、注入室４０に向かって排気ガスの一部分の流れを方向づけ得る。排気の迂回した流れ１１２は、排気との還元剤の混合を促進し、それによって注入室４０の内壁４１上の還元剤の堆積を低減することができる。迂回した流れ１１２は、注入マウント３４内の流速を増加し得る。時々、還元剤は、注入プロセスの終わりで滴り落ちる傾向があり得る。増加した流速が、注入マウント３４の内壁４１上に堆積される還元剤の防止を助け得る。

迂回した流れ１１２は、迂回した流れ１１２の流路を通る堆積の防止をさらに助け得る。排気フローは、注入マウント３４の内壁４１に沿って流れるように迂回されてもよい。迂回した流れ１１２は、内壁４１の表面から注入先端に到達してもよく、注入された還元剤を注入先端５１からパイプミキサー１０の本体１２にある混合チャネル２２に運ぶと、それによって還元剤の噴霧分布が改善される。

従って、本開示は、適用法により許可されている特許請求の範囲に記載された主題のすべての修正および均等物を含む。さらに、本明細書に別段の指示がない限り、その可能性のあるすべての変形における上述の要素の任意の組み合わせは、本開示によって包含される。

任意の請求項に記載された技術的特徴に参照符号に続く場合、特許請求の範囲の明瞭さを高める目的で参照符号を含んでおり、従って、参照符号があってもなくても、上述の技術的特徴または任意の請求項の要素の範囲に、いかなる制限も与えない。

当業者であれば、本開示またはその必須特性から逸脱することなく、その他の特定の形態で本開示を実施することができることに気づくであろう。従って、前述の実施形態は、本明細書に記載の開示を限定するものではなく、全ての点で例証的であると考慮されるべきである。従って、本発明の範囲は、前述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の等価物の意味および範囲内のすべての変更は、従って、その中に包含されることが意図される。

Claims (15)

1. 後処理システム（１００）用のパイプミキサー（１０）であって、前記パイプミキサー（１０）が、
   第一の端部（１４）および第二の端部（１６）を有する中空本体（１２）であって、混合チャネル（２２）を囲む中空本体（１２）と、
   前記本体（１２）の前記第一の端部（１４）に位置決めされた注入マウント（３４）と、
   前記混合チャネル（２２）への排気フローの流入のために前記本体（１２）上に設けられた穿孔（４６）と、
   前記本体（１２）上に位置決めされ、排気フローを前記注入マウント（３４）に方向づけるための指向性要素（４８）であって、前記第一の端部（１４）と前記穿孔（４６）との間に位置決めされ、各指向性要素（４８）は、排気フローの流入のために前記本体（１２）上に形成された入口（５０）と、前記本体（１２）の内表面（１７）上に設けられたガイド（５２）とを含み、前記ガイド（５２）は排気フローの流出のための出口（５４）を有する指向性要素（４８）と、を含む、パイプミキサー。
2. 前記ガイド（５２）が、前記注入マウント（３４）の内壁（４１）に沿って排気フローを方向づけるように構成される、請求項１に記載のパイプミキサー（１０）。
3. 前記出口（５４）が、前記注入マウント（３４）の前記内壁（４１）に面するように位置決めされる、請求項２に記載のパイプミキサー（１０）。
4. 前記ガイド（５２）が、直線方向に沿って細長く、前記ガイド（５２）が、前記本体（１２）の長手方向軸（Ａ）と平行な中心軸（Ｂ）を有する、請求項１、２および３のいずれか一項に記載のパイプミキサー（１０）。
5. 前記ガイド（５２）が、前記出口（５４）と反対側の閉端部（６０）を有し、前記ガイド（５２）の側壁（６２）が前記閉端部（６０）から前記出口（５４）までフレア加工される、請求項４に記載のパイプミキサー（１０）。
6. 前記入口（５０）の平面から前記ガイド（５２）の内表面（６６）までの距離（Ｄ）が、前記閉端部（６０）から前記出口（５４）へと増大する、請求項５に記載のパイプミキサー（１０）。
7. 前記ガイド（５２）が、排気フローのための通路（６８）を囲み、前記通路（６８）が、前記本体（１２）の長手方向軸（Ａ）に対して傾斜した中心線（Ｃ）を有する、請求項４、５または６に記載のパイプミキサー（１０）。
8. 前記ガイド（５２）が切り取られた扁長形状を有する、請求項４、５、６または７に記載のパイプミキサー（１０）。
9. 指向性要素（４８）が、前記本体（１２）の周囲に直列に位置決めされる、請求項４、５、６、７または８に記載のパイプミキサー（１０）。
10. 互いに隣接する指向性要素（４８）の中心軸（Ｂ）が平行である、請求項９に記載のパイプミキサー（１０）。
11. 後処理システム（１００）であって、
    入口経路（１０４）および出口経路（１０６）を有する排気導管（１０２）と、
    還元剤の注入用の注入開口部（１１０）であって、前記入口経路（１０４）と前記出口経路（１０６）との間に位置決めされた注入開口部（１１０）と、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載のパイプミキサー（１０）であって、前記注入開口部（１１０）に位置決めされる、パイプミキサー（１０）と、を含む、後処理システム。
12. 前記注入マウント（３５）が前記排気導管（１０２）の外部に配置されるように、前記パイプミキサー（１０）の前記注入マウント（３４）が前記注入開口部（１１０）を通って位置決めされる、請求項１１の後処理システム（１００）。
13. 前記入口経路（１０４）が、前記出口経路（１０６）と垂直であり、前記パイプミキサー（１０）の前記本体（１２）が前記出口経路（１０６）に対して平行であり、前記入口経路（１０４）を横断する、請求項１１または１２に記載の後処理システム（１００）。
14. 前記入口（５０）のそれぞれの平面および前記ガイド（５２）のそれぞれの中心軸（Ｂ）が、前記入口経路（１０４）を横断する、請求項１１、１２、または１３に記載の後処理システム。
15. 前記出口（５４）のそれぞれの平面が前記入口経路（１０４）に対して平行である、請求項１１、１２、１３、または１４に記載の後処理システム。

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