專利名稱:排氣添加劑/處理系統和用于在其中使用的混合器的制作方法
排氣添加劑/處理系統和用于在其中使用的混合器[0001]相關申請的交叉引用[0002]不適用。[0003]聯邦政府資助的研究或開發[0004]不適用。[0005]縮微膠片/版權引用[0006]不適用。[0007]發明背景[0008]本發明涉及通過將一種或多種添加劑引入氣流中來處理排氣或其它氣流的系統 或裝置，以及在這種系統中用來通常在催化器的上游混合添加劑與排氣的混合器。[0009]已知為了減少不合乎需要的排放，通過將一種或多種添加劑引入排氣中以便在 噴射的下游的裝置中增強或產生催化反應，來處理排氣或其它氣流。在一種已知的系 統中，還原劑被噴入柴油發動機的排氣中，以便通過催化還原減少排氣中的氮的氧化物 (NOx)的量。在這種系統中，已知在催化反應之前，將以氨或尿素(溶解在水中)的形 式提供添加劑。當這樣做時，重要的是實現排氣與添加劑/還原劑的充分混合。[0010]發明概述[0011]根據本發明，提供了一種用于在發動機排氣系統中、添加劑噴射器的下游使用 的排氣混合器。[0012]根據本發明的一個特征，混合器包括第一壁結構，以及承載一組混合器葉片的 第二壁結構，該第二壁結構是錐形的，并且從第一壁結構沿徑向向外延伸。[0013]作為一個特征，該組混合器葉片中的各個葉片是梯形的。[0014]在一個特征中，該組混合器葉片中的各個葉片從錐形壁結構沿徑向向內延伸。[0015]根據一個特征，該組中的葉片是穿孔的。[0016]作為一個特征，第一壁結構承載內側的一組混合器葉片。[0017]在一個特征中，該內側的一組混合器葉片與承載在第二壁結構上的那組混合器 葉片大小不同。[0018]根據一個特征，該內側的一組混合器葉片與承載在第二壁結構上的那組混合器 葉片形狀不同。[0019]在一個特征中，第一壁結構具有穿過其中的至少兩個開口。[0020]作為一個特征，該至少兩個開口不具有與其相關聯的混合器葉片結構。[0021]在一個特征中，第一壁結構是盤形的，其具有形成于其中的兩個半月形開口。[0022]根據本發明的一個特征，該混合器包括具有第一大小和形狀的第一組混合器葉 片，以及具有第二大小和形狀且位于第一組混合器葉片的徑向外側的第二組混合器葉 片，第二大小和形狀不同于第一大小和形狀。[0023]作為一個特征，第一組混合器葉片各自是三角形的。[0024]在一個特征中，第二組混合器葉片各自是梯形的。[0025]根據一個特征，第一大小小于第二大小的一半。[0026]作為一個特征，第一組混合器葉片承載在盤形壁結構上。[0027]在一個特征中，第二組混合器葉片承載在錐形壁結構上[0028]根據本發明的一個特征，該混合器包括第一組三角形混合器葉片，以及從第一 組葉片沿徑向向外隔開的第二組梯形混合器葉片。[0029]作為一個特征，第一組混合器葉片與第二組混合器葉片大小不同。[0030]在一個特征中，第一組中的混合器葉片中的各個小于第二組中的混合器葉片的 大小的一半。[0031]根據一個特征，第一組混合器葉片承載在盤形壁結構上。[0032]作為一個特征，第二組混合器葉片承載在錐形壁結構上。[0033]根據本發明的一個特征，提供了一種用于處理排氣的系統。該系統包括排氣流 徑，定位成以便將添加劑引入排氣流徑中的添加劑噴射器，以及根據上述中的任何一個 的、在排氣流徑中位于噴射器的下游的混合器。作為另一個特征，該系統可包括在排氣 流徑中、噴射器的下游的催化器。[0034]在閱讀整個說明書-包括所附的權利要求
書和附圖之后，本發明的其它目的、 特征和優點將變得顯而易見。[0035]附圖簡述[0036]
圖1是用于通過在催化器的上游將添加劑引入排氣中來處理排氣的系統的示意 圖；[0037]圖2是沿著圖1中的線2-2獲得的、圖1的混合器構件的視圖；[0038]圖3是圖2的混合器的透視圖；[0039]圖4是從圖2中的線4-4獲得的圖2的構件的側視圖；[0040]圖5是大體沿著圖2中的線5-5獲得的截面圖；[0041]圖6是圖1的混合器構件的一個備選實施例的透視圖；[0042]圖7是圖6的混合器的平面圖；[0043]圖8是圖6的混合器構件的側視圖；[0044]圖9是從圖2和7中的線9-9中的任何一個獲得的局部截面圖；[0045]圖10是圖1的混合器構件的一個備選實施例的平面圖；以及[0046]圖11是沿著圖10中的線11-11獲得的截面圖。[0047]優選實施例的詳細描述[0048]參看圖1，顯示了一種用于處理來自發動機或其它產生排氣的裝置11的排氣流 (由箭頭A示意性地顯示)的系統10。系統10包括流徑12、一個或多個添加劑噴射器 14、混合器16，以及成選擇性催化還原6CR)催化器18的形式的后處理元件或區。可 以以任何適當的形式提供流徑12，并且典型地，將以排氣管道或排氣管以及/或者用于 催化器18的殼體的形式提供流徑12，并且流徑12可與其它排氣處理結構(諸如，例如消 聲器或特定的過濾器)結合或集成。添加劑噴射器(一個或多個)14也可為任何適當的 形式，其中許多是已知的，并且在所示實施例中，添加劑噴射器14優選在混合器16和催 化器18的上游將試劑溶液(由箭頭B示意性地顯示，典型地是尿素溶液)噴射到柴油機 排氣流A中。[0049]參看圖2-5，混合器16包括盤形壁結構或鼻部20，以及從壁結構20沿徑向向外延伸到環形凸緣M的錐形壁結構22，其中所有的特征20、22、M均關于中心軸線25同 心，并且凸緣對大小設置成以便接合流徑12的圓柱形內壁表面。第一組(在所示的實施 例中為十個)混合器葉片觀承載在壁結構20上，而第二組(在所示的實施例中為九個) 混合器葉片30承載在壁結構22上。各個葉片觀具有對應的開口 32，而各個葉片30具 有對應的開口 34。雖然可使用任何適當的構造，但是優選地，混合器16是由模壓金屬件 形成的一體式構件，通過切割各個葉片觀、30的周邊以同時形成對應的開口 32和34，然 后使葉片觀、30遠離混合器16的上游側36朝向混合器16的下游側38彎曲，來形成混 合器葉片28和30。[0050]優選地，第一組混合器葉片28的大小和形狀不同于第二組混合器葉片30的大小 和形狀。在這點上，在所示的實施例中，可看到第一組混合器葉片觀是三角形的，而第 二組混合器葉片30是梯形的，第一組混合器葉片觀的大小小于第二組混合器葉片30的 大小的四分之一。混合器葉片觀優選地布置成以便通過利用它們的三角形形狀來提供最 大密度，同時在開口 32之間保留足夠量的壁結構20，以在混合器16的預期壽命內保持結 構完整性。混合器葉片30優選地布置成周向排列，同時保留足夠量的壁結構22，以在混 合器16的預期壽命內保持結構完整性。[0051]實驗已經顯示，壁結構20、葉片觀和開口 32往往使添加劑霧化和/或蒸發，并 且壁結構22、葉片30和開口 34往往使結合的排氣/添加劑流旋動，與更傳統的混合器相 比，這兩個現象結合起來，由系統10提供了增強的混合和更好的還原效率。[0052]參照圖6-8所示的混合器16的備選實施例，可看到盤形壁結構20的直徑已經減 小，這導致錐形壁結構22的大小的對應的增加，并且已經消除了葉片觀且用兩個半月形 開口 40來代替葉片觀，開口 40由壁結構22的細長的長方形部分42分開，并且由壁結 構22的環形部分44包圍。各個葉片30的大小已經增大了對應于壁結構22的大小增大 的量，并且葉片的數量已經從九個減少到六個。在這點上，重要的是注意到葉片30的數 量將高度地取決于各種應用的特定參數，包括流徑12的內直徑或尺寸、期望的背壓和期 望的混合量。優選地，各個葉片30包括一排穿孔46，穿孔46在圖6-8中被顯示為圓形 開口，其意在增強添加劑和排氣的混合。應力消除部48優選地提供于與壁結構22連接 的各個葉片30的側部的各端處。[0053]如在圖5和9中最佳地看到的那樣，對于混合器16的兩個實施例而言，葉片觀 和30相對于相關聯的壁結構20或22具有范圍可為從15°至90°的彎角α (交角)。再 次，特定的彎角將高度地取決于各種應用的特定參數，包括例如期望的背壓和混合量。 另外，如在圖10和11中看到的那樣，還可行的是沿著葉片30的徑向長度分開葉片30中 的一個或多個，以形成子葉片30a和30b，葉片30a中的一個具有第一彎角α a，而葉片 30b中的另一個具有彎角ab，彎角α b不同于彎角aa，以便進一步增強混合。[0054]應當理解，雖然在本文中顯示了混合器16的優選實施例，但是，取決于各種應 用的特定參數，存在可能合乎需要的許多可行的修改。例如，對于兩組葉片觀和30中 的任意一組或兩者而言，其它形狀、定向、數量、布置、大小和相對大小可為合乎需要 的，通過圖2-5中的葉片30和圖6-8中的葉片30之間的差異顯示了其一個實例。在這 點上，應當理解，對于一些應用，穿孔46在圖2-5的葉片30中可為合乎需要的，并且對 于一些應用，從圖6-8的實施例中的葉片30中消除穿孔44可為合乎需要的。類似地，在任一實施例中，可對葉片觀和30中的任一個提供應力消除部48，或者可按各種應用的 需要所規定的那樣取消應力消除部48。作為另一個實例，對于一些應用，可能合乎需要 的是壁結構22的錐角比圖2-8的實施例中所示的更陡或更淺。類似地，可基于任何特定 應用的參數來改變壁結構20的大小。
權利要求
1.一種用于在發動機排氣系統中、添加劑噴射器的下游使用的排氣混合器，所述混 合器包括第一壁結構；和承載一組混合器葉片的第二壁結構，所述第二壁結構是錐形的，并且從所述第一壁 結構沿徑向向外延伸。
2.根據權利要求
1所述的混合器，其特征在于，所述一組混合器葉片中的各個葉片是 梯形的。
3.根據權利要求
1所述的混合器，其特征在于，所述一組混合器葉片中的各個葉片從 所述錐形壁結構沿徑向向內延伸。
4.根據權利要求
1所述的混合器，其特征在于，所述一組中的所述葉片是穿孔的。
5.根據權利要求
1所述的混合器，其特征在于，所述第一壁結構承載內側的一組混合 器葉片。
6.根據權利要求
5所述的混合器，其特征在于，所述內側的一組混合器葉片與承載在 所述第二壁結構上的所述一組混合器葉片大小不同。
7.根據權利要求
5所述的混合器，其特征在于，所述內側的一組混合器葉片與承載在 所述第二壁結構上的一組混合器葉片形狀不同。
8.根據權利要求
1所述的混合器，其特征在于，所述第一壁結構具有從中穿過的至少 兩個開口。
9.根據權利要求
8所述的混合器，其特征在于，所述至少兩個開口不具有與其相關聯 的混合器葉片結構。
10.根據權利要求
1所述的混合器，其特征在于，所述第一壁結構是盤形的，具有形 成于其中的兩個半月形開口。
11.一種用于在發動機排氣系統中、添加劑噴射器的下游使用的排氣混合器，所述混 合器包括具有第一大小和形狀的第一組混合器葉片；以及具有第二大小和形狀且位于所述第一組混合器葉片的徑向外側的第二組混合器葉 片，所述第二大小和形狀不同于所述第一大小和形狀。
12.根據權利要求
11所述的混合器，其特征在于，所述第一組混合器葉片各自是三角 形的。
13.根據權利要求
11所述的混合器，其特征在于，所述第二組混合器葉片各自是梯形的。
14.根據權利要求
11所述的混合器，其特征在于，所述第一大小小于所述第二大小的一半。
15.根據權利要求
11所述的混合器，其特征在于，所述第一組混合器葉片承載在盤形壁結構上。
16.根據權利要求
11所述的混合器，其特征在于，所述第二組混合器葉片承載在錐形壁結構上。
17.—種用于在發動機排氣系統中、添加劑噴射器的下游使用的排氣混合器，所述混 合器包括第一組三角形混合器葉片；以及自所述第一組葉片沿徑向向外隔開的第二組梯形混合器葉片。
18.根據權利要求
17所述的混合器，其特征在于，所述第一組混合器葉片與所述第二 組混合器葉片大小不同。
19.根據權利要求
18所述的混合器，其特征在于，所述第一組中的混合器葉片中的各 個小于所述第二組中的混合器葉片的大小的一半。
20.根據權利要求
17所述的混合器，其特征在于，所述第一組混合器葉片承載在盤形 壁結構上。
21.根據權利要求
17所述的混合器，其特征在于，所述第二組混合器葉片承載在錐形壁結構上。
22.根據權利要求
1所述的排氣混合器，其特征在于，所述一組混合器葉片的葉片中 的至少一個被分開，以形成至少一對子葉片，所述子葉片中的各個與所述子葉片中的另 一個相比，與所述第二壁結構具有不同的交角。
專利摘要
提供了一種用于在發動機排氣系統(10)中、添加劑噴射器(14)的下游使用的排氣混合器(16)。混合器(16)包括第一壁結構(20)和承載一組混合器葉片(30)的第二壁結構(22)，第二壁結構(22)是錐形的，并且從第一壁結構(20)沿徑向向外延伸。
文檔編號GKCN102027216SQ200980115780
公開日2011年4月20日 申請日期2009年4月21日
發明者A·J·科特爾巴, D·A·耶特金, G·曾, J·D·波波維奇, Y·張 申請人:坦尼科汽車營業公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan