排气混合器与系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及排气混合器与系统。提供了一种装置和系统。该系统可以包含被放置在燃烧室(一个或多个)下游排气流内的多孔挡板。所述挡板可径向和纵向地分割排气流。混合表面可与多孔挡板耦接，该混合表面可限定排气流内的路径以传递涡流到排气流。
【专利说明】排气混合器与系统
【技术领域】
[0001]本申请涉及混合排气的装置和系统，该混合排气的装置和系统具有多孔壁以及传递至少一部分涡流到排气流的一个或更多个面。
【背景技术】
[0002]柴油颗粒过滤器(DPF)可用来去除柴油机排气中的柴油颗粒物或烟尘。烟尘传感器可以被安置在DPF的下游，并且可以经配置为确定排气中烟尘浓度是否处在可接受的水平。
[0003]
【发明者】在此已经认识到一些例子，其中烟尘传感器读数可能不代表实际的平均烟尘浓度。例如，接近于排气管道的DPF周向区域，许多DPF裂纹可能发生。因此，越接近管道中心的烟尘浓度可能越低于平均水平，并在管道周向附近处高于平均水平。此外，由于缺乏足够的烟尘微粒再分布的距离，许多应用需要将车载诊断的烟尘传感器定位于DPF出口锥管下游的一小段距离，其中烟尘分布通常非常稀。烟尘传感器可以延伸到，例如，三到四英寸的排气管直径的只约一英寸里。
[0004]已经为提供更好的排气流烟尘浓度读数做出了努力。例如，美国专利8，225，648提供了在管道的排气中感测存在的颗粒物的颗粒物传感器，其试图解决当大量粒子冲击传感器的电极而可以引起的颗粒物传感器中输出信号中不理想峰值的问题。公开的装置提供了围绕感测面的内屏蔽层和允许排气被感测的内屏蔽层入口通道。内屏蔽层也具有允许排气排出的出口通道。外屏蔽层围绕内屏蔽层的一部分以限定外部屏蔽室，该外部屏蔽室轴向延伸出内屏蔽层且包括从排气管道的上游端将排气连通至外部屏蔽室的外屏蔽层入口通道。排气从外屏蔽层入口室进入内屏蔽层。
[0005]本申请的发明人已经认识到上述方法的若干问题。例如，公开的尝试明显简单改变了排气被采样的排气管道内的位置。然而，公开的尝试没有提供更好表示排气流中烟尘的总体浓度的排气采样。
实用新型内容
[0006]本实用新型解决了现有技术存在的上述问题。
[0007]
【发明者】在此提供了一种系统，该系统包括被安置在发动机(一个或多个)汽缸下游排气流内的多孔挡板。多孔挡板可以径向且纵向地分割排气流。该系统还可以包括与多孔挡板耦接的混合表面。该混合表面可以限定排气流内的路径以传递涡流到排气流。这样，可以在排气流中的任何烟尘都可以更好地被混合到排气流中，以便提供更均匀的混合物。这样，烟尘传感器可以提供可以在排气流中存在的烟尘量的更精确的读数。一起使用冲击流和涡流会趋向于改善混合流，并可以提供具有较少压力损失的改良性能。
[0008]多孔挡板可以具有与排气管道的内直径壁基本密封接合的圆周边缘。挡板可限定从圆周边缘上游延伸同时在内直径壁的径向方向延伸。这样，当排气流过挡板时，其可以进入排气管道的圆周边缘和挡板外表面之间的区域。挡板可以将排气管道分成两部分，并且因此分成两个排气流路径，上游路径和下游路径。上游路径中的气流可以通过多孔挡板上的穿孔离开至下游路径。由于穿孔可位于挡板表面的圆周处，所以气流方向可以显著地指向排气管道的中心线。与多孔挡板耦接的混合表面可以产生涡流。当气流进入排气管道与锥形外表面区域之间的区域时，其可以遵循混合表面的曲线且在其通过穿孔之前可以产生气流旋转。当气流从穿孔离开时，旋转力可以在多孔挡板内部继续并且有助于气流混合。在这两个流动机制中，烟尘微粒可以更均匀地分布在多孔挡板的下游，形成有效的烟尘混合器。这样，烟尘传感器可以检测自DPF的短距离内的烟尘泄漏。
[0009]实施例可以提供包括用于从内燃机的燃烧室通过排气流的管道的系统。排气传感器可以放置于管道内。壁可以位于排气传感器上游的管道内。壁的形状可以至少近似锥形且可以具有带有第一外直径的上游部分和带有第二外直径的下游部分。第二外直径可以大于第一外直径。多个通道可以在壁中。一个或更多个边缘可以与壁耦接且可以在管道内轴向和径向地延伸。这样，边缘可以传递至少部分涡流到排气流，且壁的结构和多个通道会趋向于混合相对上游的排气和相对下游的排气。这样，即使自DPF的相对短的距离，排气也可以更彻底地混合。
[0010]各种实施例可以提供一种系统，该系统包括具有带有面向下游的钟形的开口端的多孔钟形外壳的圆形排气管。多个翼片可以围绕多孔钟形外壳的外表面螺旋地延伸。这样，存在于排气流中的烟尘可以更均匀地混合到排气流中，其提供了由烟尘传感器有待被感测的更精确的排气采样。
[0011]应该明白，提供上面的概述是以简化的形式引进一些概念，其将【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着要确定所要求保护的主题的关键或主要特征，所要求保护的主题的范围由跟随【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。此外，本公开所要求保护的主题并不局限于解决上面或在本公开任何部分提到的任何缺点的实施方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1示出了根据本公开的包括示例排气混合系统的发动机系统的原理图描述。
[0013]图2是示例实施例的部分截面侧视图，该实施例可与图1所示的发动机系统同时使用。
[0014]图3是示出了图2所示的示例实施例的示例附加特性的组合的侧视图和端视图。
[0015]图4是示出在布置柴油颗粒过滤器DPF和烟尘传感器的相对示例中被布置在排气管道内的图3所示实施例的示意侧视图。
[0016]图5示出了根据本公开的另一示例实施例。
[0017]图6示出了根据本公开的又一示例实施例。
【具体实施方式】
[0018]图1示出了车辆系统6的示意图描述。车辆系统6包括发动机系统8。发动机系统8可以包括具有多个汽缸12的发动机10，所述多个汽缸限定对应的多个燃烧室14。发动机10可以包括发动机进气装置16和发动机排气装置18。发动机进气装置16可以包括经由进气通道24流体耦接至发动机进气歧管22的节气门20，以便调节进气空气流。发动机排气装置18可以包括通向排气管道28的排气歧管26，该排气管道28经由排气管将排气尾管路由至大气。发动机排气装置18可以包括一个或更多个排放控制装置30，该装置可以被固定在排气装置内的紧密耦接的位置。一个或更多个排放控制装置可以包括三元催化齐U、稀NOx捕集器、柴油微粒过滤器、氧化催化剂等。将认识到，其他的组件(如各种阀门和传感器)可以包含于发动机内。
[0019]发动机进气装置16可以进一步包括升压装置，如压缩机32。压缩机32可以经配置在大气压下吸入进气空气并将其升压至更高的压力。升压装置可以是涡轮增压器的压缩机32，其中升压的空气可以在节气门之前被引入。压缩机32可以是机械增压器的一部分。节气门20反而可以被安置在压缩机32之前。使用升压的进气空气，可以执行升压的发动机操作。压缩机32可由利用轴36与压缩机32稱接的润轮机34驱动。
[0020]发动机系统8可以包括可以包含燃料箱42的燃料系统40。燃料系统40可包括一个或更多个泵44，用于经由邮政燃料管路48加压有待输送至燃料轨46的燃料。然后该燃料可以经由相对的燃料管路50通向至发动机10的燃烧室14。
[0021]燃料系统40中产生的蒸汽可被路由到燃料蒸汽回收系统51，该系统51可以包括经由管道54的燃料蒸汽罐52，以经由发动机进气通道24净化蒸汽。在其他的功能中，燃料箱隔离阀56可允许燃料蒸汽回收系统中的燃料蒸汽罐52维持在低压或者真空处而不增加来自箱的燃料蒸发率(如果燃料箱压力低，可以以其他方式发生)。
[0022]燃料蒸汽罐52可充有合适的吸附剂。蒸汽罐52在燃料箱再注油操作和“亏损”(也就是说，在车辆运行期间燃料汽化)期间可以配置为临时捕集燃料蒸汽(包括气态烃)。在一个例子中，所用的吸附剂可以是活性炭。当经由净化管路60和净化阀62净化从燃料系统40至进气通道24的所储存的燃料蒸汽时，通风孔58还可以允许新鲜空气被吸入燃料蒸汽罐52。罐通风口阀64也可以包含于净化管路60内，以便阻止以反方向流动到净化管路的气体的(升压的)进气歧管压力。虽然这个例子示出通风孔58流通新鲜的、未加热的空气，但是也可以使用各种改变。可通过罐通风口电磁阀(未示出)的操作来调整在燃料蒸汽回收系统51和大气之间的空气和蒸汽的流量。
[0023]车辆系统6还可以包括控制系统70。所示的控制系统70接收来自多个传感器72的信息并且发送控制信号至多个致动器74。例如，传感器72可以包括压力、温度、空气/燃料比和成分传感器，其可以耦接到车辆系统6的不同位置。一个示例致动器74可以包括节气门20。控制系统70可以包括控制器76。控制器76可接收来自各种传感器72的输入数据，处理输入数据，且响应基于对应一个或更多个程序的被编入其中的指令或代码的所处理的输入数据触发致动器74。
[0024]一个示例传感器72可以包括燃料箱压力传感器80或燃料箱压力传换能器(FTPT)。如图所示，燃料箱压力传感器80可以与燃料箱42 —起被包括或与燃料箱42耦接，或可以包含在燃料箱42和/或燃料蒸汽罐52之间，以提供燃料箱压力的估计并用于发动机停机的泄漏检测。燃料箱压力传感器80可以交替地安置在管道54、净化管路60或通风孔58中。
[0025]另一个示例传感器72可以是位于例如布置在排气通道28上的柴油微粒过滤器84下游的烟尘传感器82。烟尘传感器82可操纵地与控制器76耦接，如图所述，以传达排气流内存在的烟尘水平。烟尘水平可被传达至，例如，用户可读输出端。
[0026]各种实施例可包含用于处理和/或管理烟尘水平的各种系统。一些例子可以包括系统90，该系统可以包括被安置在发动机汽缸(一个或多个)12下游的排气流94内的多孔挡板92。多孔挡板92可以径向96和纵向98地分割排气流。系统90还可以包括混合表面100或与多孔挡板92耦接的混合边缘。混合表面100或混合边缘可以在排气流94内限定传递涡流到排气流的路径。这样，排气流94内的任何烟尘都可以以更均匀的混合物被混合到排气流94中。这样，即使相对位于靠近DPF，烟尘传感器82也可以提供可能存在的烟尘量的更准确的读数。
[0027]图2是可以被安置在排气管道102内的示例多孔挡板92的部分截面侧视图。图2示出了例子，其中多孔挡板92可以是具有多个孔122的壁104。壁104可以具有与排气管道102的内直径壁110基本上密封接合的圆周边缘108。多孔挡板92可限定从圆周边缘108上游延伸同时在内直径壁110径向方向延伸。
[0028]图3是示出系统90的示例附加特性的组合的侧视图和端视图。在所示例子中，混合表面100被包含在与多孔挡板92耦接的叶片112上。混合表面可位于与多孔挡板92整体形成的轮廓表面上。
[0029]图4是示出在布置柴油颗粒过滤器(DPF)84和烟尘传感器82的相对示例中被布置在排气管道102内的多孔挡板92的示意侧视图。如所示出的，多孔挡板92可以位于排气或烟尘传感器82的上游，且位于DPF 84的下游。
[0030]一些示例实施例可以提供包括用于通过排气流的管道102或从内燃机燃烧室14至发动机10的排气流94的系统90。排气传感器和/或烟尘传感器82可位于管道102内。壁104可位于排气传感器82上游的管道102内。壁104可以至少近似锥，且其可具有带有第一外直径116的上游部分114和第二外直径120的下游部分118。第二外直径120可以大于第一外直径116。多个通道122可在壁中形成。存在与壁104耦接的一个或更多个表面100，其可以在管道102内径向和纵向地延伸。图3和图4示例说明通过管道102的示例流动路径124，其至少由包括壁104和表面100的系统90的几何结构部分地影响。图2示出在通过多个通道122的流动路径124的基本上径向方向上的示例方向126。
[0031]当排气可以穿过壁104流动时，其可以进入排气管道102的内直径壁110与壁104外表面之间的区域。壁104可以将排气管道分割成两部分，上游部分和下游部分，并且因此还可以将排气流94分割成两个排气流路径，上游路径128和下游路径130。上游路径128内的气流可以通过多孔挡板92上的穿孔122离开至相对下游路径130的下游。另一方面，下游路径130内的气流可以通过多孔挡板92上的穿孔122离开至相对上游路径128的上游。这样，可以提供更彻底地混合。
[0032]图5和图6示出了根据本公开的其他示例实施例。在某些情况下，多个通道122可以是圆孔122。图2至图4示出示例，其中多个通道122可以是基本上相同的尺寸和形状，而图5和图6示出示例，其中多个通道122可以是两个或更多个尺寸和/或两个或更多个形状的通道。
[0033]一些示例实施例可以提供包含具有多孔挡板92的圆形排气管102的系统，其可形成为面向下游的具有钟形的开口端的多孔钟形外壳。因此钟形外壳92可以具有面向上游的钟形的封闭端。多个叶片112或翼片112可围绕多孔钟形外壳92的外表面螺旋地延伸。多个叶片112或翼片112可以包括更多曲线叶片上的一个或更多个表面100。在某些情况下，多个叶片112或翼片112可以是连续的，而在其他情况下，多个叶片112或翼片112可以是不连续的。
[0034]在某些情况下，钟形外壳92或壁104可以是锥形的。在其他情况下，钟形外壳92或壁104可以是钟形的。在某些情况下，钟形外壳92或壁104可以是截头锥形的。
[0035]图5示出例子，其中所述混合表面100可位于在多孔挡板92中形成的凹槽132内。图6示出例子，其中所述叶片112或翼片112可与钟形外壳整体形成，并且其中至少一些开口 122可在叶片112或翼片112中且允许至少一些排气通过叶片112或翼片112。
[0036]在某些情况下，多孔钟形外壳92可具有基本上规则的孔眼122或孔122图案(图2至图4)。在其他情况下，多孔钟形外壳92可包括多个孔眼122或孔122，其中每一个基本上是相同的尺寸和形状。
[0037]一些示例实施例可以提供用于内燃机10的排气系统194的烟尘混合装置192。烟尘混合装置192可包括安置在排气流94内的壁104。壁104可包含上游面表和下游表面。壁104可穿过排气流94径向延伸且沿排气流94的方向纵向延伸。壁104可具有上游外直径116和下游外直径120。下游外直径120可以大于上游外直径116。在壁104中可存在开口 122以允许排气流94从壁的上游侧流通到壁的下游侧。烟尘混合装置192可以包括与壁104耦接的的一个或更多个表面，并相对于排气流94成角度以传递至少部分旋转至排气流94的至少一部分。
[0038]应当明白，这里所述的系统和方法在本质上是示例性的，且这些特定的实施例或示例不应被认为具有限制意义，因为许多变体是可预期的。例如，上述技术可以应用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸以及其他类型的发动机。因此，本公开包括本文所公开的各种系统和方法的所有新颖性和非显而易见的组合以及其任何和所有的等同物。
【权利要求】
1.一种系统，其特征在于，包含: 布置在发动机汽缸下游的排气流内的多孔挡板，所述多孔挡板径向和纵向地分割所述排气流；以及 与所述多孔挡板耦接的混合表面，所述混合表面限定所述排气流内的路径以传递涡流到所述排气流。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多孔挡板是具有在其中的多个孔的壁；所述壁具有与排气管道的内直径壁基本密封接合的圆周边缘，并且其中所述多孔挡板限定从所述圆周边缘上游延伸的同时从所述内直径壁的径向方向延伸的表面。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合表面包含在与所述多孔挡板耦接的叶片上。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合表面位于与所述多孔挡板整体形成的轮廓表面上。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述混合表面位于在所述多孔挡板中形成的凹槽中。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多孔挡板位于排气传感器的上游。
7.一种系统，其特征在于，包含: 管道，用于通过来自内燃机的燃烧室的排气流； 排气传感器，其位于所述管道内； 壁，其位于所述排气传感器上游的所述管道内，所述壁至少近似锥且具有带有第一外直径的上游部分和带有第二外直径的下游部分，所述第二外直径大于所述第一外直径。 所述壁中的多个通道；以及 与所述壁耦接的一个或多个表面，其在所述管道内轴向且径向地延伸。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多个通道是圆孔。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多个通道基本上是相同的尺寸和形状。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多个通道是两个或多个尺寸和/或两个或多个形状的通道。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述一个或多个表面在沿所述表面的边缘被耦接到所述壁的一个或多个曲线叶片上，以形成用于排气的螺旋流动路径。
12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述壁是锥形的。
13.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述壁是钟形的。
14.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述壁是截头锥形的。
15.—种系统,其特征在于,包含: 圆形排气管，其具有面向下游的多孔钟形外壳的开口端的所述多孔钟形外壳；以及 多个翼片，其围绕所述多孔钟形外壳的外表面螺旋地延伸。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述多孔钟形外壳是多孔的，具有多个开口，并且其中所述翼片与所述多孔钟形外壳整体形成，并且其中至少一些所述开口在所述翼片中并允许至少一些排气通过所述翼片。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述多孔钟形外壳具有基本上规则的孔眼图案。
18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述多孔钟形外壳包括多个孔眼，每一个孔眼基本上是相同的尺寸和形状。
19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述多个翼片是连续的。
20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述多个翼片是不连续的。
【文档编号】F01N3/00GK204152595SQ201420457512
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】张小钢 申请人:福特环球技术公司