CN107642395A - 尿素混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及尿素混合器。提供了用于尿素混合器的方法和***。在一个示例中，尿素混合器可包括用于在主排气通道外部将排气与尿素混合的管。

Description

尿素混合器
技术领域
本说明书整体涉及用于尿素混合器的方法和***。
背景技术
用于后处理发动机排气的一种技术利用选择性催化还原(SCR)来使排气中的NOx和氨(NH3)之间发生某些化学反应。通过将尿素喷射到排气通道中来将NH3引入SCR催化剂上游的发动机排气***中，或者在上游催化剂中生成NH3。尿素在高温条件下会熵分解成NH3。SCR有助于NH3和NOx之间的反应，以将NOx转化成氮(N2)和水(H2O)。然而，如本发明人所认识到的那样，在将尿素喷射到排气路径时可出现问题。在一个示例中，尿素可不良地混合到排气流中(例如，排气流的第一部分具有比排气流的第二部分高的尿素浓度)，这可导致不良的SCR涂层以及在排放物(例如，NOx)与SCR之间的不良的反应。另外，过度混合和搅拌排气中的尿素同样能够引起诸如沉积物增加的问题。
解决不充分的混合的尝试包括在尿素喷射器下游和SCR上游引入混合装置，使得排气流可以更均匀。解决尿素混合的其他尝试包括固定的混合设备。Cho等人在美国2013/0104531中示出一个示例方法。其中，静电混合器被定位在用于喷射尿素的辅助管下游的排气通道中。排气流过排气通道，并在流过静态混合器之前与尿素喷射结合。
然而，本发明人已经认识到此类***的潜在问题。作为一个示例，由于通过混合器的排气流出的方向性不能充分混合层流排气流，因此上述静态混合器呈现有限的混合能力。排气通道内部的静态混合器也具有制造和包装的限制。不同的排气通道几何形状需要改变用于混合器的静态混合器的制造以紧密地配合在排气通道内。另外，Cho的静态混合器不会在主排气通道外部提供通道用于使排气的一部分与尿素喷射混合。由此，Cho的静态混合器可过度搅拌尿素喷射，这可导致尿素沉积和SCR涂层不良。
发明内容
在一个示例中，上述问题可以由包括定位在排气通道内部的凹板的混合器来解决，该凹板具有将排气通道流体地联接到具有尿素喷射器的辅助通道的开口，并且其中辅助通道流体地联接到中空环，中空环物理地联接到排气通道的外表面，并且其中，中空环相对于进入的发动机排气流的方向在凹板的上游。以这种方式，与不具有混合器的排气管相比，排气流的距离增加，使得混合进一步增强。
作为一个示例，排气通过沿凹板的最小直径定位的开口被接收，并且被传导至辅助通道的第一管中。辅助通道将来自定位在排气通道中的第一管的排气传导至辅助通道的第二管，辅助通道的第二管具有定位在排气管内部的第一部分和定位在排气管外部的第二部分。第二管进一步包括定位在第二管与排气管外部的第三管之间的交叉点处的尿素喷射器。第三管被配置为使排气和尿素混合物流到中空环，其中混合物可流到环形室，环形室不间断地围绕排气管的外部定位。混合物可经由沿排气管的对应于中空环位置的一部分定位的多个孔眼流入排气通道中。一旦混合物在排气通道中，它就可流向凹板，在凹板处混合物可流过开口或流过通向SCR装置的多个孔眼。以这种方式，可以增加排气通道中的尿素分散，从而改善SCR装置的总体还原。
应当理解，提供上述发明内容是为了以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的所选概念。这并非意味着确立所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围由随附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出具有混合器的发动机的示意图。
图2示出沿排气通道定位的混合器的等轴视图。
图3示出混合器的下游到上游正视图。
图4示出混合器的横截面图，其中示例排气流被传导通过混合器。
图2至图4大致按比例示出，但可使用其他相对尺寸。
具体实施方式
以下描述涉及用于被配置为从喷射器接收尿素喷射的尿素混合器的***和方法。尿素混合器可以定位在SCR催化剂的上游，如图1所示。尿素混合器包括定位在排气管外部的上游部分和定位在排气管内部的下游部分，如图2所示。下游部分物理地联接到排气管的内表面，其中开口围绕排气管的中心轴线定位。下游部分进一步包括在下游部分的弯曲表面上的多个孔眼。孔眼定位在排气管的内表面与弯曲表面上的开口之间，如图3所示。这样，排气在到达下游部分时，流过开口或孔眼。图4中示出了通过尿素混合器的示例排气流。排气从排气管中的排气通道转向到辅助通道，在辅助通道中，排气可与排气管外部的尿素喷射混合。混合物在排气进行转向的上游位置处流回排气通道。然后，混合物可流过下游部分的孔眼，其中混合物进一步与排气混合，或者混合物可流过开口以进一步与另一种尿素喷射混合。
具体地，附图示出了一种混合器，其包括沿排气通道定位的凹板，凹板具有将排气通道流体地联接到具有尿素喷射器的辅助通道的中心开口，并且其中辅助通道流体地联接到中空环，中空环物理地联接到排气管的外表面，并且其中，中空环相对于进入的排气流的方向在凹板的上游。凹板包括相对于进入的排气流的方向成一定角度的多个孔眼。凹板进一步包括由凹板的最小圆周限定的开口，并且其中开口允许排气进入辅助通道。辅助通道由包括第一管、第二管和第三管的J形管形成，并且其中辅助通道的直径小于排气管的直径。第一管定位在排气管的内部，并且物理地联接到凹板和第二管的定位在排气管中的一部分，尿素喷射器定位在第三管与排气管外部的第二管之间的交叉点处，并且其中第三管完全定位在排气管的外部并且物理地联接到中空环的下游表面。中空环和凹板关于排气管的中心轴线同心，并且其中进入的排气流平行于排气管的中心轴线。中空环包括沿排气管的外表面定位的多个孔眼，并且其中孔眼沿中空环的中心轴线定位，中空环的中心轴线垂直于排气管的中心轴线。孔眼在相对于进入的排气流的方向倾斜的径向向内方向上将排气排出到排气通道。中空环包括不间断地横跨(spanning)排气管的整个圆周的环形室，并且其中环形室经由多个孔眼流体地联接到排气通道。辅助通道接收与在排气管中心轴线近侧的凹板相邻的排气，并且其中辅助通道经由与排气管相邻的中空环将排气排出到排气通道。
图1至图4示出了具有各种部件的相对定位的示例配置。如果被示为彼此直接接触或直接联接，则至少在一个示例中，此类元件可分别被称为直接接触或直接联接。类似地，至少在一个示例中，被示为彼此邻近或彼此相邻的元件可以为分别彼此邻近或彼此相邻。作为示例，彼此共面接触放置的部件可以被称为共面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，彼此分开定位它们间仅具有空间而无其他部件的元件可被如此称之。作为又一示例，被示为在彼此上方/下方，在彼此相对侧处，或在彼此的左/右的元件可相对于彼此被如此称之。进一步地，如图所示，在至少一个示例中，最上面的元件或元件的最上面的点可被称为部件的“顶部”，并且最下面的元件或元件的最下面的点可被称为部件的“底部”。如本文所使用的，顶部/底部、上部/下部、上方/下方可以相对于附图的垂直轴线，并且用于描述附图的元件相对于彼此的定位。这样，在一个示例中，被示为在其他元件上方的元件垂直地位于其他元件上方。作为又一示例，附图中所示的元件的形状可被称为具有那些形状(例如，诸如圆形、直线、平面、弯曲、圆角的、倒角、成角度等)。进一步地，在至少一个示例中，被示为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。更进一步地，在一个示例中，被示为在另一元件内或在另一元件外部的元件可被如此称之。应当理解，被称为“基本相似和/或相同”的一个或多个部件根据制造公差(例如，在1％至5％偏差内)彼此不同。
继续图1，其示出了可被包括在汽车的推进***中的发动机***100中的多缸发动机10的一个汽缸的示意图。发动机10可至少部分地由包括控制器12的控制***和经由输入装置130的来自车辆操作者132的输入控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于生成成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室30可包括由汽缸壁32形成的汽缸，其中活塞36位于汽缸中。活塞36可联接到曲轴40，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速器***联接到车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动马达可经由飞轮联接到曲轴40，以启用发动机10的起动操作。
燃烧室30可经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气空气，并且可经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48能够经由相应的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些示例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
在该示例中，进气门52和排气门54可经由相应的凸轮致动***51和53通过凸轮致动控制。凸轮致动***51和53可各自包括一个或多个凸轮，并且可利用由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)***中的一个或多个以改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可分别由位置传感器55和57确定。在另选的示例中，进气门52和排气门54可通过电动气门致动控制。例如，汽缸30可另选地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT***的凸轮致动控制的排气门。
燃料喷射器69被示出为直接联接到燃烧室30，用于与从控制器12接收的信号的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射到燃烧室30中。以这种方式，燃料喷射器69向燃烧室30提供所谓的燃料直接喷射。例如，燃料喷射器69可安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部中。燃料可以通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料***(未示出)被递送到燃料喷射器69。在一些示例中，燃烧室30可以另选地或另外地包括以向燃烧室30上游的进气道提供所谓的进气道燃料喷射的配置布置在进气歧管44中的燃料喷射器。
经由火花塞66向燃烧室30提供火花。点火***可进一步包括用于增加供应到火花塞66的电压的点火线圈(未示出)。在其他示例(诸如柴油机)中，可以省略火花塞66。
进气通道42可包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，节流板64的位置可通过控制器12经由提供给节气门62包括的电动马达或致动器的信号来改变，该配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以这种方式，可操作节气门62以改变提供给在发动机其他汽缸中的燃烧室30的进气空气。节流板64的位置可通过节气门位置信号被提供给控制器12。进气通道42可包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于感测进入发动机10的空气的量。
根据排气流的方向，排气传感器126被示出为联接到排放控制装置70上游的排气通道48。传感器126可以为用于提供排气空气-燃料比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。在一个示例中，上游排气传感器126为被配置为提供与排气中存在的氧的量成比例的输出(诸如电压信号)的UEGO。控制器12经由氧传感器传递函数将氧传感器输出转化成排气空气-燃料比。
排放控制装置70被示为沿排气通道48布置在排气传感器126下游。装置70可以为三元催化器(TWC)、微粒过滤器、各种其他排放控制装置或其组合。在一些示例中，在发动机10的操作期间，可通过在特定空气-燃料比内操作发动机的至少一个汽缸而周期性地重置排放控制装置70。
选择性催化还原(SCR)装置76被示出为沿排气通道48布置在排放控制装置70的下游。SCR装置76包括能够还原排气流中的污染物的一种或多种催化剂。然而，在还原/氧化反应之后，催化剂变为更高的氧化态。这样，在SCR装置76的上游引入还原剂，以将催化剂还原成能够还原污染物的较低氧化态。
可以从流体联接到混合器72的喷射器的还原剂储存器74提供还原剂，混合器72定位在排放控制装置70与SCR装置76之间。因此，混合器72可充分地搅拌尿素并增加其到排气中的分散而不会过度搅拌还原剂，使得沉积物形成。这可改善SCR装置76中的催化剂的还原性，从而减少车辆排放物。在一个示例中，还原剂为尿素，并且还原剂储存器74为尿素储存器。应当理解，还原剂可以不是尿素并且可以为其他合适的还原剂。下面将更详细地描述混合器72。
排气再循环(EGR)***140可以将期望部分的排气从排气通道48经由EGR通道152传送到进气歧管44。提供给进气歧管44的EGR量可通过控制器12经由EGR阀144改变。在一些条件下，EGR***140可以用于调节燃烧室内的空气-燃料混合物的温度，从而提供一种在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。
控制器12在图1中被示为微型计算机，其包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在该特定示例中被示为只读存储器芯片(ROM)106(例如，非暂时性存储器)的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和数据总线。控制器12可接收来自联接到发动机10的传感器的各种信号，除先前讨论的那些信号外，还包括：来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量(MAF)的测量值；来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；来自感测曲轴40的位置的霍尔效应传感器118(或其他类型)的发动机位置信号；来自节气门位置传感器65的节气门位置；以及来自传感器122的歧管绝对压力信号(MAP)。发动机转速信号可由控制器12从曲轴位置传感器118中生成。歧管压力信号也可用于提供进气歧管44中的真空或压力的指示。注意，可使用以上传感器的各种组合，诸如MAF传感器而无MAP传感器，或反之亦然。在发动机操作期间，可从MAP传感器122的输出和发动机转速推断出发动机扭矩。进一步地，该传感器连同检测到的发动机转速可作为用于估计引入汽缸中的充气(包括空气)的基础。在一个示例中，还用作发动机转速传感器的曲轴位置传感器118在曲轴的每转可产生预定数量的等间隔脉冲。
存储介质只读存储器106能够使用计算机可读数据进行编程，计算机可读数据表示可由处理器102执行的指令，用于执行以下描述的方法以及预期但未具体列出的其他变体。控制器12接收来自图1的各种传感器的信号，并且基于所接收的信号和存储在控制器的存储器上的指令调整发动机操作。例如，将还原剂喷射到混合器72中包括致动喷射器的致动器，以从储存器74接收还原剂并且将还原剂喷射到混合器72。
混合器72提供一种方法，该方法用于将主排气通道外部的还原剂喷射到混合器的管中，其中混合器的管在主排气通道中的混合器的下游部分中配置有开口，以将排气传导至管中用于与还原剂混合；并且经由所述管使还原剂和排气平行于主排气通道并且在主排气通道外部流向混合器的上游部分，所述上游部分被配置为将还原剂和排气成角度地排出到主排气通道中。将还原剂和排气排放到主排气通道中进一步包括使还原剂和排气流向下游部分，其中还原剂和排气流过开口或流过多个孔眼。上游部分与主排气通道的排气管的外表面共面接触，并且其中上游部分使还原剂和排气经由相对于进入的排气流的方向成角度的多个出口流向主排气通道。喷射还原剂包括在与管中的排气流相反的方向上喷射还原剂。
图2示出排气通道48的混合器72的侧透视图200。这样，先前在图1中介绍的部件在后续附图中进行类似地编号。混合器72被示为并入排气管202的排气通道48中。
轴线***290包括三个轴线，即平行于水平方向的x轴线、平行于竖直方向的y轴线和垂直于x轴线与y轴线的z轴线。轴线***290可用于描述混合器72的部件的相对定位。混合器72和/或其部件的“高度”可用于限定部件沿y轴线的范围。类似地，混合器72的部件的“长度”可用于指部件沿x轴线的物理范围。部件沿z轴线的物理范围可称为“宽度”。切割平面A-A'限定了图3所示的排气管202和混合器72的横截面图。切割平面B-B'限定了图4所示的排气管202和混合器72的横截面图。
混合器72可以是由单一材料构成的单个加工件。在一些示例中，混合器72可以由包括陶瓷、(一种或多种)金属合金、硅、硅衍生物和能够承受高温同时还能减轻引入到排气管202中的排气流的摩擦力的其他合适的材料中的一种或多种组成。另外地或另选地，混合器72可包括一个或多个涂层和材料，使得排气可接触混合器72的表面，而不在混合器72上沉积烟粒或其他排气组分。应当理解，在未脱离本公开范围的情况下，混合器72可以为熔合在一起的多个件。
排气管202为管状并且被配置为通过排气通道48传导排气。混合器72的上游部分210与排气管202的外表面共面接触。因此，上游部分210的圆周相应地大于排气管202的圆周。混合器72的下游部分220与排气管202的内表面共面接触。这样，下游部分220的圆周相应地小于排气管202的圆周。焊缝、粘合剂，熔融物和/或其他合适的联接元件在排气管202与上游部分210之间提供气密密封。也可以使用上面列出的联接元件以在排气管202与所述下游部分220之间形成气密密封。另选地，可以将混合器72强制滑动到排气管202上。
在一个示例中，下游部分220为碗形。另外地或另选地，下游部分220为凹板。因此，下游部分220相对于排气流的方向(箭头295)成角度。下游部分220的外圆周与排气管202的内表面共面接触。下游部分220的凹表面222与在朝向下游部分220的内圆周的下游方向上的进入的排气流成角度。这样，外圆周在内圆周的上游。多个孔眼224定位在外圆周与内圆周之间的凹表面222上。孔眼224可以为椭圆形并且彼此径向不对准。在一些实施例中，孔眼224可以为圆形、三角形、矩形等。开口280定位在下游部分220的内圆周的内部。开口280围绕排气管202的中心轴线299均匀地间隔开。
J形管230物理地联接到下游部分220和上游部分210。J形管230为管状且中空的，其中辅助通道231定位在J形管230中。在一个示例中，排气通道48为主排气通道，并且辅助通道为次级排气通道。J形管230的第一管232物理地联接到下游部分的内圆周。第一管232与排气管202平行并且关于中心轴线299与排气管202同心。第一管232被配置为接收流过由下游部分220的内圆周限定的开口280的排气流的一部分。以这种方式，排气通道中的排气在到达下游部分220时流过开口280或流过孔眼224。排气可不会流过凹表面222或流过由下游部分220和排气管202形成的界面。
第二管234在排气管202中以90°的弯曲流体地且物理地联接到第一管232。这样，第二管234垂直于第一管232和中心轴线299。第二管234垂直地从第一管232延伸通过排气管202，并且延伸到排气管202外部的位置。以这种方式，第二管234的一部分定位在排气管202的内部，而第二管234的在第一管232远侧的剩余部分定位在排气管202的外部。尿素喷射器242联接到定位在排气管202外部的第二管234的部分，在联接位置第三管236与第二管234形成交叉点。尿素喷射器242被定位成在朝向第一管232的方向上喷射尿素，该方向垂直于排气管202中的进入的排气流的方向(箭头295)和中心轴线299。
第三管236在下游端处在排气管202外部以90°弯曲流体地且物理地联接到第二管234。以这种方式，第三管236定位在排气管202的外部并且其整个长度与排气管202间隔开。第三管236平行于排气管202、第一管232和中心轴线299。第三管236在下游表面214处流体地且物理地联接到上游部分210的顶部。来自第二管234的排气可流入第三管236，其中第三管236可将排气传导至上游部分210。排气不可直接从第三管236流出到环境大气或发动机。
包括第一管232、第二管234和第三管236的J形管230的直径小于排气管202的直径。以这种方式，J形管230的横截面流动面积小于排气管202的横截面流动面积。
上游部分210是环形的，其表面包围位于其中的环形室。环形室被密封，使得环形室中的排气可以不直接流到发动机或环境大气。具体地，上游部分210包括上游表面212、下游表面214和外部环形表面216。排气管202的外表面可用作上游部分210的内部环形表面，使得排气管202的外部表面与上游部分210的环形室中的排气直接接触。上游表面212平行于下游表面214并且基本上与下游表面214相同。第三管236的上游端物理地联接到下游表面214。这样，下游表面214偏离上游表面212，因为下游表面214包括用于接收第三管236和来自辅助通道231的排气的孔，而上游表面212没有这些。
上游部分210的环形室经由定位在排气管202的作为内部环形表面的部分上的多个孔眼218流体地联接到排气通道48。这样，来自环形室的排气可以经由孔眼218流入排气通道48中。在一个示例中，孔眼218在与进入的排气流的方向(箭头295)成角度的方向上将排气传导至排气通道。
如图所示，孔眼218在与排气管202相邻的位置处将排气排出到排气通道48中，而开口280在与中心轴线299相邻的位置处允许排气到辅助通道。这样，流入辅助通道的排气/尿素混合物的可能性减少。在一个示例中，混合物在流向排气通道48的剩余部分(例如，流到图1的SCR装置76)之前仅流过下游部分220的孔眼224。
图3示出沿排气通道48定位的混合器72的正视图300。在视图300中示出了根据图2的切割平面A-A'的上游部分210的横截面。这样，上游部分210的环形室310暴露，而图2的上游表面212被省略。
上游部分210和下游部分220沿排气管202被级联(cascaded)示出，其中上游部分210在排气管202的外部，并且下游部分220定位在排气管202的内部。因此，上游部分210和下游部分220关于视图300中的z轴线(例如，平行于图2的中心轴线299)是同心的。如图所示，上游部分210的最小直径比下游部分220的最大直径大排气管202的宽度。
下游部分220流体地直接联接到排气管202中的排气。而上游部分210的环形室310经由辅助通道231流体地联接到从第三管236流出的排气。环形室310通过孔眼218将排气排出到下游部分220上游的排气通道48的一部分。
上游部分210的孔眼218沿平行于x轴线和y轴线的共同平面定位。孔眼218被类似地设定尺寸和形状。孔眼218被示为彼此等距。应当理解，孔眼218可以为不同的尺寸、形状，并且沿上游部分210不均匀地分布。例如，相对于重力方向399在尿素喷射器242的位置的远侧，可存在沿上游部分210的底部定位的更多数量的孔眼218。与均匀分布的孔眼218相比，这可迫使排气流过环形室310达更长的持续时间。
下游部分220的孔眼224沿下游部分220级联布置，使得孔眼224被分成上游孔眼320、中间孔眼322和下游孔眼324。上游孔眼320定位在下游部分220的最大直径的近侧。这样，上游孔眼320也在排气管202的近侧。上游孔眼320沿平行于x轴线和y轴线的公共平面定位。下游孔眼324邻近开口280定位在下游部分220的最小直径的近侧。下游孔眼324沿平行于x轴线和y轴线的公共平面定位，该公共平面在上游孔眼320的下游并且平行于上游孔眼320的公共平面。这样，中间孔眼322定位在上游孔眼320与下游孔眼324之间。中间孔眼322定位在下游部分220的小于最大直径并且大于最小直径的直径上。中间孔眼322沿在上游孔眼320与下游孔眼324的平面之间的平行于x轴线和y轴线的公共平面定位。
上游孔眼320、中间孔眼322和下游孔眼324中的每个包括相似数量的孔眼。这样，孔眼224的尺寸设定成对应于下游部分220的直径。因此，上游孔眼320大于中间孔眼322，中间孔眼322大于下游孔眼324。在一些实施例中，上游孔眼320、中间孔眼322和下游孔眼324可类似地设定尺寸，并且因此，上游孔眼320、中间孔眼322和下游孔眼324的数量可以是不均匀的，其中上游孔眼320的数量大于中间孔眼322或下游孔眼324的数量。此外，中间孔眼322的数量大于下游孔眼的数量。
孔眼218、上游孔眼320、中间孔眼322和下游孔眼324径向对准。然而，在不偏离本公开的范围的情况下，混合器72的所有孔眼可不对准。如图所示，混合器72不包括除孔眼218、孔眼224和开口280之外的其他入口或附加出口。以这种方式，流过排气管的排气在流过排气管202的剩余部分之前被混合器72改变。
因此，尿素混合器包括：弯曲的下游部分；和沿排气通道的排气管级联布置的环形上游部分，上游部分定位在排气管的外部而下游部分定位在排气管的内部；沿排气管的与上游部分的位置对应的部分定位的第一多个孔眼；以及沿下游部分定位的第二多个孔眼；以及定位成沿平行于上游部分的中心轴线的轴线在排气通道外部向管喷射尿素的喷射器。下游部分包括沿排气管的中心轴线定位的开口，并且其中所述开口被配置为允许排气进入所述管的定位在排气管内部的部分。第一多个孔眼为将上游部分的环形室流体地联接到排气通道的出口，并且其中从上游部分的第一多个孔眼流出的排气在流入下游部分之前流入排气通道中。下游部分沿其外圆周物理地联接到排气管，并且包括在其内圆周内部的开口，并且其中下游部分是弯曲的且包括在外圆周与内圆周之间的第二多个孔眼。管包括小于排气管的直径的管直径。除第一多个孔眼和第二多个孔眼以及混合器的开口之外，不存在其他入口或附加出口。
图4示出由图2的切割平面B-B'限定的混合器72的横截面的侧视图400。这样，露出了第一管232、第二管234和第三管236(例如，辅助通道231)以及上游部分210的环形室310的内部。图4进一步示出了与尿素混合的示例排气流。应当理解，由于排气的自发性，可以实现更多的示例排气流，而图4仅为一个此类示例。排气流混合被示为与尿素喷射402结合。然而，应当理解，在没有尿素喷射的情况下，排气可以通过混合器72混合。以这种方式，混合器72可在没有尿素喷射402的情况下增加排气流的均匀性，同时还能够在尿素喷射402存在的情况下增加尿素分散。上游方向和下游方向可以在下面相对于平行于箭头295的进入的排气流的大致方向进行描述。
轴线***490包括两个轴线，在水平方向上的x轴线和在竖直方向上的y轴线。经由虚线示出了上游部分210的中心轴线495。另外，经由虚线示出了排气管202的中心轴线499。排气管202的中心轴线499垂直于上游部分210的中心轴线495。箭头498指示平行于重力的向下方向。垂直轴线497被示出，并且尿素喷射器242被定位成沿平行于重力方向(箭头498)的垂直轴线497进行喷射。
箭头410表示在排气通道48中流向混合器72的排气。在一个示例中，箭头410可以描绘离开排气歧管的排气。由此，排气是不受干扰的(例如，没有喷射和/或物体影响其流动)。箭头410在本文中也可以被称为排气410。
如箭头420所示，排气流经上游部分210进入定位在上游部分210与下游部分220之间的排气通道48的区域中。这样，排气不进入上游部分210的孔眼218。箭头420也可以被称为排气420。排气420在排气410的下游，并且类似地不受干扰。
排气420可以如箭头430(例如，排气430)所示流过开口280，或者它可以流过下游部分220的孔眼224，如箭头440(例如，排气440)所示。另外地或另选地，排气420可以与凹表面222碰撞，其中排气从表面弹回并继续流到下游，流到孔眼224或开口280。流过孔眼224的排气(例如，排气440)可在与中心轴线499成角度的方向上关于中心轴线499径向间隔地流动。这样，排气440的在中心轴线499上方的部分可以与排气440的在中心轴线499下方的部分混合。在一个示例中，排气440可以在下游部分220的下游流动，如箭头450(例如，排气450)所示，其中排气440可以不间断地流向SCR76。
排气430在中心轴线499近侧通过开口280流入辅助通道231，并进入J形管230的第一管232。排气430在与箭头498相反的方向上转向之前在第一管232中垂直于箭头498流动，因为第一管232与第二管234相交。因此，如辅助通道231中的箭头460(例如，排气460)所示，排气430转向90°，以在与重力(箭头498)相反的向上方向上在第二管234中流动。
在转向进入第三管236之前，排气460与由尿素喷射器242提供的尿素喷射402在第二管234中碰撞。因此，排气在沿垂直重力的方向上转向进入第三管236之前在第二管234中在与重力相反的方向上流动。这样，第一管232和第三管236中的排气垂直于重力流动。然而，第一管232中的排气在下游方向上流动，并且第三管236中的排气在上游方向上流动。第三管236中的排气由虚线箭头465(例如，排气465)描绘。虚线箭头指示排气和尿素的混合物，而实线箭头(例如，箭头410、420、430、440、450和460)指示未与尿素混合的排气。
以这种方式，排气460与尿素喷射402在排气通道48外部的位置中混合。这可允许排气460充分加热和搅动尿素喷射402以进行期望的尿素混合。通过这样做，可防止不期望的量的尿素沉积物在辅助通道231或排气通道48中形成。
排气465在进入环形室310之前不间断地流过在排气通道48外部的第三管236。排气465的方向与进入的发动机排气流的方向(箭头410)相反。箭头470(例如，排气470)描绘环形室310中的排气，其中排气470可围绕排气管202的整个圆周不间断地流动。排气470可经由孔眼218离开环形室310并进入排气通道48，如箭头475所示(例如，排气475)。排气475在与箭头295成角度和/或垂直的径向向内的方向上流到排气通道48中。由于孔眼218接近排气管202，所以排气475流向排气管202的近侧。如箭头480所示(例如，排气480)，排气475流向上游部分210与下游部分220之间的空间。
排气480与排气420合并。这样，未混合的排气420(例如，未与尿素混合的排气)与混合的排气480结合。排气420和480流向下游部分220，在下游部分220它们可以流过孔眼224或流过开口280。这样，排气480可进入第二管234，如箭头482所示。然而，应当理解，由于排气480接近排气管202，所以相对少量的排气480流过开口280。换句话说，排气480在流到下游部分220之前在排气管202近侧，并且因此相对较少量的排气480可以偏离其初始流并且沿中心轴线499流动以流入开口280中。因此，大部分排气480流过孔眼224，在孔眼224中其流动方向受到干扰，使得其在径向向内和径向向外方向上流动，如箭头485所示(例如，排气485)。以这种方式，混合排气485流到排气通道48的所有区域(例如，在排气管202和中心轴线499近侧)。这样，排气450和485在流入SCR装置76之前具有沿排气通道的多个区域分散的尿素。
因此，在与主排气通路外部的管内的排气混合后，尿素均匀地被分布在主排气通道内。排气和尿素的混合物流入混合器的下游部分的上游的主排气通道中，该混合器的下游部分被配置为改变排气流的方向，以将尿素分配到主排气通道的多个区域。以这种方式，尽管混合物进入与下游部分的上游的排气管相邻的主排气通道，但是下游部分仍在整个排气通道中均匀地分布尿素。与未受混合器干扰的排气流相比，这允许混合器下游的SCR装置更均匀地接收排气混合物。因此，尿素可以更均匀地涂覆SCR。
以这种方式，紧凑的易于设计的混合器可沿SCR装置上游的排气通道定位。混合器可进一步包括定位在排气通道外部的混合器管中的尿素喷射器。混合器被配置为从排气通道接收排气的一部分，并将排气引导至容纳尿素喷射器的管。在排气通道外部使排气流到尿素喷射器的技术效果在于，在不过度搅拌尿素喷射的情况下适当地加热所喷射的尿素。因此，通过使尿素/排气混合物流回到排气通道并且使混合物流过多个孔眼，尿素混合器可增加尿素与排气的混合，以使其分布在SCR上游的整个排气通道中。
一种混合器，其包括位于排气通道内部的凹板，凹板具有将排气通道流体地联接到具有尿素喷射器的辅助通道的开口，并且其中辅助通道流体地联接到中空环，中空环物理地联接到排气通道的外表面，并且其中空环相对于进入的发动机排气流的方向在凹板的上游。混合器的第一示例进一步包括：其中凹板包括相对于进入的排气流的方向成角度的多个孔眼，并且辅助通道中的流在与进入的发动机排气流相反的方向上流动。混合器的第二示例可选地包括第一示例，进一步包括：其中开口由凹板的最小圆周限定，并且其中开口允许排气进入辅助通道中。混合器的第三示例可选地包括第一和/或第二示例，进一步包括：其中辅助通道由包括第一管、第二管和第三管的J形管形成，并且其中辅助通道的直径小于排气管的直径。混合器的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，进一步包括：其中第一管定位在排气管内部并且物理地联接到凹板和定位在排气管中的第二管的一部分，尿素喷射器定位在排气管外部的第三管与第二管之间的交叉点处，并且其中第三管完全定位在排气管外部并且物理地联接到中空环的下游表面。混合器的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，进一步包括：其中中空环和凹板关于排气管的中心轴线同心，并且其中进入的排气流的方向平行于排气管的中心轴线。混合器的第六示例可选地包括第一至第五示例中的一个或多个，进一步包括：其中中空环包括沿排气管的外表面定位的多个孔眼，并且其中孔眼沿中空环的中心轴线定位，中空环的中心轴线垂直于排气管的中心轴线。混合器的第七示例可选地包括第一至第六示例中的一个或多个，进一步包括：其中孔眼在相对于进入的排气流的方向倾斜的径向向内方向上将排气排出到排气通道。混合器的第八示例可选地包括第一至第七示例中的一个或多个，进一步包括：其中中空环包括不间断地横跨排气管的整个圆周的环形室，并且其中环形室经由多个孔眼流体地联接到排气通道。混合器的第九示例可选地包括第一至第八示例中的一个或多个，进一步包括；其中辅助通道接收与凹板的开口相邻的排气，凹板的开口在排气管的中心轴线近侧，并且其中辅助通道经由与排气管相邻的中空环将排气排出到排气通道。
一种方法，其包括将主排气通道外部的还原剂喷射到混合器的管中，混合器的管在主排气通道中的混合器的下游部分中配置有开口，以将排气传导至管中，用于与主排气通道外部的还原剂混合，并且经由管使还原剂和排气平行于主排气通道并且在主排气通道外部流到混合气的上游部分，混合器的上游部分被配置为成角度地将还原剂和排气排出到主排气通道中。该方法的第一示例进一步包括：其中将还原剂和排气排出到主排气通道中进一步包括使还原剂和排气流向下游部分，其中还原剂和排气流过开口或流过多个孔眼。方法的第二示例可选地包括第一示例，进一步包括：其中上游部分与主排气通道的排气管的外表面共面接触，并且其中上游部分使还原剂和排气经由相对于进入的排气流的方向成角度的多个出口流到主排气通道。方法的第三示例可选地包括第一和/或第二示例，进一步包括：其中喷射还原剂包括在与管中的排气流相反的方向上喷射还原剂。
一种尿素混合器，其包括：弯曲的下游部分和沿排气通道的排气管级联布置的环形上游部分，上游部分定位在排气管外部，以及下游部分定位在排气管内部；沿排气管的对应于上游部分位置的部分定位的第一多个孔眼；以及沿下游部分定位的第二多个孔眼；以及定位成沿平行于上游部分的中心轴线的垂直轴线在排气通道外部向管喷射尿素的尿素喷射器。尿素混合器的第一示例进一步包括：其中下游部分包括沿排气管的中心轴线定位的开口，并且其中开口被配置为允许排气进入管的定位在排气管内部的部分中。尿素混合器的第二示例可选地包括第一示例，进一步包括：其中第一多个孔眼为使上游部分的环形室流体地联接到排气通道的出口，并且其中从上游部分的第一多个孔眼流出的排气在流入下游部分中之前流入排气通道中。尿素混合器的第三示例可选地包括第一和/或第二混合器，进一步包括：其中下游部分沿其外圆周物理地联接到排气管，并且包括在其内圆周内部的开口，并且其中下游部分是弯曲的且包括在外圆周与内圆周之间的第二多个孔眼。尿素混合器的第四示例可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，进一步包括：其中管包括小于排气管的直径的管直径。尿素混合器的第五示例可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，进一步包括：其中除第一多个孔眼和第二多个孔眼以及开口之外不存在其他入口或附加出口。
注意，本文包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆***配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可以由包括控制器的控制***结合各种传感器、致动器以及其他发动机硬件来实施。本文描述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所说明的各种动作、操作和/或功能可以按所说明的顺序执行、同时执行或在省略的一些情况下执行。同样地，处理的次序并非是实现本文所描述的示例实施例的特征和优点所必需的，而是为易于说明和描述而提供。根据所使用的特定策略，可以重复执行所说明的动作、操作和/或功能中的一种或多种。进一步地，所描述的动作、操作和/或功能可以用图形表示将被编程到发动机控制***中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括各种发动机硬件组件的***中结合电子控制器执行指令来实施。
应该清楚，因为可有许多变化，所以本文公开的配置和程序实际上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制意义。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他的发动机类型。本公开的主题包括在本文公开的各种***和配置，以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
随附权利要求特别指出被视为新颖的且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元素或“第一”元素或其等价物。此类权利要求应理解成包括一个或多个此类元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。所公开的特征、功能、元素和/或性质的其他组合和子组合可以通过本申请权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出的新权利要求而要求保护。此类权利要求，无论比原始权利要求范围更宽、更窄、相同、或不同，仍被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种混合器，其包括：
定位在排气通道内部的凹板，所述凹板具有将所述排气通道流体地联接到具有尿素喷射器的辅助通道的开口，并且其中所述辅助通道流体地联接到中空环，所述中空环物理地联接到所述排气通道的外表面，并且其中所述中空环相对于进入的发动机排气流的方向在所述凹板的上游。
2.根据权利要求1所述的混合器，其中所述凹板包括相对于进入的排气流的所述方向成角度的多个孔眼，并且在所述辅助通道中的流在与所述进入的发动机排气流相反的方向上流动。
3.根据权利要求1所述的混合器，其中所述开口由所述凹板的最小圆周限定，并且其中所述开口允许排气进入所述辅助通道中。
4.根据权利要求1所述的混合器，其中所述辅助通道由包括第一管、第二管和第三管的J形管形成，并且其中，所述辅助通道的直径小于所述排气管的直径。
5.根据权利要求4所述的混合器，其中所述第一管定位在所述排气管的内部，并且物理地联接到所述凹板和所述第二管的定位在所述排气管中的部分，所述尿素喷射器定位在所述排气管外部的所述第三管与所述第二管的交叉点处，并且其中所述第三管完全定位在所述排气管的外部，并且物理地联接到所述中空环的下游表面。
6.根据权利要求1所述的混合器，其中所述中空环和所述凹板关于所述排气管的中心轴线同心，并且其中进入的排气流的所述方向平行于所述排气管的所述中心轴线。
7.根据权利要求1所述的混合器，其中所述中空环包括沿所述排气管的所述外表面定位的多个孔眼，并且其中所述孔眼沿所述中空环的中心轴线定位，所述中空环的所述中心轴线垂直于所述排气管的中心轴线。
8.根据权利要求7所述的混合器，其中所述孔眼在相对于进入的排气流的方向倾斜的径向向内方向上将排气排出到所述排气通道。
9.根据权利要求7所述的混合器，其中所述中空环包括不间断地横跨所述排气管的整个圆周的环形室，并且其中所述环形室经由所述多个孔眼流体地联接到所述排气通道。
10.根据权利要求1所述的混合器，其中所述辅助通道接收与所述凹板的所述开口相邻的排气，所述凹板的所述开口在所述排气管的中心轴线近侧，并且其中所述辅助通道经由与所述排气管相邻的所述中空环将排气排出到所述排气通道。
11.一种方法，其包括：
在主排气通道外部将还原剂喷射到混合器的管中，所述混合器的管配置有在所述混合器的在所述主排气通道中的下游部分中的开口，以将排气传导至所述管中用于与所述主排气通道外部的所述还原剂混合；以及
经由所述管使所述还原剂和所述排气平行于所述主排气通道并且在所述主排气通道外部流向所述混合器的上游部分，所述上游部分被配置为将所述还原剂和所述排气成角度地排出到所述主排气通道中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将所述还原剂和所述排气排放到主排气通道中进一步包括使所述还原剂和所述排气流向所述下游部分，其中所述还原剂和所述排气流过所述开口或流过多个孔眼。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述上游部分与所述主排气通道的排气管的外表面共面接触，并且其中所述上游部分经由相对于进入的排气流的方向成角度的多个出口使所述还原剂和所述排气流向所述主排气通道。
14.根据权利要求11所述的方法，其中喷射所述还原剂包括在与所述管中的排气流相反的方向上喷射所述还原剂。
15.一种尿素混合器，其包括：
弯曲的下游部分和沿排气通道的排气管级联布置的环形上游部分，所述上游部分定位在所述排气管的外部而所述下游部分定位在所述排气管的内部；
沿所述排气管的与所述上游部分的位置对应的部分定位的第一多个孔眼，以及沿所述下游部分定位的第二多个孔眼；以及
定位成沿平行于所述上游部分的中心轴线的垂直轴线在所述排气通道外部向管喷射尿素的喷射器。
16.根据权利要求15所述的尿素混合器，其中所述下游部分包括沿所述排气管的中心轴线定位的开口，并且其中所述开口被配置为允许排气进入所述管的定位在所述排气管内部的部分。
17.根据权利要求15所述的尿素混合器，其中所述第一多个孔眼为将所述上游部分的环形室流体地联接到所述排气通道的出口，并且其中从所述上游部分的所述第一多个孔眼流出的排气在流入所述下游部分之前流入所述排气通道中。
18.根据权利要求15所述的尿素混合器，其中所述下游部分沿其外圆周物理地联接到所述排气管，并且包括在其内圆周内部的开口，并且其中所述下游部分是弯曲的且包括在所述外圆周与所述内圆周之间的所述第二多个孔眼。
19.根据权利要求15所述的尿素混合器，其中所述管的管直径小于所述排气管的直径。
20.根据权利要求15所述的尿素混合器，其中除所述第一多个孔眼和所述第二多个孔眼以及所述开口之外，不存在其他入口或附加出口。
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