双螺旋推运器混合系统的制作方法

本发明涉及一种用于排气后处理系统的双螺旋推运器混合系统。

背景技术：

此部分提供与本发明相关的背景信息，其不一定是现有技术。

已经结合降低燃烧发动机的排气中存在的氮氧化物来使用选择性催化还原技术。许多利用燃烧发动机的车辆装备有用于减少氮氧化物排放物的排气后处理装置。这些系统中的一些系统包括用于将还原剂(例如，尿素)从储箱传输至排气流的还原剂递送系统。混合器可以被提供用于在还原剂到达与其进行反应的催化剂之前使注入的还原剂与排气进行混合。虽然这些系统可能在过去表现良好，仍可以希望的是提供一种改善的混合系统，该混合系统能够装配在有限的封装空间中并且可以更高效地使还原剂分解和雾化并且使还原剂和排气流混合。

技术实现要素：

此部分提供本发明的总体概述、而不是其全部范围或其全部特征的全面披露。

在一种形式中，本发明提供了一种用于排气后处理系统的混合系统。该混合系统可以包括第一混合装置和第二混合装置。该第一混合装置可以包括多个第一螺旋推运器叶片，该多个第一螺旋推运器叶片被附接至中央轴并且限定穿过该第一混合装置的多个流动路径。这些第一螺旋推运器叶片中的每一个可以彼此轴向地对齐并且彼此成角度地间隔开。该第二混合装置可以与该第一混合装置分离并且不同、并且可以被布置在该第一混合装置的下游。该第二混合装置可以包括第二螺旋推运器叶片。由该第一混合装置产生的该多个流动路径可以重新合并到在该第一混合装置与该第二混合装置之间的单个流动路径中。

在另一种形式中，本发明提供了一种用于排气后处理系统的混合系统。该混合系统被布置在排气管内并且可以包括第一混合装置和第二混合装置以及挡板。该第一混合装置可以包括多个第一螺旋推运器叶片，该多个第一螺旋推运器叶片限定穿过该第一混合装置的多个流动路径。该第二混合装置可以与该第一混合装置分离并且不同、并且可以被布置在该第一混合装置的下游。该第二混合装置可以包括第二螺旋推运器叶片。由该第一混合装置产生的该多个流动路径可以重新合并到在该第一混合装置与该第二混合装置之间的单个流动路径中。该挡板可以与该第二混合装置分离并且不同、并且可以被布置在该第二混合装置的下游。

在另一种形式中，本发明提供了一种用于排气后处理系统的混合系统，该混合系统包括第一混合装置，该第一混合装置具有多个第一螺旋推运器叶片以及具有第一横截面积的入口。第二混合装置与该第一混合装置分离并且在该第一混合装置的下游并且包括第二螺旋推运器叶片。该第二混合装置包括具有大于该第一横截面积的第二横截面积的入口。由该第一混合装置产生的多个流动路径重新合并到在该第一混合装置与该第二混合装置之间的单个流动路径中。该第一混合装置的纵向中心线与该第二混合装置的纵向中心线偏离。

在一些构型中，该挡板包括多个第一孔口、多个第二孔口和多个第三孔口。这些第一孔口可以被布置成靠近该挡板的周边并且各自小于这些第二和第三孔口。这些第二孔口可以径向地布置在这些第一孔口与这些第三孔口之间并且各自小于这些第三孔口。这些第三孔口可以被安排成靠近该挡板的中心。

在一些构型中，该第一混合装置包括渐缩中央轴，这些第一螺旋推运器叶片围绕该渐缩中央轴延伸。

在一些构型中，该第二混合装置包括中央轴，该第二螺旋推运器叶片围绕该中央轴延伸。该中央轴可以包括轴向地延伸穿过其中的孔口。

在一些构型中，这些第一螺旋推运器叶片中的每一个包括多个孔口。

在一些构型中，这些第一螺旋推运器叶片中的每一个围绕中央轴延伸180度。

在一些构型中，这些第一螺旋推运器叶片围绕该中央轴在相同的旋转方向上延伸。

在一些构型中，该第二螺旋推运器叶片中包括多个孔口。

在一些构型中，该第二螺旋推运器叶片中围绕中央轴延伸360度。

在一些构型中，该第二螺旋推运器叶片围绕第二中央轴延伸在180度至720度之间。

在一些构型中，该第二混合装置仅包括单个螺旋推运器叶片。

在一些构型中，该第一混合装置被布置在该排气管的第一部分内，并且该第二混合装置和该挡板被布置在该排气管的第二部分中。该第二部分可以具有与该第一部分相比更大的直径。

在一些构型中，该第一部分的纵向中心线与该第二部分的纵向中心线偏离。

在另一种形式中，本发明提供了一种排气后处理系统，该排气后处理系统包括混合系统、被布置在第一混合装置的上游的还原剂注射器、以及被布置在挡板的下游的催化剂。

从本文所提供的说明将清楚其他适用范围。本概述中的说明和具体实例仅旨在用于展示的目的而并非旨在限制本发明的范围。

附图说明

在此描述的附图仅是出于对所选择实施例的而不是对所有可能实施方式的展示性目的，并且不旨在限制本发明的范围。

图1是根据本发明原理的具有混合系统的排气后处理系统的示意性表示；

图2是其中布置有图1的混合系统的排气管的一部分的透视图；

图3是混合系统的第一混合装置的透视图；

图4是第一混合装置的侧视图；

图5是第一混合装置的端视图；

图6是混合系统的第二混合装置的侧视图；

图7是第二混合装置的透视图；

图8是第二混合装置的端视图；

图9是混合系统的挡板的端视图；

图10是替代混合系统的一部分的透视图；并且

图11是替代混合系统的一部分的示意图。

贯穿附图的这若干视图，相应的参考数字指示相应的部分。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述多个示例实施例。

提供了多个示例实施例从而使得本发明将是详尽的，并将其范围充分地告知本领域的技术人员。阐述了许多特定的细节，例如特定的部件、装置和方法的示例，以提供对本发明的实施例的详尽理解。对本领域的技术人员来说显然地不必采用特定的细节，而可以用多种不同的形式实施示例实施例、并且这些特定的细节都不应解释为是对本发明的范围的限制。在一些示例实施例中，对周知过程、周知装置结构、以及周知技术不做详细描述。

本文所使用的术语仅是出于描述特定示例实施例的目的而并不旨在限制。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”可以旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指明。术语“包括”、“含有”、“包含”和“具有”都是包括性的并且因此指定所陈述特征、整合物、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或加入一种或多种其他特征、整合物、步骤、操作、元件、部件和/或它们的集合。本文所描述的这些方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们按所讨论或展示的特定顺序执行，除非特别指出执行顺序。还应当理解的是，可以采用另外的或替代性的步骤。

当一个元件或层涉及“在……上”、“接合到”、“连接到”、或“联接到”另一元件或层时，它可以是直接在该另一元件或层上、接合、连接或联接到该另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当一个元件涉及“直接在……上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，就可能不存在中间元件或层。用于描述这些元件之间关系的其他词语应当以类似的方式进行解释(例如，“之间”与“直接之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目的一项或多项的任意和所有组合。

虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用来描述不同的元件、部件、区域、层和/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应该受这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一个区域、层或部分区分开。术语如“第一”、“第二”和其他数字术语在本文使用时并不暗示序列或顺序，除非上下文明确指出。因此，下文中讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可以被称为第二元件、部件、区域、层或区段，而不偏离示例性实施例的传授内容。

空间相关术语，例如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等在本文中是为了使得对如这些附图中所展示的一个元件或特征相对另一个或多个元件或者一个或多个特征的关系的描述易于阐释。空间相关术语可以旨在涵盖除了在附图中描述的取向之外的、装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果装置在这些附图中被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将被取向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。该装置可以被另外定向(旋转90度或在其他取向)，并且本文所使用的空间相关描述符做出相应的解释。

参照图1，提供了排气后处理系统10，该排气后处理系统可以包括排气管12、还原剂递送系统14、混合系统16和被布置在混合系统16的下游的后处理装置17。排气管12可以接收从燃烧发动机11排出的排气。排气在被排放到周围环境之前可以流动穿过排气管12、混合系统16和后处理装置17。后处理装置17可以例如包括选择性催化还原(scr)催化器或scr涂覆的柴油机颗粒过滤器(dpf)。还原剂递送系统14可以包括还原剂储箱18和注射器19(在图1和图2中示意性示出)，该注射器被配置成用于将还原剂(例如，尿素)注射到混合系统16上游的排气管12中。混合系统16在减小的轴向路径内在排气流中进行分解和雾化、并且通过在排气流中引入与穿过排气管12的自然轴向排气流动路径相反的径向流动分量来增加驻留在排气流中的颗粒。混合系统16产生一系列的轴向流动、径向流动、微流动、宏流动及其组合以使系统能量变化，从而增加分解路径。

如图1和图2所示，混合系统16可以包括第一混合装置20、第二混合装置22和挡板24。第一和第二混合装置20、22以及挡板24可以彼此间隔开并且被布置在注射器19的下游。第一混合装置20可以被布置在排气管12的第一部分26中。第二混合装置22和挡板24可以被布置在排气管12的第二部分28中，该第二部分被布置在第一部分26的下游。在一些构型中，第二部分28可以是包含后处理装置17(例如，scr催化器)的筒。第一部分26可以具有与第二部分28相比更小的直径。更一般地，第一混合装置20可以包括入口29，该入口具有与第二混合装置22的入口31相比更小的横截面积。第一混合装置20包括纵向中心线30，该纵向中心线与第二混合装置22的纵向中心线32偏离。在中心线30、32之间的偏离有利地增加了还原剂颗粒的行程长度。中心线30可以平行于中心线32或与其成角度地(如图2中所描绘的)延伸。过渡锥体27可以流体地连接第一和第二部分26、28。后处理装置17可以被布置在第二部分28中在第二混合装置22和挡板24的下游。应理解的是，排气管12的一个或多个部分(例如，第一和第二部分26、28中的一者或两者)以及第一和第二混合装置20、22可以包括圆形的、椭圆的或多边形的截面形状或任何其他的截面形状。

如图3至图5所示，第一混合装置20可以是螺旋推运器，该螺旋推运器具有被支撑在中央轴36上的多个总体上螺旋的叶片34。这些叶片34的径向外缘37可以固定地接合排气管12的第一部分26的内直径表面40(图2)。这些叶片34可以限定穿过第一混合装置20的多个总体上螺旋的流动路径。在附图中示出的构型中，第一混合装置20包括四个叶片34，这些叶片围绕中央轴36延伸180度并且限定四个不同的螺旋流动路径。在附图中示出的构型中，所有的叶片34围绕中央轴36在相同的旋转方向上延伸。这些叶片34中的每一个可以包括多个孔口38，该多个孔口允许在流动路径之间有一些流体连通。由注射器19注射的还原剂在其流动穿过第一混合装置20时被雾化。进一步地，第一混合装置20的这些叶片34在排气和还原剂的流动中引入湍流，这促进了还原剂与排气的混合。穿过第一混合装置20的流动路径的螺旋形状增加了还原剂驻留在排气中的时间量，由此增加了还原剂的蒸发而没有增加还原剂行进的轴向距离。在叶片34中的孔口38减小了由第一混合装置20产生的背压并且减小了叶片34的表面积，由此减少了在叶片34上产生的还原剂沉积物。

中央轴36可以是渐缩的，使得在轴36从轴36的上游端41轴向地延伸到轴36的下游端42时，中央轴36的直径减小。轴36的这种渐缩形状减小了在排气和还原剂流动穿过第一混合装置20时的流动分离。所有叶片34的上游端43可以全部布置在相对于轴36的上游端41的相同轴向位置处，并且所有叶片34的下游端45可以全部布置在相对于轴36的下游端42的相同轴向位置处(即，所有叶片34可以具有相同的轴向长度并且可以位于沿轴36的纵向轴线的相同轴向位置处)。

如图6至图8所示，第二混合装置22可以是螺旋推运器，该螺旋推运器具有被附接到中央轴46上并且围绕该中央轴延伸的一个或多个总体上螺旋的叶片44。第二混合装置22可以包括单个叶片44，该单个叶片可以围绕轴46延伸约360度(或例如在约180度至720度之间)。叶片44的径向外缘47可以固定地接合排气管12的第二部分28的内直径表面49(图2)。由叶片44限定的流动路径的螺旋形状增加了还原剂驻留在排气中的时间量，由此增加了还原剂的蒸发而没有增加还原剂行进的轴向距离。第二混合装置22的叶片44的螺旋角可以与第一混合装置20的叶片34的螺旋角不同。在一些构型中，叶片34的螺旋角可以大于叶片44的螺旋角。在其他构型中，叶片44的螺旋角可以大于叶片34的螺旋角。叶片34的螺旋形状的取向(右手或左手)方向可以与螺旋形状叶片44的取向相同或不同。如此，可以通过叶片34促使排气在第一方向上旋转，并且通过叶片44促使排气继续在相同方向上旋转、或者通过叶片44的具有相反的螺旋形状取向的版本促使排气在相反方向上旋转。

还应理解的是，本发明的范围包括可能地交换第一混合装置20和第二混合装置22的位置，使得第二混合装置22可以被定位在第一混合装置20的上游。第一混合装置20包括具有与第二混合装置22的入口相比更小的横截面积的入口。在一个装置到下一个装置之间的过渡可以通过锥形扩大或缩小的渐进方式来完成。在所描述的替代安排中，上游的混合装置限定单个流动路径，而下游的混合装置包括多于一个气体流动路径。

回到图6至图8，叶片44可以包括多个孔口48，该多个孔口减小了由第二混合装置22产生的背压并且减小了叶片44的表面积，由此减少了在叶片44上产生的还原剂沉积物。在一些构型中，叶片44可以包括代替孔口48或除这些孔口之外的翻板、凹陷、脊状物和/或其他表面特征，从而引导穿过孔口48的流动和/或影响穿过第二混合装置22的宏观流动。

轴46可以包括轴向地延伸穿过其中的孔口50。孔口50减小了由第二混合装置22产生的背压并且可以消除在后处理装置17的中心处的流速“死区”。轴46的上游端52可以相对于轴46的纵向轴线成角度以减少在孔口50的前缘处的停滞。在一些构型中，上游端52的角度可以约等于叶片44的螺旋角。在一些实例中，轴46和/或孔口50可以是渐缩的，使得在轴46从上游位置延伸到下游位置时，孔口50的横截面积以与中央轴36类似的方式减小。

如在图9中示出的，挡板24可以包括多个第一孔口54、多个第二孔口56和多个第三孔口58。挡板24的径向外周边60可以固定地接合排气管12的第二部分28的内直径表面49(图2)。第一孔口54可以被布置成靠近挡板24的周边60并且各自小于第二和第三孔口56、58。第二孔口56可以径向地布置在第一孔口54与第三孔口58之间。第二孔口56可以小于第三孔口58。第三孔口58可以被安排成靠近挡板24的中心。第三孔口58中的每一者可以基本上大于第一和第二孔口54、56中的每一者。在一些构型中，第四孔口62可以定中心在挡板24的纵向轴线上。以上描述的以及在附图中示出的孔口54、56、58、62的构型可以在流动进入后处理装置17之前使流动朝层流状态重新分布。此外，孔口54、56、58、62的构型可以分离在排气管12的第二部分28的壁附近的高速流动。在一些构型中，挡板24可以限制约50％或更多的穿过排气管12的第二部分28的流动。

图10描绘了替代的混合系统16’。混合系统16’基本上类似于混合系统16。如此，类似的元件将用包括上撇后缀的类似参考数字来标识。在本说明书的这个部分中将不提供基本上类似特征的详细描述。然而，应理解的是，之前提供的说明酌情适用于混合系统16’。

混合系统16’包括第一混合装置20’、第二混合装置22’和挡板24’。过渡锥体27’和这个部件下游的其余元件可以与图2中描绘的元件完全相同。

排气管12’与排气管12不同，在于排气管12’包括“s形”弯曲70，该“s形”弯曲将排气管12’的供应部分72与排气管12’的第一部分26’互连。第一混合装置20’被布置在第一部分26’内并且包括平行于第二混合装置22’的纵向中心线32’延伸的纵向中心线30’。注射器19’被配置成沿着注射轴线74注射还原剂。注射轴线74可以但不必平行于第一混合装置20’的纵向中心线30’延伸。第一混合装置20’的位置和取向解决了由s弯曲70引起的非对称流动。第一混合装置20’起作用来将流动重新分配到多个流动路径中。具体地，第一混合装置20’在排气流进入第二混合装置22’之前使高速流动与低速流动分开以调整由s弯曲70产生的流动分布不均。与由注射器19’注射的液滴大小的不同分布结合的、在第一混合装置20’的上游的非对称排气流导致较大的还原剂液滴进入第一混合装置20’的一个部分并且较小的液滴进入第一混合装置20’的不同部分。基于液滴大小的流体细分导致还原剂在这些单独的流动路径中更有效地分解。

可以有益的是，使第二混合装置22’相对于第一混合装置20’的出口80的位置旋转地定向。具体地，可以希望的是将螺旋叶片44的上游部分82定位成使得上游部分82覆盖第一混合装置20’的出口80的横截面积的至少75％。在一个实例中，这个目标可以通过将螺旋叶片44的前缘84定位在类似于图11描绘的旋转位置处来完成。通过以这种方式旋转地定位前缘84和上游部分82，确保了充分的混合以及与第二混合装置22’的相互作用。

以上对这些实施例的描述是出于展示和说明的目的提供的。这些描述并不旨在是穷尽的或限制本发明。具体实施例的单独的要素或特征通常并不局限于该具体实施例，而是在适用时是可互换的、并且可以用在甚至并未明确示出或描述的选定实施例中。也可以用多种方式来对其加以变化。这样的变化不应视作是脱离本发明，并且所有这样的改动都旨在包含在本发明的范围之内。