專利名稱：用于在氣流內(nèi)混合液體的組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在氣流內(nèi)混合液體的組件，諸如用于車輛排氣處理系統(tǒng)或燃料進(jìn)入系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一些車輛系統(tǒng)包括液滴在氣流內(nèi)的運(yùn)輸，諸如在車輛排氣處理系統(tǒng)或發(fā)動(dòng)機(jī)燃料進(jìn)入系統(tǒng)中。液滴在氣流內(nèi)受控的分散可以由于多個(gè)原因而是有利的。例如，在一種類型的車輛排氣系統(tǒng)中，液體碳?xì)浠衔?HC)在氣流內(nèi)被注射給柴油氧化催化器(D0C)，其位于柴油顆粒過濾器(DPF )上游。碳?xì)浠衔镌贒OC中、在放熱反應(yīng)中被氧化，產(chǎn)生下游DPF中所需的高溫用于燃燒柴油顆粒，由此燃盡顆粒以再生DPF并減小系統(tǒng)反壓(backpressure)。在另外的例子中，柴油排放流體，諸如尿素或氮氧化物(NOx)的另外的液體還原劑，在催化劑(諸如選擇性催化還原(SCR)催化劑)上游被注射，其中，它被轉(zhuǎn)化為氨，氨被用于將Nox還原為氮?dú)?N2)。在另外的例子中，碳?xì)浠衔镌谪歂ox阱上游被周期地注射到排氣流中，以再生阱。以及在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料進(jìn)入系統(tǒng)中，液體燃料被夾帶在空氣流中，用于在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中燃燒。

發(fā)明內(nèi)容
一種改進(jìn)的混合組件實(shí)現(xiàn)液滴在混合器組件下游的期望分配，由此改善處理液滴的車輛部件的操作，諸如其下游的柴油氧化催化器(DOC)和柴油顆粒過濾器(DPF)、貧Nox阱或發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇性催化還原(SCR)催化器，其中燃燒在發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)生。一種用于在氣流內(nèi)混合液體的組件，包括中空管道，所述中空管道具有內(nèi)壁并被構(gòu)造為用于容納具有液滴的氣流。組件還包括多個(gè)間隔的葉片和撞擊元件。每個(gè)葉片被操作性地連接至撞擊元件并從該撞擊元件延伸，且連接至管道的內(nèi)壁。撞擊元件在氣流中在葉片的上游。撞擊元件和葉片引導(dǎo)液滴以產(chǎn)生液滴在氣流內(nèi)的首選分布。例如，撞擊元件和葉片可以在管道內(nèi)引導(dǎo)為朝向氣流的外環(huán)形區(qū)域，且可在外環(huán)形區(qū)域中產(chǎn)生湍流。在其他實(shí)施例中，撞擊元件和葉片可在下游氣流中產(chǎn)生液滴的基本上均勻的分布。當(dāng)組件用在DOC和DPF上游時(shí)，DPF中的徑向的溫度差可以被減小，由此潛在地改善再生效率。當(dāng)組件用于SCR催化器或貧Nox阱上游時(shí)，可以改善減小Nox的能力。同樣，如果混合器組件用在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料進(jìn)氣口上游，改善的燃料和空氣的混合可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是車輛的一部分的示意圖，顯示了進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料進(jìn)入系統(tǒng)的空氣流和通過排氣系統(tǒng)的流；圖2是安裝在排氣系統(tǒng)的管道內(nèi)的混合器組件沿圖1中的線2-2截取的示意透視圖和局部截面示意圖；圖3是圖2的管道和混合器組件沿圖2中的線3-3截取的局部示意截面圖；圖4是圖2的混合器組件的撞擊元件和葉片的示意性前視圖；圖5是混合器組件的第二實(shí)施例的一部分的示意性前視圖，顯示了用于圖1和2的管道的替換撞擊元件和葉片；圖6是混合器組件的第三實(shí)施例的一部分的示意性透視圖，顯示了用于圖1和2的管道的替換撞擊元件和葉片；圖7是混合器組件的第四實(shí)施例的一部分的示意性透視圖，顯示了用于圖1和2的管道的替換撞擊元件和葉片；圖8是混合器組件的第五實(shí)施例的一部分的示意性透視圖，顯示了用于圖1和2的管道的替換撞擊元件和葉片；圖9是混合器組件的第六實(shí)施例的一部分的示意性透視圖，顯示了用于圖1和2的管道的替換撞擊元件和葉片；圖10是柴油氧化催化器和柴油顆粒過濾器的示意圖；圖11是管道的沿圖1的線11-11截取的示意截面圖，顯示了圖1的混合器組件下游和柴油氧化催化器上游的排氣流，示出了碳?xì)浠衔镌诠艿赖耐猸h(huán)形區(qū)域中的增加的分布；圖12是葉片模塊的示意透視圖，其具有在內(nèi)周邊處連接的兩個(gè)葉片；圖13是圖12的葉片模塊中的三個(gè)的示意圖，它們?cè)谕庵苓吿幒附拥奖舜耍⒕哂性谌~片模塊的中央處的管狀部分；以及圖14是圖13的葉片模塊和管狀部分的示意圖，其中，撞擊元件具有定位在管狀部分的上游側(cè)上的開口，以使至葉片的流偏轉(zhuǎn)。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記在多幅圖中指向相同的部件，圖1顯示了車輛10的一部分，其具有用于發(fā)動(dòng)機(jī)14的空氣和燃料進(jìn)入系統(tǒng)12和排氣系統(tǒng)16。包括混合器組件18，用于改善液體在排氣流中的混合，如這里解釋的?；旌掀鹘M件18在圖2中被更詳細(xì)顯示。在此討論混合器組件18的結(jié)構(gòu)的具體益處。盡管示出在排氣系統(tǒng)16中，混合器組件18還可用在發(fā)動(dòng)機(jī)空氣和燃料進(jìn)入系統(tǒng)12中，以影響被注射液體燃料在空氣流19中的混合，來改善發(fā)動(dòng)機(jī)14的汽缸中的燃燒。排氣系統(tǒng)16包括柴油氧化催化器(DOC) 20，在排氣流中處于混合器組件18的下游。液體注射器21，諸如用于注射碳?xì)浠衔锶剂?，在混合器組件18上游進(jìn)行注射。柴油顆粒過濾器(DPF) 22在排氣流中位于DOC 20更遠(yuǎn)的下游。另外的部件24，諸如選擇性催化還原(SCR)催化器，位于DPF 22的下游和注射器23 (諸如尿素注射器)的下游。替換地，部件24可以是貧Nox阱，注射器23可以是燃料注射器，以注射碳?xì)浠衔飦碓偕歂ox阱。部件24將排氣流中的至少一些氮氧化物(Nox)轉(zhuǎn)換為氮?dú)夂退Ａ硗獾幕旌掀鹘M件18被構(gòu)造為產(chǎn)生液滴(尿素或碳?xì)浠衔?在至部件24的氣流中的首選分布。用于SCR或貧Nox阱的首選分布可以是在氣流中跨過管道30的均勻分布。在其他實(shí)施例中，其中，部件24是SCR催化器，部件24可以位于發(fā)動(dòng)機(jī)14和DOC 20之間，或排氣系統(tǒng)16可以具有DOC 20和DPF 22，但沒有SCR催化器。參考圖2，混合器組件18被更詳細(xì)示出?；旌掀鹘M件18包括管道30，所述管道30是排氣管或被與排氣管對(duì)齊地插入在車輛10上。管道30具有內(nèi)壁32且包圍連同被注射的液滴36 —起的氣流，該氣流在圖1中用箭頭34表示，該液滴36在氣流34中被運(yùn)送且示出在圖11中?；旌掀鹘M件18包括多個(gè)間隔的葉片40。在圖2的實(shí)施例中，混合器組件18具有三個(gè)間隔的葉片40。每個(gè)葉片40連接至撞擊元件42并在下游在排氣流中從撞擊元件42延伸。每個(gè)葉片40連接至管道30的內(nèi)壁32。每個(gè)葉片40還連接至撞擊元件42，從而撞擊元件42被葉片40支撐，且大體定心在管道30內(nèi)。在其他實(shí)施例中，撞擊元件42不需要通過葉片定心，而是會(huì)在另外的位置處被支撐在管道30內(nèi)，包括偏心位置或相對(duì)于管道30的軸線成角度的位置。撞擊元件42在管道30內(nèi)的位置取決于注射器21或23相對(duì)于撞擊元件42和葉片40的位置，以及液滴36在氣流34中在葉片40下游的期望分布。每個(gè)葉片40大致在每個(gè)葉片40的表示為55的內(nèi)邊緣處連接至撞擊元件42的下側(cè)(下游側(cè))。每個(gè)葉片40具有大致螺旋的形狀，從而其在管道30中在下游螺旋地延伸，而每個(gè)葉片40的外邊緣58固定到內(nèi)壁32 (僅兩個(gè)葉片40的外邊緣58在圖2中可見，第三個(gè)葉片40的外邊緣58用隱藏線表示)。因此，外邊緣58具有彎曲的形狀，從而其在邊緣58和內(nèi)壁32的界面處產(chǎn)生螺旋的樣式。該螺旋樣式被示出為隱藏線，該隱藏線在圖2中指示最下邊的葉片的隱藏的邊緣58。撞擊元件42在圖1的排氣流34中在葉片40的上游。在圖2的實(shí)施例中，撞擊元件42具有大致錐形的表面44，該錐形表面44面朝氣流34的方向，且在管道30內(nèi)沿下游方向向外傾斜；即，錐形表面44大體指向上游。在其他實(shí)施例中，撞擊元件42可替代地是具有平表面的板，該表面朝向氣流34。還在圖2的實(shí)施例中,撞擊元件42具有大致居中的開口 46。居中開口 46允許氣流34的一部分流動(dòng)通過管道30中的軸向流動(dòng)區(qū)域或中心區(qū)域48。軸向流動(dòng)區(qū)域48不被葉片40阻擋，如圖3所示。氣流的在錐形表面44處被引導(dǎo)的部分將沖擊表面44，且由此至少部分地改向，以便流動(dòng)經(jīng)過沖擊元件42。在圖2中，氣流34的一個(gè)這樣的部分被不出為沖擊撞擊兀件42并分散到多個(gè)不同的流動(dòng)方向50、52和54。箭頭50、52、54還表示在氣流34中運(yùn)送的流體滴的破散。撞擊元件42的一個(gè)功能是使流體滴在撞擊在撞擊元件42上時(shí)破散。破散的流體滴通過沿葉片42運(yùn)送的流而在鏇渦運(yùn)動(dòng)中被分散，如箭頭56所示，在管道30內(nèi)部的范圍的外環(huán)形區(qū)域60 (在圖3中示出)中產(chǎn)生湍流，該外環(huán)形區(qū)域60圍繞存在大致軸向流的中心區(qū)域48。參考圖11，分散的液滴36在排氣流中在混合器組件18下游被運(yùn)送，其中大部分處于氣流的外環(huán)形區(qū)域60中，而不是中央?yún)^(qū)域48。將液體引導(dǎo)至外環(huán)形區(qū)域的這種能力可稱為液滴的分層。相應(yīng)地，在液滴是碳?xì)浠衔锏膶?shí)施例中，由于碳?xì)浠衔镌贒OC 20中的燃燒是放熱反應(yīng)，在DOC 20和DPF 22之間的管道64的外環(huán)形區(qū)域62中，至DPF 22的下游的氣流將具有更高的溫度，如圖10所示。在已知系統(tǒng)中，DPF傾向于具有從中心至外環(huán)形邊緣呈梯度的徑向溫度，如圖10中的溫度曲線66所示，這是由于熱傳遞損失和由于排氣流跨過DPF的分布。但是，通過混合器組件18，由于混合器組件18導(dǎo)致的在外環(huán)形區(qū)域62中的較熱的流動(dòng)允許在DOC 20之前的至環(huán)形區(qū)域60的增加的碳?xì)浠衔锓謱?，并減小跨過下游DPF 22的溫度梯度，如最終溫度曲線68所示。由此，DOC 20上游的混合器組件18具有增加DPF22的外環(huán)形區(qū)域70中的溫度的效果。更高的溫度和更均勻的徑向溫度分布通過使得更容易燃燒堆積在DPF 22的外環(huán)形區(qū)域70中的煙灰而增加DPF 22的再生效率。替換地在圖1中，混合器組件18或第二混合器組件18可以放置在DPF22和SCR催化器24之間，其中還原催化劑(諸如尿素)由DPF 22和SCR催化器24之間的注射器23注射到流中。在這樣的實(shí)施例中，混合器組件18將被構(gòu)造為更均勻地分布跨過SCR催化器24的液體尿素，以增加SCR催化器24的效率。此外，在部件24是貧Nox阱和注射器23是注射碳?xì)浠衔锏娜剂献⑸淦鞯膶?shí)施例中，安裝在DPF 22和部件24之間的第二混合器組件18會(huì)被構(gòu)造為在通向部件24的氣流中更均勻地分布液滴。圖4顯示了混合器組件18，其中管道30以虛線示出。圖5_9顯示了混合器組件的各種替換實(shí)施例，其可代替圖1-4的混合器組件18被使用。圖5顯示了混合器組件118，其具有六個(gè)葉片140，所述葉片140附連至撞擊元件42。每個(gè)葉片140具有外延伸部143，所述外延伸部143有助于引起渦旋式湍流。圖6顯示了混合器組件218，其具有形狀略微簡單而沒有外延伸部的六個(gè)葉片240，布置在管道30內(nèi)并被附連至稍微小一些的撞擊元件242。圖7顯示了混合器組件318，其在管道30內(nèi)具有相同葉片40但支撐不同撞擊元件342，該撞擊元件342具有略微錐形的表面并具有居中開口 346。撞擊元件342具有副葉片340，它們從撞擊元件342的中央部分延伸，以進(jìn)一步將液體和氣流引導(dǎo)到在管道30內(nèi)的外環(huán)形流動(dòng)區(qū)域，由此改善液滴向DOC 20的外環(huán)形區(qū)域的分配。圖8顯示了混合器組件418，其具有與圖6所示的相同的相對(duì)簡單的葉片240，連接至不具有居中開口的撞擊元件442。由此，與包括具有居中開口的撞擊元件的實(shí)施例相比，更多液滴被推進(jìn)到管道30的外環(huán)形流動(dòng)區(qū)域。此外，更洶涌的湍流在環(huán)形區(qū)域中產(chǎn)生用于更渦旋的滴，因?yàn)闅饬鳑]有任何部分是能夠在不圍繞撞擊元件442行進(jìn)并經(jīng)過葉片240的情況下穿過管道30的中央?yún)^(qū)域。圖9顯示了混合器組件518，其具有如圖2所示的相同的葉片40，但具有圖8的沒有居中開口的撞擊元件442。圖12-14示出了替換混合器組件618的部件，該混合器組件618使用更少的部件，用于簡單的制造和組裝。圖12顯示了葉片模塊640，所述葉片模塊640具有在內(nèi)周邊部分643處連接的兩個(gè)葉片641。葉片641每個(gè)都具有外周邊部分645，所述外周邊部分645在圓周方向上延伸離開內(nèi)周邊部分643。如圖13和14所示，模塊640中的三個(gè)在外周邊部分645處焊接到一起，以形成連續(xù)的單元620，該單元620可以被插入到管道30中，并被焊接或以其他方式牢固地連接到該管道30。焊接區(qū)域647用虛線表示。在圖13中，內(nèi)管狀部分622有助于將穿過內(nèi)管狀部分622的軸向流動(dòng)區(qū)域與由被強(qiáng)制渦旋地經(jīng)過葉片641的流導(dǎo)致的湍流區(qū)域分開。在圖14中，具有居中開口 646且為板的形式的撞擊元件642定位在具有居中開口的管狀部分622的上游側(cè)。撞擊元件642有助于將流中的液滴破散。可以使用替換地，具有錐形表面的撞擊元件，類似于圖2的。盡管已經(jīng)對(duì)執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進(jìn)行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利請(qǐng)求的范圍內(nèi)的用來實(shí)施本發(fā)明的許多替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種組件，包括: 中空管道，具有內(nèi)壁并被構(gòu)造為用于容納氣流和液滴； 多個(gè)間隔的葉片； 撞擊兀件； 其中，每個(gè)葉片被操作性地連接至撞擊元件并從該撞擊元件延伸，且連接至管道的內(nèi)壁；其中，撞擊元件在氣流中在葉片的上游；并且其中，撞擊元件和葉片被構(gòu)造為在管道內(nèi)在葉片下游的氣流內(nèi)產(chǎn)生液滴的首選分布。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，每個(gè)葉片在管道內(nèi)從撞擊元件至少部分地徑向向外地延伸，且具有大致螺旋的形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，撞擊元件具有大致錐形表面，該錐形表面面朝氣流并在下游徑向向外地傾斜。
4.如權(quán)利要求3所述的組件，其中，撞擊元件具有大致居中的開口，在氣流中產(chǎn)生軸向流動(dòng)區(qū)域，所述軸向流動(dòng)區(qū)域并沒有被葉片阻擋。
5.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，每個(gè)葉片具有內(nèi)周邊，每個(gè)葉片在內(nèi)周邊處延伸以與相鄰的一個(gè)葉片連接，每個(gè)葉片具有外周邊，每個(gè)葉片在外周邊處延伸以與相鄰的另一個(gè)葉片連接，使得當(dāng)葉片彼此連接時(shí)形成連續(xù)的單元。
6.如權(quán)利要求5所述的組件，其中，葉片在外周邊處通過焊接彼此連接。
7.如權(quán)利要求1所述的組件，其中，撞擊元件和葉片被構(gòu)造為在管道內(nèi)將液滴朝向氣流的外區(qū)域引導(dǎo)。
8.—種車輛排氣液體混合器組件，包括: 中空管道，具有內(nèi)壁并被構(gòu)造為用于容納氣流和液滴 多個(gè)間隔的葉片； 撞擊元件，具有大致錐形表面，所述錐形表面面朝氣流的方向并在下游向外地傾斜，和具有大致居中的開口，以在氣流的中心區(qū)域中產(chǎn)生軸向流動(dòng)，其并沒有被葉片阻擋； 其中，每個(gè)葉片被操作性地連接至撞擊元件并從該撞擊元件延伸，且連接至管道的內(nèi)壁；其中，撞擊元件在氣流中在葉片的上游，以由此使液滴朝向氣流的外區(qū)域偏轉(zhuǎn)；并且其中，每個(gè)葉片在內(nèi)周邊處延伸以與相鄰的一個(gè)葉片連接，每個(gè)葉片在外周邊處延伸以與相鄰的另一個(gè)葉片連接。
9.如權(quán)利要求8所述的組件，其中，每個(gè)葉片在管道內(nèi)從撞擊元件至少部分地徑向向外地延伸，且具有大致螺旋的形狀。
10.一種車輛系統(tǒng)包括: 中空管道，具有內(nèi)壁并被構(gòu)造為用于容納帶液滴的氣流； 混合器組件，具有: 多個(gè)間隔的葉片； 撞擊兀件； 其中，每個(gè)葉片被操作性地連接至撞擊元件并從該撞擊元件延伸，且連接至管道的內(nèi)壁；其中，撞擊元件在氣流中在葉片的上游，以由此使液滴偏轉(zhuǎn)并影響管道內(nèi)的氣流；以及車輛部件，在混合器組件下游操作性地連接至管道，并可操作為處理液滴；其中，混合器組件被構(gòu)造為產(chǎn)生液滴在至車輛部件的氣流中的期望的分配。
全文摘要
一種用于在氣流內(nèi)混合液體的組件，包括中空管道，其被構(gòu)造為用于容納氣流和液滴。組件還包括多個(gè)間隔的葉片和撞擊元件。每個(gè)葉片被操作性地連接至撞擊元件并從該撞擊元件延伸，且連接至管道的內(nèi)壁。撞擊元件在氣流中在葉片的上游。撞擊元件和葉片被構(gòu)造為在管道內(nèi)在葉片下游的氣流內(nèi)產(chǎn)生液滴的首選分布。
文檔編號(hào)F01N3/023GK103114892SQ201210396190
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者J.李, J.B.羅杰斯, C.王, R.米塔爾 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司