排放系統(tǒng)將由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱排氣傳導(dǎo)通過各種排放部件以減少排放并且控制噪音。排放系統(tǒng)包括處于選擇性催化還原(SCR)催化器上游的，用于噴射例如柴油機(jī)排放處理液(DEF)或諸如尿素和水的溶液的還原劑的噴射系統(tǒng)?；旌掀魑挥赟CR催化器的上游并且將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣及尿素轉(zhuǎn)化物進(jìn)行混合。噴射系統(tǒng)包括將尿素噴灑至排氣流中的計(jì)量給料器。尿素應(yīng)在到達(dá)SCR催化器之前盡可能多地轉(zhuǎn)化成氨(NH₃)。因此，噴霧的液滴尺寸在該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)中起重要作用。

該行業(yè)正在朝向提供更緊湊的排放系統(tǒng)的方向發(fā)展，這導(dǎo)致系統(tǒng)的體積減小。噴灑較大尺寸液滴的系統(tǒng)在被應(yīng)用于較緊湊的系統(tǒng)構(gòu)型中時(shí)不能使尿素充分轉(zhuǎn)化。因此，需要適用于這些較緊湊構(gòu)型的較小液滴尺寸計(jì)量給料器。

液滴尺寸越小，由于表面接觸面積增加，向氨的轉(zhuǎn)化越有效。然而，由小液滴計(jì)量給料器產(chǎn)生的噴霧對(duì)再循環(huán)流非常敏感。通常，位于計(jì)量給料器的末端的區(qū)域具有再循環(huán)流的旋渦。該旋渦將噴霧液滴推向混合器的壁并且推至計(jì)量給料器的末端上，這將產(chǎn)生初始沉積位置。沉積物隨時(shí)間逐漸累積并且會(huì)對(duì)系統(tǒng)操作產(chǎn)生不利的影響。例如，氨均勻度指數(shù)可能較低，經(jīng)過混合器的壓降可能增大，或在柴油微粒過濾器(DPF)的主動(dòng)再生期間存在較高的氨排放。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，一種車輛排放系統(tǒng)包括限定發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通道的排放部件，該排放部件包括開口。計(jì)量給料器限定計(jì)量給料器軸線并且延伸至計(jì)量給料器末端，計(jì)量給料器末端構(gòu)造成將還原劑經(jīng)由開口噴灑至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通道中。錐形件具有基座端部，該基座端部鄰近開口定位成使得在排放部件內(nèi)形成繞計(jì)量給料器末端的環(huán)形間隙。排氣被引導(dǎo)成沿橫向于計(jì)量給料器軸線的方向經(jīng)環(huán)形間隙進(jìn)入錐形件的基座端部。

在上述方案的另一實(shí)施方式中，排氣被引導(dǎo)成沿垂直于計(jì)量給料器軸線的方向以繞環(huán)形間隙均勻分布的方式進(jìn)入錐形件的基座端部。

在上述方案中的任一者的另一實(shí)施方式中，排放部件包括混合器。

在另一示例性實(shí)施方式中，一種用于將還原劑噴射到排放部件中的方法包括以下步驟：提供限定發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通道的排放部件，該排放部件包括開口；將計(jì)量給料器安裝至排放部件，該計(jì)量給料器延伸至計(jì)量給料器末端，該計(jì)量給料器末端構(gòu)造成沿著計(jì)量給料器噴灑軸線噴射還原劑并且將還原劑經(jīng)由開口噴射至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通道中；以及將錐形件的基座端部鄰近開口定位成使得在排放部件內(nèi)形成繞計(jì)量給料器末端的環(huán)形間隙，并且其中，排氣被引導(dǎo)成沿橫向于計(jì)量給料器噴灑軸線的方向經(jīng)環(huán)形間隙進(jìn)入錐形件的基座端部。

通過以下說明書及附圖將最佳地理解本申請(qǐng)的上述特征及其它特征，以下是簡(jiǎn)要描述。

附圖說明

圖1示意性示出了具有根據(jù)本發(fā)明的混合器的排放系統(tǒng)的一個(gè)示例。

圖2是用在計(jì)量給料器子組件中的錐形件的示意性側(cè)面剖視圖。

圖3是混合器的入口擋板的一部分的端視圖。

圖4是示出排氣流的入口點(diǎn)及出口點(diǎn)的錐形件的端視圖。

圖5示出了引導(dǎo)噴霧遠(yuǎn)離錐形件的壁的示例性流動(dòng)型態(tài)。

圖6示出了計(jì)量給料器子組件的立體圖。

圖7示出了計(jì)量給料器子組件的側(cè)面剖視圖。

圖8是安裝在混合器內(nèi)的計(jì)量給料器子組件的端視圖。

圖9是位于混合器的入口擋板與出口擋板之間的計(jì)量給料器子組件的立體端視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了車輛排放系統(tǒng)10，如現(xiàn)有技術(shù)那樣，該排放系統(tǒng)將由發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生的熱排氣引導(dǎo)穿過各種上游排放部件14以減少排放及控制噪聲。各種上游排放部件14可以包括以下部件中的一個(gè)或更多個(gè)：管、過濾器、閥、催化器、消聲器等。

在一個(gè)示例性構(gòu)型中，上游排放部件14將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣引導(dǎo)至具有入口18及出口20的柴油機(jī)氧化催化器(DOC)16中。DOC 16的下游可以具有已知的用于從排氣中去除污染物的柴油機(jī)微粒過濾器(DPF)21。DOC 16及可選的DPF 21的下游是具有入口24和出口26的選擇性催化還原(SCR)催化器22。出口26將排氣傳送至下游排放部件28。任選地，部件22可包括構(gòu)造成執(zhí)行選擇性催化還原功能以及微粒過濾功能的催化器。各種下游排放部件28可以包括以下部件中的一個(gè)或更多個(gè)：管、過濾器、閥、催化器、消聲器等。這些上游部件14及下游部件28能夠基于車輛應(yīng)用和可用的包裝空間而以各種不同的構(gòu)型和組合安裝。

混合器30定位在DOC 16或DPF 21的出口20的下游，并且定位在SCR催化器22的入口24的上游。上游催化器和下游催化器能夠是排成一行的或平行的。混合器30用于產(chǎn)生排氣的旋渦運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

噴射系統(tǒng)32用于將還原劑——諸如例如尿素和水的溶液——噴射至SCR催化器22的上游的排氣流中，使得混合器30能夠?qū)⒛蛩丶芭艢馔耆鼗旌显谝黄?。噴射系統(tǒng)32包括已知的流體供給器34、計(jì)量給料器36、以及控制尿素噴射的控制器38。

混合器30包括具有入口端部42及出口端部44的混合器本體，該入口端部構(gòu)造成接收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣，出口端部構(gòu)造成將打旋的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣與尿素的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的混合物引導(dǎo)至SCR催化器22。在美國(guó)專利US 2012/0216513以及申請(qǐng)?zhí)枮?2/57693、12/57886及12/57768的待審的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開了能用在排放系統(tǒng)10中的混合器30的示例，這些專利/申請(qǐng)也被轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人并且通過參引并入本文。

如圖6中所示，計(jì)量給料器子組件100包括具有開口52的頂板50。計(jì)量給料器安裝結(jié)構(gòu)51鄰接頂板50并且保持計(jì)量給料器36。計(jì)量給料器子組件100包括具有至少一個(gè)開口71的筒狀殼體70。

如圖2中所示，計(jì)量給料器36限定計(jì)量給料器軸線A。計(jì)量給料器的末端54構(gòu)造成將還原劑經(jīng)由開口52噴灑至混合器30中。錐形件58的基座端部56鄰近開口52定位成使得在計(jì)量給料器子組件100中繞計(jì)量給料器末端54形成有環(huán)形間隙60。排氣被引導(dǎo)成沿橫向于計(jì)量給料器軸線A的方向穿過環(huán)形間隙60進(jìn)入錐形件58的基座端部56。

錐形件58延伸至遠(yuǎn)端部62，遠(yuǎn)端部62的直徑大于基座端部56的直徑。錐形件58具有外表面64和內(nèi)表面66。基座端部56包括具有大致恒定的直徑D1的管狀部段68，并且遠(yuǎn)端部62被限定為具有大于D1的直徑D2。錐形件58的內(nèi)表面66及外表面64從管狀部段68向遠(yuǎn)端部62逐漸外擴(kuò)。在一個(gè)示例中，錐形件58與計(jì)量給料器軸線A同軸。在一個(gè)示例中，錐形件58可以具有郁金香的形狀。

如圖2中所示，排氣被引導(dǎo)成在垂直于計(jì)量給料器軸線A的方向上以繞環(huán)形間隙60均勻分布的方式進(jìn)入錐形件58的基座端部56。筒狀殼體70被固定至頂板50并且環(huán)繞錐形件58的至少一部分。開口52形成在計(jì)量給料器子組件100的頂板中。殼體70包括至少一個(gè)開口71以沿著對(duì)著錐形件58的外表面64的第一流動(dòng)方向F1引導(dǎo)排氣。之后排氣在沿著錐形件58的外表面64的第二流動(dòng)方向F2上朝向基座端部56流動(dòng)。之后排氣沿第三流動(dòng)方向F3流動(dòng)而進(jìn)入繞基座端部56周向延伸的環(huán)形間隙60。在流動(dòng)經(jīng)過環(huán)形間隙60之后，排氣沿第四流動(dòng)方向F4流動(dòng)，在該階段排氣與還原劑混合并且在遠(yuǎn)端部62處離開錐形件58。在一個(gè)示例中，第四流動(dòng)方向F4大致沿著計(jì)量給料器軸線A延伸并且與第二流動(dòng)方向F2相反。此外，第三流動(dòng)方向F3垂直于第四流動(dòng)方向F4。

如圖8中所示，計(jì)量給料器子組件100定位在混合器30的入口擋板80與出口擋板81之間。入口擋板80位于混合器30的上游端部42處。入口擋板80構(gòu)造成引發(fā)穿過混合器30的主排氣流的旋渦運(yùn)動(dòng)。

在一個(gè)示例中，入口擋板80包括接收大部分排氣的較大的入口開口82(圖3)，并且入口開口82構(gòu)造成引發(fā)旋渦運(yùn)動(dòng)。入口擋板80還包括確保排氣的最佳均化并減小背壓的多個(gè)孔、槽或附加的入口開口84。

入口擋板80包括一個(gè)或更多個(gè)開口90，借助于位于殼體70中的開口71，一個(gè)或更多個(gè)開口90將小部分排氣引導(dǎo)成偏離主流動(dòng)路徑并且朝向錐形件58的外表面64。在一個(gè)示例中，有三個(gè)開口90a、90b、90c被用于朝向錐形件58的外表面64引導(dǎo)排氣。開口90和71有助于使氣體圍繞錐形件58的基座(圖4)均勻分布，從而使均勻分布的氣流進(jìn)入環(huán)形間隙60。在一個(gè)示例中，開口90a、90b、90c圍繞入口擋板80的外周緣彼此間隔開。

在圖6中更詳細(xì)地示出了計(jì)量給料器子組件100的殼體70。在一個(gè)示例中，殼體70包括完全環(huán)繞錐形件58的筒狀本體。殼體70包括圍繞筒狀本體周向地間隔開的多個(gè)槽71。在一個(gè)示例中，槽71的數(shù)量在數(shù)量方面對(duì)應(yīng)于入口擋板80中的開口90a、90b和90c的數(shù)量。

圖7示出了沿第一方向F1穿過殼體70的槽71進(jìn)入并撞擊在錐形件58的外表面上的氣流，錐形件58的外表面迫使氣流沿第二方向F2朝向錐形件58的基座流動(dòng)。之后氣流沿第三方向F3以均勻分布的方式穿過間隙60進(jìn)入錐形件的內(nèi)部。氣流沿第四方向F4離開錐形件58的遠(yuǎn)端部。圖8示出了氣流在入口擋板80與出口擋板81之間的位置處離開錐形件58。

如圖9所示，混合器30包括一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)向件83。導(dǎo)向件83有助于引導(dǎo)氣流穿過環(huán)形間隙60。在一個(gè)示例中，至少一個(gè)導(dǎo)向件83與入口擋板80中的開口90a、90b和90c中的每一個(gè)相關(guān)聯(lián)，以根據(jù)需要引導(dǎo)朝向錐形件58的流動(dòng)。

本發(fā)明使主排氣流的小部分偏離并且沿垂直于噴灑方向的方向再次引入該排氣流，其中噴灑方向沿著計(jì)量給料器軸線A。排氣的再次引入部分是圍繞環(huán)繞計(jì)量給料器末端54的環(huán)形間隙60均勻分布的。這產(chǎn)生促使噴霧液滴遠(yuǎn)離末端54并且遠(yuǎn)離錐形件58的內(nèi)表面66的喇叭狀流動(dòng)型態(tài)(圖5)。此外，該流動(dòng)構(gòu)型去除了在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)中存在的靠近計(jì)量給料器末端的再循環(huán)區(qū)域。喇叭狀的錐形件還保護(hù)計(jì)量給料器末端54以避免對(duì)噴霧的任何擾亂。此外，重要的是要控制引入到環(huán)形間隙60中的排氣流的量以避免擾亂噴霧。這種類型的流動(dòng)構(gòu)型對(duì)于產(chǎn)生小液滴尺寸的噴霧的計(jì)量給料器尤其有效。

雖然已經(jīng)公開了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到某些改型將包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。為此，應(yīng)研讀隨附的權(quán)利要求以確定本發(fā)明的真正的范圍及內(nèi)容。