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CN114303006A - 用于将液体喷雾混入气体流中的系统和包括该系统的排气后处理装置 - Google Patents

用于将液体喷雾混入气体流中的系统和包括该系统的排气后处理装置 Download PDF

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CN114303006A
CN114303006A CN202080045873.8A CN202080045873A CN114303006A CN 114303006 A CN114303006 A CN 114303006A CN 202080045873 A CN202080045873 A CN 202080045873A CN 114303006 A CN114303006 A CN 114303006A
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mixing
exhaust gas
vortex
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K·德鲁德尔
A·C·阿加
C·绍文
B·舍伦斯
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Donaldson Co Inc
Original Assignee
Donaldson Co Inc
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Abstract

本发明涉及一种喷雾/气体混合器，所述喷雾/气体混合器包括：主体，所述主体具有周向壁，所述周向壁具有第一纵向轴线(A)并且从第一端延伸到第二端，所述第一端限定入口开口，所述第二端限定出口开口；分隔挡板，所述分隔挡板在所述内部内；涡旋管道，所述涡旋管道沿着第二纵向轴线(B)在所述内部内，所述涡旋管道具有邻近所述壁的一端和延伸至所述分隔挡板的第二端；喷射器孔口，所述喷射器孔口在所述涡旋管道的所述第一端处；涡旋促进器件；以及限流器布置。所述涡旋促进器件被布置在所述分隔挡板与所述限流器布置之间，使得穿过所述涡旋促进器件的气体在穿过所述限流器之前围绕所述第一纵向轴线(A)涡旋。所述限流器布置被布置在所述涡旋促进器件与所述第二端之间，从而迫使从上游侧到达的气体远离所述内部的外围区域而朝向所述主体的中心轴线。

Description

用于将液体喷雾混入气体流中的系统和包括该系统的排气后 处理装置
本申请于2020年7月1日作为PCT国际专利申请提交，并要求于2019年7月4日提交的欧洲专利申请号19184451.3和于2020年2月7日提交的美国临时专利申请序列号62/971,344的优先权权益，这些申请的全部披露内容通过援引全部并入本文。
技术领域
本发明涉及用于将液体喷雾混入气体流中的系统、尤其是出于选择性催化还原(SCR)NOx残留物的目的而将尿素溶液的喷雾混入内燃发动机的排气流中的系统的领域。
背景技术
配备有柴油发动机的车辆通常包括具有诸如选择性催化还原催化装置、稀NOx催化装置、或稀NOx捕集装置等后处理部件的排气系统，以减少排气中诸如氮氧化物(NOx)等所不希望的气体的量。为了使这些类型的后处理装置正常工作，配量器将反应物(诸如尿素、氨或碳氢化合物)喷射到排气气体中。在排气气体和反应物流动穿过后处理装置时，排气气体和反应物将诸如NOx等所不希望的气体转化成更可接受的气体(诸如氮气、氧气或二氧化碳)或转化成水。然而，后处理系统的效率取决于反应物与排气气体的混合均匀度。
在唐纳森公司(Donaldson Company,Inc.)名下的国际专利申请公开号WO 2015/130789 A1披露了一种用于处理排气的后处理布置，该后处理布置包括主体：该主体限定了内部、入口开口、以及出口；入口布置，该入口布置被布置在入口开口处；后处理基材，该后处理基材被布置在入口开口与出口之间；限流器布置，该限流器布置被布置在主体内部的第一封闭端与后处理基材之间；以及配量布置，该配量布置被配置成将反应物喷射到排气中。在WO 2015/130789 A1中披露的实例中，挡板限定了与限流通路对准的实心区域并且限定了在与限流通路径向偏离的位置处的开口。在一些特定实例中，挡板限定了多个勺状物、管道、遮板、或者促进排气的涡旋或其他混合移动的其他方向调节构件。
在唐纳森公司名下的国际专利申请公开号WO 2015/038897 A1披露了一种对排气气体进行配量和混合的方法，该方法包括将排气气体朝向混合管的外围引导，该混合管被配置成引导排气气体在混合管周围流动并穿过混合管，以便在相对小的区域内对排气气体有效地混合和配量。一些混合管包括开槽区域和非开槽区域。一些混合管包括带遮板区域和非带遮板区域。一些混合管在外壳的混合区域内偏移。
转让给天纳克汽车运营公司(Tenneco Automotive Operating Company Inc)的美国专利申请公开号US 2016/0215673 A1披露了一种排气后处理系统，该排气后处理系统包括排气气体通路和混合器组件。排气气体通路接收从燃烧发动机输出的排气气体。混合器组件沿着排气气体通路布置并接收排气气体。混合器组件包括混合器外壳、混合碗和喷射器外壳。混合碗布置在混合器外壳内并且包括与混合器外壳的壁的内直径表面接合的外直径表面。喷射器外壳延伸穿过该壁并进入混合碗中的孔口中。孔口限定了流动路径，进入混合器组件的排气气体的至少大部分流动穿过该流动路径。混合碗包括上游端部部分，该上游端部部分具有将排气气体朝向喷射器外壳引导的轮廓。
转让给天纳克汽车运营公司的美国专利申请公开号US 2017/342888 A1披露了一种用于将喷射的还原剂与从燃烧发动机输出的排气气体混合的混合器组件，该混合器组件包括混合器外壳，该混合器外壳包括限定了具有纵向轴线的排气通路的壁。管状涡旋装置外壳沿着基本上横向于纵向轴线的第一轴线延伸。管状涡旋装置包括多个开口，排气气体通过这些开口进入。管状涡旋装置内的排气气体围绕第一轴线涡旋并在管状涡旋装置的出口端离开。混合板直接定位在管状涡旋装置的下游并且包括孔口，离开管状涡旋装置的出口端的排气气体流动穿过这些孔口。混合板使排气围绕平行于纵向轴线延伸的第二轴线涡旋。
在唐纳森公司名下的欧洲专利申请公开号EP 3392480披露了一种用于将喷雾混入气体流中的系统，该系统包括：主体，该主体限定了从第一端延伸到第二端的内部，该主体具有入口开口和出口；反应区，该反应区在入口开口与出口之间，该反应区与第一端间隔开以限定混合区；限流器布置，该限流器布置在第一端与反应区之间，该限流器布置将混合区分隔成两个室并限定该两个室之间的限流通路。第一室包括：配量布置，该配量布置用于在第一室中接收气体的喷射器混合反应物；第一涡旋促进器件，该第一涡旋促进器件在入口开口与定量布置之间；以及第二涡旋促进器件，该第二涡旋促进器件在配量布置与限流器布置之间，使得穿过所述第二涡旋促进构件的气体流在进入限流通路之前环绕着涡旋。
在天纳克排气系统(苏州)公司(Tenneco Exhaust System(Suzhou)Co Ltd)名下的中国专利申请公开号CN 105673150 A披露了一种排气气体后处理装置，该装置包括壳体和安装在壳体中的混合器部件，其中壳体设置有安装基座，该安装基座用于安装尿素喷嘴，以便将尿素喷洒到混合器部件中，该混合器部件包括混合管、位于混合管的底部上的碗盖以及与混合管匹配的隔板，并且该混合管包括位于上端中的气流入口和位于下端中的气流出口；壳体被隔板分为第一腔和第二腔，第一腔与气流入口连通，第二腔与气流出口连通，混合管包括位于气流入口的位置处的多个旋流盘，旋流盘延伸到第一腔中，并且碗盖用于迫使气流反向流动。以这种方式，增加了尿素蒸发距离和时间，并且提高了气流混合均匀性。
在博世排放系统有限公司(Bosch Emission Systems GmbH&Co KG)名下的德国专利申请公开号DE 102011077156披露了一种排气系统，该排气系统具有用于将还原剂引入到选择性催化还原(SCR)催化器上游的排气气体流中的喷射器。混合通道将来自喷射器的排气气体流馈送到SCR催化器的入口。混合通道具有相对于中心轴线以720°角度倾斜的螺旋/螺旋状构造的螺旋区域。
在天纳克股份有限公司(Tenneco GmbH)名下的美国专利申请公开号US 2017/114693披露了一种用于将添加剂掺到燃烧发动机的排气气体流中的排气气体混合管。外壳壁具有安排在圆周U上的多排开口，气体可以穿过这些开口流入管的内部，其中在每种情况下，一排的至少一个开口形成一个级M，该级根据其大小由开口的平均开口截面Q表征，其中排气气体混合管的所有排的所有开口的所有开口截面Q之和等于SQ。在这种情况下，提供至少一个一阶级M1，其中级M1的开口具有平均开口截面Q1。提供至少一个二阶级M2，其中开口具有平均开口截面Q2，其中Q2≥f Q1，其中5≤f≤25。
在埃贝赫排气技术有限公司(
Figure BDA0003425985260000031
cher Exhaust Tech GmbH&Co KG)名下的美国专利申请公开号US 2017/260888披露了一种混合器，该混合器将在内燃发动机的排气气体输送管道中流动的排气气体与喷射到排气气体输送管道中的反应物混合。该混合器包括：混合器主体，该混合器主体具有反应物接收管道；排气气体入口开口布置，该排气气体入口开口布置具有通向反应物接收管道的多个排气气体入口开口；以及至少一个释放管道，该至少一个释放管道从反应物接收管道引出、具有释放管道开口以用于从混合器主体释放反应物/排气气体混合物。
转让给Proventia排放控制公司(Proventia Emission Control OY)的美国专利申请公开号US 2018/326372 A1披露了一种用于排气气体的后处理的设备，该设备包括：外壳，该外壳具有在外壳的第一端与第二端之间延伸的纵向轴线；排气入口，该排气入口位于外壳的第一端的一部分处，以用于使排气气体流进入外壳的内部；第一基材，该第一基材在排气入口的下游位于外壳的内部，其中排气气流被配置成在纵向轴线的方向上流动穿过第一基材；混合器布置，该混合器布置在第一基材的下游位于外壳的内部，并且包括：第一导流布置，该第一导流布置被配置成在垂直于纵向轴线的横向轴线的方向上将排气气体流引导到旋转和推进气体流；反应物入口，该反应物入口用于将反应物分配到旋转和推进气体流，反应物被配置成与排气气体混合；以及第二导流布置，该第二导流布置被配置成在纵向轴线的方向上将旋转和推进混合气体流作为混合排气气体流进行引导；以及第二基材，该第二基材在混合器布置的下游位于外壳的内部，其中混合排气气体流被配置成在纵向轴线的方向上流动穿过第二基材。
国际专利申请公开号WO 2018/226626 A1披露了一种多级混合器，该多级混合器包括多级混合器入口、多级混合器出口、第一流动装置和第二流动装置。多级混合器入口被配置成接收排气气体。多级混合器出口被配置成将排气气体提供给催化器。第一流动装置被配置成从多级混合器入口接收排气气体并接收还原剂，使得还原剂在第一流动装置内与排气气体部分地混合。第一流动装置包括多个主叶片和多个主叶片孔口。多个主叶片孔口插置在多个主叶片之间。多个主叶片孔口被配置成接收排气气体并与多个主叶片配合以从第一流动装置提供具有涡旋流动的排气气体。
仍需要紧凑的并且提供反应物的更高效和有效混合的排气处理装置。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种用于将液体喷雾混入气体流中的系统，该系统包括：主体，该主体具有周向壁，该周向壁限定用于容纳气体流的内部，该内部具有第一纵向轴线(A)并且从第一端延伸到第二端，第一端限定入口开口，第二端限定出口开口；分隔挡板，该分隔挡板布置在内部内；涡旋管道，该涡旋管道沿第二纵向轴线(B)布置在内部内，该涡旋管道具有邻近周向壁的第一端和延伸至分隔挡板的第二端；喷射器孔口，该喷射器孔口布置在涡旋管道的第一端并被配置成接收喷射器以将反应物喷射到气体流中，使得反应物与气体流在涡旋管道中混合；涡旋促进器件；以及限流器布置；涡旋促进器件被布置在分隔挡板与限流器布置之间，使得穿过涡旋促进器件的气体在朝向第二端穿过限流器布置之前围绕第一纵向轴线(A)涡旋；并且限流器布置被布置在内部内、在涡旋促进器件与第二端之间，限流器布置迫使从上游侧到达的气体远离内部的外围区域而朝向主体的中心轴线。
本发明的优点在于，它在非常紧凑的系统设计中提供了气体流与喷射的液体之间的改进混合。
在实施例中，根据本发明的系统还包括内套筒，该内套筒具有上游端和下游端；上游端周向地接合到分隔挡板，并且下游端周向地接合到涡旋促进器件或限流器布置，以便在内套筒与周向壁之间留有环形空间，该环形空间与入口开口处于流体连通。
该实施例的优点在于，它在外部外壳与向其中喷射液体的壳体之间提供了改进的热绝缘，从而降低了在壳体中积聚结晶沉积物的风险。
在特定实施例中，内套筒设置有至少一个开口，从而确保环形空间与由内套筒封闭的内部容积之间的流体连通。
该实施例的优点在于，可能在环形空间与内部壳体之间进行气体交换，从而确保套筒被保持在与气体流基本上相同的温度。
在更具体的实施例中，内套管的至少一个开口布置在将被反应物影响的区域中。
该实施例的优点是在于，在最容易积聚结晶沉积物的区域中产生额外的气体流，从而降低了积聚结晶沉积物的风险。
在根据本发明的系统的实施例中，第二纵向轴线与第一纵向轴线成角度。在特定实施例中，第二纵向轴线基本上垂直于第一纵向轴线。
该实施例的优点在于，可以实现极其紧凑的布局。
在根据本发明的系统的实施例中，涡旋管道和分隔挡板被配置成使得从分隔挡板的上游侧流向分隔挡板的下游侧的气体流的大部分穿过涡旋管道并在涡旋管道的第二端处穿过分隔挡板。
本发明人已经发现，这种配置特别适合于获得充分的混合，由此允许气体流的小部分绕过涡旋管道/分隔挡板组件不会不利地影响混合。
在根据本发明的系统的实施例中，喷射器孔口不穿过周向壁。
在该实施例中，喷射器孔口不延伸穿过主体。
在根据本发明的系统的实施例中，分隔挡板被形成为弯曲的穿孔板。
在该实施例中，可以以非常有效的方式制造分隔挡板。该板可以特别是单个穿孔的，即，设置有单个穿孔，涡旋管道在其第二端处朝向该穿孔或穿过该穿孔延伸。
根据优选实施例，分隔挡板包括镜面对称，例如相对于镜像对称平面。在用于将液体喷雾混入气体流中的系统内，镜面对称平面优选地包括第一纵向轴线A。在用于将液体喷雾混入气体流中的系统内，镜面对称平面优选地包括第二纵向轴线B。优选地，镜面对称平面包括纵向轴线A和B并且由它们来限定。
根据本披露内容的某些方面，涡旋管道包括混合部分，该混合部分对应于混合涡旋的大部分或全部将被引入到进入的气体流中的部分或区段。优选地，混合部分对应于包括第一组遮板的轴向部分，或者对应于包括最大长度的遮板的部分。
在优选实施例中，涡旋管道包括混合部分，该混合部分包括第一组遮板。
在优选实施例中，该系统还包括喷雾路径保护区。
根据本披露内容的某些方面，喷雾路径保护区可以被布置在喷射器的配量器喷嘴处或邻近该配量器喷嘴，即，邻近喷射器或喷射器孔口、在其下方、优选地正下方，以抑制涡旋流过早地扩宽反应物的喷雾路径。在一些实施方式中，喷雾路径保护区由混合器上游(或涡旋管道的混合部分上游)的涡旋管道或第一导管的穿孔区域限定、优选地在喷射器或喷射器孔口的正下方。在其他实施方式中，喷雾路径保护区由布置在涡旋管道(或第一导管)内的穿孔导管限定。在此类实施例中，穿孔导管可以在轴向范围内与涡旋管道的混合部分部分地重叠。
在其他实施方式中，喷雾路径保护区由混合器上游(即，涡旋管道的混合部分上游)的第二带遮板区段限定，该第二带遮板区段使排气在与混合器相反的方向上涡旋。第二带遮板区段优选地包括比涡旋管道的混合部分的遮板更短的遮板。
在优选实施例中，喷雾路径保护区包括涡旋管道的邻近喷射器孔口的保护部分，该保护部分包括穿孔。
在优选实施例中，喷雾路径保护区包括涡旋管道的邻近喷射器孔口的保护部分，该保护部分包括邻近喷射器孔口的第二组遮板，如果存在的话，第二组遮板和第一组遮板被安排并适用于在相反方向上引起涡旋。
在优选实施例中，喷雾路径保护区包括邻近喷射器孔口布置在涡旋管道内的穿孔导管。
根据本发明的方面，提供了一种用于处理排气的排气处理装置，该排气处理装置包括如上所述的用于将液体喷雾混入气体流中的系统，其中后处理基材布置在出口的下游，并且其中入口适于接收内燃发动机的排气流。
根据本发明的方面，提供了一种机动车辆，该机动车辆包括如上所述的排气处理装置。
根据本发明的方面，提供了一种柴油发动机动力机器，该柴油发动机动力机器包括如上所述的排气处理装置。
根据本发明的方面，提供了一种在用于将液体喷雾混入气体流中的系统中使用的涡旋管道，该涡旋管道包括：混合部分，该混合部分包括第一组遮板；以及喷雾路径保护区。优选地，喷雾路径保护区设置在涡旋管道的第一端处，并且混合部分设置成与喷雾路径保护区轴向地隔开，例如设置在涡旋管道的中心区域处和/或在涡旋管道的第二端处。混合部分可以从喷雾保护区下方的轴向位置朝向涡旋管道的第二端延伸，例如直到涡旋管道的第二端。
根据本披露内容的某些方面，当布置在喷射器的配量器喷嘴处或邻近该配量器喷嘴，即，邻近喷射器或喷射器孔口、在其下方、优选地正下方时，喷雾路径保护区可以适用于抑制涡旋流例如在到达混合部分之前过早地扩宽反应物的喷雾路径。
喷雾路径保护区可以由第二带遮板区段限定，并且可以适用于使排气在由混合部分引起的涡旋的相反方向上涡旋。第二带遮板区段优选地包括比涡旋管道的混合部分的遮板更短的遮板。
在替代实施例中，喷雾路径保护区包括涡旋管道的邻近喷射器孔口的保护部分，该保护部分包括穿孔。
根据本发明的方面，披露了针对前述方面所披露的涡旋管道在用于将液体喷雾混入气体流中的系统中的用途。优选地，该系统是排气气体处理系统。
根据本发明的排气处理装置、机动车辆和柴油动力机器的实施例的技术效果和优点在必要的修改后对应于如上所述的用于将液体喷雾混入气体流中的系统的对应实施例的那些技术效果和优点。
附图说明
将参照附图更详细地描述本发明的实施例的这些和其他特征和优点，在附图中：
-图1展示了根据本发明的实施例的用于将液体喷雾混入气体流中的系统。
-图2呈现了图1的系统的分解图；
-图3呈现了根据本发明的系统的中心部分的变型的局部剖视透视图；
-图4呈现了根据本发明的系统的另一实施例的局部剖视透视图；以及
-图5呈现了可以用于本发明的实施例中的分隔挡板的分解图。
-图6是根据本披露内容的原理的第二示例配量和混合组件的纵向截面图，该第二示例配量和混合组件包括限定了喷雾路径保护区和混合区的导管布置；
-图7是根据本披露内容的原理的第三示例配量和混合组件的纵向截面图，该第三示例配量和混合组件包括限定了喷雾路径保护区和混合区的涡旋管道或导管布置；
-图8是根据本披露内容的原理的第四示例配量和混合组件的纵向截面图，该第四示例配量和混合组件包括限定了喷雾路径保护区和混合区的导管布置；
-图9是用于图7的第三示例配量和混合组件的类似于图7中描绘的涡旋管道的替代涡旋管道的透视图；
-图10是图9的涡旋管道或第一导管的轴向端视图；
-图11是适用于第四示例配量和混合组件的限定混合区和喷雾保护区的示例涡旋管道(或第一导管)的透视图。
在所有附图中，相同的附图标记用于相同或相似的元件。
具体实施方式
图1展示了根据本发明的实施例的用于将液体喷雾混入气体流中的系统。该系统包括主体100，该主体具有限定内部101的周向壁130，该内部用于在从第一端110到第二端120的下游方向上容纳大致沿着纵向轴线A的气体流。第一端110限定入口开口，并且第二端120限定出口开口。在出口开口的侧面上，可以提供与内部101处于流体连通的反应性基材或催化器160。周向壁130可以通过将半壳体接合在一起(例如通过焊接)制造而成，以形成圆柱形管道。
在内部101内布置分隔挡板310，从而将内部101有效地分为下文将称为“上游部分”和“下游部分”的部分。气体可以通过为此目的设置的至少一个孔口从上游部分流动到下游部分。分隔挡板310优选地安排在内部内，以此方式使得气体只能经由所述至少一个孔口通过，因为内部原本被分隔挡板310完全地密封。最优选地，从上游侧到达的气体在通过下面描述的涡旋管道210之后只能通过所述至少一个孔口中的一些或全部。
涡旋管道210和分隔挡板310可以被配置成通过涡旋管道210和分隔挡板310的组合来将从上游侧到达的任何气体流的较大部分(例如，超过50％，即，大部分)朝向所述分隔挡板310的下游侧引导，从而仅允许所述气体流的较小部分(例如小于50％，即，小部分)绕过涡旋管道210和分隔挡板310的组合。
在上游部分中，在任选的基材165(例如DPF或DOC基材)的下游，涡旋管道210(也称为混合管)沿第二纵向轴线B布置在内部101内。第二纵向轴线B可以与第一纵向轴线A成角度。特别地，第二纵向轴线可以垂直或基本垂直于第一纵向轴线。更一般地，第二纵向轴线之间的角度也可以在70°至110°的优选范围内、或在80°至100°的更优选范围内、或在85°至95°的更优选范围内，这也产生非常紧凑的布置。
涡旋管道210使排气气体围绕第二纵向轴线B涡旋。在某些实施方式中，涡旋管道210限定狭槽，排气气体穿过这些狭槽进入涡旋管道210。在某些实施方式中，涡旋管道210包括遮板，这些遮板引导排气气体以沿着周向方向的涡旋流穿过狭槽，如下所述。
涡旋管道210具有邻近周向壁130的第一端和延伸至所述分隔挡板310的第二端，如下文将更详细地描述。术语“邻近”意在包括其中涡旋管道210的第一端与周向壁130接触或接合的布置。在内套管设置在主体100内部的实施例中(如下文将结合图4更详细地描述)，涡旋管道210的第一端也可以与内套管接触或接合，同时仍被视为周向邻近壁130。涡旋管道210通过其外壁中的开口将气体流接收到其内部中。涡旋管道的形状可以例如是大致圆柱形或截头圆锥形。涡旋管道210的外壁可以在其第二端处设置有优选地呈规则图案的多个突起，以产生齿状或锯齿状的外观。
取决于涡旋管道210中的开口的布置，气体可以从上游侧和/或从下游侧进入(在已经通过分隔挡板320偏转之后)。涡旋管道210的外壁中的开口可以被配置成使得对进入涡旋管道210的气体的速度施加切向分量，优选地，产生相对于涡旋管道210的轴线成角度(在20°至40°、优选地30°至35°的范围内)的速度矢量的切向分量。鉴于获得该效果，一些或所有开口可以被设置有遮板；在特定实施例中，圆周的至少30°扇区不具有带遮板的开口。
喷射器孔口180布置在涡旋管道210的第一端并被配置成接收喷射器以将反应物喷到气体流中，使得反应物与气体流在涡旋管道210中混合。喷射器孔口180可以或可以不延伸穿过周向壁130。在所示实例中，喷射器孔口180是配量器座(即，可以焊接在周向壁130的内表面上的结构)的一部分。
在下游部分中，限流器布置170被布置在内部101内、在分隔挡板310与第二端120之间，限流器布置170迫使从上游侧到达的气体远离内部101的外围区域而朝向主体100的中心轴线。这可以借助于呈挡板形状的限流器布置170来实现，该挡板在其外围区域中基本上被封闭，而在其中心区域中具有一个或多个孔口。
涡旋促进器件320被布置在分隔挡板310与限流器布置170之间，使得穿过涡旋促进器件320的气体在朝向所述第二端120穿过限流器布置170之前围绕第一纵向轴线涡旋。以这种方式，涡旋促进器件320和限流器布置170协作以确保气体流的最大湍流，并且因此确保在到达可以布置在限流器布置170下游的反应性基材或催化器160之前反应物在气体流中最大混合。
涡旋促进器件320可以包括挡板，该挡板限定了多个勺状物、管道、遮板、或其他方向调节构件。
一个或多个金属板表面(未示出)可以被安排成使得基本上被通过所述入口开口110进入的气体流包围，其中喷射器孔口180被配置成使得安装在其中的任何喷射器的喷射轴线与一个或多个金属板表面相交。一个或多个金属板表面可以包括穿孔板191和实心板192。
图2呈现了图1的不带主体130的系统的分解图。如在该图中可以看出，涡旋管道210的轴线(即，第二纵向轴线B)与分隔挡板310的阶梯部分中的开口一致。在组装位置，涡旋管道210的第二端延伸至所述分隔挡板310，以便将来自涡旋管道210内部的气体引导穿过分隔挡板310而朝向系统100的下游部分。涡旋管道210的第二端可以延伸穿过分隔挡板310中的开口。替代性地，涡旋管道210的第二端可以邻接分隔挡板310的阶梯部分，从而包围开口。作为进一步的替代方案，在涡旋管道210的第二端与分隔挡板310的阶梯部分之间可以保留小间隙。
图3呈现了根据本发明的系统的中心部分的变型的局部剖视透视图。由于视角是从上方的(如参照图1和图2中的系统的取向)，因此所示元件的所示部分对应于下部部分。在该实施例中，涡旋管道210是延伸到分隔挡板310的阶梯部分中的开口中的带遮板管。涡旋促进器件320和限流器布置170布置在分隔挡板310的下游。图3的实施例展示了以下可选特征：分隔挡板310的一部分被成形为与涡旋管道210接触，因此通过阻止围绕涡旋管道210的流动来迫使大部分气体流进入涡旋管道210中。
图4呈现了根据本发明的系统的另一实施例的局部剖视透视图。在该实施例中，该系统还包括具有上游端和下游端的内套筒135，由此上游端周向地接合到分隔挡板310并且下游端周向地接合到涡旋促进器件320或限流器布置170，以便在内套筒与周向壁130之间留有环形空间。优选地，内套筒135设置有至少一个开口139，从而确保环形空间与由内套筒135封闭的内部容积之间的流体连通。因此，气体可以在套筒内部和周围(即，在周向壁130与内套筒135之间的环形空间中)流动。
可选地，至少一个开口布置在内套筒135中的将被反应物影响的区域中(如在所示的情况下，其中喷射器的轴线与涡旋管道210的纵向轴线B一致，该纵向轴线与设置有开口139的区域相交)。套筒中的适当安排的开口因此可以提供热稳定格栅(通过对流实现)，反应物被喷向该格栅，从而与喷雾被引导到周向壁130的内部的情况相比，提供了不太容易积聚固体反应物沉积物的表面。在所示的情况下，涡旋管道210(带遮板管)不延伸穿过周向壁130。在所示的情况下，反应物喷雾的注入点位于混合器外壳的内部，因此喷射器孔口180不延伸穿过外壁。以这种方式，可以使系统更加紧凑。
图5呈现了可以用于本发明的实施例中的分隔挡板310的分解图。如图所示，分隔挡板310可以由多个单独的挡板部分构成。底部部分可以由适当弯曲且穿孔的第一板状元件组成。顶部部分可以由适当弯曲的第二板状元件组成。单独的挡板部分可以以固定关系接合在一起。替代性地，单独的挡板部分可以借助于附接到公共结构来保持固定关系。
在替代性配置中(图5中未示出)，分隔挡板310可以是单件的，特别是它可以被生产为单个适当弯曲且穿孔的板状元件。
参考图6至图11，示出并解释了包括喷雾路径保护区的配量和混合组件的其他实例。
以示意性方式描绘了图6至图8中描绘的系统，因为它们与关于图1和图4描述的系统的不同之处仅在于涡旋管道包括喷雾路径保护区。具有喷雾路径保护区的变型可以用于存在和不存在内套筒135的实施例中。此外，未详细地示出限流器布置170。
参考图6，示出了第二示例配量和混合组件。在优选实施例中，喷雾路径保护区包括邻近喷射器孔口布置在涡旋管道/第一导管内的穿孔导管。
喷雾保护区包括在喷射器孔口或喷射器安装位置180处布置在第一导管/涡旋管道210内的穿孔导管400或喷雾路径保护器400。喷雾路径保护器被定位成包围布置在喷射器孔口180处的喷射器配量器500的喷嘴。喷雾保护器400抑制进入第一导管210的流过快地打开反应物的喷雾路径。在某些实例中，喷雾保护器400阻止至少一些涡旋流到达配量器500的喷嘴。在某些实例中，喷雾保护器400减少到达配量器500的喷嘴的排气流中的涡旋和/或其他大规模湍流。
在某些实施方式中，喷雾保护器400包括穿孔导管。喷雾保护器400的穿孔的大小被设定为减轻通过穿孔的排气的湍流。在某些实例中，每个穿孔具有小于约5mm的横向尺寸(例如，直径)。在某些实例中，每个穿孔具有小于约4mm的横向尺寸。在某些实例中，每个穿孔具有约3mm的横向尺寸。在某些实例中，每个穿孔具有小于约3mm的横向尺寸。在某些实例中，每个穿孔具有介于2mm与4mm之间的横向尺寸。在某些实例中，每个穿孔具有介于2.5mm与3.5mm之间的横向尺寸。
在一些实施方式中，穿孔导管400是圆柱形的。在其他实施方式中，穿孔导管400可以具有其他形状。在某些实施方式中，喷雾保护器400的穿孔在穿孔导管的圆周的至少大部分上延伸。在某些实例中，穿孔在整个圆周上延伸。在其他实例中，穿孔导管可以限定一个或多个非穿孔周向区段。在某些实例中，穿孔导管限定两个相对地布置的非穿孔周向区段。在一个实例中，非穿孔周向区段面向入口。
在一些实施方式中，穿孔导管安装到配量器安装座，该配量器安装座也将配量器保持在配量器安装位置。在其他实施方式中，穿孔导管安装到第一导管。在某些实例中，穿孔导管400在涡旋管道210上部分地延伸。在某些实例中，穿孔导管在小于涡旋管道的轴向长度的大部分上延伸。在某些实例中，穿孔导管在涡旋管道的25％至50％上延伸。在优选实施例中，穿孔导管与涡旋管道同心地安排。
如针对图1和图4所述，涡旋管道还包括混合部分420或混合器，该混合部分或混合器包括第一组遮板42。
参考图7，示出了第三示例配量和混合组件。喷雾路径保护区包括涡旋管道的邻近喷射器孔口的保护部分，该保护部分包括穿孔。
第一导管/涡旋管道限定了混合部分上游的喷雾路径保护区。流动路径保护区布置在配量器安装位置/喷射器孔口处，以促进反应物从配量器500流动而不会过早地打开来自配量器的反应物的喷雾路径。过快地打开喷雾路径可能会导致反应物的沉积，这可能会导致系统内的沉积物的堆积和排气流的堵塞。例如，围绕反应物喷射位点的涡旋排气流可以将反应物从喷雾路径径向向外推向第一导管/涡旋管道的内表面，从而导致反应物沉积在混合部分的遮板上或在配量器的喷嘴周围。
在某些实施方式中，保护区由布置在喷射器安装位置与涡旋管道210的混合部分之间的第一导管/涡旋管道210的穿孔区域401限定。穿孔区域处的穿孔不会使通过穿孔进入第一导管的排气产生涡旋。在某些实例中，穿孔减轻在排气通过穿孔进入之前施加在排气上的任何涡旋(例如，来自围绕第一导管的外部移动的排气)。在某些实例中，穿孔减轻在排气通过穿孔之前施加在排气上的任何大规模湍流。
在某些实施方式中，穿孔区域的穿孔的大小被设定为抑制通过穿孔的排气的涡旋和/或其他湍流。在某些实例中，每个穿孔具有小于约5mm的横向尺寸(例如，直径)。在某些实例中，每个穿孔具有小于约4mm的横向尺寸。在某些实例中，每个穿孔具有约3mm的横向尺寸。在某些实例中，每个穿孔具有小于约3mm的横向尺寸。在某些实例中，每个穿孔具有介于2mm与4mm之间的横向尺寸。在某些实例中，每个穿孔具有介于2.5mm与3.5mm之间的横向尺寸。
如图9所示，穿孔区域的穿孔在第一导管210的圆周的至少大部分上延伸。在某些实例中，穿孔区域401的穿孔可以在第一导管的整个圆周上延伸。在其他实例中，穿孔在小于第一导管的圆周的大部分上延伸。在某些实施方式中，穿孔区域360包括一个或多个非穿孔区段(即，第一导管的周向区段，其中与穿孔区域的相邻穿孔的其余部分相比，界定该区段的相邻穿孔在周向上彼此间隔开更远)。在某些实例中，穿孔区域401的穿孔被分成由相对地布置的非穿孔区段4011、4012隔开的两组。包含相对地布置的非穿孔区段导致通过保护区的对称流动。在某些实例中，非穿孔区段与包括第一组遮板42的混合区域/部分420的非带遮板区段4201、4202对准。
根据优选实施例，来自入口的至少一些排气流穿过穿孔区域401而不是穿过混合部分进入第一导管210。在某些实施方式中，与穿过混合部分420相比，更少的流穿过穿孔区域401进入。在某些实施方式中，来自入口的排气的至少15％穿过穿孔区域401流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的至少20％穿过穿孔区域401流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的至少25％穿过穿孔区域401流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的至少30％穿过穿孔区域401流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的至少35％穿过穿孔区域401流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的约20％至45％穿过穿孔区域401流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的约25％至40％穿过穿孔区域401流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的约30％至35％穿过穿孔区域401流入第一导管210。
在某些实施方式中，来自入口的排气的不超过80％穿过混合部分420流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的不超过75％穿过混合部分420流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的不超过70％穿过混合部分420流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的不超过65％穿过混合部分420流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的不超过60％穿过混合部分420流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的不超过55％穿过混合部分420流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的约45％至70％穿过穿孔区域401流入第一导管210。在某些实施方式中，来自入口的排气的约55％至65％穿过穿孔区域401流入第一导管210。
穿过穿孔区域401进入的排气流将反应物朝向混合部分携载，而对喷雾路径的影响最小。穿过混合部分进入第一导管210的流最初围绕来自穿孔区域401的低涡旋或非涡旋流进行涡旋。随着流穿过第一导管210向下游前进，来自混合区域420的流与来自穿孔区域401的排气流混合，从而在混合区域420下游的第一导管210内产生排气和反应物的涡旋流动。
参考图8和图11，示出了第四示例配量和混合组件。第一导管/涡旋管道210在涡旋管道210上的混合器部分的上游限定了喷雾路径保护区(参见图7)。喷雾路径保护区布置在混合部分420与配量器安装位置/喷射器孔口180之间，以促进反应物从配量器流动而不会过早地打开来自配量器的反应物的喷雾路径。过快地打开喷雾路径可能会导致反应物的沉积，这可能会导致系统内的沉积物的堆积和排气流的堵塞。例如，围绕反应物喷射位点的涡旋排气流可以将反应物从喷雾路径径向向外推向第一导管210的内表面，从而导致反应物沉积在混合器部分420的遮板上或在配量器的喷嘴周围。
在某些实施方式中，保护区由位于混合部分/区段420上游的涡旋管道的带遮板区段402限定，该带遮板区段包括遮板40。带遮板区段被配置成在与混合部分420相反的方向上引起涡旋。来自入口的排气流的第一部分将穿过带遮板区段402进入第一导管210，而来自入口的排气流的第二部分将穿过混合部分/混合器420进入第一导管210。带遮板区段402将在第一方向上对排气的第一部分引起涡旋，而混合部分420将在与排气的第二部分相反的第二方向上引起涡旋。在混合部分420的上游端处的这两个涡旋流动之间的相互作用最初抑制了由混合部分420引起的涡旋，从而减少混合部分对从喷射器配量器分配的反应物的喷雾路径的影响。
在某些实施方式中，带遮板区段402的遮板与混合部分420的遮板相比更小(例如，沿着导管轴线L更短)。因此，与穿过混合器420相比，更少的流穿过带遮板区段402进入。在某些实施方式中，遮板的轴向长度(沿着导管轴线L)小于混合器遮板的轴向长度的一半。在某些实施方式中，遮板的轴向长度在混合器遮板的轴向长度的10％与40％之间。在某些实施方式中，遮板的轴向长度在混合器遮板的轴向长度的10％与25％之间。在某些实施方式中，遮板的轴向长度在混合器遮板的轴向长度的15％与20％之间。在某些实施方式中，由带遮板区段402提供的总开放面积在由混合器/混合部分提供的总开放面积的约15％与55％之间。在某些实例中，由带遮板区段402提供的总开放面积在由混合器/混合部分提供的总开放面积的约25％与45％之间。
本发明还涉及一种用于处理排气的排气处理装置，该排气处理装置包括如上所述的用于将液体喷雾混入气体流中的系统，其中后处理基材布置在出口120的下游，并且其中所述入口110适于接收内燃发动机的排气流。
本发明还涉及一种包括上述排气处理装置的机动车辆。
本发明还涉及一种马达动力机器、特别是一种柴油动力机动车辆，该柴油动力机动车辆包括上述排气处理装置，该排气处理装置被布置用于处理由车辆的内燃发动机产生的排气的目的。
虽然上文已经参照特定实施例描述了本发明，但是这样做是为了阐明而不是限制本发明，本发明的范围将参照所附权利要求来确定。特别地，仅在特定实施例的背景下描述的变型和要素可以与其他实施例的特征相组合，以获得相同的技术效果。

Claims (21)

1.一种用于将液体喷雾混入气体流中的系统，所述系统包括：
-主体(100)，所述主体具有周向壁(130)，所述周向壁限定用于容纳所述气体流的内部(101)，所述内部(101)具有第一纵向轴线(A)并且从第一端(110)延伸到第二端(120)，所述第一端(110)限定入口开口，所述第二端(120)限定出口开口；
-分隔挡板(310)，所述分隔挡板布置在所述内部(101)内；
-涡旋管道(210)，所述涡旋管道沿第二纵向轴线(B)布置在所述内部(101)内，所述涡旋管道(210)具有邻近所述周向壁(130)的第一端和延伸至所述分隔挡板(310)的第二端；
-喷射器孔口(180)，所述喷射器孔口布置在所述涡旋管道(210)的所述第一端处并被配置成接收喷射器以将反应物喷射到所述气体流中，使得所述反应物与所述气体流在所述涡旋管道(210)中混合；
-涡旋促进器件(320)；以及
-限流器布置(170)；
所述涡旋促进器件(320)被布置在所述分隔挡板(310)与所述限流器布置(170)之间，使得穿过所述涡旋促进器件(320)的气体在朝向所述第二端(120)穿过所述限流器布置(170)之前围绕所述第一纵向轴线(A)涡旋；并且
所述限流器布置(170)布置在所述内部(101)内、在所述涡旋促进器件(310)与所述第二端(120)之间，所述限流器布置(170)迫使从上游侧到达的气体远离所述内部(101)的外围区域而朝向所述主体(100)的中心轴线。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括内套筒(135)，所述内套筒具有上游端和下游端；所述上游端周向地接合到所述分隔挡板(310)，并且所述下游端周向地接合到所述涡旋促进器件(320)或所述限流器布置(170)，以便在所述内套筒(135)与所述周向壁(130)之间留有环形空间，所述环形空间与所述入口开口处于流体连通。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述内套筒(135)设置有至少一个开口，从而确保所述环形空间与由所述内套筒(135)封闭的内部容积之间的流体连通。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述内套管(135)的至少一个开口布置在将被所述反应物影响的区域中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第二纵向轴线(B)与所述第一纵向轴线(A)成角度。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第二纵向轴线(B)基本上垂直于所述第一纵向轴线(A)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述涡旋管道(210)和所述分隔挡板(310)被配置成使得从所述分隔挡板(310)的上游侧流向所述分隔挡板(310)的下游侧的气体流的大部分穿过所述涡旋管道(210)并在所述涡旋管道(210)的所述第二端处穿过所述分隔挡板(310)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述喷射器孔口(180)不穿过所述周向壁(130)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述分隔挡板(310)被形成为弯曲的穿孔板。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述涡旋管道包括混合部分，所述混合部分包括第一组遮板。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括喷雾路径保护区。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述喷雾路径保护区包括所述涡旋管道的邻近所述喷射器孔口的保护部分，所述保护部分包括穿孔。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述喷雾路径保护区包括所述涡旋管道的邻近所述喷射器孔口的保护部分，所述保护部分包括邻近所述喷射器孔口的第二组遮板，如果存在的话，所述第二组遮板和所述第一组遮板被安排并适用于在相反方向上引起涡旋。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的系统，其中，所述喷雾路径保护区包括邻近所述喷射器孔口布置在所述涡旋管道内的穿孔导管。
15.一种用于处理排气的排气处理装置，包括根据前述权利要求中任一项所述的用于将液体喷雾混入气体流中的系统，其中，后处理基材布置在所述出口(120)的下游，并且其中所述入口(110)适于接收内燃发动机的排气流。
16.一种机动车辆，包括根据权利要求15所述的排气处理装置。
17.一种柴油发动机动力机器，包括根据权利要求15所述的排气处理装置。
18.一种在用于将液体喷雾混入气体流中的系统中使用的涡旋管道，所述涡旋管道包括：混合部分，所述混合部分包括第一组遮板；以及喷雾路径保护区。
19.根据权利要求18所述的涡旋管道，其中，所述喷雾路径保护区包括穿孔。
20.根据权利要求18所述的涡旋管道，其中，所述喷雾路径保护区包括第二组遮板，所述第二组遮板和所述第一组遮板被安排并适用于在相反方向上引起涡旋。
21.根据权利要求18所述的管道在排气处理装置中的用途。
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