高效混合器的入口流动部的制作方法

1.本发明涉及一种用于车辆的排气系统的高效混合器的入口流动部。


背景技术：

2.排气系统包括催化器部件以减少排放。排气系统包括注射系统，注射系统在用于减少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。注射系统包括将该流体喷射入排气气体流中的计量器。混合器定位于scr催化器上游，用于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系统部件是一种挑战。紧凑的混合器构造实现了更有效的封装，但需要保持高混合性能，而同时限制背压的产生。


技术实现要素：

3.根据本公开的一示例性方面，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和定位于内腔体内的入口反应器。入口反应器具有流体入口、第一排气气体入口和第二排气气体入口。入口挡板安装至混合器壳体的上游端。入口挡板包括引导排气气体进入第一排气气体入口的第一开口，引导排气气体进入第二排气气体入口的斗形部，以及引导排气气体绕过进入入口反应器(不进入入口反应器)的多个旁通开口。
4.在前述组件的进一步的非限制性实施例中，入口挡板具有挡板中心，并分成围绕挡板中心在周向上间隔开的多个部段，并且其中第一开口位于多个部段的第一部段中，斗形部位于多个部段的与第一部段分开的第二部段中，并且多个旁通开口位于多个部段的与第一部段和第二部段分开的第三部段中。
5.在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，第三部段位于挡板中心与第一和第二部段的相对的一侧上。
6.在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，多个部段包括四个象限，其中第一部段包括第一象限，第二部段包括第二象限，而第三部段跨该四个象限中的第三象限和第四象限延伸。
7.在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，入口挡板具有包括多个旁通开口的平面区域，并且其中斗形部包括相对于平面区域以钝角延伸的实心的表面。
8.在任何前述组件的进一步非限制性实施例中，实心的表面从平坦区域朝向限定内腔体的混合器壳体的内周边表面延伸，并且其中实心的表面具有限定第一开口的一部分的边缘。
9.在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，该边缘位于平坦区域下游。
10.在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，混合器壳体包括计量器开口，并且其中入口反应器的流体入口与计量器开口对齐并限定了注射轴线，并且其中第一和第二排气气体入口相对于彼此位于注射轴线的相对侧上。
11.在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，入口反应器包括涡流室，涡流室
至少包括第一流动元件、第二流动元件和第三流动元件，第一流动元件、第二流动元件和第三流动元件固定在一起以形成用于注射的流体和排气气体的内混合腔，并且其中第一流动元件包括反应器斗形部，反应器斗形部在反应器斗形部的内表面和第二流动元件的外表面之间限定了第一排气气体入口，第二流动元件的外表面相对于注射轴线处于内表面径向向内。
12.在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，第二排气气体入口限定在第二流动元件的外表面和第三流动元件的内表面之间，第三流动元件的内表面相对于注射轴线处于外表面径向向外。
13.在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，入口反应器沿注射轴线从流体入口处的第一端延伸至限定反应器出口的第二端，并包括位于反应器出口处的端盖，端盖包括实心的基部表面，实心的基部表面围绕有周边壁，其中周边壁包括多个出口开口，流体和排气气体的混合物通过该多个出口开口离开入口反应器，以与旁通流混合。
14.在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，入口反应器在反应器出口处具有比反应器入口处更大的横截面以形成锥形。
15.在任何前述组件的进一步的非限制性实施例中，入口反应器包括计量器安装部分，该计量器安装部分包括计量器安装开口，该计量器安装开口与混合器壳体中的计量器开口对齐，并且限定了流体入口。
16.根据本公开的又一示例性方面，车辆排气系统主要包括：第一排气部件，在第一排气部件下游的第二排气部件，以及定位于第一排气部件下游且在第二排气部件上游的混合器。混合器包括混合器壳体，混合器壳体限定内腔体；以及定位于内腔体内的入口反应器。入口反应器具有流体入口、第一排气气体入口和第二排气气体入口。入口挡板安装至混合器壳体的上游端。入口挡板包括引导排气气体进入第一排气气体入口的第一开口，引导排气气体进入第二排气气体入口的斗形部，以及引导排气气体绕过进入入口反应器(对进入入口反应器旁通，不仅进入入口反应器)的多个旁通开口。计量器安装开口位于混合器壳体的外表面上，计量器安装开口构造成接纳计量器以将流体注入所述流体入口。
17.在前述系统的进一步的非限制性实施例中，入口挡板具有挡板中心并分为围绕挡板中心在周向上间隔开的象限，并且其中，第一开口位于第一象限中，斗形部位于第二象限中，并且多个旁通开口跨第三和第四象限延伸。
18.在任何前述系统的进一步的非限制性实施例中，整个第一象限包括开放区域。
19.在任何前述系统的进一步的非限制性实施例中，入口挡板具有包括多个旁通开口的平面区域，并且其中斗形部包括相对于平面区域以钝角延伸的实心的表面。
20.在任何前述系统的进一步的非限制性实施例中，实心的表面从平坦区域朝向限定内腔体的混合器壳体的内周边表面延伸，并且其中实心的表面具有限定第一开口的一部分的边缘，并且其中该边缘在平坦区域下游延伸。
21.在任何前述系统的进一步的非限制性实施例中，入口反应器的流体入口与计量器安装开口对齐并限定了注射轴线，并且其中第一排气气体入口和第二排气气体入口相对于彼此位于注射轴线的相对侧上，并且其中入口反应器沿注射轴线从流体入口处的第一端延伸到限定反应器出口的第二端，并在反应器出口处包括端盖，端盖包括实心的基部表面，实心的基部表面围绕有周边壁，并且其中周边壁包括多个出口开口，流体和排气气体的混合
物通过出口开口离开入口反应器以与旁通流混合。
22.在任何前述系统的进一步的非限制性实施例中，入口反应器包括涡流室，涡流室至少包括第一流动元件、第二流动元件和第三流动元件，该第一流动元件、第二流动元件和第三流动元件固定在一起以形成用于注射的流体和排气气体的内混合腔，并且其中第一流动元件包括反应器斗形部，反应器斗形部在反应器斗形部的内表面和第二流动元件的外表面之间限定了第一排气气体入口，第二流动元件的外表面相对于注射轴线处于内表面径向向内，而其中第二排气气体入口限定在第二流动元件的外表面和第三流动元件的内表面之间，第三流动元件的内表面相对于注射轴线处于该外表面径向向外。
23.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
24.图1示意性地示出了根据本公开的排气系统的一个示例。
25.图2是如在图1所示的排气系统中使用的混合器的端视图。
26.图3是如在图2所示的混合器中使用的入口反应器的立体图。
27.图4是图2所示的混合器的端部的立体图。
28.图5是图2所示的混合器的剖视图。
具体实施方式
29.本公开详细描述了一种示例性混合器，其将用于引导流动进入混合器的反应器的入口流动区域最大化，以最小化背压的产生。
30.图1示出了车辆排气系统10，该车辆排气系统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剂(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的那样去除污染物。
31.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、消声器等。这些排气系统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。
32.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。
33.注射系统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。注射系统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的注射的控制器38。在一个示例中，计量器36将def注入混合器30，如图1所示。在其它的示例中，加料器36可以在其它的位置处将def注入
排气系统，诸如在混合器30上游。
34.控制系统包括控制器38，其根据排气气体温度、背压、时间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，或可以是与车辆系统控制单元或子系统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、储存器、以及一个或多个输入和/或输出(i/o)设备接口，其经由本地接口进行通信联接。控制器38可以是用于执行软件，特别是执行储存在储存器中的软件的硬件装置。
35.混合器30用于产生排气气体的涡旋运动或旋转运动。图2-5更详细地示出了混合器30。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。混合器30包括位于入口端40处的入口挡板44(图2)。出口挡板46(图5)与出口端42相关联。在一个示例中，入口挡板44包括大的入口开口48和斗形部50，它们接纳大部分的排气气体并将排气气体导入入口反应器52。入口挡板44还包括多个穿孔、槽或附加的入口开口54，其允许其余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的匀质化并减少背压。
36.入口挡板44和出口挡板46固定至混合器壳体56，该混合器壳体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之间提供了内腔体58(图5)。在一个示例中，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与旁通排气气体混合。
37.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构造为支承计量器36，计量器将流体注射到混合器壳体56的内腔体58中。
38.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，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。在一个示例中，入口反应器52具有流体入口70、第一排气气体入口72、以及第二排气气体入口74。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。在一个示例中，注射轴线i大致垂直于混合器中心轴线a。入口挡板44的大的入口开口48将排气气体导入第一排气气体入口72，斗形部50将排气气体导入第二排气气体入口74，而多个旁通开口54将排气气体引导绕过进入入口反应器52(不进入入口反应器)。在一个示例中，第一排气气体入口72和第二排气气体入口74相对于彼此在注射轴线i的相对侧上。
39.在一个示例中，多个流动元件至少包括第一流动元件76、第二流动元件78和第三流动元件80。在一个示例中，第一流动元件76包括反应器斗形部82，该反应器斗形部82在反应器斗形部82的内表面和第二流动元件78的外表面之间限定了第一排气气体入口72，该外表面相对于注射轴线i处于反应器斗形部82的内表面径向向内。在第二流动元件78的外表面和第三流动元件80的内表面之间限定第二排气气体入口74，该内表面相对于注射轴线i处于第二流动元件78的外表面径向向外。
40.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延伸到限
定反应器出口84的第二端68。在一个示例中，端盖86定位在反应器出口84处。端盖86包括实心的基部表面88，具有周边壁90，其围绕实心的基部表面88并朝向流体入口70延伸。周边壁90包括多个出口开口92，流体和排气气体的混合物通过多个出口开口92离开入口反应器52以与来自旁通开口54的旁通流混合。
41.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，以形成锥形。在一个示例中，第二流动元件78和第三流动元件80具有渐窄的主体部分，该渐窄的主体部分起始于第一端66处并朝向第二端68延伸，第二端68包括圆柱部分(或椭圆形或跑道形状)，其截面大致恒定。
42.如上所述，入口反应器52包括计量器安装部分60，该计量器安装部分包括形成流体入口70的计量器安装开口，并与混合器壳体56中的计量器开口64对齐。第二流动元件78和第三流动元件80固定于彼此，大致围绕着注射轴线i。第一流动元件76在下游端处具有臂部分94，其固定到第二流动元件78。第一流动元件76的反应器斗形部82包括弯曲壁部分96和基部壁部分98，它们配合以形成用于第一排气气体入口72的、扩大的斗形部开口。
43.在一个示例中，弯曲壁部分96过渡到计量器安装部分60。计量器安装部分60包括中心凸台100，具有限定了注射轴线i的流体入口70。
44.在一个示例中，入口挡板44具有挡板中心c，并被分为围绕挡板中心c、在周向上间隔开的多个部段。在一个示例中，该多个部段包括(多个)象限q1-q4，象限q1-q4围绕着挡板中心c在周向上间隔开。大的入口开口48处于第一象限q1中，斗形部50处于第二象限q2中，而多个旁通开口54跨第三象限q3和第四象限q4延伸。在一个示例中，整个入口挡板44的第一象限q1包括开放区域，以最大化入口流量。
45.在一个示例中，入口挡板44具有包括多个旁通开口54的平坦区域102，而斗形部50包括相对于平坦区域102以钝角α延伸的实心的表面104。实心的表面104从平坦区域102朝向混合器壳体56的内周边表面106延伸，该内周边表面106限定了内腔体58。实心的表面104具有边缘108，该边缘限定了大的入口开口48的部分。边缘108在平坦区域102下游。在一个示例中，入口挡板44可以包括用于另外的部件(如传感器)的附加凹痕110。
46.本公开提供了允许排气气体流入反应器以及允许部分气体流绕过反应器的入口挡板。反应器在喷雾附近引导和导向流动。通过使用入口挡板的一个象限作为斗形部，来将该流动区域导到反应器的一侧中，实现了最大化入口流动区域，以将流动直接导入入口反应器。进入反应器的相对侧的流动是通过完全移除该象限中的入口挡板并增大为反应器的一部分的片材金属斗形部的尺寸来完成的。因此，本公开在紧凑的混合器中实现了高混合性能，以最大化用于将流动导入反应器的入口流动区域，从而最小化背压的产生。
47.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。
48.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。