CN114522537A - 用于高效混合器的偏流器 - Google Patents

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Abstract

用于车辆排气***的混合器组件包括限定了内腔体的混合器壳体，其中混合器壳体包括上游端和下游端，上游端构造为接纳排气气体。反应器定位在内腔体内并具有反应器入口和反应器出口，反应器入口构造成接纳注射的流体，反应器出口将排气气体和注射的流体的混合物导入内腔体。偏流器与反应器相关联，用于引导绕过反应器的排气气体在离开混合器的下游端之前与离开反应器出口的混合物混合。

Description

用于高效混合器的偏流器
技术领域
本公开总地涉及一种示例性的紧凑型混合器构造，该构造提供了偏流器以减少沉积物的形成，同时保持高混合性能。
背景技术
排气***包括催化器部件以减少排放。排气***包括注射***，注射***在用于减少NOx排放的选择性催化还原(SCR)催化器上游注射柴油器排气流体(DEF)、或诸如尿素和水的溶液的还原剂。注射***包括将该流体喷洒入排气气体流的计量器。混合器定位于SCR催化器上游，以将发动机排气气体与注射的流体混合。在可用的封装空间内构造多个排气***部件是挑战性的。紧凑型混合器构造可以实现更高效的封装，但需要保持高混合性能，同时限制沉淀的形成。
发明内容
根据本公开的示例性方面的组件主要包括限定内腔体的混合器壳体，其中混合器壳体包括上游端和下游端，上游端构造用于接纳排气气体。反应器定位在内腔体内并具有反应器入口和反应器出口，反应器入口构造成接纳注射的流体，反应器出口将排气气体和注射的流体的混合物导入内腔体。偏流器与反应器相关联，用于引导绕过(旁通)反应器的排气气体在离开混合器的下游端之前与离开反应器出口的混合物混合。
在前述组件的进一步的非限制性实施例中，入口挡板安装到混合器壳体的上游端，入口挡板包括至少一个开口和多个旁通开口，该至少一个开口将排气气体导入反应器的至少一个排气气体入口，多个旁通开口引导排气气体绕开反应器的进入(对反应器的进入旁通，不进入反应器)。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，出口挡板安装到混合器壳体的下游端，该出口挡板包括多个混合器出口开口。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，反应器入口限定了注射轴线，且反应器出口包括多个开口，多个开口围绕注射轴线在周向上彼此间隔开，以及其中反应器在反应器入口处具有第一端，并沿注射轴线延伸到第二端，第二端包括碗状部分以在反应器内、在第一端和第二端之间限定开放的混合室。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，反应器包括圆锥形，圆锥形在第二端处具有比第一端更大的横截面，并且其中碗状部分包括面向反应器入口的实心(无空隙的)表面。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，至少一个附接界面在偏流器和碗状部分之间。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，偏流器至少部分地围绕注射轴线延伸以环绕碗状部分的至少一部分，并包括在碗状部分的外表面与偏流器的、在至少一个附接界面的相对侧上的内表面之间的间隙。
在任何前述组件的进一步非限制性实施例中，偏流器包括具有基部壁和侧壁的实心的托架，该基部壁面向碗状部分的外端面，侧壁从基部壁的周边朝向形成反应器出口的多个开口的方向延伸。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，侧壁并不完全围绕注射轴线延伸。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，至少一个附接界面包括在偏流器和碗状部分之间的多个附接界面。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，偏流器至少部分地围绕注射轴线延伸以环绕碗状部分的至少一部分，并包括在碗状部分的外表面与偏流器的在各附接界面的相对侧上的内表面之间的间隙。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，偏流器包括具有基部壁和侧壁的实心的托架，基部壁面向碗状部分的外端面，侧壁从基部壁的周边沿朝向形成反应器出口的多个开口的方向延伸，并且其中侧壁包括用于各附接界面的、径向向内延伸的凹口。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，侧壁并不完全围绕注射轴线延伸。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，至少一个附加的附接界面在混合器壳体和偏流器之间。
根据本公开的又一示例性方面，混合器组件主要包括，混合器壳体，该混合器壳体限定了内腔体，其中混合器壳体包括上游端和下游端，上游端构造为接纳排气气体，并且其中混合器壳体包括构造成接纳注射流体的计量器的计量器开口。反应器定位在内腔体内。反应器具有：与计量器开口对齐的反应器入口以接纳注射的流体；将排气气体导入反应器的至少一个排气气体入口；以及将排气气体和流体的混合物导入内腔体的反应器出口。安装到混合器壳体的上游端的入口挡板，入口挡板包括至少一个开口和多个旁通开口，至少一个开口将排气气体的一部分导入反应器的至少一个排气气体入口，多个旁通开口引导排气气体的剩余部分绕开反应器的进口(不进入反应器)。安装到混合器壳体的下游端的出口挡板，出口挡板包括多个混合器出口开口。偏流器与反应器相关联，用于引导绕过反应器的排气气体在从出口挡板的多个混合器出口开口离开之前与离开反应器出口的混合物混合。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，反应器入口限定了注射轴线，且反应器出口包括多个开口，该多个开口围绕注射轴线在周向上彼此间隔开，并且其中反应器在反应器入口处具有第一端，并沿注射轴线延伸到包括碗状部分的第二端，以在反应器内、在第一端和第二端之间限定开放的混合室。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，偏流器包括具有基部壁和侧壁的实心的托架，该基部壁面向碗状部分的外端面，侧壁从基部壁的周边沿朝向形成反应器出口的多个开口的方向延伸。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，包括处于偏流器和碗状部分之间的至少一个附接界面，并且其中偏流器仅部分地围绕注射轴线延伸以仅环绕碗状部分的一部分，并且包括碗状部分的外表面和偏流器的、在至少一个附接界面的相对侧上的内表面之间的间隙。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，至少一个附接界面包括偏流器和碗状部分之间的多个附接界面，并且其中间隙处于碗状部分的外表面和偏流器的、在各附接界面的相对侧上的内表面之间，且其中侧壁包括用于各附接界面的径向向内延伸的凹口。
在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，至少一个附加的附接界面在混合器壳体和偏流器之间。
前述段落的实施例、示例和替代方式，权利要求书或以下描述和附图，包括它们的各个方面或相应的单独特征中的任何一个可以独立地或以任何组合来采用。结合一个实施例描述的特征可适用于所有实施例，除非这些特征不能兼容。
附图说明
图1示意性地示出了根据本公开的排气***的一个示例。
图2A是如在图1所示的排气***中使用的带有入口反应器和偏流器的混合器的侧视剖面图。
图2B是用于图2A所示的混合器的入口挡板的示意性图示。
图2C是图2A的截面的放大细节图。
图3是图2A所示的偏流器和入口反应器之间的附接的示意图。
图4A是入口反应器的碗状部和偏流器的一个示例之间的附接的立体图。
图4B是图4A所示的偏流器和碗状部的一个剖视图。
图4C是图4A所示的偏流器和碗状部的另一剖视图。
图5A是图4A所示的偏流器的一侧的立体图。
图5B是图5A所示的偏流器的相对侧的立体图。
图6A是入口反应器的碗状部和偏流器的另一示例之间的附接的立体图。
图6B是图6A所示的偏流器和碗状部的一个剖视图。
图6C是图6A所示的偏流器和碗状部的另一剖视图。
图7A是图6A所示的偏流器的一侧的立体图。
图7B是图7A所示的偏流器的相对侧的立体图。
具体实施方式
本公开详细介绍了一种示例性的混合器，其通过使用偏流器以重新引导已对反应器混合室进行了预热的旁通流，从而在到达排气后处理催化器之前将其与离开混合室的流进行混合，以紧凑型混合器构造实现了高混合性能。
图1示出了车辆排气***10，该车辆排气***10引导由发动机12产生的热排气气体通过各种排气部件，以如已知地减少排放并控制噪音。在一个示例构造中，至少一个管14将从发动机12的排气歧管离开的发动机排气气体导入一个或多个排气气体后处理部件。在一个示例中，排气气体后处理部件包括柴油氧化催化器(DOC)16，和可选的柴油微粒过滤器(DPF)18，用于从排气气体中如已知地那样去除污染物。
DOC 16和可选的DPF 18下游是具有入口24和出口26的选择性催化还原(SCR)催化器22。可选地，部件22可包括构造为执行选择性催化还原功能和微粒过滤器功能的催化器。SCR 22的出口26将排气气体连通到下游的排气部件28，排气气体最终经由尾管20离开进入大气。各种下游排气部件28可包括以下部件中的一个或多个：管、过滤器、阀、催化器、***等。这些排气***部件可以根据车辆应用场合和可用的封装空间以各种不同的构造和组合进行安装。
在一个示例中，混合器30定位在DOC 16或DPF 18的出口下游并且在SCR 22的入口24上游。例如，DOC/DPF和SCR可以是串联的或并联的。混合器30用于促进排气气体的混合。
注射***32用于将还原剂，诸如柴油排气流体(DEF)注入SCR催化剂22上游的排气气体流中，使得混合器30能够将DEF和排气气体彻底混合在一起。注射***32包括流体供应罐34、计量器36以及如已知的那样控制流体注射的控制器38。在一个示例中，计量器36将DEF注射到混合器30中，如图1所示。
控制***包括控制器38，其根据排气气体温度、背压、时间等等中的一项或多项来控制DEF的注射。控制器38可以是专门的电子控制单元，也可以是与车辆***控制单元或子***控制单元相关联的电子控制单元。控制器38可以包括处理器、存储器、以及一个或多个输入和/或输出(I/O)设备界面，其经由本地界面进行通信联接。控制器38可以是用于运行软件，特别是运行储存在储存器中的软件的硬件装置。
混合器30用于产生排气气体的涡旋运动或旋转运动。混合器30有入口端40和出口端42，入口端40构造为接纳发动机排气气体，而出口端42构造为将涡旋的发动机排气气体和由所注射流体转化的产物的混合物导向SCR催化器22。图2A-2C示出了混合器30的一个示例。混合器30包括位于入口端40处的入口挡板44(图2A和2B)。出口挡板46(图2A和2C)与出口端42相关联。在一个示例中，入口挡板44包括至少一个大的入口开口48，其接纳大部分的排气气体，并将排气气体导入入口反应器52的各排气气体入口50。入口挡板44还包括多个穿孔、槽或附加入口开口54，其允许剩余的排气气体绕过入口反应器52(对入口反应器52旁通)，以促进排气气体的最优匀质化并减少背压。绕过入口反应器52的排气气体也用于预热入口反应器的会经受沉积物形成的部分。
入口挡板44和出口挡板46固定至混合器壳体56，混合器壳体56限定了混合器中心轴线A，并在入口挡板44和出口挡板46之间设置了内腔体58(图2A)。在一个示例中，各挡板包括冲压的片状金属部件。入口反应器52位于内腔体58内。排气气体和经由计量器36注入入口反应器52的所注射的流体喷雾在入口反应器52内混合，并在离开混合器30之前，离开进入内腔体58，以与旁通排气气体混合。
在一个示例中，入口反应器52用来促进相对于混合器壳体56安装计量器36。入口反应器52包括计量器安装部分60和延伸进入内腔体58的涡流室62。计量器安装部分60在混合器壳体56内形成的计量器开口64处安装到混合器壳体56。计量器安装部分60构造为支持计量器36，该计量器经由与计量器开口64对齐的反应器入口70将流体注入涡流室62。
在一个示例中，涡流室62在计量器开口64处具有第一端66，在出口处具有第二端68。在一个示例中，涡流室62包括多个流动元件74，这些流动元件彼此附接以在涡流室62内形成开放的内部区域。入口反应器52的示例可以在申请人于2020年3月30日提交的共同待决申请16/834,182中找到，其以参见的方式纳入本文。
在一个示例中，入口反应器52具有流体入口70和一个或多个排气气体入口50(图2B)。流体入口70与计量器开口64对齐，并限定了横向于混合器中心轴线A的注射轴线I(图2A)。在一个示例中，注射轴线I大致垂直于混合器中心轴线A。如图2B所示，入口挡板44的大的入口开口48将排气气体导入排气气体入口50。多个旁通开口54引导排气气体绕开入口反应器52的进入(不进入入口反应器52)。旁通排气气体B用于加热入口反应器52的面向反应器入口70的碗状部分72。
在一个示例中，入口反应器52沿注射轴线I从流体入口70处的第一端66延伸到包括反应器出口76的第二端68。在一个示例中，碗状部分72包括端盖，该端盖封围入口反应器52的第二端68。反应器出口76将排气气体和注射的流体的混合物导入内腔体58，如图2C中箭头M所示。
偏流器80与反应器52相关联，以引导绕过反应器52的排气气体B在离开混合器30的下游端42之前与离开反应器出口76的混合物M混合。旁通排气气体B和混合物M混合在一起，然后经由多个出口挡板开口82离开出口挡板46，如图2C中所示。
在一个示例中，反应器出口76包括多个开口84，它们围绕注射轴线I在周向上彼此间隔开。反应器52沿注射轴线从第一端66延伸到包括碗状部分72的第二端68。这在第一端66和第二端68之间、在反应器52内提供了开放的混合或涡流室62。
在一个示例中，碗状部分72包括实心的基部表面86，例如是没有开口的表面，其面向入口70，并且包括周边壁88，周边壁88围绕实心的基部表面86的周边延伸并朝向流体入口70延伸。在一个示例中，周边壁88包括(多个)反应器出口开口84，流体和排气气体的混合物M通过反应器出口开口离开入口反应器52，与来自旁通开口54的旁通流B混合。
在一个示例中，入口反应器52在第一端66处的横截面比第二端68处的横截面小，以形成圆锥形。在一个示例中，第一端66处的计量器安装部分60包括带有流体入口70的中心凸台90，其限定了注射轴线I。
如图3所示，在偏流器80和碗状部分72之间有至少一个附接界面92。图4A-4C更详细地示出了该示例。偏流器至少部分地围绕着注射轴线I延伸，以包围碗状部分72的至少一部分。在此示例中，只有一个附接界面92，其位于成对的相邻的反应器出口开口84之间。在一个示例中，该附接界面92包括焊接部，该焊接部提供偏流器80和碗状部分72之间的牢固连接。如图4B所示，碗状部分72的外表面96和偏流器80的、在附接界面92的相对侧上的内表面98之间有间隙94。这些间隙94将旁通排气气体流B直接导向离开入口反应器52的经混合的流M，如图2C中最佳示出的。
图5A-5B中更详细地示出了偏流器80。在这个示例中，偏流器80包括实心的托架主体，其具有基部壁100和侧壁102，基部壁100面向碗状部分72的外表面96，侧壁102自基部壁100的周边在朝向形成反应器出口76的多个开口84的方向上延伸。
在一个示例中，偏流器80的侧壁102并不完全围绕注射轴线I和碗状部分72延伸。换句话说，侧壁102只部分地围绕碗状部分72延伸。在一个示例中，偏流器80以60度到180度的范围围绕碗状部分72的外周延伸。
在另一示例中，如图6A-6C所示，在偏流器80’和碗状部分72之间有多个附接界面92。各附接界面92定位于成对的相邻的反应器出口开口84之间。在一个示例中，该附接界面92包括焊接部，该焊接部提供偏流器80’和碗状部分72之间的牢固连接。如图6B所示，在碗状部分72的外表面96和偏流器80’的、在各附接界面92的相对侧上的内表面98之间有间隙94。这些间隙94将旁通排气气体流B直接导向离开入口反应器52的经混合的流M，如图2C中最佳示出的。
图7A-7B中更详细地示出了偏流器80’。在此示例中，侧壁102包括径向向内延伸的凹口104，用于各个附接界面92，如图7B中最佳示出的。在一个示例中，偏流器80’的侧壁102并不完全围绕注射轴线I且仅部分地绕碗状部分72延伸。在一个示例中，偏流器围绕碗状部分72的外周一定范围延伸，其与图5A-5B中所示的构造类似。
在任一构造中，混合器30可以包括混合器外壳56和偏流器80、80’之间的、至少一个附加的附接界面106，如图2C中最佳示出的。在反应器52和混合器壳体56之间增加连接或附接界面106增加了强度，以提高耐用性。在一个示例中，该界面106包括焊接部。
已知的是，使用部分的排气流来加热混合器30的冲击区域。冲击区域包括沉积物形成的可能性增加的区域。用于加热的所述部分的排气气体流被引导绕过主混合室，因此在这一旁通流中由尿素水解产生的氨的浓度很低或不存在。当该旁通流到达SCR时，它可能促成混合性能低下。本发明使用偏流器来重新引导加热了混合室的旁通流，从而在到达SCR催化器之前与高氨浓度流混合。此外，偏流器被焊接到入口反应器上，以增加强度，用于提高的耐用性。因此，本公开提供了一种紧凑型混合器构造，其实现了旁通流加热碗状部分并减少背压，同时由于旁路流在离开混合器之前被重新混合到混合物流中，因此也实现了高混合性能。
尽管在本公开的附图中图示了特定的部件关系，但是这些图示并不旨在限制本公开。换句话说，所示的各种部件的放置和定向可以在本公开的范围内变化。此外，本公开所附的各种附图不一定按比例绘制，而是一些特征可能被夸大或最小化以示出特定部件的某些细节。
上述描述本质上是示例性的而不是限制性的。对于所公开的示例的变型和改型对于本领域技术人员而言可变得明了，而不必脱离本公开的实质。因此，只能通过研究以下权利要求书来确定给予本公开的法律保护范围。

Claims (20)

1.一种用于车辆排气***的混合器组件，包括：
混合器壳体，所述混合器壳体限定内腔体，其中所述混合器壳体包括上游端和下游端，所述上游端构造为接纳排气气体；
定位在所述内腔体内的反应器，所述反应器具有反应器入口和反应器出口，所述反应器入口构造成接纳注射的流体，所述反应器出口将排气气体和注射的流体的混合物导入所述内腔体；以及
与所述反应器相关联的偏流器，用于引导绕过所述反应器的排气气体在离开所述混合器的所述下游端之前与离开所述反应器出口的所述混合物混合。
2.根据权利要求1所述的混合器组件，其特征在于，包括安装到所述混合器壳体的所述上游端的入口挡板，所述入口挡板包括引导排气气体进入所述反应器的至少一个排气气体入口的至少一个开口和引导排气气体对所述反应器的进入旁通的多个旁通开口。
3.根据权利要求2所述的混合器组件，其特征在于，包括安装到所述混合器壳体的所述下游端的出口挡板，所述出口挡板包括多个混合器出口开口。
4.根据权利要求2所述的混合器组件，其特征在于，所述反应器入口限定了注射轴线，且所述反应器出口包括多个开口，所述多个开口围绕所述注射轴线在周向上彼此间隔开，并且其中所述反应器在所述反应器入口处具有第一端，并沿所述注射轴线延伸到包括碗状部分的第二端，以在所述反应器内、在所述第一端和所述第二端之间限定开放的混合室。
5.根据权利要求4所述的混合器组件，其特征在于，所述反应器包括锥形，所述锥形在所述第二端处具有比所述第一端更大的横截面，并且其中所述碗状部分包括面向所述反应器入口的实心的表面。
6.根据权利要求4所述的混合器组件，其特征在于，包括所述偏流器和所述碗状部分之间的至少一个附接界面。
7.根据权利要求6所述的混合器组件，其特征在于，所述偏流器至少部分地围绕所述注射轴线延伸以环绕所述碗状部分的至少一部分，并且包括在所述碗状部分的外表面与所述偏流器的、在所述至少一个附接界面的相对侧上的内表面之间的间隙。
8.根据权利要求7所述的混合器组件，其特征在于，所述偏流器包括具有基部壁和侧壁的实心的托架，所述基部壁面向所述碗状部分的外端面，所述侧壁从所述基部壁的周边沿朝向形成所述反应器出口的所述多个开口的方向延伸。
9.根据权利要求8所述的混合器组件，其特征在于，所述侧壁并不完全围绕所述注射轴线延伸。
10.根据权利要求6所述的混合器组件，其特征在于，所述至少一个附接界面包括所述偏流器和所述碗状部分之间的多个附接界面。
11.根据权利要求10所述的混合器组件，其特征在于，所述偏流器至少部分地围绕所述注射轴线延伸以环绕所述碗状部分的至少一部分，并包括在所述碗状部分的外表面与所述偏流器的、在各个所述附接界面的相对侧上的内表面之间的间隙。
12.根据权利要求11所述的混合器组件，其特征在于，所述偏流器包括具有基部壁和侧壁的实心的托架，所述基部壁面向所述碗状部分的外端面，所述侧壁从所述基部壁的周边朝向形成所述反应器出口的所述多个开口的方向延伸，并且其中所述侧壁包括用于各个所述附接界面的、径向向内延伸的凹口。
13.根据权利要求12所述的混合器组件，其特征在于，所述侧壁并不完全围绕所述注射轴线延伸。
14.根据权利要求7所述的混合器组件，其特征在于，包括所述混合器壳体和所述偏流器之间的至少一个附加的附接界面。
15.一种用于车辆排气***的混合器组件，包括：
限定了内腔体的混合器壳体，其中所述混合器壳体包括上游端和下游端，所述上游端构造为接纳排气气体，并且其中所述混合器壳体包括构造为用于接纳计量器的计量器开口，所述计量器注射流体；
定位在所述内腔体内的反应器，所述反应器具有：与所述计量器开口对齐的反应器入口以接纳注射的流体；将排气气体导入所述反应器的至少一个排气气体入口；以及将排气气体和流体的混合物导入所述内腔体的反应器出口；
安装到所述混合器壳体的所述上游端的入口挡板，所述入口挡板包括至少一个开口和多个旁通开口，所述至少一个开口将所述排气气体的一部分导入所述反应器的所述至少一个排气气体入口，多个旁通开口引导所述排气气体的剩余部分对所述反应器的进入旁通；
安装到所述混合器壳体的所述下游端的出口挡板，所述出口挡板包括多个混合器出口开口；以及
与所述反应器相关联的偏流器，用于引导对所述反应器旁通的排气气体在从所述出口挡板的所述多个混合器出口开口离开之前与离开所述反应器出口的混合物混合。
16.根据权利要求15所述的混合器组件，其特征在于，所述反应器入口限定了注射轴线，并且所述反应器出口包括多个开口，所述多个开口围绕所述注射轴线在周向上彼此间隔开，并且其中所述反应器在所述反应器入口处具有第一端，并沿所述注射轴线延伸到包括碗状部分的第二端，以在所述反应器内、在所述第一端和所述第二端之间限定开放的混合室。
17.根据权利要求16所述的混合器组件，其特征在于，所述偏流器包括具有基部壁和侧壁的实心的托架，所述基部壁面向所述碗状部分的外端面，所述侧壁从所述基部壁的周边沿朝向形成所述反应器出口的所述多个开口的方向延伸。
18.根据权利要求17所述的混合器组件，其特征在于，包括处于所述偏流器和所述碗状部分之间的至少一个附接界面，并且其中所述偏流器仅部分地围绕所述注射轴线延伸以仅环绕所述碗状部分的一部分，并且包括所述碗状部分的外表面和所述偏流器的、在所述至少一个附接界面的相对侧上的内表面之间的间隙。
19.根据权利要求18所述的混合器组件，其特征在于，所述至少一个附接界面包括所述偏流器和所述碗状部分之间的多个附接界面，并且其中所述间隙处于所述碗状部分的所述外表面和所述偏流器的、在各个所述附接界面的相对侧上的所述内表面之间，并且其中所述侧壁包括用于各个所述附接界面的、径向向内延伸的凹口。
20.根据权利要求18所述的混合器组件，其特征在于，包括所述混合器壳体和所述偏流器之间的至少一个附加的附接界面。
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