CN107530652B - 具有一体式配量给送器锥体的混合器 - Google Patents

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Abstract

披露了一种用于车辆排气***的混合器，该混合器包括：混合器壳体，该混合器壳体限定了混合器中央轴线、并且在上游端具有入口且在下游端具有出口。上游挡板在该壳体中位于该上游端处、并且包括被配置成用于接纳发动机排放气体的至少一个入口开口。下游挡板在该混合器壳体中位于该下游端处，使得该下游挡板与该上游挡板轴向地间隔开。该下游挡板包括至少一个出口开口。在该混合器壳体内、在该上游挡板与下游挡板之间的某个位置处形成壳体开口，并且该壳体开口被配置成用于接纳配量给送器。锥体具有与壳体开口对准的锥体出口开口，并且延伸部分从该锥体的宽端向外延伸，以提供环绕该锥体出口开口的壁。

Description

具有一体式配量给送器锥体的混合器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年4月19日提交的美国申请号15/132,473的优先权，该申请是要求于2015年6月12日提交的美国专利申请号14/737,546的优先权的部分继续申请，该美国专利申请要求于2015年4月30日提交的美国临时专利申请号62/155,025的优先权。
背景技术
排气***将发动机产生的热的排放气体传导穿过多个不同的排气组件，以减少排放并控制噪音。排气***包括在选择性催化还原(SCR)催化器上游注入柴油排气处理流体(DEF)或还原剂、例如尿素与水的溶液的注入***。混合器被定位在SCR催化器的上游、并且将发动机排放气体和尿素转化产物进行混合。注入***包括将尿素喷洒到排气流中的配量给送器。在到达SCR催化器之前，尿素应尽可能多地转化为氨气(NH3)。因此，液滴喷雾大小在实现这一目标方面起着重要的作用。
在一种已知的构型中，混合器包括外壳体，该外壳体具有接纳配量给送器的开口。锥体与这个开口对准，以向该外壳体的内部空腔提供逐渐加宽的喷洒区域。当喷雾进入排放气体流时，逐渐加宽的喷洒区域促进喷雾液滴更均匀地分布在更大的区域上。
行业正在向提供更紧凑的排气***方向发展，这导致***的体积减小。喷洒较大大小的液滴的***在用于更紧凑的***构型中时可能无法提供足够的尿素转化。这样，这些更紧凑的构型要求具有较小液滴大小的配量给送器。
由于表面接触面积增大，因此液滴大小越小，转化为氨的效果越好。然而，由小液滴配量给送器产生的喷雾对再循环流非常敏感。通常，位于配量给送器尖端处的区域具有再循环流涡流。这种涡流将喷雾液滴推向混合器的壁、并且推到配量给送器的尖端上，这产生了沉积起始部位。在利用锥体的构型中，在锥体的壁上发现了沉积起始部位。这些部位中的沉积物随着时间堆积、并且可能不利地影响***运行。例如，可能存在较低的氨均匀性指数，在混合器上可能存在压降增大，或者在活性柴油颗粒过滤器(DPF)再生过程中可能出现氨排放峰值。
发明内容
在一个示例性实施例中，一种用于车辆排气***的混合器，该混合器包括：混合器壳体，该混合器壳体限定了混合器中央轴线、并且在上游端具有入口且在下游端具有出口。上游挡板在该壳体中位于该上游端处、并且包括被配置成用于接纳发动机排放气体的至少一个入口开口。下游挡板在该混合器壳体中位于该下游端处，使得该下游挡板与该上游挡板轴向地间隔开。该下游挡板包括至少一个出口开口。在该混合器壳体内、在该上游挡板与下游挡板之间的某个位置处形成壳体开口，并且该壳体开口被配置成用于接纳配量给送器。锥体具有与壳体开口对准的锥体出口开口，并且延伸部分从该锥体的宽端向外延伸，以提供环绕该锥体出口开口的壁。
在上述事项的另外的实施例中，该配量给送器被配置成用于将还原剂喷洒到该上游挡板与该下游挡板之间的区域中，使得该还原剂与排放气体的混合物离开该混合器壳体，并且其中该混合物在离开该混合器壳体之前移过至少360度的旋转流动路径。
在上述任一项的另外的实施例中，该上游挡板包括：第一部分；与该第一部分在沿着该混合器中央轴线的方向上偏离的第二部分；以及从该第一部分过渡到该第二部分的第三部分，并且其中该至少一个入口开口包括至少一个主要入口开口以及一个或多个次要入口开口；并且该下游挡板包括：第一部分；与该第一部分在沿着该混合器中央轴线的方向上偏离的第二部分；以及从该第一部分过渡到该第二部分的第三部分，并且其中该至少一个出口开口包括至少一个主要出口开口和一个或多个次要出口开口。
在上述任一项的另外的实施例中，延伸板被在该混合器壳体内定位在该下游挡板下游，该延伸板包括至少一个板主出口开口，使得从在该上游挡板与下游挡板之间、在该配量给送器轴线处的上游位置到该板主出口开口的中央轴线处的下游位置，该混合物经历了至少390度旋转。
在上述任一项的另外的实施例中，该次要入口开口和次要出口开口中的至少一者包括唇缘，并且其中该唇缘背离该上游挡板和该下游挡板中对应一者延伸来限定以下唇缘高度：该唇缘高度为该上游挡板和该下游挡板中的该对应一者的材料厚度的至少三倍。
在上述任一项的另外的实施例中，该上游挡板的该第一部分包括第一平坦表面，该第二部分包括小于该第一平坦表面的第二平坦表面，并且该第三部分包括从该第一平坦表面过渡到该第二平坦表面的螺旋形表面，并且其中该上游挡板包括在该第一平坦表面与该第二平坦表面之间延伸的竖直壁部分，该竖直壁部分包括该至少一个主要入口开口。
在上述任一项的另外的实施例中，该至少一个主要入口开口包括在该竖直壁部分中形成的至少三个入口开口。
在上述任一项的另外的实施例中，其中该第一平坦表面占该上游挡板的至少一半。
在上述任一项的另外的实施例中，该一个或多个次要入口开口仅形成在该上游挡板的第一平坦表面内，该上游挡板的其余部分没有次要入口开口。
在上述任一项的另外的实施例中，该下游挡板的该第一部分包括第一平坦表面，该第二部分包括与该第一平坦表面偏离的第二平坦表面，并且该第三部分包括从该第一平坦表面过渡到该第二平坦表面的螺旋形表面，并且其中该主要出口开口包括在该下游挡板的该第一平坦表面与该第二平坦表面之间的竖直偏离区内形成的开放区域。
在上述任一项的另外的实施例中，该下游挡板的至少一半具有没有次要出口开口的实心表面，并且其中该下游挡板的该实心表面与该配量给送器轴线对齐，使得由该配量给送器限定的喷洒区延伸在该实心表面上而不遇到任何次要出口开口。
在上述任一项的另外的实施例中，该锥体具有带有入口开口的窄端、以及从该窄端延伸至提供了该出口开口的宽端的渐缩本体部分，并且其中该延伸部分环绕该出口开口并且沿着该混合器壳体的内圆周延伸。
在上述任一项的另外的实施例中，该锥体具有带有入口开口的窄端、以及从该窄端延伸至提供该出口开口的该宽端的渐缩本体部分，并且包括被定位在该上游挡板与下游挡板之间的中间板，该中间板被附接至该延伸部分上，并且其中该中间板包括楔形形状，该楔形形状在混合器中央轴线附近具有顶点并且沿朝向该外壳体的方向径向向外加宽，并且其中该中间板包括由以下各项限定的平坦部分：从该顶点径向向外延伸的第一边缘、从该顶点径向向外延伸且与该第一边缘周向间隔开的第二边缘、以及将该第一边缘与第二边缘相连以限定该楔形形状的外周缘边缘，并且其中该延伸部分沿着该外周缘边缘的至少一部分连接至该中间板上，并且其中该中间板包括从该外周缘边缘向外延伸的凸缘部分，并且其中该凸缘部分的边缘附接至该延伸部分上。
本申请的这些和其他特征将从以下说明和附图中得到最好的理解，其中以下是简要说明。
附图说明
图1示意性展示了具有根据本主题发明的混合器的排气***的一个实例。
图2A是根据本主题发明的混合器的上游端的透视图。
图2B是图2A的上游挡板的透视图。
图3是根据本主题发明的混合器的下游端的透视图。
图4A是包括锥体、歧管、和中间板的混合器子组件的透视前视图。
图4B是图4A的子组件的透视后视图。
图4C是图4A的子组件的透视顶视图。
图5是图4A的子组件被包含在混合器内的透视图。
图6是锥体与混合器内壁的示意性截面视图。
图7是锥体与延伸部分的另一实例的透视图。
图8是图7的实施例与歧管的透视图。
图9是图8的子组件被包含在混合器内的透视图。
图10是与本主题发明相结合的混合器的另一实施例的入口端的透视图。
图11是图10的混合器的出口端的透视图。
图12A是图2A所示的混合器的挡板的截面视图。
图12B是图10所示的混合器的挡板的截面视图。
图13是图10的混合器的下游挡板和子组件的透视图。
图14是图12的混合器的入口端的透视图，但是上游挡板被移除。
图15A是图10的混合器的出口端没有延伸板时的透视图。
图15B是图10的混合器的出口端具有延伸板第一实施例的透视图。
图15C是图10的混合器的出口端具有延伸板第二实施例的透视图。
图16A是图15A的混合器的端视图，示出了图15A的混合器的旋转流动路径。
图16B是图15B的混合器的端视图，示出了图15B的混合器的旋转流动路径。
图16C是图15C的混合器的端视图，示出了图15C的混合器的旋转流动路径。
图17A是沿着如图15C所指示的线17A-17A截取的截面视图。
图17B是图17A中标识出的区域的放大视图。
图18A是图10的混合器的分解视图。
图18B是如图18A所示的子组件和部件的分解视图。
图18C是图18A的延伸挡板的出口侧、下游挡板、和安装环的分解视图。
图18D是图18C的延伸挡板的出口侧、下游挡板、和安装环的分解视图。
具体实施方式
图1示出了车辆排气***10，如已知的，该车辆排气***通过多个上游排气组件14来传导发动机12产生的热排放气体，以减少排放量并控制噪音。这些不同上游排气部件14可以包括以下各项中的一项或多项：管道、过滤器、阀、催化器、消音器等。
在一种示例性构型中，上游排气部件14将排放气体引导到具有入口18和出口20的柴油氧化催化器(DOC)16中。可选部件21位于DOC 16的下游，该可选部件可以是柴油颗粒过滤器(DPF)，该柴油颗粒过滤器用于如已知的从排放气体中去除污染物。在一个实例中，部件21可以是DPF、以及具有可选的肘型连接的后续排气管道部分。在另一实例中，部件21可以是排气管道的具有可选的肘型连接的一部分。具有入口24和出口26的选择性催化还原(SCR)催化器22位于DOC 16和可选部件21下游。入口24可以被定位成远离混合器出口面44。在这个实例中，排气***管道将排气流驱使到催化器22。出口26将排放气体传送至下游排气部件28。可选地，部件22可以包括被配置成用于执行选择性催化还原功能和颗粒过滤功能的催化器。这些不同下游排气部件28可以包括以下各项中的一项或多项：管道、过滤器、阀、催化器、消音器等。这些上游部件14和下游部件28可以根据车辆应用和可获得的封装空间以多种多样不同的构型和组合来安装。
混合器30被定位在DOC 16的出口20或部件21的下游并且在SCR催化器22的入口24的上游。该上游催化器和下游催化器可以共线、平行、或处于任何其他构型。混合器30(如在共线构型中所示)用于产生排放气体的涡旋或旋转运动。注入***32用于将气态或液态还原剂、例如像尿素与水的溶液注入SCR催化器22上游的排气流中，使得混合器30可以将所注入的物质与排放气体完全混合在一起。在实例中，如已知的，注入***32包括流体供应34、配量给送器36、以及控制还原剂的注入的控制器38。可选地，部件36可以是导入气态还原剂的管道。控制器38控制还原剂的注入的操作是已知的并且将不进行进一步详细讨论。
图2至图9更详细示出了混合器30。如图2A所示，混合器30包括混合器外壳体，该混合器外壳体具有被配置成用于接收发动机排放气体的入口端42、以及用于将涡旋的发动机排放气体与由尿素所转化的产物的混合物引导至SCR催化器22的出口端44。另外，混合器本体包括被外周缘壁54环绕的上游挡板50(图2A至2B)和下游挡板52(图3)。上游挡板50被配置成用于引起排放气体流涡旋。混合器30还包括向内面朝混合器中央轴线A的内周缘表面56(图5)。
在入口42处上游挡板50可以包括可以接收大部分排放气体的大入口开口60(例如，大入口开口60接收排气质量流量的60％)，该上游挡板被配置成用于引起涡旋运动。上游挡板50还包括确保排放气体的最佳均质化并且减少背压的多个穿孔、槽缝、或额外的入口开口62。上游挡板50和该多个入口开口60、62相协作以便在排放气体进入混合器30的入口端42中时引起排放气体的涡旋运动。
下游挡板52包括大出口开口64(图9)，大部分排放气体穿过该大出口开口离开。下游挡板52还包括被唇缘68环绕的多个额外的出口开口66，排放气体穿过这些开口离开。唇缘68将尿素保持在混合器30内，以增大DEF转化并且改善混合性能。唇缘68还产生额外的紊流以进一步改善混合性能。下游挡板52包括螺旋形部分70。该螺旋形部分的轴线是混合器的用A表示的中央轴线A(图2)，其中围绕螺旋形部分70的外周缘形成边沿72。边沿72沿上游方向延伸。
大出口开口64包括主要出口开口、并且大于其他出口开口66。螺旋形部分70包括这些额外的出口开口66。螺旋形部分70是由上游端部分74和下游端部分78形成。部分74和78包括垂直于混合器轴线A(图2A)的多个平坦表面部分，在其间延伸有螺旋形部分。壁80在下游端部分78的平坦表面与上游端部分74的平坦表面之间延伸，并且在壁80内形成主要出口开口64。
类似地，如图2B所示，上游挡板50包括螺旋形部分82，围绕螺旋形部分82的外周缘形成边沿84。大入口开口60包括主要入口开口、并且可以大于其他入口开口62。螺旋形部分82包括多个额外的入口开口62、并且具有上游端部分88和下游端部分86。壁90从上游部分88延伸至下游部分86，并且在壁90内形成主要入口开口60。
外周缘壁54包括在上游挡板50与下游挡板52之间的某个位置处形成的开口92。开口92被配置成用于接纳配量给送器36。图4A至4C示出了子组件94，该子组件与开口92对齐以利于将配量给送器36安装至混合器30上，使得喷雾沿希望的方向导入排放气体流中。子组件94包括锥体96、歧管98、以及中间板100。锥体96具有带有入口开口96b的窄端96a和带有出口开口96d的宽端96c。渐缩本体部分96e从窄端96a延伸至宽端96c。延伸过渡部分96f从锥体96的宽端96c延伸以提供环绕出口开口96d的壁96g。这个延伸过渡部分96f在锥体96的渐缩部分与壁96g之间提供平滑过渡(如在图6中表示为96h)，这减少了在这个区域中堆积沉积物。
如在图4B至4C最佳所示，歧管98包括带有配量给送器开口98b的接口部分98a，该配量给送器开口与外周缘壁54中的开口92对准。可选地，一个或多个附接臂98c从接口部分98a沿朝向锥体96的壁96g的方向延伸。可选地，一个或多个凸缘98d从接口部分98a朝向壁96g或凸缘112延伸。臂98c和凸缘98d以某种方式被布置成创建一个或多个腔室99。排气流穿过腔室99并且被引导至入口开口96b。锥体96的入口开口96b与配量给送器开口98b对准，使得锥体96的窄端96a装配在歧管98的接口部分98a内。
中间板100附接至歧管98和锥体96上以形成子组件94。中间板100在混合器中央轴线A附近具有顶点102并且沿朝向外周缘壁54的方向径向向外加宽。中间板100包括由以下各项限定的平坦部分104：从顶点102径向向外延伸的第一边缘106；从顶点102径向向外延伸且与第一边缘106周向间隔开的第二边缘108；以及将第一边缘106与第二边缘108相连来限定该楔形形状的外周缘边缘110。第一边缘106包括中间板100的入口侧，并且第二边缘108包括中间板100的出口侧。由边缘106和边缘108限定的角度可以从70度到270度变化。平坦部分104在出口侧(边缘108)处可以具有相邻的螺旋形部分。
在一个实例中，中间板100包括从外周缘边缘110沿上游方向延伸的凸缘部分112。凸缘部分112并不沿着整个外周缘边缘110延伸。如图4A所示，锥体96的壁96g可以附接至凸缘部分112的一个边缘(如表示为114)上、并且还可以沿着外周缘边缘110的一部分(如表示为116)附接。如图4B至4C所示，歧管98的凸缘98d通过一个或多个焊缝118附接至锥体96的壁部分96g上、并且通过一个或多个焊缝119附接至中间板100的凸缘部分112上。如图4C所示，歧管98的臂部分98c通过多个焊缝120附接至锥体96的壁部分96g上以形成子组件94。
接着将子组件94放在混合器30内(如图5所示),使得该中间板的凸缘部分112可以焊接、或以其他方式附接至下游挡板52的边沿72上。如图所示，锥体96和歧管98的接口部分98a嵌套在混合器30中的开口92内。如图所示，该开口限定了配量给送器轴线D，该轴线可选地不与混合器中央轴线A相交(图5)。
如图4A和图5最佳所示，壁部分96g和该锥体本体一起一体地形成单件式部件。延伸过渡部分96f在宽端96c处从锥体96的渐缩部分的内表面130延伸至壁96g(图6)。如上文所讨论的，壁96g提供到混合器自身的平滑过渡96h(图6)，以减小形成DEF沉积物的风险。另外，这种构型提供了减少混合器的制造时间和成本、并且增大总的鲁棒性的更简单组件。
在图4至图6所示的实例中，子组件94包括附接至锥体96上的、作为单独部件的中间板100。在图7至图9所示的另一示例性实施例中，锥体200可以与中间板202一体地形成为单件式部件。锥体200包括环绕出口开口的延伸部分214，该延伸部分提供壁208。这个壁208一体地延伸成周向壁部分210和基部板部分212。壁部分210的形式类似于图4A所示的单独中间板的凸缘部分112，并且基部板部分212类似于楔形板部分104。延伸部分214从锥体200的内表面过渡成壁208。
锥体200附接至类似于歧管98的歧管220(图8)上。接着将这个子组件安装在混合器30内，如图9所示。
这些示例性实施例的中间板100和板部分212被定位在上游挡板50与下游挡板52之间，以阻挡流从主要入口开口60被引导至主要出口开口64。这种阻挡提供了以下旋转流动路径，该旋转流动路径将离开主要入口开口60的排放气体引导成在离开主要出口开口64之前围绕混合器中央轴线A旋转多于360度。这个增大的旋转度数导致还原剂在排放气体内更完全的混合。并且，这种更完全混合是在不必增大轴线A方向上的总混合器轴向长度的情况下发生的。
因此，本主题发明提供了以下紧凑混合器30：该紧凑混合器允许获得至少360度的流动路径，以增大混合性能并且在使用液态还原剂时增强DEF转化。额外地，通过提供一体式配量给送器锥体96，在该锥体出口与混合器内壁之间的接口处提供了平滑过渡，从而导致沉积物形成减少，这进一步改善了性能。这种改善的性能是在不增大混合器的轴向长度并且另外不会不利地影响背压的情况下提供的。例如，在根据轴线A所限定的方向上具有7至10英寸长的总体长度的混合器内提供了这种360至450度旋转流动路径。
图10示出了混合器230的另一实例。在这个实例中，混合器230包括混合器本体，该混合器本体具有被配置成用于接收发动机排放气体的入口端242、以及用于将涡旋的发动机排放气体与由尿素所转化的产物的混合物引导至SCR催化器22的出口端244。另外，混合器本体包括被环形构造的外周缘壁254环绕的上游挡板250(图10)和下游挡板252(图11)。上游挡板250被配置成用于引起排放气体流涡旋。该环形结构还包括内周缘表面256。
上游挡板250具有上游端部分288和下游端部分286以及在上游端部分288与下游端部分286之间过渡的螺旋形部分282。围绕上游挡板250的外周缘形成外边沿284。上游端部分288提供总体上大的平坦区域，并且下游端部分286包括与上游端部分288的平坦区域在沿着轴线A的方向上偏离的总体上较小的平坦区域。螺旋形部分282包括在这两个偏离的平坦区域之间过渡、以利于涡旋运动的表面。
在所示的实施例中，上游端部分288的平坦区域包括上游挡板250的表面积的大致至少180度(即，约一半)，其中螺旋形部分282和下游端部分286的平坦区域包括另外180度、即另一半。可以将与图2A所示的上游挡板50的实施例相对应的图12A同与如图10所示的上游挡板250相对应的图12B进行比较。在图12A的实施例中，上游端88处的平坦部分比图12B实施例的平坦部分小得多，并且螺旋形部分82具有从上游端88过渡到下游端86的更渐进坡面。具有延伸过至少180度的平坦区域的图12B具有的螺旋形部分282具有比图12A的实施例陡得多的坡面。这在混合器230的混合区域内沿竖直方向提供更多空间。
图12A和12B两者示出了配量给送器轴线D。在图12A的混合器30实施例中，在挡板50、52之间存在第一竖直距离VD1。在图12B的混合器230实施例中，在挡板250、252之间存在大于第一竖直距离VD1的第二竖直距离VD2。从图12A和12B清楚的是，总体上与喷洒区域SZ(图11)的中心相对应的配量给送器轴线D与混合器30的上游挡板50相交要比轴线D与图12B的混合器230的上游挡板250相交要早得多。这改善了喷雾穿透到混合器230中的量，因为与图2A的混合器30相比，存在更多空间。
上游挡板250还包括竖直壁290，该竖直壁从上游部分288延伸至下游部分286、并且具有流入混合器230中的主要排放气体入口。代替在上游挡板50(图2A)中具有一个大的主要入口开口60，这个构型在上游挡板250的壁290中包括多个主要入口开口260，这些主要入口开口接收大部分排放气体(例如，主要入口开口260接收排气质量流量的60％)。上游挡板250还包括确保排放气体的最佳均质化并且减少背压的多个次要入口开口262。上游挡板250和入口开口260、262相协作以便在排放气体进入混合器230的入口端242中时引起该排放气体的涡旋运动。
如上文所描述的，这些主要入口开口260形成在壁290内。该上游端部分288的平坦区域包括额外的或次要入口开口262。次要入口开口262可以与主要入口开口的大小和/或形状相同、或者可以略微较小、和/或具有不同的形状。在一个实例中，挡板部分282、和下游端部分286的平坦区域并不包括任何次要入口开口，即仅在上游端部分288的平坦区域中形成次要入口开口262。
在图10所示的实例中，存在三个(3)主要入口开口260，使用这三个主要入口开口来代替单一主要入口开口60。应了解的是，取决于应用，可以使用仅两个主要入口开口260、或多于三个主要入口开口260。在一个实例中，主要入口开口260具有长形形状、例如槽缝形状，该形状沿第一方向具有较大尺寸以限定槽缝长度、并且沿第二方向具有较小尺寸以限定槽缝高度。在所示的实例中，较大的尺寸沿着壁290在从下游端部分286的平坦区域朝向上游端部分288的平坦区域的方向上延伸。
在所示的实例中，这些主要入口开口260是相同大小、并且沿着壁290在径向方向上彼此间隔开。这些开口260还可以以不同的构型定向并且具有不同的大小。与单一大的入口开口相比，具有多个主要入口开口260的一个优点在于，该多个入口开口260有助于减小排放气体施加到喷雾的力，这减小了喷雾将对内周缘表面272施力的量。
如图11所示，下游挡板252包括主要出口开口264，大部分排放气体穿过该大出口开口离开。下游挡板252还包括被唇缘268环绕的一个或多个次要出口开口266，排放气体穿过这些开口离开。唇缘268将尿素保持在混合器230内，以增大DEF转化并且产生额外的紊流以进一步改善混合性能。
下游挡板252具有上游端部分274和下游端部分278以及在上游端部分274与下游端部分278之间过渡的螺旋形部分270。围绕下游挡板252的外周缘形成外边沿272。上游端部分274包括平坦区域，该平坦区域通过螺旋形部分270过渡成下游端部分278处的平坦区域。这两个平坦区域在沿着轴线A的方向上彼此偏离。螺旋形部分270包括在这两个偏离的平坦区域之间过渡、以利于涡旋运动的表面。下游挡板252还包括竖直壁280，该竖直壁从上游部分274延伸至下游部分278、并且具有大于次要出口开口266的主要出口开口264。在所示的实例中，主要出口开口264包括在上游端部分274的平坦区域与下游端部分278的平坦区域之间竖直偏离区内形成的开放区域。
在所示的实例中，该下游挡板的至少180度、即至少一半具有实心表面，即不存在次要出口开口266。下游挡板252的这个实心表面与配量给送器轴线D对准，使得喷洒区SZ延伸在这个实心表面上，如图11所示。因此次要开口266与主要出口开口264相邻地形成在下游端部分278中、并且不与喷洒区SZ重合。在所示的实例中，存在三个次要开口266，各自具有不同的大小。另外，至少一个开口是槽缝形，并且至少一个开口是圆形；但是可以使用多种形状和大小的多种不同组合。另外，应了解的是，取决于应用，还可以使用多于或少于三个的次要开口。
在如图10至图11所示的混合器230的情况下，中间板100的平坦部分104(图4A)不再定位在挡板250、252之间。代替地，如图13所示，以类似于如图5至6所示的混合器30的锥体板116和歧管118的方式使用了包括锥体板316和歧管318的子组件314。锥体板316被修改成包括壁部分312，该壁部分类似于混合器30的凸缘部分112。
歧管318以类似于上文关于混合器30所描述的方式附接至锥体板316上。接着将子组件314通过第一焊缝320沿着锥体板316的周向边缘、并且通过第二焊缝322沿着壁部分312附接至下游挡板252上。应了解的是，虽然示出了焊接接口，但是还可以使用其他附接方法、例如像钎焊。
如图14所示，混合器230的外周缘壁254包括配量给送器安装区域，其具有配量给送器开口224以用于接纳配量给送器36。上游挡板250和下游挡板252在轴向方向上沿着混合器230的长度彼此间隔开。配量给送器36的配量给送器开口224被定位成用于将还原剂喷洒到上游挡板250与下游挡板252之间的区域中。
当喷雾与排放气体的混合物离开下游挡板252的主要出口开口264时，该混合物被抵靠延伸挡板300引导。因此，延伸挡板300被在混合器230内定位在出口或下游挡板252的下游的位置。在这个位置处使用延伸挡板300改善了流量分布、并且与混合器30相比导致混合器230更好的性能。
图15A示出了混合器230的出口端没有延伸挡板300的视图。图15B示出了延伸挡板300的第一实施例，其中挡板300被配置成与下游挡板252重合大致90度。图15C示出了延伸挡板300’的第二实施例，其中挡板300’被配置成与该下游挡板重合大致180度。在每个实施例中，延伸挡板300、300’包括总体上平坦基部300a，其周向壁部分300b(图18C至D)从基部300a的外周缘边缘沿上游方向延伸。
平坦基部300a包括楔形形状，该楔形形状具有在混合器中央轴线A附近的顶点或中心300c并且沿朝向外周缘壁254的方向径向向外加宽。平坦基部300a由以下各项限定：从顶点300c径向向外延伸的第一边缘300d；从顶点300c径向向外延伸且与第一边缘300d周向间隔开的第二边缘300e；以及将第一边缘300d与第二边缘300e相连的外周缘边缘300f。第一边缘300d包括延伸挡板300的入口侧或上游侧，并且第二边缘300e包括延伸挡板300的出口侧或下游侧。在所示的实例中，由边缘300d、300e所限定的角度为大致90度；但是该角度可以根据应用按需增大或减小。
如上文所讨论的，周向壁部分300b(图18C至D)从外周缘边缘300f沿上游方向延伸。径向壁部分300g(图18C至D)从平坦基部300a的第二边缘300e沿上游方向延伸。径向壁部分300g包括大主要出口开口300h，排放气体和还原剂的混合物的大部分穿过该开口离开混合器230。基部300a包括一个或多个次要出口开口300i，这些次要出口开口的大小小于主要出口开口300h。次要出口开口300i可以是圆形或槽缝形、或其任意组合。还可以使用其他形状和不同大小的构型。另外，虽然在图15B中示出了两个槽缝形开口和一个圆形开口，但是还可以取决于应用以任何形状或大小组合使用更少或更多的开口。
图15C的延伸挡板300’类似于图15B的挡板300，但是由边缘300d、300e所限定的角度已经增大到大致180度。应了解的是，该角度可以改变成在90度与180度之间的任何位置、并且也可以根据应用按需增大到高于180度或减小到小于90度。
图16A示出了混合器出口的视图，其中相对于配量给送器轴线D示出了下游挡板252的主要出口开口264。如由箭头301表示的，从配量给送器轴线D的上游位置到出口开口264的中央轴线303的下游位置，存在小于360度旋转(图16A中示出了大致300度旋转)。图16B和16C的实施例在混合物离开混合器230之前提供显著更多的旋转。
图16B针对图15B的延伸挡板300的构型示出了混合器230的出口与配量给送器轴线D之间的关系。平坦基部300a的上游或第一边缘300d总体上沿着下游挡板252的主要出口开口264的中央轴线303对准。延伸挡板300的主要出口开口300h限定了中央轴线305。如由箭头307表示的，从配量给送器轴线D处的上游位置到延伸挡板300的出口开口300h的中央轴线305处的下游位置，存在大致390度旋转，这相对于图16A所示的旋转量是显著改进。图16C提供了如由箭头309表示的甚至更大的旋转，其中从配量给送器轴线D处的上游位置到延伸挡板300’的出口开口300h的中央轴线305处的下游位置，存在大致480度旋转。
图17A是如由图15C的线17A指明地截取的截面视图。这个截面视图是穿过延伸挡板300’中的次要开口300i截取的，这些次要开口各自被唇缘300j环绕。唇缘300j完全环绕每个开口300i并且沿上游方向延伸。如图17B的放大视图所示，每个唇缘300j具有的唇缘高度LH从基部300a向外延伸至唇缘300j的远端。每个唇缘300j还具有材料厚度MT。在所示的实例中，唇缘高度LH是材料厚度MT的至少三倍。这种关系与具有较短唇缘或没有唇缘的现有构型相比，导致改善的性能。应了解的是，如图15C所示的延伸挡板300’的唇缘构型也可以用于延伸挡板300中的唇缘300j。另外，唇缘高度是材料厚度三倍的关系还用于上游挡板250和下游挡板252的次要开口262、266中的唇缘268。在一个实例中，唇缘300j延伸到完全环绕相应开口。
图18A至D示出了混合器230的分解视图，该混合器与图10至11和图15B所示的构型相对应。上游挡板250和下游挡板252安装至环形结构350，该环形结构包括配量给送器开口224。锥体板316和歧管318的子组件314与配量给送器开口224相关联。图18B示出了子组件314的分解视图。配量给送器36的安装板317附接至歧管318和锥体板316组件上。图18C至D示出了下游挡板252和延伸挡板300的分解视图。可以使用额外的安装环354来将这些部件紧固到图18A至B所示的组件的其余部分上。
本主题发明提供紧凑混合器，该紧凑混合器允许300度上至480度或更大度数的流动旋转，以增大混合性能和DEF转化。另外，如上文所讨论的，这种改善的性能是在不增大混合器的轴向长度并且另外不会不利地影响背压的情况下提供的。例如，在具有7与10英寸之间的总体长度的混合器内提供这个显著旋转量。
虽然已经披露了此发明的实施例，但是本领域普通工人应认识到某些修改将落入本发明的范围内。为此，应研究以下权利要求以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (21)

1.一种用于车辆排气***的混合器，包括：
混合器壳体，该混合器壳体限定了混合器中央轴线、并且在上游端具有入口且在下游端具有出口；
上游挡板，该上游挡板被在该混合器壳体内定位在该上游端处、并且包括被配置成用于接纳发动机排放气体的至少一个入口开口；
下游挡板，该下游挡板被在该混合器壳体内定位在该下游端处，使得该下游挡板与该上游挡板在沿着该混合器中央轴线的方向上轴向地间隔开，该下游挡板包括至少一个出口开口；
在该混合器壳体内形成在该上游挡板与下游挡板之间的某个位置处的壳体开口，该壳体开口被配置成用于接纳限定了配量给送器轴线的配量给送器；
子组件，所述子组件与所述壳体开口对齐，以利于安装所述配量给送器，所述子组件包括锥体和歧管，
其中，所述锥体包括与所述壳体开口对准的锥体出口开口、从窄端延伸至宽端的渐缩本体部分、以及延伸过渡部分，所述延伸过渡部分从所述锥体的所述宽端延伸以提供环绕所述锥体出口开口的壁，
其中，所述歧管包括带有配量给送器开口的接口部分，从所述接口部分沿朝向所述锥体的所述壁的方向延伸的一个或多个附接臂，以及从所述接口部分朝向所述锥体的所述壁延伸的一个或多个凸缘，所述配量给送器开口与所述壳体开口对准，并且
其中，所述一个或多个附接臂和所述一个或多个凸缘布置成创建一个或多个腔室，所述一个或多个腔室成形为将发动机排放气体引导至所述配量给送器开口。
2.根据权利要求1所述的混合器，其中，该配量给送器被配置成用于将还原剂喷洒到该上游挡板与该下游挡板之间的区域中，使得该还原剂与排放气体的混合物离开该混合器壳体，并且其中该混合物在离开该混合器壳体之前移过至少360度的旋转流动路径。
3.根据权利要求2所述的混合器，其中，
该上游挡板包括：第一部分；与该第一部分在沿着该混合器中央轴线的方向上偏离的第二部分；以及从该第一部分过渡到该第二部分的第三部分，并且其中该至少一个入口开口包括至少一个主要入口开口以及一个或多个次要入口开口，并且
该下游挡板包括：第一部分；与该第一部分在沿着该混合器中央轴线的方向上偏离的第二部分；以及从该第一部分过渡到该第二部分的第三部分，并且其中该至少一个出口开口包括至少一个主要出口开口和一个或多个次要出口开口。
4.根据权利要求3所述的混合器，包括被在该混合器壳体内定位在该下游挡板下游的延伸挡板，该延伸挡板包括至少一个主出口开口，使得从在该上游挡板与下游挡板之间、在该配量给送器轴线处的上游位置到该延伸挡板的主出口开口的中央轴线处的下游位置，该混合物经历了至少390度旋转。
5.根据权利要求4所述的混合器，其中，该延伸挡板包括总体上平坦的基部，其周向壁部分从该基部的外周缘边缘沿上游方向延伸，并且其中该基部在该混合器中央轴线附近具有中心、并且沿朝向该周向壁部分的方向向外加宽，并且其中该基部是由从该中心径向向外延伸的第一边缘、和从该中心径向向外延伸且与该第一边缘周向间隔开的第二边缘限定的。
6.根据权利要求5所述的混合器，其中，在该第一边缘与该第二边缘之间限定的角度为至少90度。
7.根据权利要求5所述的混合器，其中，在该第一边缘与该第二边缘之间限定的角度为至少180度，使得该混合物经历至少480度旋转。
8.根据权利要求5所述的混合器，其中，该第一边缘包括该延伸挡板的入口侧或上游侧，并且该第二边缘包括该延伸挡板的出口侧或下游侧，并且其中径向壁部分从该平坦基部的第二边缘沿该上游方向延伸，并且其中该径向壁部分包括该主出口开口。
9.根据权利要求8所述的混合器，其中，该延伸挡板包括在该基部中形成的至少一个挡板次要开口，其中该挡板次要开口小于该主出口开口。
10.根据权利要求9所述的混合器，其中，该至少一个挡板次要开口是被唇缘环绕的，该唇缘背离该基部延伸来限定以下唇缘高度：该唇缘高度为该延伸挡板的材料厚度的至少三倍。
11.根据权利要求5所述的混合器，其中，该延伸挡板的该第一边缘与该下游挡板的该主要出口开口在沿着该混合器中央轴线的方向上大致对齐。
12.根据权利要求3所述的混合器，其中，该次要入口开口和次要出口开口中的至少一者包括唇缘，并且其中该唇缘背离该上游挡板和该下游挡板中对应一者延伸来限定以下唇缘高度：该唇缘高度为该上游挡板和该下游挡板中的该对应一者的材料厚度的至少三倍。
13.根据权利要求3所述的混合器，其中，该上游挡板的该第一部分包括第一平坦表面，该第二部分包括小于该第一平坦表面的第二平坦表面，并且该第三部分包括从该第一平坦表面过渡到该第二平坦表面的螺旋形表面，并且其中该上游挡板包括在该第一平坦表面与该第二平坦表面之间延伸的竖直壁部分，该竖直壁部分包括该至少一个主要入口开口。
14.根据权利要求13所述的混合器，其中，该至少一个主要入口开口包括在该竖直壁部分中形成的至少三个入口开口。
15.根据权利要求13所述的混合器，其中，该第一平坦表面占该上游挡板的至少一半。
16.根据权利要求15所述的混合器，其中，该一个或多个次要入口开口仅形成在该上游挡板的第一平坦表面内，该上游挡板的其余部分没有次要入口开口。
17.根据权利要求3所述的混合器，其中，该下游挡板的该第一部分包括第一平坦表面，该第二部分包括与该第一平坦表面偏离的第二平坦表面，并且该第三部分包括从该第一平坦表面过渡到该第二平坦表面的螺旋形表面，并且其中该主要出口开口包括在该下游挡板的该第一平坦表面与该第二平坦表面之间的竖直偏离区内形成的开放区域。
18.根据权利要求17所述的混合器，其中，该下游挡板的至少一半具有没有次要出口开口的实心表面，并且其中该下游挡板的该实心表面与该配量给送器轴线对齐，使得由该配量给送器限定的喷洒区延伸在该实心表面上而不遇到任何次要出口开口。
19.根据权利要求1所述的混合器，包括安装至该锥体的窄端上的歧管。
20.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述混合器还包括被定位在该上游挡板与下游挡板之间的中间板，该中间板被附接至该延伸过渡部分上，并且其中该中间板包括楔形形状，该楔形形状在混合器中央轴线附近具有顶点并且沿朝向混合器的外壳体的方向径向向外加宽，并且其中该中间板包括由以下各项限定的平坦部分：从该顶点径向向外延伸的第一边缘、从该顶点径向向外延伸且与该第一边缘周向间隔开的第二边缘、以及将该第一边缘与第二边缘相连以限定该楔形形状的外周缘边缘，并且其中该延伸过渡部分沿着该外周缘边缘的至少一部分连接至该中间板上，并且其中该中间板包括从该外周缘边缘向外延伸的凸缘部分，并且其中该凸缘部分的边缘附接至该延伸过渡部分上。
21.根据权利要求1所述的混合器，其中，该锥体的窄端设有入口开口，并且其中该延伸过渡部分沿着该混合器壳体的内圆周延伸。
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