用于混合排气的混合器制造技术

本申请公开了用于排气混合器的方法和系统。在一个示例中，一种系统可以包括在排气管外部的外环形部分和排气管内部的内环形部分，其中外环形部分包括沿下游方向围绕排气管延伸的螺旋翅片。

【技术实现步骤摘要】
用于混合排气的混合器
本说明书总体涉及用于排气混合器的方法和系统。
技术介绍
为了满足严格的美国联邦政府排放标准，发动机系统可以被配置有用于减少排放物的多种技术。具体地，可能期望解决氮氧化物(NOx)的排放。用于减少NOx的两种示例性技术可以包括排气再循环(EGR)和选择性催化还原(SCR)装置。通过EGR来减少NOx包括将可控比例的发动机排气再循环回到进气通道中以便与进气组合。EGR的添加可能不在化学方面参与燃烧(例如，该气体基本上是惰性的)并且可以减小可用于燃烧的汽缸内容物的量。这可能导致相应较低的峰值汽缸温度和热量释放。这样一来，可以减少NOx排放量。通过SCR装置来减少NOx包括由SCR装置促进的NOx与氨(NH3)之间的还原反应，所述还原反应将NOx转化成氮气(N2)和水(H2O)。通过将尿素喷射到排气路径内，将NH3引入SCR催化剂的上游的发动机排气系统中，或者在上游催化剂中产生NH3。在高温条件下，尿素熵分解为NH3。然而，如本文专利技术人所认识到的，在使EGR流入进气通道中和/或将尿素喷射到排气通路中时可能出现问题。在一个示例中，在进气通道在多缸发动机的上游分开之前，EGR被引入进气通道中。期望的EGR与进气空气的混合可能难以在各种发动机速度/负载下实现，这可能导致EGR/进气空气混合物的不均匀分布。例如，一个汽缸可能接收过多的EGR，从而可能导致增加的微粒排放，并且另一个汽缸可能接收过少的EGR，从而可能导致增加的NOx排放。作为第二示例，尿素可能与排气不良地混合(例如，排气的第一区域比排气通道的排气的第二区域具有更高的尿素浓度)，这可能导致SCR的不良涂覆以及排放物(例如，NOx)与SCR之间的不良反应性。另外，在排气中过度混合和搅动尿素同样可能引起问题，诸如沉积物增加。因此，将EGR引入进气通道中以及将尿素引入排气通道中都可能屈服于不良混合。对解决不充分混合的尝试包括在EGR出口与进气通道之间的接合部处引入混合装置，和/或在尿素喷射器的下游及SCR装置的上游引入混合装置，以使得EGR或尿素的分散可以更均匀。进一步的尝试包括以下各项中的一个或多个：调整气门功能以便将背压引入进气通道和/或排气通道、和/或包括具有旋流器和/或其他湍流产生特征件的喷射器。然而，本文的专利技术人已经认识到有关此类方法的潜在问题。作为一个示例，装置的混合潜力可能受到限制。作为一个示例，静态混合器可能由于其缺乏真空或其他混合辅助特征件所导致的气流速度而受到限制。因此，可以增加混合器的尺寸以克服对气体速度的依赖。然而，增加混合器的尺寸可能导致增加气体通道的尺寸，从而最终要求对气体通道的设计进行重大修改。这可能会增加车辆的生产成本。
技术实现思路
在一个示例中，上述问题可以通过一种混合器来解决，所述混合器可以包括在排气管外部的外环形部分和在排气管内部的内环形部分，其中外环形部分包括沿下游方向围绕排气管延伸的螺旋翅片(spiralfin)。以此方式，排气可以与混合器的内部部分和外部部分相互作用以增加排气均匀性。作为一个示例，外环形部分可以包括位于排气管与外表面之间的外部通道。螺旋翅片可以在将排气流引导到排气通道中的内环形部分之前调整通过外部通道的排气流。内环形部分可以使排气通道收缩，其中沿着内环形部分的环形穿孔产生真空。该真空可以促进到外环形部分和内环形部分中的排气流。这样一来，排气混合可以在排气流过混合器的各个部分时增加。这也可能与还原剂喷射一起发生。因此，混合到排气装置上游的排气中的还原剂可以增加。应理解，提供以上概述来引入在具体实施方式中进一步描述的概念选择的简单形式。这并不意味着识别要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由随附于具体实施方式的权利要求书唯一限定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决以上或本公开中任何部分所记录的任何缺点的实施方式。附图说明图1示出了具有单个汽缸的发动机，其具有布置在耦接到汽缸的排气通道中的混合器。图2示出了混合器的第一实施例。图3示出了第一实施例的透视图。图4示出了围绕排气管的外表面横贯的螺旋翅片。图5通过第一实施例的截面图示出了示例性排气流。图6示出了混合器的第二实施例。图7A和图7B示出了第二实施例的扭曲叶片。图8通过第二实施例的截面图示出了示例性排气流。图2-8大致按比例显示。具体实施方式以下描述涉及用于布置在排气通道中的混合器的系统和方法，如图1所示。在第一实施例中，该混合器包括围绕排气管的外周界定位的外环形部分以及围绕排气管的内周界定位的内环形部分。如图2所示，外环形部分和内环形部分都被配置成接收来自排气通道的排气。如图3所示，混合器和排气管的横截面揭示了布置在排气管与外环形部分之间的螺旋翅片(spiralfin)。外环形部分还包括还原剂喷射器，所述还原剂喷射器被定位成喷射到位于外环形表面、排气管和翅片中的每个之间的空间中。在图4中省略了外环形部分以更好地示出螺旋翅片的结构。外环形部分和内环形部分可以协同地工作，以便不仅增加排气的流动路径，而且还将涡流和/或湍流施加到排气，使得可以发生更大量的排气混合。在图5中示出了通过混合器的第一实施例的排气混合的示例。在第二实施例中，混合器包括具有U形流动路径的外环形部分。该流动路径沿第一方向引导排气，之后沿着与第一方向相反的第二方向重新引导排气。外环形部分在直接位于一个或多个扭曲(twisted)叶片上游的位置处接收来自排气通道的排气。如图6所示，外环形部分在一个或多个扭曲叶片之间的位置处将排气排出到排气通道。在图7A和图7B中更详细地示出了扭曲叶片，其中扭曲叶片包括上游叶片和下游叶片。在一个示例中，上游叶片在与下游叶片的取向和/或扭曲相反的方向上进行取向和/或扭曲。混合器被配置成通过增加排气流路径并将涡流和/或湍流施加到排气上来增加排气混合。在图8中示出了通过混合器的示例性排气流。图1-8通过各种部件的相对定位示出了示例性配置。如果被示出为彼此直接接触或直接耦接，那么至少在一个示例中，此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，被示为连续或彼此邻近的元件可以分别是连续或彼此邻近的。作为示例，处于彼此面共享接触的部件可以被称为面共享接触。作为另一个示例，在至少一个示例中，彼此间隔开定位并且其间只有空间而无其他部件的元件可以被这样称呼。作为又一个示例，被示出为处于彼此上方/下方、处于彼此相对侧、或处于彼此左右的元件可以相对于彼此被这样称呼。此外，如图所示，在至少一个示例中，最顶元件或最顶元件点可以被称为部件的“顶部”，并且最底元件或最底元件点可以被称为部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上/下、上方/下方可以相对于附图的垂直轴线(axis)而言，并且可以用于描述图中元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，被示出位于其他元件上方的元件垂直地定位在其他元件上方。作为又一个示例，图中所描绘的元件形状可以被称为具有那些形状(例如像为圆形的、直的、平面的、弯曲的、圆润的、倒角的、成角度的等)。此外，在至少一个示例中，被示出为彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个示例中，被示出在另一个元件之内或被示出在另一个元件之外的元件可以被这样称呼。应当理解的是，根据制造公差(例如，在1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合器，其包括：在排气管外部的外环形部分；以及在所述排气管内部的内环形部分，其中所述外环形部分包括沿下游方向围绕所述排气管延伸的螺旋翅片。

【技术特征摘要】
2017.04.27 US 15/499,3271.一种混合器，其包括：在排气管外部的外环形部分；以及在所述排气管内部的内环形部分，其中所述外环形部分包括沿下游方向围绕所述排气管延伸的螺旋翅片。2.根据权利要求1所述的混合器，其中所述螺旋翅片包括沿着第一轴线布置的第一端部和沿着第二轴线布置的第二端部，并且其中所述第一轴线与所述第二轴线间隔开，并且所述第一轴线相对于来自发动机的排气流的方向位于所述第二轴线的上游，其中所述外环形部分在所述第一轴线上游流体耦接到所述排气管的排气通道，并且其中所述外环形部分在所述第二轴线下游流体耦接到所述内环形部分。3.根据权利要求1所述的混合器，其中所述外环形部分和所述内环形部分是中空的并且关于所述排气管的中心轴线是对称的。4.根据权利要求1所述的混合器，其中所述外环形部分包括相对于所述排气管成角度的外表面，并且其中喷射器耦接到所述外表面并被定位成喷射到所述外环形部分与所述排气管之间的流动空间内。5.根据权利要求1所述的混合器，其中所述内环形部分是弯曲的并且在下游方向上包括C形截面，并且其中所述内环形部分包括沿其中心轴线定位的文氏管通道，其中所述内环形部分在所述文氏管通道的文氏管入口、文氏管喉部和文氏管出口中的每一个处流体耦接到排气通道。6.根据权利要求1所述的混合器，其中所述外环形部分和所述内环形部分经由一个或多个穿孔流体耦接。7.根据权利要求1所述的混合器，其还包括位于所述排气管外部的环形混合通道，其中所述混合通道被分成内通道和外通道，所述内通道在一个或多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小钢，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US