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      排氣混合器元件以及用于混合的方法

      文檔序號:5201312閱讀:104來源:國知局
      專利名稱:排氣混合器元件以及用于混合的方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明的示例性實施例涉及內(nèi)燃發(fā)動機,尤其涉及內(nèi)燃發(fā)動機的排氣后處理系統(tǒng)。
      背景技術(shù)
      內(nèi)燃發(fā)動機(尤其是柴油發(fā)動機)的制造商面臨著遵守關(guān)于氮氧化物(尤其是一氧化氮)以及未燃燒的或部分氧化的碳氫化合物(如一氧化碳)、顆粒物、或其它污染物的當(dāng)前和未來排放標(biāo)準的挑戰(zhàn)性任務(wù)。為了降低柴油發(fā)動機的污染物的 排放,一種排氣后處理系統(tǒng)被使用以降低來自發(fā)動機的排氣內(nèi)的污染物。排氣后處理系統(tǒng)典型地包括ー個或多個后處理裝置,例如氧化催化劑、催化轉(zhuǎn)化器、混合器元件以及排放流體噴射器。用于柴油發(fā)動機的排放流體噴射器(也被稱為柴油機排放流體噴射器或DEF噴射器)能夠向排氣流噴射尿素或其它合適的氨基流體,以提高催化轉(zhuǎn)化器的能效。此外,混合器元件有時候被用來增進尿素和排氣的混合,以改善催化轉(zhuǎn)化器的運行。由于排放標(biāo)準的提高,因此期望在進入催化轉(zhuǎn)化器之前改善尿素和排氣的混合。被設(shè)計用來改善尿素和排氣的混合的排氣后處理裝置可能具有増加的系統(tǒng)總長度,由此帶來關(guān)于目前日益復(fù)雜的運輸工具的封裝問題。

      發(fā)明內(nèi)容
      在一個示例性實施例中,提供了ー種混合器元件,其被放置于內(nèi)燃發(fā)動機排氣歧管和催化轉(zhuǎn)化器之間。該混合器元件包括從內(nèi)燃發(fā)動機接收排氣流的管狀導(dǎo)管;被配置成在第一旋轉(zhuǎn)方向上引起排氣流的第一潤流的第一混合器;以及在第一混合器下游設(shè)置于管狀導(dǎo)管中的噴射器,該噴射器被配置成將柴油排放流體流噴射到排氣流中?;旌掀髟€包括定位于噴射器下游的第二混合器以及定位于第二混合器下游的第三混合器,第三混合器被配置成在與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上引起排氣流和柴油排放流體的混合物的第二渦流。在另ー個示例性實施例中,提供了一種用于在混合器元件中散布尿素流的方法,其中該方法包括從內(nèi)燃發(fā)動機接收排氣流進入到混合器元件中;在混合器元件的第一區(qū)域中在第一旋轉(zhuǎn)方向上引起排氣流的第一渦流;以及在第一區(qū)域下游將尿素流體噴射到排氣流中。該方法進ー步包括在混合器元件的第二區(qū)域中形成尿素流體和排氣流的徑向分量,其中該第二區(qū)域位于該第一區(qū)域的下游;以及,在與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上引起流體和排氣流的混合物的第二渦流,其中第二渦流形成于第二區(qū)域下游。本發(fā)明還提供了以下技術(shù)方案I、ー種混合器元件,所述混合器元件被放置于內(nèi)燃發(fā)動機排氣歧管和催化轉(zhuǎn)化器之間,所述混合器元件包括管狀導(dǎo)管,所述管狀導(dǎo)管接收來自所述內(nèi)燃發(fā)動機的排氣流;第一混合器,所述第一混合器被配置成在第一旋轉(zhuǎn)方向上引起所述排氣流的第一潤流;噴射器,所述噴射器在所述第一混合器下游設(shè)置于所述管狀導(dǎo)管中,所述噴射器被配置成將柴油機排放流體噴射到所述排氣流中;第二混合器,所述第二混合器定位于所述噴射器的下游;以及定位于所述第二混合器下游的第三混合器,所述第三混合器被配置成在與所述第ー旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上引起所述排氣流和所述柴油機排放流體的混合物的第ニ渦流。2、如方案I所述的混合器元件,其特征在于,所述第二混合器被配置成引起柴油機排放流體的徑向流。3、如方案I所述的混合器元件,其特征在于,來自所述第三混合器的所述排氣流和所述柴油機流體的混合物流包括軸向和切向的流分量。
      ·并且所述第三混合器包括螺旋式混合器。5、如方案4所述的混合器元件,其特征在于,所述第三混合器相對于所述第一混合器具有大致相反的取向。6、如方案I所述的混合器元件,其特征在于,所述第一混合器包括螺旋式混合器,并且所述第三混合器包括渦旋式混合器。7、如方案I所述的混合器元件,其特征在于,所述第三混合器包括具有貫穿孔的渦旋葉片,以改善柴油機排放流體液滴的破碎。8、如方案I所述的混合器元件,其特征在于,所述第二混合器包括沖擊混合器。9、如方案I所述的混合器元件,其特征在于,所述第一渦流包括小于第二軸向流分量的第一軸向流分量,其中所述第二軸向流分量比所述第一軸向流分量距所述管狀導(dǎo)管的軸線更近。10、如方案I所述的混合器元件,其特征在于,所述柴油機排放流體包括尿素。11、一種用于在混合器元件中散布尿素流的方法,所述方法包括接收來自內(nèi)燃發(fā)動機的排氣流進入到所述混合器元件中;在所述混合器元件的第一區(qū)域中在第一旋轉(zhuǎn)方向上引起所述排氣流的第一渦流;在所述第一區(qū)域的下游將尿素流體噴射到所述排氣流中;在所述混合器元件的第二區(qū)域中導(dǎo)致所述尿素流體和排氣流的徑向分量,其中所述第二區(qū)域位于所述第一區(qū)域的下游;以及在與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上引起所述流體和排氣流的第二渦流,其中在所述第二區(qū)域的下游形成所述第二渦流。12、如方案11所述的方法,其特征在于,引起所述流體和排氣流的第二渦流包括形成軸向和切向的流分量。13、如方案11所述的方法,其特征在于,通過螺旋式混合器引起所述第一渦流。14、如方案13所述的方法,其特征在于,形成所述第二渦流包括通過螺旋式混合器和渦旋式混合器中的ー種來形成所述第二渦流。15、如方案11所述的方法,其特征在于,包括在所述第一渦流內(nèi)形成流隧道,其中所述第一渦流的第一軸向分量的大小小于所述排氣流的第二軸向分量的大小,其中所述第ニ軸向分量比所述第一軸向分量距所述混合器元件的軸線更近。16、如方案11所述的方法,其特征在于,形成所述第二渦流包括通過渦旋葉片打碎所述混合物的液滴。17、如方案11所述的方法,其特征在于,導(dǎo)致所述尿素流的徑向分量包括使所述尿素流流動通過沖擊混合器。18、ー種放置于排氣歧管和催化轉(zhuǎn)化器之間的混合器元件,所述混合器元件包括管狀物,所述管狀物接收排氣流;第一混合器,所述第一混合器被配置成在第一旋轉(zhuǎn)方向上形成所述排氣流的第一 潤流;噴射器,所述噴射器在所述第一混合器下游設(shè)置于所述管狀物上,所述噴射器被配置成將流體流噴射到所述排氣流中;以及定位于所述噴射器下游的第二混合器,所述第二混合器包括葉片,其中,所述流體流的液滴撞擊所述葉片以形成被所述葉片引導(dǎo)從而與所述排氣流混合的小液滴。19、如方案18所述的混合器元件,其特征在于,所述第一混合器包括渦旋混合器,并且所述第二混合器包括沖擊混合器。20、如方案18所述的混合器元件,其特征在于,所述流體流包括柴油機排放流體或碳氫化合物。 上述特征和有益效果,以及本發(fā)明的其它特征和有益效果將從下面聯(lián)系附圖對本發(fā)明進行的詳細描述中變得顯而易見。


      本發(fā)明的主題,其被認為是發(fā)明點,將在說明書后面所附的權(quán)利要求中被特別指出并明確地要求保護。前面的內(nèi)容以及本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將從下面聯(lián)系附圖對本發(fā)明進行的詳細描述中變得顯而易見,附圖中圖I是內(nèi)燃發(fā)動機的一個實施例的示意圖;圖2A和2B是排氣后處通系統(tǒng)的實施例的不意圖;圖3是混合器元件的實施例的示意圖;圖4是混合器元件的另ー實施例的示意圖;圖5是混合器的實施例的透視圖;圖6是混合器的另ー實施例的透視圖;以及圖7是混合器的再另ー實施例的透視圖。
      具體實施例方式下面的描述在本質(zhì)上僅是示意性的,并非是對本發(fā)明、其應(yīng)用或用途的限定??梢岳斫獾皆谌康母綀D中,相應(yīng)的附圖標(biāo)記用來表示相似的或相應(yīng)的部分和特征。圖I是發(fā)動機系統(tǒng)100的一個實施例的不意圖。發(fā)動機系統(tǒng)100包括內(nèi)燃發(fā)動機102、排氣系統(tǒng)104和發(fā)動機控制器106。排氣系統(tǒng)104包括排氣歧管108、排氣后處理裝置110以及排氣導(dǎo)管112。氣缸116位于內(nèi)燃發(fā)動機102內(nèi),其中氣缸接收用于燃燒的空氣和燃料的混合物。燃燒用空氣/燃料混合物被燃燒,從而導(dǎo)致位于氣缸116中的活塞(未示出)的往復(fù)運動?;钊耐鶑?fù)運動轉(zhuǎn)動曲軸(未示出),以將動力輸送至車輛的動カ系(未示出),或者在內(nèi)燃發(fā)動機102被固定應(yīng)用的情況下輸送至發(fā)電機或這種動力(未示出)的其它固定接受器??諝?燃料混合物的燃燒使得排氣流118通過排氣歧管108并進入排氣后處理裝置110,其中排氣后處理裝置110包括排氣導(dǎo)管119、氧化催化劑120、混合器元件122和催化轉(zhuǎn)化器124。排氣后處理裝置110在排氣被釋放到大氣之前減少或處理排氣118中各種受到管理控制的成分。在一個示例性實施例中,混合器元件122接收被用于處理柴油機排氣流118的流體供給125,以符合排放法規(guī)。另外,包括將與排氣118混合的流體的示例性流體供給125,可以是可被稱為為柴油機排放流體或排放流體的尿素溶液。在示例性實施例中,在催化轉(zhuǎn)化器124中減少排氣污染物的過程 通過將尿素和排氣相混合而提高,其中被處理后的排氣126通過排氣導(dǎo)管112被釋放入大氣。排氣后處理裝置110和流體供給125可操作地聯(lián)接到發(fā)動機控制器106,并由發(fā)動機控制器106控制。發(fā)動機控制器106通過傳感器128a-128n來收集關(guān)于內(nèi)燃發(fā)動機102的操作的信息,例如是溫度(進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、發(fā)動機冷卻剤、外部環(huán)境等的溫度)、壓力、排氣流率、NOx濃度等,并因而可以調(diào)節(jié)噴入到混合器元件122中的流體的量。如這里使用的那樣,術(shù)語“控制器”是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一種或多種軟件或固件程序的(共用的、專用的或成組的)處理器和存儲器、組合邏輯電路、和/或提供所述功能的其它合適部件。如圖所示,流體供給125被用于催化還原反應(yīng),以減少排氣中的污染物。流體供給125可以為了減排的目的而包括能夠與來自內(nèi)燃發(fā)動機的排氣混合的任意合適的流體,例如用于還原NOx排放物的尿素溶液和/或用于柴油顆粒過濾器再生的碳氫化合物。在一種示例性排氣后處理裝置110中,流體供給125包括被噴射到排氣118中的尿素溶液。尿素水解生成的氨在催化轉(zhuǎn)化器124中與氮氧化物排放物反應(yīng)并轉(zhuǎn)化成氮氣和水,從而減少了內(nèi)燃發(fā)動機102的廢氣排放。圖2A是示例性排氣后處理裝置200的側(cè)視圖。該排氣后處理裝置200從內(nèi)燃發(fā)動機102 (圖I)接收排氣流118。排氣后處理裝置200包括導(dǎo)管202、氧化催化劑120、流體噴射器214、混合器元件122、催化轉(zhuǎn)化器124、以及排氣導(dǎo)管112。一種示例性流體噴射器214在排氣流118進入催化轉(zhuǎn)化器124之前在混合器元件122中將供給的排放流體噴入到將要混合的排氣流118中。混合器元件122被配置為向排氣流均勻散布所噴射的排放流體。因此,以液滴形式的排放流體(例如是尿素)在排氣流118中的改進的散布增強了催化轉(zhuǎn)化器124的能效。圖2B是另ー種示例性排氣后處理裝置220的側(cè)視圖。排氣后處理裝置220從內(nèi)燃發(fā)動機102 (圖I)接收排氣流232。排氣后處理裝置220包括混合器元件222、氧化催化劑224、顆粒過濾器226、排氣導(dǎo)管228、以及噴射器230。在一個示例性實施例中,噴射器230在排氣流232進入氧化催化劑224之前將碳氫化合物的流體供給噴入到排氣流232中,以便由混合器元件222混合或在其中被混合?;旌掀髟?22被配置成向排氣流232均勻散布所噴射的流體。因此,碳氫化合物在排氣流232中的改進的散布增強了氧化催化劑224和顆粒過濾器226的能效,由此產(chǎn)生可以被釋放到大氣的處理后的排氣234。圖3-圖7詳細討論了混合器元件122、222示例性實施例,其可以被用于圖2A和圖2B中所示的排氣后處理裝置200、220的任ー實施方式中。圖3是示例性混合器元件122的側(cè)視圖。在本實施例中,混合器元件122包括管狀導(dǎo)管302,混合器304,混合器306,混合器308,流體噴射器214,以及進ロ錐216 (與轉(zhuǎn)化器相聯(lián)接)?;旌掀髟?22從導(dǎo)管202 (圖2)中接收排氣流118,并引導(dǎo)排氣流118通過混合器304以產(chǎn)生渦流312,其在方向314上具有漩渦或旋轉(zhuǎn)的流動。示例性流體噴射器214將流體318,例如是尿素,噴入渦流312,隨后流體318和排氣流118被向下游340朝向混合器306引導(dǎo)。示例性混合器306具有這樣的幾何形狀或結(jié)構(gòu),即所述幾何形狀或機構(gòu)能夠?qū)е滤鶉娚涞牧黧w318破碎成為小液滴,以增強其與排氣流118的混合,從而形成混合物322。在一個示例性實施例中,混合物322在其向下游340流動時在方向314上獲取ー個渦流流動?;旌衔?22的渦流流動包括由混合器306引起的被噴射流體的徑向流分量320。另外,混合物322流入混合器308,在這里由混合器308的幾何形狀形成渦流324。被噴射流體和排氣的混合物322的渦流324在與方向314相反的方向326上形成旋轉(zhuǎn)或漩渦。在一個實施例中,渦流324包括徑向流分量328和軸向流分量330。此外,渦流312和324包括切向分量,其中所述切向分量分別在方向314和326上引起旋轉(zhuǎn)的漩渦。在混合器元件122的一個示例性實施例中,渦流312和324的切向流包括大于徑向方向上的流分量的切向流分量。另外,渦流312和324的形成導(dǎo)致排氣流118中的流體318的破碎和霧化,同時增加了用于將噴射的流體與排氣流118進行混合的流路的長度或路徑;而沒有増加混合器元件122的總長度339。此外,示例性混合器元件122包括引起混合物流332膨脹的進ロ錐216,從而進一步增強了被噴射流體,例如是尿素,在排氣流中的散布。如圖所示,渦流312在混合器元件122的第一區(qū)域342中形成。流體318被噴入渦流312中并且由混合器306打碎,導(dǎo)致被噴射流體在第二下游區(qū)域344中的徑向流320。在一些實施例中,噴射器214可以被用來噴射碳氫化合物,例如是柴油,以與渦流312混合從而使碳氫化合物流體與排氣118混合。因此,流體318、排放流體以及噴射的流體是指任意合適的排氣處理流體,包括,但不限于尿素、柴油、或其它合適的流體。流體噴射器214和混合器304、306和308 —起的配置提供了流入催化轉(zhuǎn)化器124中的散布的噴射流體和排氣的混合流332?;旌掀髟?22的示例性管狀結(jié)構(gòu)302具有直徑336,軸線338和長度339。圖示的混合器元件122的布置在限制長度339以滿足封裝需求的同時,提供了被噴射流體318與排氣流118的期望的散布和混合,以增強催化轉(zhuǎn)化器124的操作。相應(yīng)地,渦流312和324通過具有由相反的流動方向314和326導(dǎo)致的扭曲效果來改善混合。該扭曲效果通過使用相對于下游混合器具有相反取向的混合器來獲得,其中相反的取向?qū)е铝讼喾吹匿鰷u渦流流動。混合器304、306和308沿長度339在選定的軸向位置處被放置于混合器元件122之內(nèi),并且可以具有任意合適的混合器幾何形狀或取向以獲得被噴射流體318和排氣流118的期望混合。在一個示例性實施例中,混合器304和流體噴射器214之間的距離341大約與直徑336相同。流體噴射器214和混合器306之間的距離342被確定成優(yōu)化被噴射流體318的破碎。此外,混合器306和308之間的距離344可以高達三倍直徑336。示例性距離344可以包括一半、一倍、兩倍或者三倍直徑336?;旌掀?04、306和308的非限制性實例包括螺旋式混合器,渦旋式混合器和沖擊混合器。
      圖4 一種示例性混合器元件400的側(cè)視圖?;旌掀髟?00包括管狀導(dǎo)管402,混合器404,混合器406,流體噴射器414,和進ロ錐428?;旌掀髟?00從導(dǎo)管202 (圖2)接收排氣流118并且引導(dǎo)排氣流通過混合器404以產(chǎn)生具有在方向412上的旋轉(zhuǎn)流動的渦流410。流體噴射器414在排氣流流向下游440時向渦流410中噴射流體416,從而形成混合物417。被噴射流體和排氣的混合物417進入混合器406,混合器406形成在旋轉(zhuǎn)方向420上流動的渦流418。被噴射流體416和排氣118的渦流418沿著與方向412相反的方向420渦旋,從而建立起扭曲效果以改善混合。在一個實施例中,渦流418包括流的徑向分量422和軸向分量424。此外,渦流410和418包括切向分量,其中切向分量分別在方向412和420上導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)的漩渦。流體噴射器414與混合器404和406 —起的配置提供了流向催化轉(zhuǎn)化器124的散布的噴射流體416和排氣118的均勻流426。這樣,圖示的混合器元件400的布置提供了被噴射流體在長度430上的改進的散布,其使得混合器元件400能夠在改善排放控制的同時滿足設(shè)計和封裝的約束?;旌掀?04和406沿長度430在選定的軸向位置處被放置于混合器元件400之內(nèi),并且可以具有任意合適的混合器幾何形狀或取向以產(chǎn)生對流體416和排氣118的期望流動控制和混合?;旌掀?04和406的非限制性的實例包括螺旋式混合器、渦旋式混合器以及沖擊混合器。所以,應(yīng)當(dāng)注意圖3和圖4的示意圖 顯示了被放置于混合器元件122和400中的混合器(304,306,308,404,406),其中,混合器可以是在混合器元件122和400內(nèi)的選定位置處提供了期望的混合和流量控制特性的任意合適的混合器結(jié)構(gòu)和幾何形狀。被放置于混合器元件122和400中的示例性混合器將在下面將參考圖5-7進行更進ー步的詳細討論。參考圖3和圖4,示例性混合器元件122和400被配置成改進被噴射流體318和416在排氣流118中的散布。這些實施例包括被配置成形成渦流(312,324,410,418)的混合器,其中下游的渦流(324,418)與上游的渦流(312,410)相比具有沿相反方向的旋轉(zhuǎn)或渦旋流動。由此,上下游流動中的扭曲或反向旋轉(zhuǎn)在排氣流118中導(dǎo)致了被噴射流體318和416的改進的混合。例如,尿素的改進混合和散布在混合物流進催化轉(zhuǎn)化器124時改善了尿素液滴的氣化。此外,混合器元件122和400的構(gòu)造使得在管狀導(dǎo)管302、402的減小長度上能夠改善混合,從而在滿足封裝約束的更小封裝中提供減少的排放。在管狀導(dǎo)管339和排氣后處理裝置110 (圖I)的長度有利于尿素的混合的一些實施例中,不帶有混合器304的混合器元件122可以獲得理想的排放減少。圖5是ー種示例性螺旋式混合器500,其可以被放置于混合器元件中,例如是混合器元件122或400 (圖3和圖4)。螺旋式混合器500包括定位于管狀套筒508之內(nèi)的葉片502、葉片504和葉片506。螺旋式混合器500被配置成在流體流向下游340流動時接收所述流體流,從而形成漩渦或渦流模式512。在該實施例中,渦流模式512可以被稱作流隧道(flow tunnel),其中潤流512繞大致軸向的流514形成潤旋或旋轉(zhuǎn)流的隧道。軸向流516還在渦流512的徑向外側(cè)向下游340流動。相應(yīng)地,軸向流514的大小可以比軸向流516大,其中軸向流514距管狀套筒508的軸線較近,而軸向流516距管狀套筒508的外周較近。圖示的流動行為是由示例性螺旋式混合器400的幾何形狀導(dǎo)致的。因而,示例性螺旋式混合器400被配置成產(chǎn)生具有比軸向流分量516大的軸向流分量514的渦流模式512。圖6是ー種示例性渦旋式混合器600,其可以被放置于混合器元件122或400中(圖3和圖4)。渦旋式混合器600包括被定位于管狀套筒(未示出)內(nèi)的葉片602、葉片604、葉片606、葉片608以及支撐構(gòu)件610。葉片602,604,606和608的表面區(qū)域進ー步加強了被噴射流體的氣化,例如是流經(jīng)渦旋式混合器600的尿素流318和416(圖3和圖4)。渦旋式混合器600的實施例可以包括葉片602,604,606和608中的貫穿孔612,以加強流體液滴的破碎。圖示的渦旋式混合器600被配置成形成流體流的渦流模式614,例如是流向下游340的排氣流118(圖3和圖4)或是流向下游340的被噴射流體和排氣的混合物(324,418,圖 3 和 4)。圖7是ー種示例性沖擊混合器700,其可以被放置于混合器元件122或400中(圖3和圖4)。沖擊混合器700包括被定位于管狀套筒(未示出)內(nèi)的葉片702和支撐構(gòu)件704。沖擊混合器700被配置成由在混合器元件122和400(圖3和圖4)中流動的流體撞擊。沖擊混合器700包括可以導(dǎo)致流體流被破碎為更小的組分并沿期望方向流動的合適的結(jié)構(gòu)或幾何形狀。特別地,沖擊混合器700包括葉片702 (也被稱為翅片),其中,被噴射的排放流體的液體撞擊葉片702以形成由葉片702引導(dǎo)以與排氣流混合的小液滴或蒸汽。示例性沖擊混合器700增強了流體的氣化,以改善關(guān)于排氣的散布和混合。例如,混合器306 (圖3)可以是帶有葉片702的沖擊混合器700,葉片702導(dǎo)致所噴射流體318 (圖3)破碎為液滴并沿徑向方向320 (圖3)流動,由此在混合物向下游340流動時改善了被噴射流 體在排氣中的散布。參考附圖3-7,在混合器元件122的一個示例性實施例中,混合器304和308各自都是螺旋式混合器500,而混合器306是沖擊混合器700。螺旋式混合器304,500形成渦流312和瑞流,以導(dǎo)致軸向流動的流體318的液滴發(fā)生文丘里效應(yīng)(Venturi effect)。文丘里效應(yīng)可以導(dǎo)致流體318的液滴的霧化或和破碎,以改善在排氣流118中的散布。混合器304,306和308在混合器元件122中的布置和幾何形狀為催化轉(zhuǎn)化器124中的改善的催化還原反應(yīng)提供了流體流318的改善的散布。而且,該布置允許在具有排氣系統(tǒng)封裝約束的發(fā)動機系統(tǒng)100 (圖I)中使用改進的混合器元件122。在示例性混合器元件122的另ー個實施例中,混合器308是渦旋式混合器600,而混合器306是沖擊混合器700。另外,混合器304是螺旋式混合器500。在該實例中,這種布置導(dǎo)致了分別沿相反方向314和326流動的渦流312和324的扭曲和湍流,結(jié)果是改善了被噴射流體318和排氣流118的混合。在混合器元件400的一個示例性實施例中,混合器404是渦旋式混合器600,而混合器406是沖擊混合器700。渦旋式混合器404,600產(chǎn)生了這樣的渦流,所述渦流能夠在排氣流118中增進流體416的液滴破碎、增強霧化以及増加混合長度,從而改善了與排氣118的混合。沖擊混合器406,700在下游340產(chǎn)生額外的湍流以增強被噴射流體416的散布。雖然參考示例性實施例來對本發(fā)明進行描述,但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解到還可以做出各種不同的變化,并且在不脫離本發(fā)明范圍的情況下等同的元件可以被替代。另外,可作出多種改變以使特定的情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo),而不脫離本發(fā)明的實質(zhì)范圍。因此,本發(fā)明并不局限于公開的特定實施例,而是包括所有落入本申請范圍內(nèi)的實施例。
      權(quán)利要求
      1.ー種混合器元件,所述混合器元件被放置于內(nèi)燃發(fā)動機排氣歧管和催化轉(zhuǎn)化器之間,所述混合器元件包括 管狀導(dǎo)管,所述管狀導(dǎo)管接收來自所述內(nèi)燃發(fā)動機的排氣流; 第一混合器,所述第一混合器被配置成在第一旋轉(zhuǎn)方向上引起所述排氣流的第一渦流; 噴射器,所述噴射器在所述第一混合器下游設(shè)置于所述管狀導(dǎo)管中,所述噴射器被配置成將柴油機排放流體噴射到所述排氣流中; 第二混合器,所述第二混合器定位于所述噴射器的下游;以及 定位于所述第二混合器下游的第三混合器,所述第三混合器被配置成在與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上引起所述排氣流和所述柴油機排放流體的混合物的第二渦流。
      2.如權(quán)利要求I所述的混合器元件,其特征在于,所述第二混合器被配置成引起柴油機排放流體的徑向流。
      3.如權(quán)利要求I所述的混合器元件,其特征在于,來自所述第三混合器的所述排氣流和所述柴油機流體的混合物流包括軸向和切向的流分量。
      4.如權(quán)利要求I所述的混合器元件,其特征在于,所述第一混合器包括螺旋式混合器,并且所述第三混合器包括螺旋式混合器。
      5.如權(quán)利要求4所述的混合器元件,其特征在于,所述第三混合器相對于所述第一混合器具有大致相反的取向。
      6.如權(quán)利要求I所述的混合器元件,其特征在于,所述第一混合器包括螺旋式混合器,并且所述第三混合器包括渦旋式混合器。
      7.如權(quán)利要求I所述的混合器元件,其特征在于,所述第三混合器包括具有貫穿孔的渦旋葉片,以改善柴油機排放流體液滴的破碎。
      8.如權(quán)利要求I所述的混合器元件,其特征在于,所述第二混合器包括沖擊混合器。
      9.一種用于在混合器元件中散布尿素流的方法,所述方法包括 接收來自內(nèi)燃發(fā)動機的排氣流進入到所述混合器元件中; 在所述混合器元件的第一區(qū)域中在第一旋轉(zhuǎn)方向上引起所述排氣流的第一渦流; 在所述第一區(qū)域的下游將尿素流體噴射到所述排氣流中; 在所述混合器元件的第二區(qū)域中導(dǎo)致所述尿素流體和排氣流的徑向分量,其中所述第ニ區(qū)域位于所述第一區(qū)域的下游;以及 在與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上引起所述流體和排氣流的第二渦流,其中在所述第二區(qū)域的下游形成所述第二渦流。
      10.ー種放置于排氣歧管和催化轉(zhuǎn)化器之間的混合器元件,所述混合器元件包括 管狀物,所述管狀物接收排氣流; 第一混合器,所述第一混合器被配置成在第一旋轉(zhuǎn)方向上形成所述排氣流的第一渦流; 噴射器,所述噴射器在所述第一混合器下游設(shè)置于所述管狀物上,所述噴射器被配置成將流體流噴射到所述排氣流中;以及 定位于所述噴射器下游的第二混合器,所述第二混合器包括葉片,其中,所述流體流的液滴撞擊所述葉片 以形成被所述葉片引導(dǎo)從而與所述排氣流混合的小液滴。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及排氣混合器元件以及用于混合的方法。具體地,根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供了一種被放置于內(nèi)燃發(fā)動機排氣歧管和催化轉(zhuǎn)化器之間的混合器元件。該混合器元件包括從內(nèi)燃發(fā)動機接收排氣流的管狀導(dǎo)管;配置成在第一旋轉(zhuǎn)方向上引起排氣流的第一渦流的第一混合器;以及在第一混合器下游設(shè)置于管狀導(dǎo)管中的噴射器,該噴射器被配置成向排氣流中噴射柴油機排放流體?;旌掀髟€包括定位于噴射器下游的第二混合器和定位于第二混合器下游的第三混合器,第三混合器被配置成在與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上引起排氣流和柴油機排放流體的混合物的第二渦流。
      文檔編號F01N3/20GK102678233SQ20121015375
      公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月14日
      發(fā)明者J·李, K·奧凱恩, R·米塔爾, S·任 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司
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