本發(fā)明涉及一種用于排氣后處理系統(tǒng)的雙螺旋推運器混合系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

此部分提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，其不一定是現(xiàn)有技術(shù)。

已經(jīng)結(jié)合降低燃燒發(fā)動機的排氣中存在的氮氧化物來使用選擇性催化還原技術(shù)。許多利用燃燒發(fā)動機的車輛裝備有用于減少氮氧化物排放物的排氣后處理裝置。這些系統(tǒng)中的一些系統(tǒng)包括用于將還原劑(例如，尿素)從儲箱傳輸至排氣流的還原劑遞送系統(tǒng)?；旌掀骺梢员惶峁┯糜谠谶€原劑到達與其進行反應(yīng)的催化劑之前使注入的還原劑與排氣進行混合。雖然這些系統(tǒng)可能在過去表現(xiàn)良好，仍可以希望的是提供一種改善的混合系統(tǒng)，該混合系統(tǒng)能夠裝配在有限的封裝空間中并且可以更高效地使還原劑分解和霧化并且使還原劑和排氣流混合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

此部分提供本發(fā)明的總體概述、而不是其全部范圍或其全部特征的全面披露。

在一種形式中，本發(fā)明提供了一種用于排氣后處理系統(tǒng)的混合系統(tǒng)。該混合系統(tǒng)可以包括第一混合裝置和第二混合裝置。該第一混合裝置可以包括多個第一螺旋推運器葉片，該多個第一螺旋推運器葉片被附接至中央軸并且限定穿過該第一混合裝置的多個流動路徑。這些第一螺旋推運器葉片中的每一個可以彼此軸向地對齊并且彼此成角度地間隔開。該第二混合裝置可以與該第一混合裝置分離并且不同、并且可以被布置在該第一混合裝置的下游。該第二混合裝置可以包括第二螺旋推運器葉片。由該第一混合裝置產(chǎn)生的該多個流動路徑可以重新合并到在該第一混合裝置與該第二混合裝置之間的單個流動路徑中。

在另一種形式中，本發(fā)明提供了一種用于排氣后處理系統(tǒng)的混合系統(tǒng)。該混合系統(tǒng)被布置在排氣管內(nèi)并且可以包括第一混合裝置和第二混合裝置以及擋板。該第一混合裝置可以包括多個第一螺旋推運器葉片，該多個第一螺旋推運器葉片限定穿過該第一混合裝置的多個流動路徑。該第二混合裝置可以與該第一混合裝置分離并且不同、并且可以被布置在該第一混合裝置的下游。該第二混合裝置可以包括第二螺旋推運器葉片。由該第一混合裝置產(chǎn)生的該多個流動路徑可以重新合并到在該第一混合裝置與該第二混合裝置之間的單個流動路徑中。該擋板可以與該第二混合裝置分離并且不同、并且可以被布置在該第二混合裝置的下游。

在另一種形式中，本發(fā)明提供了一種用于排氣后處理系統(tǒng)的混合系統(tǒng)，該混合系統(tǒng)包括第一混合裝置，該第一混合裝置具有多個第一螺旋推運器葉片以及具有第一橫截面積的入口。第二混合裝置與該第一混合裝置分離并且在該第一混合裝置的下游并且包括第二螺旋推運器葉片。該第二混合裝置包括具有大于該第一橫截面積的第二橫截面積的入口。由該第一混合裝置產(chǎn)生的多個流動路徑重新合并到在該第一混合裝置與該第二混合裝置之間的單個流動路徑中。該第一混合裝置的縱向中心線與該第二混合裝置的縱向中心線偏離。

在一些構(gòu)型中，該擋板包括多個第一孔口、多個第二孔口和多個第三孔口。這些第一孔口可以被布置成靠近該擋板的周邊并且各自小于這些第二和第三孔口。這些第二孔口可以徑向地布置在這些第一孔口與這些第三孔口之間并且各自小于這些第三孔口。這些第三孔口可以被安排成靠近該擋板的中心。

在一些構(gòu)型中，該第一混合裝置包括漸縮中央軸，這些第一螺旋推運器葉片圍繞該漸縮中央軸延伸。

在一些構(gòu)型中，該第二混合裝置包括中央軸，該第二螺旋推運器葉片圍繞該中央軸延伸。該中央軸可以包括軸向地延伸穿過其中的孔口。

在一些構(gòu)型中，這些第一螺旋推運器葉片中的每一個包括多個孔口。

在一些構(gòu)型中，這些第一螺旋推運器葉片中的每一個圍繞中央軸延伸180度。

在一些構(gòu)型中，這些第一螺旋推運器葉片圍繞該中央軸在相同的旋轉(zhuǎn)方向上延伸。

在一些構(gòu)型中，該第二螺旋推運器葉片中包括多個孔口。

在一些構(gòu)型中，該第二螺旋推運器葉片中圍繞中央軸延伸360度。

在一些構(gòu)型中，該第二螺旋推運器葉片圍繞第二中央軸延伸在180度至720度之間。

在一些構(gòu)型中，該第二混合裝置僅包括單個螺旋推運器葉片。

在一些構(gòu)型中，該第一混合裝置被布置在該排氣管的第一部分內(nèi)，并且該第二混合裝置和該擋板被布置在該排氣管的第二部分中。該第二部分可以具有與該第一部分相比更大的直徑。

在一些構(gòu)型中，該第一部分的縱向中心線與該第二部分的縱向中心線偏離。

在另一種形式中，本發(fā)明提供了一種排氣后處理系統(tǒng)，該排氣后處理系統(tǒng)包括混合系統(tǒng)、被布置在第一混合裝置的上游的還原劑注射器、以及被布置在擋板的下游的催化劑。

從本文所提供的說明將清楚其他適用范圍。本概述中的說明和具體實例僅旨在用于展示的目的而并非旨在限制本發(fā)明的范圍。

附圖說明

在此描述的附圖僅是出于對所選擇實施例的而不是對所有可能實施方式的展示性目的，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。

圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的具有混合系統(tǒng)的排氣后處理系統(tǒng)的示意性表示；

圖2是其中布置有圖1的混合系統(tǒng)的排氣管的一部分的透視圖；

圖3是混合系統(tǒng)的第一混合裝置的透視圖；

圖4是第一混合裝置的側(cè)視圖；

圖5是第一混合裝置的端視圖；

圖6是混合系統(tǒng)的第二混合裝置的側(cè)視圖；

圖7是第二混合裝置的透視圖；

圖8是第二混合裝置的端視圖；

圖9是混合系統(tǒng)的擋板的端視圖；

圖10是替代混合系統(tǒng)的一部分的透視圖；并且

圖11是替代混合系統(tǒng)的一部分的示意圖。

貫穿附圖的這若干視圖，相應(yīng)的參考數(shù)字指示相應(yīng)的部分。

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述多個示例實施例。

提供了多個示例實施例從而使得本發(fā)明將是詳盡的，并將其范圍充分地告知本領(lǐng)域的技術(shù)人員。闡述了許多特定的細節(jié)，例如特定的部件、裝置和方法的示例，以提供對本發(fā)明的實施例的詳盡理解。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯然地不必采用特定的細節(jié)，而可以用多種不同的形式實施示例實施例、并且這些特定的細節(jié)都不應(yīng)解釋為是對本發(fā)明的范圍的限制。在一些示例實施例中，對周知過程、周知裝置結(jié)構(gòu)、以及周知技術(shù)不做詳細描述。

本文所使用的術(shù)語僅是出于描述特定示例實施例的目的而并不旨在限制。如本文所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”可以旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另外指明。術(shù)語“包括”、“含有”、“包含”和“具有”都是包括性的并且因此指定所陳述特征、整合物、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或加入一種或多種其他特征、整合物、步驟、操作、元件、部件和/或它們的集合。本文所描述的這些方法步驟、過程和操作不應(yīng)被解釋為必須要求它們按所討論或展示的特定順序執(zhí)行，除非特別指出執(zhí)行順序。還應(yīng)當(dāng)理解的是，可以采用另外的或替代性的步驟。

當(dāng)一個元件或?qū)由婕啊霸凇稀?、“接合到”、“連接到”、或“聯(lián)接到”另一元件或?qū)訒r，它可以是直接在該另一元件或?qū)由?、接合、連接或聯(lián)接到該另一元件或?qū)?，或者可以存在中間元件或?qū)?。相比之下，?dāng)一個元件涉及“直接在……上”、“直接接合到”、“直接連接到”或“直接聯(lián)接到”另一元件或?qū)訒r，就可能不存在中間元件或?qū)印Ｓ糜诿枋鲞@些元件之間關(guān)系的其他詞語應(yīng)當(dāng)以類似的方式進行解釋(例如，“之間”與“直接之間”，“相鄰”與“直接相鄰”等)。如本文所使用的，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)聯(lián)的所列項目的一項或多項的任意和所有組合。

雖然術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用來描述不同的元件、部件、區(qū)域、層和/或區(qū)段，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或區(qū)段不應(yīng)該受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語可以僅用于將一個元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段與另一個區(qū)域、層或部分區(qū)分開。術(shù)語如“第一”、“第二”和其他數(shù)字術(shù)語在本文使用時并不暗示序列或順序，除非上下文明確指出。因此，下文中討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段可以被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段，而不偏離示例性實施例的傳授內(nèi)容。

空間相關(guān)術(shù)語，例如“內(nèi)”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等在本文中是為了使得對如這些附圖中所展示的一個元件或特征相對另一個或多個元件或者一個或多個特征的關(guān)系的描述易于闡釋?？臻g相關(guān)術(shù)語可以旨在涵蓋除了在附圖中描述的取向之外的、裝置在使用或操作中的不同取向。例如，如果裝置在這些附圖中被翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件將被取向為在其他元件或特征“上方”。因此，示例性術(shù)語“下方”可以涵蓋上方和下方兩種取向。該裝置可以被另外定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他取向)，并且本文所使用的空間相關(guān)描述符做出相應(yīng)的解釋。

參照圖1，提供了排氣后處理系統(tǒng)10，該排氣后處理系統(tǒng)可以包括排氣管12、還原劑遞送系統(tǒng)14、混合系統(tǒng)16和被布置在混合系統(tǒng)16的下游的后處理裝置17。排氣管12可以接收從燃燒發(fā)動機11排出的排氣。排氣在被排放到周圍環(huán)境之前可以流動穿過排氣管12、混合系統(tǒng)16和后處理裝置17。后處理裝置17可以例如包括選擇性催化還原(scr)催化器或scr涂覆的柴油機顆粒過濾器(dpf)。還原劑遞送系統(tǒng)14可以包括還原劑儲箱18和注射器19(在圖1和圖2中示意性示出)，該注射器被配置成用于將還原劑(例如，尿素)注射到混合系統(tǒng)16上游的排氣管12中?；旌舷到y(tǒng)16在減小的軸向路徑內(nèi)在排氣流中進行分解和霧化、并且通過在排氣流中引入與穿過排氣管12的自然軸向排氣流動路徑相反的徑向流動分量來增加駐留在排氣流中的顆粒?；旌舷到y(tǒng)16產(chǎn)生一系列的軸向流動、徑向流動、微流動、宏流動及其組合以使系統(tǒng)能量變化，從而增加分解路徑。

如圖1和圖2所示，混合系統(tǒng)16可以包括第一混合裝置20、第二混合裝置22和擋板24。第一和第二混合裝置20、22以及擋板24可以彼此間隔開并且被布置在注射器19的下游。第一混合裝置20可以被布置在排氣管12的第一部分26中。第二混合裝置22和擋板24可以被布置在排氣管12的第二部分28中，該第二部分被布置在第一部分26的下游。在一些構(gòu)型中，第二部分28可以是包含后處理裝置17(例如，scr催化器)的筒。第一部分26可以具有與第二部分28相比更小的直徑。更一般地，第一混合裝置20可以包括入口29，該入口具有與第二混合裝置22的入口31相比更小的橫截面積。第一混合裝置20包括縱向中心線30，該縱向中心線與第二混合裝置22的縱向中心線32偏離。在中心線30、32之間的偏離有利地增加了還原劑顆粒的行程長度。中心線30可以平行于中心線32或與其成角度地(如圖2中所描繪的)延伸。過渡錐體27可以流體地連接第一和第二部分26、28。后處理裝置17可以被布置在第二部分28中在第二混合裝置22和擋板24的下游。應(yīng)理解的是，排氣管12的一個或多個部分(例如，第一和第二部分26、28中的一者或兩者)以及第一和第二混合裝置20、22可以包括圓形的、橢圓的或多邊形的截面形狀或任何其他的截面形狀。

如圖3至圖5所示，第一混合裝置20可以是螺旋推運器，該螺旋推運器具有被支撐在中央軸36上的多個總體上螺旋的葉片34。這些葉片34的徑向外緣37可以固定地接合排氣管12的第一部分26的內(nèi)直徑表面40(圖2)。這些葉片34可以限定穿過第一混合裝置20的多個總體上螺旋的流動路徑。在附圖中示出的構(gòu)型中，第一混合裝置20包括四個葉片34，這些葉片圍繞中央軸36延伸180度并且限定四個不同的螺旋流動路徑。在附圖中示出的構(gòu)型中，所有的葉片34圍繞中央軸36在相同的旋轉(zhuǎn)方向上延伸。這些葉片34中的每一個可以包括多個孔口38，該多個孔口允許在流動路徑之間有一些流體連通。由注射器19注射的還原劑在其流動穿過第一混合裝置20時被霧化。進一步地，第一混合裝置20的這些葉片34在排氣和還原劑的流動中引入湍流，這促進了還原劑與排氣的混合。穿過第一混合裝置20的流動路徑的螺旋形狀增加了還原劑駐留在排氣中的時間量，由此增加了還原劑的蒸發(fā)而沒有增加還原劑行進的軸向距離。在葉片34中的孔口38減小了由第一混合裝置20產(chǎn)生的背壓并且減小了葉片34的表面積，由此減少了在葉片34上產(chǎn)生的還原劑沉積物。

中央軸36可以是漸縮的，使得在軸36從軸36的上游端41軸向地延伸到軸36的下游端42時，中央軸36的直徑減小。軸36的這種漸縮形狀減小了在排氣和還原劑流動穿過第一混合裝置20時的流動分離。所有葉片34的上游端43可以全部布置在相對于軸36的上游端41的相同軸向位置處，并且所有葉片34的下游端45可以全部布置在相對于軸36的下游端42的相同軸向位置處(即，所有葉片34可以具有相同的軸向長度并且可以位于沿軸36的縱向軸線的相同軸向位置處)。

如圖6至圖8所示，第二混合裝置22可以是螺旋推運器，該螺旋推運器具有被附接到中央軸46上并且圍繞該中央軸延伸的一個或多個總體上螺旋的葉片44。第二混合裝置22可以包括單個葉片44，該單個葉片可以圍繞軸46延伸約360度(或例如在約180度至720度之間)。葉片44的徑向外緣47可以固定地接合排氣管12的第二部分28的內(nèi)直徑表面49(圖2)。由葉片44限定的流動路徑的螺旋形狀增加了還原劑駐留在排氣中的時間量，由此增加了還原劑的蒸發(fā)而沒有增加還原劑行進的軸向距離。第二混合裝置22的葉片44的螺旋角可以與第一混合裝置20的葉片34的螺旋角不同。在一些構(gòu)型中，葉片34的螺旋角可以大于葉片44的螺旋角。在其他構(gòu)型中，葉片44的螺旋角可以大于葉片34的螺旋角。葉片34的螺旋形狀的取向(右手或左手)方向可以與螺旋形狀葉片44的取向相同或不同。如此，可以通過葉片34促使排氣在第一方向上旋轉(zhuǎn)，并且通過葉片44促使排氣繼續(xù)在相同方向上旋轉(zhuǎn)、或者通過葉片44的具有相反的螺旋形狀取向的版本促使排氣在相反方向上旋轉(zhuǎn)。

還應(yīng)理解的是，本發(fā)明的范圍包括可能地交換第一混合裝置20和第二混合裝置22的位置，使得第二混合裝置22可以被定位在第一混合裝置20的上游。第一混合裝置20包括具有與第二混合裝置22的入口相比更小的橫截面積的入口。在一個裝置到下一個裝置之間的過渡可以通過錐形擴大或縮小的漸進方式來完成。在所描述的替代安排中，上游的混合裝置限定單個流動路徑，而下游的混合裝置包括多于一個氣體流動路徑。

回到圖6至圖8，葉片44可以包括多個孔口48，該多個孔口減小了由第二混合裝置22產(chǎn)生的背壓并且減小了葉片44的表面積，由此減少了在葉片44上產(chǎn)生的還原劑沉積物。在一些構(gòu)型中，葉片44可以包括代替孔口48或除這些孔口之外的翻板、凹陷、脊狀物和/或其他表面特征，從而引導(dǎo)穿過孔口48的流動和/或影響穿過第二混合裝置22的宏觀流動。

軸46可以包括軸向地延伸穿過其中的孔口50?？卓?0減小了由第二混合裝置22產(chǎn)生的背壓并且可以消除在后處理裝置17的中心處的流速“死區(qū)”。軸46的上游端52可以相對于軸46的縱向軸線成角度以減少在孔口50的前緣處的停滯。在一些構(gòu)型中，上游端52的角度可以約等于葉片44的螺旋角。在一些實例中，軸46和/或孔口50可以是漸縮的，使得在軸46從上游位置延伸到下游位置時，孔口50的橫截面積以與中央軸36類似的方式減小。

如在圖9中示出的，擋板24可以包括多個第一孔口54、多個第二孔口56和多個第三孔口58。擋板24的徑向外周邊60可以固定地接合排氣管12的第二部分28的內(nèi)直徑表面49(圖2)。第一孔口54可以被布置成靠近擋板24的周邊60并且各自小于第二和第三孔口56、58。第二孔口56可以徑向地布置在第一孔口54與第三孔口58之間。第二孔口56可以小于第三孔口58。第三孔口58可以被安排成靠近擋板24的中心。第三孔口58中的每一者可以基本上大于第一和第二孔口54、56中的每一者。在一些構(gòu)型中，第四孔口62可以定中心在擋板24的縱向軸線上。以上描述的以及在附圖中示出的孔口54、56、58、62的構(gòu)型可以在流動進入后處理裝置17之前使流動朝層流狀態(tài)重新分布。此外，孔口54、56、58、62的構(gòu)型可以分離在排氣管12的第二部分28的壁附近的高速流動。在一些構(gòu)型中，擋板24可以限制約50％或更多的穿過排氣管12的第二部分28的流動。

圖10描繪了替代的混合系統(tǒng)16’?；旌舷到y(tǒng)16’基本上類似于混合系統(tǒng)16。如此，類似的元件將用包括上撇后綴的類似參考數(shù)字來標識。在本說明書的這個部分中將不提供基本上類似特征的詳細描述。然而，應(yīng)理解的是，之前提供的說明酌情適用于混合系統(tǒng)16’。

混合系統(tǒng)16’包括第一混合裝置20’、第二混合裝置22’和擋板24’。過渡錐體27’和這個部件下游的其余元件可以與圖2中描繪的元件完全相同。

排氣管12’與排氣管12不同，在于排氣管12’包括“s形”彎曲70，該“s形”彎曲將排氣管12’的供應(yīng)部分72與排氣管12’的第一部分26’互連。第一混合裝置20’被布置在第一部分26’內(nèi)并且包括平行于第二混合裝置22’的縱向中心線32’延伸的縱向中心線30’。注射器19’被配置成沿著注射軸線74注射還原劑。注射軸線74可以但不必平行于第一混合裝置20’的縱向中心線30’延伸。第一混合裝置20’的位置和取向解決了由s彎曲70引起的非對稱流動。第一混合裝置20’起作用來將流動重新分配到多個流動路徑中。具體地，第一混合裝置20’在排氣流進入第二混合裝置22’之前使高速流動與低速流動分開以調(diào)整由s彎曲70產(chǎn)生的流動分布不均。與由注射器19’注射的液滴大小的不同分布結(jié)合的、在第一混合裝置20’的上游的非對稱排氣流導(dǎo)致較大的還原劑液滴進入第一混合裝置20’的一個部分并且較小的液滴進入第一混合裝置20’的不同部分?；谝旱未笮〉牧黧w細分導(dǎo)致還原劑在這些單獨的流動路徑中更有效地分解。

可以有益的是，使第二混合裝置22’相對于第一混合裝置20’的出口80的位置旋轉(zhuǎn)地定向。具體地，可以希望的是將螺旋葉片44的上游部分82定位成使得上游部分82覆蓋第一混合裝置20’的出口80的橫截面積的至少75％。在一個實例中，這個目標可以通過將螺旋葉片44的前緣84定位在類似于圖11描繪的旋轉(zhuǎn)位置處來完成。通過以這種方式旋轉(zhuǎn)地定位前緣84和上游部分82，確保了充分的混合以及與第二混合裝置22’的相互作用。

以上對這些實施例的描述是出于展示和說明的目的提供的。這些描述并不旨在是窮盡的或限制本發(fā)明。具體實施例的單獨的要素或特征通常并不局限于該具體實施例，而是在適用時是可互換的、并且可以用在甚至并未明確示出或描述的選定實施例中。也可以用多種方式來對其加以變化。這樣的變化不應(yīng)視作是脫離本發(fā)明，并且所有這樣的改動都旨在包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。