专利名称：用于在气流内混合液体的组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在气流内混合液体的组件，诸如用于车辆排气处理系统或燃料进入系统。
背景技术：
一些车辆系统包括液滴在气流内的运输，诸如在车辆排气处理系统或发动机燃料进入系统中。液滴在气流内受控的分散可以由于多个原因而是有利的。例如，在一种类型的车辆排气系统中，液体碳氢化合物(HC)在气流内被注射给柴油氧化催化器(D0C)，其位于柴油颗粒过滤器(DPF )上游。碳氢化合物在DOC中、在放热反应中被氧化，产生下游DPF中所需的高温用于燃烧柴油颗粒，由此燃尽颗粒以再生DPF并减小系统反压(backpressure)。在另外的例子中，柴油排放流体，诸如尿素或氮氧化物(NOx)的另外的液体还原剂，在催化剂(诸如选择性催化还原(SCR)催化剂)上游被注射，其中，它被转化为氨，氨被用于将Nox还原为氮气(N2)。在另外的例子中，碳氢化合物在贫Nox阱上游被周期地注射到排气流中，以再生阱。以及在发动机燃料进入系统中，液体燃料被夹带在空气流中，用于在发动机汽缸中燃烧。
发明内容
一种改进的混合组件实现液滴在混合器组件下游的期望分配，由此改善处理液滴的车辆部件的操作，诸如其下游的柴油氧化催化器(DOC)和柴油颗粒过滤器(DPF)、贫Nox阱或发动机的选择性催化还原(SCR)催化器，其中燃烧在发动机中发生。一种用于在气流内混合液体的组件，包括中空管道，所述中空管道具有内壁并被构造为用于容纳具有液滴的气流。组件还包括多个间隔的叶片和撞击元件。每个叶片被操作性地连接至撞击元件并从该撞击元件延伸，且连接至管道的内壁。撞击元件在气流中在叶片的上游。撞击元件和叶片引导液滴以产生液滴在气流内的首选分布。例如，撞击元件和叶片可以在管道内引导为朝向气流的外环形区域，且可在外环形区域中产生湍流。在其他实施例中，撞击元件和叶片可在下游气流中产生液滴的基本上均匀的分布。当组件用在DOC和DPF上游时，DPF中的径向的温度差可以被减小，由此潜在地改善再生效率。当组件用于SCR催化器或贫Nox阱上游时，可以改善减小Nox的能力。同样，如果混合器组件用在发动机燃料进气口上游，改善的燃料和空气的混合可以改善发动机燃烧。在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。
图1是车辆的一部分的示意图，显示了进入发动机的燃料进入系统的空气流和通过排气系统的流；图2是安装在排气系统的管道内的混合器组件沿图1中的线2-2截取的示意透视图和局部截面示意图；图3是图2的管道和混合器组件沿图2中的线3-3截取的局部示意截面图；图4是图2的混合器组件的撞击元件和叶片的示意性前视图；图5是混合器组件的第二实施例的一部分的示意性前视图，显示了用于图1和2的管道的替换撞击元件和叶片；图6是混合器组件的第三实施例的一部分的示意性透视图，显示了用于图1和2的管道的替换撞击元件和叶片；图7是混合器组件的第四实施例的一部分的示意性透视图，显示了用于图1和2的管道的替换撞击元件和叶片；图8是混合器组件的第五实施例的一部分的示意性透视图，显示了用于图1和2的管道的替换撞击元件和叶片；图9是混合器组件的第六实施例的一部分的示意性透视图，显示了用于图1和2的管道的替换撞击元件和叶片；图10是柴油氧化催化器和柴油颗粒过滤器的示意图；图11是管道的沿图1的线11-11截取的示意截面图，显示了图1的混合器组件下游和柴油氧化催化器上游的排气流，示出了碳氢化合物在管道的外环形区域中的增加的分布；图12是叶片模块的示意透视图，其具有在内周边处连接的两个叶片；图13是图12的叶片模块中的三个的示意图，它们在外周边处焊接到彼此，并具有在叶片模块的中央处的管状部分；以及图14是图13的叶片模块和管状部分的示意图，其中，撞击元件具有定位在管状部分的上游侧上的开口，以使至叶片的流偏转。
具体实施例方式参考附图，其中相同的附图标记在多幅图中指向相同的部件，图1显示了车辆10的一部分，其具有用于发动机14的空气和燃料进入系统12和排气系统16。包括混合器组件18，用于改善液体在排气流中的混合，如这里解释的。混合器组件18在图2中被更详细显示。在此讨论混合器组件18的结构的具体益处。尽管示出在排气系统16中，混合器组件18还可用在发动机空气和燃料进入系统12中，以影响被注射液体燃料在空气流19中的混合，来改善发动机14的汽缸中的燃烧。排气系统16包括柴油氧化催化器(DOC) 20，在排气流中处于混合器组件18的下游。液体注射器21，诸如用于注射碳氢化合物燃料，在混合器组件18上游进行注射。柴油颗粒过滤器(DPF) 22在排气流中位于DOC 20更远的下游。另外的部件24，诸如选择性催化还原(SCR)催化器，位于DPF 22的下游和注射器23 (诸如尿素注射器)的下游。替换地，部件24可以是贫Nox阱，注射器23可以是燃料注射器，以注射碳氢化合物来再生贫Nox阱。部件24将排气流中的至少一些氮氧化物(Nox)转换为氮气和水。另外的混合器组件18被构造为产生液滴(尿素或碳氢化合物)在至部件24的气流中的首选分布。用于SCR或贫Nox阱的首选分布可以是在气流中跨过管道30的均匀分布。在其他实施例中，其中，部件24是SCR催化器，部件24可以位于发动机14和DOC 20之间，或排气系统16可以具有DOC 20和DPF 22，但没有SCR催化器。参考图2，混合器组件18被更详细示出。混合器组件18包括管道30，所述管道30是排气管或被与排气管对齐地插入在车辆10上。管道30具有内壁32且包围连同被注射的液滴36 —起的气流，该气流在图1中用箭头34表示，该液滴36在气流34中被运送且示出在图11中。混合器组件18包括多个间隔的叶片40。在图2的实施例中，混合器组件18具有三个间隔的叶片40。每个叶片40连接至撞击元件42并在下游在排气流中从撞击元件42延伸。每个叶片40连接至管道30的内壁32。每个叶片40还连接至撞击元件42，从而撞击元件42被叶片40支撑，且大体定心在管道30内。在其他实施例中，撞击元件42不需要通过叶片定心，而是会在另外的位置处被支撑在管道30内，包括偏心位置或相对于管道30的轴线成角度的位置。撞击元件42在管道30内的位置取决于注射器21或23相对于撞击元件42和叶片40的位置，以及液滴36在气流34中在叶片40下游的期望分布。每个叶片40大致在每个叶片40的表示为55的内边缘处连接至撞击元件42的下侧(下游侧)。每个叶片40具有大致螺旋的形状，从而其在管道30中在下游螺旋地延伸，而每个叶片40的外边缘58固定到内壁32 (仅两个叶片40的外边缘58在图2中可见，第三个叶片40的外边缘58用隐藏线表示)。因此，外边缘58具有弯曲的形状，从而其在边缘58和内壁32的界面处产生螺旋的样式。该螺旋样式被示出为隐藏线，该隐藏线在图2中指示最下边的叶片的隐藏的边缘58。撞击元件42在图1的排气流34中在叶片40的上游。在图2的实施例中，撞击元件42具有大致锥形的表面44，该锥形表面44面朝气流34的方向，且在管道30内沿下游方向向外倾斜；即，锥形表面44大体指向上游。在其他实施例中，撞击元件42可替代地是具有平表面的板，该表面朝向气流34。还在图2的实施例中,撞击元件42具有大致居中的开口 46。居中开口 46允许气流34的一部分流动通过管道30中的轴向流动区域或中心区域48。轴向流动区域48不被叶片40阻挡，如图3所示。气流的在锥形表面44处被引导的部分将冲击表面44，且由此至少部分地改向，以便流动经过冲击元件42。在图2中，气流34的一个这样的部分被不出为冲击撞击兀件42并分散到多个不同的流动方向50、52和54。箭头50、52、54还表示在气流34中运送的流体滴的破散。撞击元件42的一个功能是使流体滴在撞击在撞击元件42上时破散。破散的流体滴通过沿叶片42运送的流而在镟涡运动中被分散，如箭头56所示，在管道30内部的范围的外环形区域60 (在图3中示出)中产生湍流，该外环形区域60围绕存在大致轴向流的中心区域48。参考图11，分散的液滴36在排气流中在混合器组件18下游被运送，其中大部分处于气流的外环形区域60中，而不是中央区域48。将液体引导至外环形区域的这种能力可称为液滴的分层。相应地，在液滴是碳氢化合物的实施例中，由于碳氢化合物在DOC 20中的燃烧是放热反应，在DOC 20和DPF 22之间的管道64的外环形区域62中，至DPF 22的下游的气流将具有更高的温度，如图10所示。在已知系统中，DPF倾向于具有从中心至外环形边缘呈梯度的径向温度，如图10中的温度曲线66所示，这是由于热传递损失和由于排气流跨过DPF的分布。但是，通过混合器组件18，由于混合器组件18导致的在外环形区域62中的较热的流动允许在DOC 20之前的至环形区域60的增加的碳氢化合物分层，并减小跨过下游DPF 22的温度梯度，如最终温度曲线68所示。由此，DOC 20上游的混合器组件18具有增加DPF22的外环形区域70中的温度的效果。更高的温度和更均匀的径向温度分布通过使得更容易燃烧堆积在DPF 22的外环形区域70中的烟灰而增加DPF 22的再生效率。替换地在图1中，混合器组件18或第二混合器组件18可以放置在DPF22和SCR催化器24之间，其中还原催化剂(诸如尿素)由DPF 22和SCR催化器24之间的注射器23注射到流中。在这样的实施例中，混合器组件18将被构造为更均匀地分布跨过SCR催化器24的液体尿素，以增加SCR催化器24的效率。此外，在部件24是贫Nox阱和注射器23是注射碳氢化合物的燃料注射器的实施例中，安装在DPF 22和部件24之间的第二混合器组件18会被构造为在通向部件24的气流中更均匀地分布液滴。图4显示了混合器组件18，其中管道30以虚线示出。图5_9显示了混合器组件的各种替换实施例，其可代替图1-4的混合器组件18被使用。图5显示了混合器组件118，其具有六个叶片140，所述叶片140附连至撞击元件42。每个叶片140具有外延伸部143，所述外延伸部143有助于引起涡旋式湍流。图6显示了混合器组件218，其具有形状略微简单而没有外延伸部的六个叶片240，布置在管道30内并被附连至稍微小一些的撞击元件242。图7显示了混合器组件318，其在管道30内具有相同叶片40但支撑不同撞击元件342，该撞击元件342具有略微锥形的表面并具有居中开口 346。撞击元件342具有副叶片340，它们从撞击元件342的中央部分延伸，以进一步将液体和气流引导到在管道30内的外环形流动区域，由此改善液滴向DOC 20的外环形区域的分配。图8显示了混合器组件418，其具有与图6所示的相同的相对简单的叶片240，连接至不具有居中开口的撞击元件442。由此，与包括具有居中开口的撞击元件的实施例相比，更多液滴被推进到管道30的外环形流动区域。此外，更汹涌的湍流在环形区域中产生用于更涡旋的滴，因为气流没有任何部分是能够在不围绕撞击元件442行进并经过叶片240的情况下穿过管道30的中央区域。图9显示了混合器组件518，其具有如图2所示的相同的叶片40，但具有图8的没有居中开口的撞击元件442。图12-14示出了替换混合器组件618的部件，该混合器组件618使用更少的部件，用于简单的制造和组装。图12显示了叶片模块640，所述叶片模块640具有在内周边部分643处连接的两个叶片641。叶片641每个都具有外周边部分645，所述外周边部分645在圆周方向上延伸离开内周边部分643。如图13和14所示，模块640中的三个在外周边部分645处焊接到一起，以形成连续的单元620，该单元620可以被插入到管道30中，并被焊接或以其他方式牢固地连接到该管道30。焊接区域647用虚线表示。在图13中，内管状部分622有助于将穿过内管状部分622的轴向流动区域与由被强制涡旋地经过叶片641的流导致的湍流区域分开。在图14中，具有居中开口 646且为板的形式的撞击元件642定位在具有居中开口的管状部分622的上游侧。撞击元件642有助于将流中的液滴破散。可以使用替换地，具有锥形表面的撞击元件，类似于图2的。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利请求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种组件，包括: 中空管道，具有内壁并被构造为用于容纳气流和液滴； 多个间隔的叶片； 撞击兀件； 其中，每个叶片被操作性地连接至撞击元件并从该撞击元件延伸，且连接至管道的内壁；其中，撞击元件在气流中在叶片的上游；并且其中，撞击元件和叶片被构造为在管道内在叶片下游的气流内产生液滴的首选分布。
2.如权利要求1所述的组件，其中，每个叶片在管道内从撞击元件至少部分地径向向外地延伸，且具有大致螺旋的形状。
3.如权利要求1所述的组件，其中，撞击元件具有大致锥形表面，该锥形表面面朝气流并在下游径向向外地倾斜。
4.如权利要求3所述的组件，其中，撞击元件具有大致居中的开口，在气流中产生轴向流动区域，所述轴向流动区域并没有被叶片阻挡。
5.如权利要求1所述的组件，其中，每个叶片具有内周边，每个叶片在内周边处延伸以与相邻的一个叶片连接，每个叶片具有外周边，每个叶片在外周边处延伸以与相邻的另一个叶片连接，使得当叶片彼此连接时形成连续的单元。
6.如权利要求5所述的组件，其中，叶片在外周边处通过焊接彼此连接。
7.如权利要求1所述的组件，其中，撞击元件和叶片被构造为在管道内将液滴朝向气流的外区域引导。
8.—种车辆排气液体混合器组件，包括: 中空管道，具有内壁并被构造为用于容纳气流和液滴 多个间隔的叶片； 撞击元件，具有大致锥形表面，所述锥形表面面朝气流的方向并在下游向外地倾斜，和具有大致居中的开口，以在气流的中心区域中产生轴向流动，其并没有被叶片阻挡； 其中，每个叶片被操作性地连接至撞击元件并从该撞击元件延伸，且连接至管道的内壁；其中，撞击元件在气流中在叶片的上游，以由此使液滴朝向气流的外区域偏转；并且其中，每个叶片在内周边处延伸以与相邻的一个叶片连接，每个叶片在外周边处延伸以与相邻的另一个叶片连接。
9.如权利要求8所述的组件，其中，每个叶片在管道内从撞击元件至少部分地径向向外地延伸，且具有大致螺旋的形状。
10.一种车辆系统包括: 中空管道，具有内壁并被构造为用于容纳带液滴的气流； 混合器组件，具有: 多个间隔的叶片； 撞击兀件； 其中，每个叶片被操作性地连接至撞击元件并从该撞击元件延伸，且连接至管道的内壁；其中，撞击元件在气流中在叶片的上游，以由此使液滴偏转并影响管道内的气流；以及车辆部件，在混合器组件下游操作性地连接至管道，并可操作为处理液滴；其中，混合器组件被构造为产生液滴在至车辆部件的气流中的期望的分配。
全文摘要
一种用于在气流内混合液体的组件，包括中空管道，其被构造为用于容纳气流和液滴。组件还包括多个间隔的叶片和撞击元件。每个叶片被操作性地连接至撞击元件并从该撞击元件延伸，且连接至管道的内壁。撞击元件在气流中在叶片的上游。撞击元件和叶片被构造为在管道内在叶片下游的气流内产生液滴的首选分布。
文档编号F01N3/023GK103114892SQ201210396190
公开日2013年5月22日 申请日期2012年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者J.李, J.B.罗杰斯, C.王, R.米塔尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司