用于車輛排氣系統的混合器組件的制作方法
【專利摘要】一種混合器組件，其包括外部殼體，外部殼體具有接收來自上游排氣部件的排氣的入口區域和將排氣引導至下游排氣部件的出口區域。外部殼體包括外壁和導流板壁，其中，外壁從基部壁向外繞基部壁的周緣延伸，導流板壁將排氣從入口區域引導至出口區域。導流板壁具有與外壁間隔開的部分以限定流導引路徑，流導引路徑首先靠著外壁的第一部分沿第一方向引導來自入口區域的排氣流并且隨后靠著外壁的橫向于第一部分的第二部分沿第二方向引導排氣流。
【專利說明】
用于車輛排氣系統的混合器組件
【背景技術】
[0001]排氣系統通過多種排氣部件對由發動機產生的熱排氣進行處理以減少排放物并控制噪音。該排氣系統包括噴射系統，噴射系統在選擇性催化還原(SCR)催化器的上游噴射諸如例如尿素和水的溶液的還原劑。混合器定位在SCR催化器的上游并對發動機排氣和尿素轉化產物進行混合。
[0002]定量加料器通常將尿素噴射到排氣流中。在一個已知的構型中，定量加料器安裝至混合器的外周表面并且構造成引導該噴射徑向向內朝向混合器的中央。該噴射構型會導致尿素沉積物的形成增加。
【發明內容】
[0003]在一個示例性實施方式中，車輛排氣系統具有混合器組件，該混合器組件包括外部殼體，該外部殼體具有接收來自上游排氣部件的排氣的入口區域和將排氣引導至下游排氣部件的出口區域。外部殼體包括外壁和導流板(deflector)壁，導流板壁將來自入口區域的排氣引導至出口區域。導流板壁具有與外壁間隔開的部分以限定流導引路徑，該流導引路徑首先靠著外壁的第一部分沿第一方向引導來自入口區域的排氣流并且隨后靠著外壁的橫向于第一部分的第二部分沿第二方向引導排氣流。
[0004]在上述實施方式的另一實施方式中，導流板的與外壁間隔開的部分包括至少第一壁部分，所述第一壁部分沿第一方向延伸并且過渡至沿第二方向延伸的第二壁部分。導流板還包括第三壁部分，該第三壁部分從第一壁部分的與第二壁部分相反的端部處沿第二方向延伸。
[0005]在任意上述實施方式的另一實施方式中，第三壁部分的遠端延伸成接觸外壁。
[0006]在任意上述實施方式的另一實施方式中，外部殼體包括定量加料器開口，該定量加料器開口構造成接納噴射器，其中，定量加料器開口限定了用于以相對于排氣流傾斜的傾斜角度來引導所噴射流體的安裝角度。
[0007]在任意上述實施方式的另一實施方式中，外部殼體由總長度和比總長度小的總寬度限定，并且其中，流導引路徑的路徑長度比殼體的總寬度大。
[0008]在任意上述實施方式的另一實施方式中，導流板和外壁配合以沿橫向于第二方向的第三方向引導排氣流，從而產生漩渦效應。
[0009]在另一示例性實施方式中，用于車輛排氣部件的混合器組件包括外部殼體，該外部殼體具有接收來自上游排氣部件的排氣的入口區域和將排氣引導至下游排氣部件的出口區域。外部殼體包括外壁，該外壁限定第一側部和第二側部，該第一側部和該第二側部面向彼此并且通過面向彼此的第三側部和第四側部連接至彼此。第一側部和第二側部限定總殼體高度并且第三側部和第四側部限定比總殼體高度小的總殼體寬度。導流板壁將排氣從入口區域引導至出口區域。導流板壁具有與外壁間隔開的部分以限定通向出口區域的流導引路徑。流導引路徑具有比總殼體寬度大的路徑長度。
[0010]在任意上述實施方式的另一實施方式中，外部殼體包括定量加料器開口，該定量加料器開口構造成接納定量加料器，該定量加料器將流體噴射到流導引路徑中，并且其中，流導引路徑的混合長度限定為流導引路徑的從定量加料器開口延伸至出口區域的部分，并且其中，混合長度比總殼體寬度大。
[0011]在任意上述實施方式的另一實施方式中，流導引路徑沿著外壁的第一側部和第二側部中的一者在第一方向上引導來自入口區域的排氣流并且隨后沿著外壁的第三側部和第四側部中的一者在第二方向上引導排氣流。
[0012]在任意上述實施方式的另一實施方式中，外部殼體包括連接界面，該連接界面構造成用于附接至排氣部件殼體，該外部殼體具有基部壁，基部壁具有繞基部壁的周緣延伸的外壁，并且其中，連接界面定位成與基部壁相對。
[0013]本申請的這些和其他特征將通過以下說明和附圖最佳地理解，以下說明和附圖為簡略描述。
【附圖說明】
[0014]圖1示意性地示出了具有根據本發明的混合器組件的排氣系統部件的一個示例。
[0015]圖2為圖1的排氣部件的立體圖。
[0016]圖3為圖2的混合器組件的立體端視圖。
[0017]圖4為圖3的混合器組件的示意性端視圖。
[0018]圖5為與圖4相似但示出了排氣流混合模式的視圖。
[0019]圖6為混合器組件的另一示例的立體圖。
[0020]圖7為圖6的混合器組件的示意性端視圖。
【具體實施方式】
[0021]圖1示出了車輛排氣系統10，如已知的，該車輛排氣系統10通過多種上游排氣部件14對由發動機12產生的熱排氣進行處理，以減少排放物并控制噪音。所述多種上游排氣部件14可以包括下述部件中的一者或更多者:管、過濾器、閥、催化器、消聲器等。
[0022]在一個示例構型中，上游排氣部件14將排氣引導到柴油氧化催化器(D0C)16中并且隨后引導到柴油顆粒過濾器(DPF)IS中，如已知的，DPF18用于將污染物從排氣中移除。D0C16和DPF18的下游是一個或更多個選擇性催化還原(SCR)催化器20。00(:16、0??18和SCR催化器20封裝在共用的殼體22內。殼體22具有入口 24并且具有出口 26，其中，入口 24接收從發動機12和任何上游排氣部件14排出的排氣，出口 26將排氣引導至下游排氣部件28。多種下游排氣部件28可以包括下述部件中的一者或更多者:管、過濾器、閥、催化器、消聲器等。這些上游部件14和下游部件28可以根據車輛應用和可用的封裝空間以各種不同的構型和組合來安裝。
[0023]混合器30定位在D0C16和DPF18的下游以及SCR催化器20的上游。混合器30用于產生排氣的漩渦運動或旋轉運動。下文將對混合器的構型進行更詳細地論述。
[0024]噴射系統32(圖2)用于將諸如例如尿素和水的溶液的還原劑噴射到來自SCR催化器20上游的排氣流中，使得混合器30能夠將尿素和排氣充分地混合在一起。如已知的，噴射系統32包括流體供給件34、定量加料器36、以及控制尿素的噴射的控制器38。
[0025]混合器30的一個示例在圖2至圖5中更詳細地示出。混合器30包括外部殼體40，該外部殼體40具有連接界面42，連接界面42構造成用于附接至殼體22。外部殼體40可以在連接界面42處焊接、釬焊、緊固(等)至殼體22。外部殼體40具有接收離開DPF18的排氣的入口區域44和將排氣弓I導至SCR催化器20的出口區域46。
[0026]外部殼體包括基部壁48，基部壁48具有從基部壁48繞基部壁48的周緣向外延伸的外壁50。導流板壁52將排氣從入口區域44引導至出口區域46。該導流板壁52具有與外壁50向內間隔開的壁部以限定流導引路徑56，該流導引路徑56首先靠著外壁50的第一部分沿第一方向引導來自入口區域44的排氣流，并且隨后靠著外壁50的橫向于第一部分的第二部分沿第二方向引導排氣流。導流板壁52和外壁50隨后配合以沿橫向于第二方向且與第一方向相反的第三方向引導排氣流。導流板壁52隨后沿橫向于第三方向的第四方向引導排氣。該構型在排氣離開殼體40之前在由導流板壁52(并且包括導引路徑56，導引路徑56包括第一流動方向F1、第二流動方向F2和第三流動方向F3)限定的基本共用的平面區域中產生排氣的漩渦效應。排氣混合物隨后沿與共用的平面區域基本垂直的方向離開殼體40。導流板壁52促進所噴射的還原劑與排氣的混合，使得漩渦的發動機排氣和由尿素轉變的產物的混合物被引導到SCR催化器20中。
[0027]在圖4中示出的一個示例中，外壁50包括至少第一側壁部分60和第二側壁部分62，第一側壁部分60和第二側壁部分62彼此面向并且通過彼此面向的第三側壁部分64和第四側壁部分66連接至彼此。第一側壁部分60和第二側壁部分62限定總殼體高度H，以及第三側壁部分64和第四側壁部分66限定總殼體寬度W。在一個示例中，流導引路徑56具有比總殼體寬度W大的路徑長度。
[0028]定量加料器36根據需要可以安裝至端部壁或基部壁48或外壁50。在一個示例中，外壁50的外周表面包括具有開口 70(圖3)的定量加料器安裝區域以接納定量加料器36(圖2)。在一個示例中，用于定量加料器36的開口70定位在入口區域44的正下游并且靠近流導引路徑56的起點，使得尿素在出口區域46的適當上游的位置處噴射到導流板壁52與外壁50之間的漩渦氣流中。定量加料器36還可以根據封裝限制沿著導引路徑56定位在其他位置處。混合器內可以包括錐形件58(圖4)以減少噴射位置處的尿素沉積物的形成。在一個示例中，定量加料器36以用于以相對于排氣流傾斜的傾斜角度來引導所噴射的流體的安裝角度進行定位。
[0029]混合長度限定為導引路徑56的從位于開口70處的定量加料器安裝區域延伸至出口區域46的長度。在一個示例中，導流板壁52構造成使得混合長度比總殼體寬度W大。
[0030]在一個示例構型中，外部殼體40的高度為大約680mm，寬度為大約530mm。混合長度為大約620mm。
[0031]在圖2至圖5中示出的示例中，導流板壁52具有至少第一壁部分72和第二壁部分74，其中，第一壁部分72與第一側壁部分60間隔開，第二壁部分74與第四側壁部分66間隔開。第一壁部分72限定了用于流導引路徑56的第一流動方向Fl并且第二壁部分74限定了用于流導引路徑56的橫向于第一流動方向Fl的第二流動方向F2。第三壁部分76從第一壁部分72延伸并且面向第二壁部分74以形成U形形狀。排氣沿第一流動方向Fl流動，在壁60、壁66的相交處的拐角轉向成沿橫向于第一流動方向FI的第二流動方向F2流動，在壁62、壁66的相交處的拐角轉向成沿橫向于第二流動方向F2的第三流動方向F3流動，并且隨后由第三壁部分76引導以沿橫向于第三流動方向F3的第四流動方向F4流動。該構型形成排氣的漩渦效應，從而使所噴射的流體與排氣充分混合。
[0032]通向SCR催化器20的出口區域46位于由導流板壁52限定的內部區域內。SCR催化器20定位成沿下述方向延伸:該方向延伸到在圖4中觀察時的紙中。導流板壁52構造成使離開殼體40的混合的流體和排氣沿與SCR催化器20延伸的方向不平行的方向產生漩渦效應。在一個示例中，混合的流體和排氣在殼體40中的與SCR催化器20延伸的方向垂直的平面中的共用的平面區域內混合。這允許混合物更均勻地穿過SCR催化器20的端部面入口來分布。排氣混合物隨后沿與共用的平面區域基本垂直的方向離開殼體40。
[0033]第二壁部分74的遠端78可以包括向內彎曲部分以在混合物離開出口區域46時進一步促進漩渦流。此外，第一壁部分72與第二壁部分74之間的過渡區域以及第三壁部分76與第一壁部分72之間的過渡區域可以是彎曲的或是圓形的以進一步促進漩渦流的開始。第三壁部分76的遠端80優選地延伸成接觸外壁50。這允許經由入口區域44進入殼體40的所有排氣被引導至流導引路徑56的起點(參見圖5)。
[0034]圖6至圖7示出了與圖2至圖5類似的但包括不同的導流板壁構型的混合器組件30’的另一不例性實施方式。在該不例中，導流板壁100包括與第二側壁部分62間隔開的第一壁部分102和與第四側壁部分66間隔開的第二壁部分104。第一壁部分102限定了用于流導引路徑56的第一流動方向Fl，并且第二壁部分104限定了用于流導引路徑56的橫向于第一流動方向Fl的第二流動方向F2。第三壁部分106從第一壁部分102延伸并且面向第二壁部分104以形成U形形狀。第三壁部分106的遠端108延伸成接觸外壁50以允許經由入口區域44進入混合器的所有排氣被引導至流導引路徑56的起點(參見圖7)。
[0035]排氣沿著第一側壁60在橫向于第二流動方向F2的第三流動方向F3上流動。排氣隨后沿橫向于第三流動方向F3的第四流動方向F4由第三壁部分106引導，以提供所噴射的流體與排氣的充分混合。
[0036]在兩個構型中的任一構型中，導流板壁52、100均可以包括定位在期望的位置處的一個或更多個孔，以減小背壓以及/或者促進流動。
[0037]本發明提供了具有單個定量加料器的混合管構型，該混合管構型在還原劑和排氣進入下游排氣部件之前使還原劑與排氣充分混合。該混合管構型利用導流板壁來限定繞混合器殼體的周緣的流導引路徑。導流板壁迫使排氣向外朝向外部殼體壁并且引導排氣流至少三次改變方向而形成完整的漩渦運動。此外，混合管構型提供長的混合長度以確保還原劑與排氣充分混合并且穿過多個SCR催化器而平均分布。
[0038]盡管已經公開了本發明的實施方式，但本領域的普通技術人員將認識到某些改型將會落在本發明的范圍內。出于該原因，應該研究所附權利要求來確定本發明的實際范圍和內容。
【主權項】
1.一種用于車輛排氣部件的混合器組件，所述混合器組件包括: 外部殼體，所述外部殼體具有接收來自上游排氣部件的排氣的入口區域和將排氣引導至下游排氣部件的出口區域，并且其中，所述外部殼體包括外壁;以及 導流板壁，所述導流板壁將排氣從所述入口區域引導至所述出口區域，所述導流板壁具有與所述外壁間隔開的部分以限定流導引路徑，所述流導引路徑首先靠著所述外壁的第一部分沿第一方向引導來自所述入口區域的排氣流并且隨后靠著所述外壁的橫向于所述第一部分的第二部分沿第二方向引導排氣流。2.根據權利要求1所述的混合器組件，其中，所述導流板壁包括U形形狀。3.根據權利要求1所述的混合器組件，其中，所述導流板的與所述外壁間隔開的所述部分包括至少第一壁部分，所述第一壁部分沿所述第一方向延伸并且過渡至沿所述第二方向延伸的第二壁部分，并且所述導流板的與所述外壁間隔開的所述部分還包括第三壁部分，所述第三壁部分從所述第一壁部分的與所述第二壁部分相反的端部處沿所述第二方向延伸。4.根據權利要求3所述的混合器組件，其中，所述第三壁部分的遠端延伸成接觸所述外壁。5.根據權利要求3所述的混合器組件，其中，所述第二壁部分的遠端朝向所述外部殼體的中央向內彎曲。6.根據權利要求1所述的混合器組件，其中，所述外部殼體包括定量加料器開口，所述定量加料器開口構造成接納噴射器，所述定量加料器開口限定了用于以相對于排氣流傾斜的傾斜角度來引導所噴射流體的安裝角度。7.根據權利要求6所述的混合器組件，其中，所述定量加料器構造成將流體噴射到所述第一壁部分與所述外壁之間的流導引路徑中。8.根據權利要求1所述的混合器組件，其中，所述外部殼體由總長度和比所述總長度小的總寬度限定，并且其中，所述流導引路徑的路徑長度比所述殼體的所述總寬度大。9.根據權利要求1所述的混合器組件，其中，所述導流板和所述外壁配合以沿橫向于所述第二方向的第三方向引導所述排氣流，從而產生漩渦效應。10.一種用于車輛排氣部件的混合器組件，所述混合器組件包括: 外部殼體，所述外部殼體具有接收來自上游排氣部件的排氣的入口區域和將排氣引導至下游排氣部件的出口區域，并且其中，所述外部殼體包括繞所述外部殼體的周緣延伸的外壁； 其中，所述外壁限定第一側部和第二側部，所述第一側部和所述第二側部面向彼此并且通過面向彼此的第三側部和第四側部連接至彼此，并且其中，所述第一側部和所述第二側部限定總殼體高度，并且其中，所述第三側部和所述第四側部限定總殼體寬度；以及 導流板壁，所述導流板壁將來自所述入口區域的排氣引導至所述出口區域，所述導流板壁具有與所述外壁間隔開的部分以限定通向所述出口區域的流導引路徑，所述流導引路徑具有比所述總殼體寬度大的路徑長度。11.根據權利要求10所述的混合器組件，其中，所述外部殼體包括定量加料器開口，所述定量加料器開口構造成接納定量加料器，所述定量加料器將流體噴射到所述流導引路徑中，并且其中，所述流導引路徑的混合長度限定為所述流導引路徑的從所述定量加料器開口延伸至所述出口區域的部分，并且其中，所述混合長度比所述總殼體寬度大。12.根據權利要求11所述的混合器組件，其中，所述定量加料器以用于以相對于排氣流傾斜的傾斜角度來引導所噴射的流體的安裝角度進行安裝。13.根據權利要求10所述的混合器組件，其中，所述流導引路徑沿著所述外壁的所述第一側部和所述第二側部中的一者在第一方向上引導來自所述入口區域的排氣流，并且隨后沿著所述外壁的所述第三側部和所述第四側部中的一者在第二方向上引導排氣流，并且隨后沿著所述外壁的所述第一側部和所述第二側部中的另一者在第三方向上引導排氣流。14.根據權利要求13所述的混合器組件，其中，所述導流板的與所述外壁間隔開的所述部分包括至少第一壁部分，所述第一壁部分與所述第一側部和所述第二側部中的一者間隔開并且沿所述第一方向延伸，并且其中，所述第一壁部分過渡至第二壁部分，所述第二壁部分與所述第三側部和所述第四側部中的所述一者間隔開并且沿所述第二方向延伸，并且所述導流板的與所述外壁間隔開的所述部分還包括第三壁部分，所述第三壁部分從所述第一壁部分沿所述第二方向延伸并且與所述第二壁部分間隔開以形成U形形狀。15.根據權利要求14所述的混合器組件，其中，所述第三壁部分的遠端延伸成接觸所述外壁。16.根據權利要求15所述的混合器組件，其中，所述第二壁部分的遠端朝向所述外部殼體的中央向內彎曲。17.根據權利要求15所述的混合器組件，其中，所述第二壁部分的遠端朝向所述第三壁部分延伸。18.根據權利要求10所述的混合器組件，其中，所述總殼體寬度比所述總殼體高度小。19.根據權利要求10所述的混合器組件，其中，所述外部殼體包括連接界面，所述連接界面構造成用于附接至排氣部件殼體，所述外部殼體具有基部壁，所述基部壁具有繞所述基部壁的周緣延伸的所述外壁，并且其中，所述連接界面定位成與所述基部壁相對。
【文檔編號】F01N3/28GK105980679SQ201480075027
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年2月7日
【發明人】菲利普·M·迪姆佩爾費爾德, 愛德華多·阿拉諾
【申請人】佛吉亞排放控制技術美國有限公司