具有混合器组件的排气后处理系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年1月20日提交的美国专利申请号15/001,356的优先权并且还要求于2015年1月22日提交的美国临时专利申请号62/106,398的权益。以上申请的全部披露内容通过引用结合于此。

本发明涉及本披露涉及一种用于排气后处理系统的混合器组件。

背景技术：

本部分提供了与本披露相关的背景信息并且不一定是现有技术。

已经开发了多种排气后处理装置，以试图减少内燃发动机运行期间排放到大气中的nox和颗粒物质的量。当实施柴油燃烧过程时，尤其需要排气后处理系统。用于柴油发动机排气的典型后处理系统可以包括碳氢化合物(hc)注入器、柴油机氧化催化器(doc)、柴油机颗粒过滤器(dpf)以及选择性催化还原(scr)系统。

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scr技术。这些系统中的一些系统是通过使用基于尿素的技术来构造的、包括用于储存还原剂(例如尿素)的容器以及用于将还原剂从该容器传输至排气流的递送系统(例如包括注入器)。混合器被典型地提供用于在还原剂到达与其进行反应的催化剂之前将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，但是可能希望提供一种用于使还原剂与排气流更效率且更有效力地混合的改进的混合器。

技术实现要素：

此部分提供本披露的总体概述、而不是其全部范围或其全部特征的全面披露。

排气后处理系统可以包括排气通道和混合器组件。排气通道可以接收从燃烧发动机输出的排气。混合器组件可以沿着排气通道被布置并且可以接收排气。混合器组件可以包括混合器壳体、混合碗状物和注入器壳体。混合碗状物可以被布置在混合器壳体内并且可以包括外直径表面，该外直径表面接合混合器壳体的壁的内直径表面。注入器壳体可以延伸穿过壁并且延伸到混合碗状物中的孔口中。孔口可以限定流动路径，进入混合器组件的至少大多数排气流动穿过该流动路径。混合碗状物可以包括上游端部分，该上游端部分具有将排气朝向注入器壳体引导的轮廓。

在一些构型中，混合碗状物的上游端部分包括一对凹陷，该对凹陷沿着上游端部分的侧边延伸并且在这些凹陷朝向混合碗状物的凸缘部分延伸时彼此岔开。

在一些构型中，混合碗状物的上游端部分包括总体上u形的凹陷。

在一些构型中，进入混合器组件的所有排气流动穿过孔口。

在一些构型中，注入器壳体是具有多个开口的环形构件，排气在流动穿过混合碗状物中的孔口之前穿过该多个开口进入。该多个开口可以由多个遮板限定。

注入器可以将试剂(例如，还原剂或碳氢化合物燃料)注入由注入器壳体和混合碗状物限定的混合腔室中。排气和试剂可以在混合腔室中与彼此混合。

在一些构型中，排气后处理系统包括排气后处理部件(例如，选择性催化还原催化器或氧化催化器)，该排气后处理部件被布置在混合碗状物的下游并且接收还原剂与排气的混合物。

在一些构型中，混合器组件包括被布置在混合碗状物与选择性催化还原催化器之间的混合元件(例如，混合板或其他混合结构)，该混合元件包括多个遮板和多个开口。

在一些构型中，混合碗状物包括凸缘部分和套环部分。凸缘部分可以被布置在上游端部分与套环部分之间。孔口可以延伸穿过凸缘部分并且被布置在套环部分与混合器壳体的入口之间。

在一些构型中，套环部分被布置在与上游端部分相比更下游处。

在另一种形式中，本披露提供了一种混合器组件，该混合器组件接收来自发动机的排气并且使排气与注入流体混合。混合器组件可以包括混合器管道、混合碗状物和注入器壳体。混合碗状物可以被布置在混合器管道内并且可以包括外直径表面，该外直径表面接合混合器管道的壁的内直径表面。混合碗状物可以具有与混合器管道的内直径相等的直径。注入器壳体可以接收注入流体并且可以延伸穿过壁并且延伸到混合碗状物中的孔口中。孔口可以限定流动路径，排气流动穿过该流动路径。混合碗状物可以包括将排气朝向注入器壳体引导的轮廓。

在一些构型中，混合碗状物的上游端部分包括一对凹陷，该对凹陷沿着上游端部分的侧边延伸并且在这些凹陷朝向混合碗状物的凸缘部分延伸时彼此岔开。孔口可以被形成在凸缘部分中。

在一些构型中，混合碗状物的上游端部分包括总体上u形的凹陷。

在一些构型中，进入混合器管道的所有排气流动穿过孔口。

在一些构型中，注入器壳体是具有多个开口的环形构件，排气在流动穿过混合碗状物中的孔口之前穿过该多个开口进入。

在一些构型中，该多个开口由多个遮板限定。

在一些构型中，混合器组件包括注入器，该注入器将注入流体注入到由注入器壳体和混合碗状物限定的混合腔室中。排气和注入流体在混合腔室中与彼此混合。

在一些构型中，混合器管道的出口被连接至选择性催化还原催化器的壳体的入口。选择性催化还原催化器可以接收注入流体与排气的混合物。

在一些构型中，混合器组件包括被布置在混合碗状物与选择性催化还原催化器之间的混合板。混合板可以包括多个遮板和多个开口。

在一些构型中，混合碗状物包括凸缘部分和套环部分。凸缘部分可以被布置在上游端部分与套环部分之间。孔口可以延伸穿过凸缘部分并且被布置在套环部分与混合器管道的入口之间。

在一些构型中，套环部分被布置在与上游端部分相比更下游处。

在另一种形式中，本披露提供了一种接收来自发动机的排气的混合器组件。混合器组件可以包括混合器管道、注入器壳体和混合碗状物。混合器管道可以包括入口、出口以及延伸穿过入口和出口的纵向轴线。混合管道可以接收在平行于纵向轴线的第一方向上流动穿过入口的排气。排气可以在第一方向上流动穿过出口。注入器壳体可以接收试剂并且延伸到在入口与出口之间的混合器管道中。混合碗状物可以被布置在入口与出口之间的混合器管道内并且可以包括孔口，该孔口接收注入器壳体的一部分。混合碗状物可以包括将在入口下游的排气在第二方向上朝向注入器壳体引导的第一轮廓表面。第二方向可以相对于第一方向成角度或基本上正交于第一方向。混合碗状物可以包括在第一轮廓表面的下游的第二轮廓表面，该第二轮廓表面引导排气在与第二方向相反的第三方向上穿过孔口。

在一些构型中，混合碗状物包括外直径表面，该外直径表面接合混合器管道的壁的内直径表面。混合碗状物可以具有与混合器管道的内直径相等的直径。

在一些构型中，第一轮廓表面由混合碗状物的上游端部分限定，该上游端部分具有一对凹陷，该对凹陷沿着上游端部分的侧边延伸并且在这些凹陷朝向混合碗状物的凸缘部分延伸时彼此岔开。孔口被形成在凸缘部分中。

在一些构型中，第二轮廓表面由混合碗状物的套环部分限定，孔口延伸穿过混合碗状物的凸缘部分并且被布置在套环部分与上游端部分之间。

在一些构型中，第一轮廓表面由混合碗状物的上游端部分限定，该上游端部分具有总体上u形的凹陷。

在一些构型中，穿过入口进入混合器管道的所有排气流动穿过孔口。

在一些构型中，注入器壳体是具有多个开口的环形构件，排气在流动穿过混合碗状物中的孔口之前穿过该多个开口进入。

在一些构型中，该多个开口由多个遮板限定。

在一些构型中，混合器组件包括注入器，该注入器将还原剂注入到由注入器壳体和混合碗状物限定的混合腔室中。排气和还原剂可以在混合腔室中与彼此混合。

在一些构型中，混合器管道的出口被连接至选择性催化还原催化器的壳体的入口。选择性催化还原催化器可以接收还原剂与排气的混合物。

在一些构型中，混合器组件包括被布置在混合碗状物与选择性催化还原催化器之间的混合板。混合板可以包括多个遮板和多个开口。

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披露的范围。

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现方式的展示性目的，并且不旨在限制本披露的范围。

图1是具有根据本披露原理的发动机和具有混合器组件的排气后处理系统的示意性表示；

图2是包括混合器组件的后处理系统的一部分的截面视图；

图3是混合器组件的端视图；

图4是混合器组件的混合碗状物的透视图；

图5是根据本披露原理的包括另一个混合器组件的后处理系统的一部分的截面视图；

图6是图5的混合器组件的端视图；

图7是图5的混合器组件的混合碗状物的透视图；

图8是根据本披露原理的另一个混合碗状物的透视图；

图9是图8的混合碗状物的端视图；

图10是替代混合器组件的分解透视图；并且

图11是图10中描绘的混合器的局部透视图。

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披露将是详尽的，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、装置和方法的实例，以提供对本披露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披露的范围的限制。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。装置可以被另外取向(旋转90度或以其他取向)，并且在此所使用的空间相关描述符做出了相应的解释。

参照图1，提供了可以处理由燃烧发动机12输出的排气的排气后处理系统10。排气后处理系统10可以包括排气通道14、氧化催化器(例如柴油机氧化催化器或doc)16、过滤器(例如柴油机颗粒过滤器(dpf))18、混合器组件20和选择性催化还原(scr)催化器22。doc16、过滤器18、混合器组件20和scr催化器22被布置在排气通道14内，使得从发动机12输出的一些或所有的排气流动穿过其中。

碳氢化合物(hc)注入器24可以至少部分地布置在排气通道14内在doc16的上游。hc注入器24可以从燃料源26接收碳氢化合物燃料并且可以将燃料注入到doc16上游的排气气流中。燃烧器(未示出)可以至少部分地布置在排气通道14内在doc16的上游在hc注入器24处或邻近该hc注入器。燃烧器可以点燃由hc注入器24注入的燃料以使doc16和/或过滤器18再生。

还原剂注入器28可以被布置成邻近或者部分地在混合器组件20内在scr催化器22的上游。还原剂注入器28可以从还原剂储箱30接收还原剂(例如尿素)并且将还原剂注入混合器组件20中的排气流中。如将在以下更详细地描述的，还原剂可以在流动穿过scr催化器22之前与混合器组件20内的排气进行混合。

现在参照图2至图4，混合器组件20可以包括混合器壳体或管道32、注入器壳体34、混合碗状物36、第一混合板38和第二混合板40。混合器壳体32可以是总体上圆柱形的并且可以直接或间接地连接至scr催化器22的壳体42。混合器壳体32可以包括注入器开口44，注入器壳体34和/或还原剂注入器28可以延伸穿过该注入器开口。

注入器壳体34可以是环形构件，该环形构件包括凸缘46、总体上圆柱形部分48、以及总体上截头圆锥形部分50。如在图2中所示，盖子52可以接合圆柱形部分48的第一端54。尽管没有在图2中明确示出，还原剂注入器28可以延伸穿过盖子52中的孔口56并且将还原剂喷射到圆柱形部分48和截头圆锥形部分50中。圆柱形部分48可以包括穿过其延伸的多个孔口58。截头圆锥形部分50可以包括限定通入注入器壳体34的开口的多个遮板60。截头圆锥形部分50的远端62可以接合混合碗状物36并且可以延伸穿过混合碗状物36中的孔口64。在这些构型中，远端62可以包括静态混合器，该静态混合器具有多个遮板和多个孔口例如以提供额外的紊流。

混合碗状物36可以是总体上碗状的结构，其可以例如由金属板冲压和/或以另外的方式形成。应理解的是，混合碗状物可以通过任何合适的工艺和由任何合适的材料形成。混合碗状物36可以包括协作以限定混合腔室74的上游端部分66、套环部分68、台阶或凸缘部分70以及下游边缘72。凸缘部分70可以被布置在上游端部分66与套环部分68之间并且可以包括孔口64，注入器壳体34延伸穿过该孔口。例如，边缘72的外直径表面可以被焊接、紧固或压制成与混合器壳体32的内直径表面接合。

如图4中所示，套环部分68的外表面75(例如，套环部分68的总体上面向混合器壳体32的入口77的表面)可以是总体上凹形的，使得外表面75的中心部分71被布置在与外表面76的侧向部分73相比更下游处。如图2中所示，上游端部分66的外表面76(例如，上游端部分66的总体上面向混合器壳体32的入口77的表面)可以是总体上凸形的，使得外表面76的上端78被布置在与外表面76的下端80相比更上游处。

如在图3和图4中所示，一对凹陷82可以被形成在上游端部分66的侧边部分中。在这些凹陷82从上游端部分66的下部朝向凸缘部分70延伸时，这些凹陷沿着上游端部分66的周界延伸并且总体上彼此岔开。以此方式，凹陷82成形为漏斗形或者引导流入混合器壳体32的排气朝向注入器壳体34和套环部分68(如由图3中的箭头a指示的)，使得排气将流入注入器壳体34(即，在遮板60之间和/或穿过孔口58)并且穿过凸缘部分70中的孔口64流入混合腔室74。在图2至图4中描绘的具体实施例中，穿过入口77进入混合器壳体32的所有排气将被引导到注入器壳体34中并且如由图2中的箭头a指示的穿过孔口64。以此方式，排气将进入注入器壳体34并在混合腔室74中与来自还原剂注入器28的还原剂充分混合。混合碗状物36包括弯曲的内表面或下游表面83，其成形的方式使得穿过孔口64的排气的方向基本上改变九十度以朝向scr22流动。

第一混合板38可以包括多个遮板84和多个孔口86，还原剂与排气的混合物可以流动穿过这些孔口。第二混合板40可以包括多个孔口88，还原剂与排气的混合物可以流动穿过该多个孔口。第一混合板38和第二混合板40可以增加在scr催化器22上游的流动紊流以帮助排气和还原剂在进入scr催化器22之前使排气和还原剂进一步混合。混合板38、40还可以使还原剂与排气的混合物散布在更大的横截面积上，使得混合物将在更大的横截面积上流入scr催化器22中。应理解的是，混合器组件20可以包括以希望的任何方式配置的任何数量的混合板和/或静态混合器。在一些实施例中，混合碗状物的轮廓和/或一个或多个混合板38、40的形状和位置可以将排气与还原剂的混合物远离scr催化器22的下部(从图2的参考系看)并且朝向scr催化器22的中心区域引导。

虽然混合器组件20在以上被描述成使排气与来自还原剂注入器28的还原剂混合并且将混合物提供至scr催化器22，但是应理解的是，混合器组件20可以与hc注入器24而不是还原剂注入器28结合使用。也就是说，混合器组件20可以被提供在doc16的上游，并且hc注入器24可以将燃料注入到注入器壳体34和混合腔室74中以便在被点燃之前与排气进行混合。

图5至图7描绘了混合碗状物36的另一个构型，其中在凹陷82中形成了多个孔口90和多个遮板92以允许相对较小部分的排气穿过其流动而不是流动到注入器壳体34和孔口64中。遮板92使流动穿过孔口90的排气方向改变以沿着弯曲的内表面83流动。这种流动图案使与表面83接触的大的尿素液滴的数量最小化。如果液体尿素液滴撞击在表面83上，那么经修改的流动图案迅速引起液体蒸发。

额外地或可替代地，可以在凹陷82之间的外表面76中形成多个孔口和多个遮板。额外地或可替代地，可以在混合碗状物36中在孔口64处或附近和/或在边缘72处或附近形成一个或多个旁通孔口或通道，使得相对较小量的排气可以绕过注入器壳体34。额外地或可替代地，可以在混合器壳体32的内直径表面中形成一个或多个旁通孔口或通道，使得相对较小量的排气可以绕过注入器壳体34和混合腔室74。

尽管图2和图5中示出的混合器组件20被水平定向，将理解的是，这些组件可以垂直定向。如在图2中所示，注入器壳体34可以具有旋转轴线(即，纵向轴线)，该旋转轴线被布置成相对于混合器壳体32的纵向轴线成非垂直的角度。在竖直取向中，这种构型可以是特别有利地，因为液体液滴可以远离注入器28落下而不是在注入器28上形成沉积。

图8和图9描绘了混合碗状物136的又另一种构型，该混合碗状物包括在上游端部分166中的一个连续凹陷182而不是上述的一对凹陷82。与上述的混合碗状物36的凹陷82类似，凹陷182成形成漏斗形或引导排气向外和向上，使得排气将以与如上所述并在图2和图3中所示类似的方式在套环部分168周围流动并且流动到注入器壳体34中并且流动穿过凸缘部分170中的孔口164。

图10和图11描绘了替代混合器组件220，该替代混合器组件包括混合器壳体或管道232、注入器壳体234、混合碗状物236、第一混合板238和第二混合板240。混合器壳体232基本上类似于前述的混合壳体32。类似地，注入器壳体234基本上类似于前述的注入器壳体34。具体地，注入器壳体234包括与旋流装置247联接的凸缘246。旋流装置247包括圆柱形部分248和截头圆锥形部分250。盖子252被固定至凸缘246和圆柱形部分248。更多详情请参照说明书的先前部分。

混合碗状物236基本上类似于前述的混合碗状物236以及在图4至图9中描绘的替代构型。然而，混合碗状物236包括与遮板292相关联的孔口290，该遮板跨过管道232的约该管道的内直径的一半的距离延伸。孔口290和遮板292在管道232的圆形横截面内居中地定位。排气流动穿过孔口290并且通过遮板292改变方向。如与其他实施例相关来详细描述的，排气还流动穿过延伸穿过圆柱形部分248、截头圆锥形部分250的孔口，从而穿过混合碗状物236的孔口264。

第一混合板238包括从侧边来看的台阶形状，使得第一部分243被定位成在轴向上与第二部分245相比更靠近注入器壳体234。中间部分251将第一部分243与第二部分245互连。中间部分251与混合碗状物236的套环部分268间隔开以在其间限定窄点或孔。孔产生了气体速度增加的区域以携带更小的还原剂液滴并且促使这些液滴朝向定位在管道的与与注入器同一侧上的第二部分245。第一部分243包括多个遮板284和多个孔口286，还原剂与排气的混合物可以流动穿过这些孔口。第二部分245包括多个基本上圆柱形的孔口249，这些孔口被提供成允许还原剂和排气穿过其流动。遮板284是基本上新月形状的并且被安排成弧形以产生旋流排气运动。当较大的还原剂液滴尝试增加其距注入器的距离时，由遮板284产生的旋流排气图案促使这些液滴朝向注入器，使得它们在管道232的中心附近蒸发。

第二混合板240可以包括多个孔口288，还原剂与排气的混合物可以流动穿过该多个孔口。多种不同的孔口288的形状、尺寸和位置被限定成使排气和还原剂在进入下游催化器之前进一步混合。混合板238、240可以使还原剂与排气的混合物分布在下游催化器的希望入口面积上，以优化催化器运行的效率。

以上对这些实施例的说明是出于展示和描述的目的提供的。这些描述并不旨在是穷尽的或限制本披露。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披露，并且所有这样的改动都旨在包含在本披露的范围之内。