CN106014560B - 用于混合排气和处理流体的混合器及车辆排气后处理装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了用于混合排气和处理流体的混合器及车辆排气后处理装置。该混合器包括包括：壳体，其具有前端、沿混合器纵向方向与所述前端相对的后端、以及从所述前端延伸至所述后端的周壁；前盖，用于部分地封闭所述前端，在所述前盖上形成有间隔开的用于接收排气的排气入口和用于安装处理流体喷射器的喷射器安装座；和排气挡板，设置在所述壳体内所述前盖的后方，且成形为将来自所述排气入口的排气分流成两路涡旋支流，并允许所述两路涡旋支流以及来自所述喷射器的处理流体行进穿过所述排气挡板。所述车辆排气后处理装置包括所述混合器以及反应器。所述反应器设置成从壳体的后端接收混合流体，促使混合流体在其内发生化学反应，从而净化排气。
Description
技术领域
本公开一般性地涉及用于内燃机的排气处理系统，更具体地涉及用于混合排气和处理流体的混合器及车辆排气后处理装置。
背景技术
全球针对内燃机排放的法规日益严格。通过改进内燃机的燃烧技术本身已很难满足当前严格的排放标准。因此，在各种内燃机系统特别是使用内燃机的车辆中已较普遍地采用排气后处理装置来进一步减少排放。
一种典型的可用于减少氮氧化物(NOx)排放的车辆排气后处理装置通常包括用于混合排气和处理流体的混合器及其下游促使排气中的氮氧化物发生还原反应的反应器。如本领域技术人员习知的，处理流体典型地为还原剂流体(例如氨水或氨气)或还原剂前体(例如尿素水溶液或其他含氮化合物的适当流体)；而反应器典型地为选择性催化还原(SCR)装置，其内设置有催化剂，以促使排气中的氮氧化物发生还原反应。例如，在处理流体为尿素水溶液的情况下，尿素水溶液喷入混合器后，将与具有较高温度的排气混合，发生水解/热解反应生成氨气；氨气与排气的混合流体流入SCR装置后，排气中的氮氧化物可与氨气发生还原反应，生成对环境无害的氮气和水。
此类车辆排气后处理装置的关键技术包括在混合器内将处理流体与排气充分混合以保证气态形式的还原剂均匀分布在排气中，以及使得混合器具有较小的压降以免产生过大的背压。因此，在现有技术的大多数混合器中，是以径向喷射方式(或称正交喷射方式)将处理流体喷射到排气流中以相互混合。这里所用的术语“径向喷射方式”指的是将处理流体以基本上垂直于排气行进方向的方向喷射至混合器中与排气进行混合。然而，在这种流体喷射方式中，通常需要将喷射器设置在混合器的周壁上，这不但导致混合器径向占用空间增大，而且容易出现漏气及其他故障。
近年来，为克服径向喷射混合器的上述缺陷，已研发出采用同向喷射方式(或称纵向喷射方式或轴向喷射方式)的混合器。在这类同向喷射混合器中，处理流体以基本上平行于排气行进方向的方向喷射至混合器中。这种喷射方式允许将喷射器设置在混合器的前端(即，带有排气入口的那一端)，而不必将其设置在混合器的周壁上。
然而，在现有技术的同向喷射混合器中，较难保证处理流体与排气充分混合，较难平衡压降与混合均匀度指标。而且，由于这类混合器可能具有较复杂的内部结构和/或要求较大的内部混合空间，导致其未必能够真正减少混合器的径向占用空间。
进一步地，在现有技术的采用尿素水溶液作为处理流体的混合器中，尿素水溶液在混合器内表面或喷射器末端处可能出现尿素结晶问题，这对混合器的正常工作会产生不利影响。特别地，喷射器末端的尿素结晶易导致喷射器堵塞，使得整个排气后处理装置出现严重故障。对于这样的同向喷射式混合器而言，由于喷射器末端至混合器排气入口的间距可能较小，且喷射器末端缺少排气气流的法向扰动，使得在此类混合器中喷射器末端的尿素结晶问题尤为严重。
此外，各种不同内燃机在排气温度、排气量、排气流速、NOx浓度等方面可能具有较大差异。这些差异会对混合器内的流体混合产生不同影响。为保证对不同类型内燃机的排气进行有效处理，现有技术中一种类型的混合器可能具有相应的排气后处理装置，这些装置通常仅能适用于一种内燃机或少数几种排气特性相似的内燃机。这使得这些混合器及其相应的排气后处理装置通用性较差。
发明内容
本公开的一个目的是要提供一种用于混合排气和处理流体的混合器和一种车辆排气后处理装置，其不但利于以较小压降实现处理流体与排气充分混合，而且结构紧凑，可减少混合器和车辆排气后处理装置的径向占用空间。
本公开的一个进一步的目的是要在本公开的混合器中减少或消除至少在喷射器末端出现的尿素结晶问题，从而保证本公开的混合器和车辆排气后处理装置运行可靠，减少维护频次。
本公开的另一个进一步的目的是要在本公开的混合器中减少或消除排气对处理流体喷射产生的影响，以保证本公开的混合器和车辆排气后处理装置可较好地适用于多种可能具有不同排气特性的内燃机。
一方面，本公开提供了一种用于混合排气和处理流体的混合器，其包括：
壳体，其具有前端、沿所述混合器的纵向方向与所述前端相对的后端、以及从所述前端延伸至所述后端的周壁；
前盖，用于部分地封闭所述前端，在所述前盖上形成有间隔开的用于接收排气的排气入口和用于安装处理流体喷射器的喷射器安装座；和
排气挡板，设置在所述壳体内所述前盖的后方，且成形为将来自所述排气入口的排气分流成两路涡旋支流，并允许所述两路涡旋支流以及来自所述喷射器的处理流体行进穿过所述排气挡板。
可选地，所述前盖被制成独立于所述壳体的构件，其可拆卸地或固定地安装于所述壳体的前端；或者所述前盖与所述壳体被制成一体式构件。
可选地，所述排气挡板包括分流部，所述分流部在所述前盖上的投影与所述排气入口的至少一部分重叠。
可选地，所述分流部呈柱形。
可选地，延伸经过所述排气入口中心和所述前盖中心的直线的至少一部分处于所述分流部在所述前盖上的投影的轮廓区域内。
可选地，所述分流部的顶端面向所述前盖的一侧朝所述前盖凸出或所述分流部面向所述前盖的一侧朝所述前盖倾斜，从而使得所述分流部的顶端比其底端更加接近所述前盖。
可选地，所述分流部成形为从其顶端至其底端具有渐缩的轮廓。
可选地，所述排气挡板进一步包括舌状部，其从所述分流部的顶端朝所述前盖延伸，以阻挡排气流向所述喷射器安装座。
可选地，所述舌状部具有朝来自所述排气入口的排气弯曲的弧形横截面。
可选地，所述舌状部的宽度大于或等于所述分流部的顶端的宽度。
可选地，所述舌状部的前端接近所述排气入口的邻近所述喷射器安装座的边缘。
可选地，所述舌状部通过形成在所述舌状部前端的凸片固定至所述前盖。
可选地，所述排气挡板进一步包括两个周向区段，其分别从所述分流部的两侧沿所述壳体的周向方向延伸，从而允许所述两路涡旋支流以及所述处理流体穿过形成于所述分流部与所述两个周向区段之间的开口行进。
可选地，所述两个周向区段邻近所述分流部底端的区域的宽度大于所述两个周向区段其他区域的宽度。
可选地，所述两个周向区段的远端之间形成间隔缺口。
可选地，所述两个周向区段之一或两者上形成有一个或多个孔洞。
可选地，所述混合器进一步包括促混装置，其设置在所述壳体内所述排气挡板的后方，且配置成促进来自所述喷射器的处理流体与所述排气的两路涡旋支流混合成混合流体，并允许所述混合流体穿过所述促混装置行进，继而流出所述壳体的后端。
可选地，所述促混装置实现为促混挡板。
可选地，所述促混挡板包括：通道，在所述通道的起始处形成有主出口；和盘形端面，其形成在所述通道的面向所述排气挡板的表面，用于阻挡所述处理流体和所述两路涡旋支流，且促进所述处理流体与所述两路涡旋支流混合。
可选地，所述主出口平行于所述混合器的纵向方向。
可选地，所述盘形端面包括：阻挡面，其面向所述前盖上所述喷射器安装座所处的区域，用于阻挡喷射在其上的处理流体，且进一步混合所述处理流体和所述两路涡旋支流；和涡流面，其占据所述盘形端面的其余区域，且呈螺旋倾斜，以进一步混合已混合的处理流体和两路涡旋支流，并将混合后的处理流体和两路涡旋支流导入所述主出口。
可选地，所述阻挡面和/或所述涡流面上形成有一个或多个开口。
可选地，在至少一个所述开口的周围形成有环形台肩，以防止处理流体的液膜直接流过该开口。
可选地，所述混合器进一步包括环形护套，其设置在所述壳体内所述喷射器安装座的周围，以避免处理流体在所述喷射器的末端结晶。
可选地，所述排气入口从一排气弯管接收排气。
另一方面，本公开提供了一种车辆排气后处理装置，包括：
根据本公开任一实施例的混合器；和
反应器，设置成从所述壳体的后端接收混合流体，促使所述混合流体在其内发生化学反应，从而净化所述混合流体中的排气。
可选地，所述处理流体为尿素水溶液，其在所述混合器内与排气混合后生成氨气；且所述反应器为选择性催化还原装置，其内设置有至少一级用于促使排气中的氮氧化物与所述氨气进行还原反应的催化器。
在根据本公开的混合器中，喷射器安装座设置在混合器的前盖上，且排气挡板是沿混合器的纵向方向设置在混合器内，使得排气在混合器内首先被分流成主要的两路涡旋支流后，再与处理流体主要在促混装置处或其邻近位置处发生混合。这实现了一种新的同向喷射式混合器及相应的车辆排气后处理装置，其不但利于以较小压降实现处理流体与排气充分混合，而且结构紧凑，可有效减少混合器和车辆排气后处理装置的径向占用空间。
根据本公开一些实施例的混合器设置有特别设计的排气挡板和/或促混装置。这些特别设计的部件不但利于在本公开的混合器中以较小压降实现处理流体与排气充分混合，有利于减少或消除至少喷射器末端处的尿素结晶问题，从而保证本公开的混合器和车辆排气后处理装置运行可靠，维护频次减少；而且还有利于消除或减少排气对处理流体喷射产生的影响，允许本公开的混合器和车辆排气后处理装置更好地适用于多种具有不同排气特性的内燃机。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式对本公开的一些实施例进行详细描述。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本公开一个实施例的混合器的示意性立体图；
图2是根据本公开一个实施例的混合器的示意性部分剖除立体图；
图3是根据本公开一个实施例的混合器的、沿其竖直纵向中央平面截取的示意性剖视图；
图4是根据本公开一个实施例的混合器的示意性前视图；
图5是根据本公开一个实施例的混合器的、去除前盖后的示意性前视图；
图6是根据本公开一个实施例的混合器的示意性立体图，其中该混合器的排气入口被连接至一个排气弯管；
图7是根据本公开一个实施例的混合器的、未将喷射器安装至前盖的示意性立体图；
图8是根据本公开一个实施例的混合器的排气挡板的示意性立体图；
图9是根据本公开一个实施例的混合器的排气挡板的示意性前视图；
图10是根据本公开一个实施例的混合器的促混装置的示意性立体图；
图11是根据本公开一个实施例的混合器的促混装置的示意性前视图；
图12是根据本公开一个实施例的车辆排气后处理装置的示意性立体图；
图13是根据本公开一个实施例的车辆排气后处理装置的示意性部分剖除立体图。
具体实施方式
图1至图5以不同的视图示出了根据本公开实施例的混合器100。该混合器100优选用在车辆排气后处理装置中混合排气和处理流体(例如尿素水溶液)，以形成在下游反应器中进行反应的混合流体。
如图1-3所示，混合器100一般性地包括壳体110，其例如可呈大致圆筒形。壳体110具有前端111、沿混合器100的纵向方向与前端111相对的后端119、以及从前端111延伸至后端119的周壁115。而且，混合器100还包括前盖120，其用于部分地封闭前端111，用于接收排气的排气入口121和用于安装处理流体喷射器130的喷射器安装座125(参见图7)可间隔地形成在前盖120上。如本领域技术人员可认识到的，排气入口121可从轴向延伸的排气管(未示出)接收排气。然而，如图6所示，在一些实施例中排气入口121也可从一个排气弯管135接收排气。排气弯管135可具有任意适当的弯曲角度，以将混合器100的排气入口121连接到它的上游装置(例如柴油颗粒过滤器)。具体地，在图6所示的实施例中，排气弯管135可为一直角弯管，其可将沿径向流动的排气改变成沿轴向流动的排气。
在一个实施例中，为了减少混合器100的径向占用空间，前盖120的经过排气入口121中心的半径方向与前盖120的经过喷射器安装座125中心的半径方向之间的夹角可设置成大于约90°且小于约180°。在一些实施例中，该夹角可为例如120°、135°或150°。更进一步地，喷射器安装座125优选可形成在前盖120的排气入口121的斜上方，以便在减少混合器100的径向占用空间同时有利于处理流体与排气的混合。
在本公开的一些实施例中，前盖120优选可形成为一个独立于壳体110的构件，其可拆卸地或固定地安装于壳体110的前端111。在这样的实施例中，由于前盖120独立于壳体110，因而允许前盖120在形状构造、制造材料、制造工艺和盖体厚度等方面具有较大的设计/选择自由。这不但便于对混合器壳体内的部件进行安装和维护，而且使得排气入口121和喷射器安装座125在具有灵活布局同时不易漏气。然而，本领域技术人员应认识到，在一些替代性实施例中，可将前盖120与壳体110形成为一个一体式构件以简化制造工艺，节约成本。
图7示意性地示出了根据本公开一个实施例的混合器100的、其上未安装喷射器的前盖120。在如图1-3及图7所示的一些实施例中，排气入口121可形成在前盖120的一个偏心区域中，且优选地，前盖120可被布置成使得排气入口121位于前盖120的下部中央。也就是说，例如在排气入口121成形为圆筒形管状部的情况下，其中央轴线可被定位在前盖120的竖直纵向中央平面的较低位置处。然而本领域技术人员将认识到，在一些替代性实施例中，排气入口121可形成在前盖120的其他适当部分中，例如斜下部、中心部、等等。
喷射器安装座125可成形为具有安装孔126和围绕安装孔126的安装环面127。喷射器安装座125被配置成使得喷射器130能够方便地通过例如安装板132等构件以合适的定向可拆卸地安装到前盖120的喷射器安装座125，从而以合适的喷射方向喷射出处理流体。
本公开的混合器100还包括排气挡板140，其设置在壳体110内前盖120的后方，且成形为将来自排气入口121的排气分流成两路涡旋支流，并允许这两路涡旋支流以及来自喷射器130的处理流体穿过排气挡板140行进(参见图3)。
图8和图9分别是根据本公开实施例的混合器100的排气挡板140的示意性立体图和示意性前视图。排气挡板140包括柱形分流部141，所述柱形可为圆柱形或棱柱形(例如三棱柱形)。在一个实施例中，分流部141具有处于同一平面内的两条侧根缘142、面向前盖120的脊部145，以及分别从两条侧根缘142延伸至脊部145的导流面148。分流部141被设计成使得其在前盖120上的投影与排气入口121的至少一部分重叠。例如，如图4所示，在一些实施例中，分流部141在前盖120上的投影是与一个包含排气入口121的半径的区域重叠。在一些替代性实施例中，分流部141在前盖120上的投影可与一个并不经过排气入口121的中心的区域重叠，只要该分流部141能够将来自排气入口121的排气分流成上文提到的两路涡旋支流皆可。
在图4所示的优选实施例中，延伸经过排气入口121中心和前盖120中心的直线的至少一部分处于分流部141在前盖120上的投影的轮廓区域内。在一个实施例中，在排气入口121位于前盖120下部中央的情况下，脊部145优选可基本上处于混合器100的竖直纵向中央平面内。
分流部141面向前盖120的一侧被设计成朝前盖120倾斜，从而使得分流部141的顶端比其底端更加接近前盖120。在一个实施例中，如图3所示，分流部141的脊部145从其底端至其顶端朝前盖120倾斜。替代性地，分流部141顶端面向前盖120的一侧朝前盖120凸出。而且，从前盖120处观察，整个分流部141可成形为从其顶端至其底端具有渐缩的轮廓。
具有上述形状的分流部141单独地或者与舌状部151和/或周向区161段(其将在后文详细描述)结合地，可将来自排气入口121的基本上大多数排气有效地分流成既有向上运动分量也有沿纵向向前运动分量的两路涡旋支流，从而避免排气和处理流体在喷射器末端附近过早混合，这不但有利于减少排气对处理流体喷射的影响，且有利于减少或消除喷射器末端附近的尿素结晶问题。
在本公开的一些进一步的实施例中，排气挡板140优选进一步包括舌状部151，其从分流部141的顶端朝前盖120延伸，以阻挡排气朝喷射器安装座125流动，具体地是阻挡处于舌状部151面向分流部141一侧的排气直接流动到舌状部151的相反侧。例如，在排气入口121位于前盖120下部中央的情况下，舌状部151可阻挡舌状部151下方的排气向上流动。舌状部151可有效避免排气和处理流体在喷射器末端附近过早混合，有效减少或消除喷射器末端的尿素结晶问题。
在一些更进一步的实施例中，舌状部151可具有朝向分流部141凸出的弧形横截面。具体地，舌状部151具有朝来自排气入口121的排气弯曲的弧形横截面。在一个实施例中，舌状部151的宽度基本上大于或等于分流部141顶端的宽度。
舌状部151被设计成使得舌状部151的前端接近排气入口121的邻近喷射器安装座125的边缘。在一个实施例中，舌状部151的延伸方向设置成相对于包含分流部141的两条侧根缘142的平面形成一大于或等于90°且小于135°的夹角,以使舌状部151的一部分可处于排气入口121与喷射器安装座125之间。可在舌状部151的前端形成凸片156，舌状部151可通过凸片156固定至前盖120。凸片156可水平地向前延伸，以插入前盖120中，例如插入前盖120中形成的插接槽128中，以保持排气挡板140的舌状部151固位可靠，从而防止舌状部151出现因排气冲击导致振动等问题。
在本公开的一些替代性实施例中，舌状部151也可被设计为其他形状(例如平直板形)或形成独立于排气挡板140的另一部件。此外，在一些不具有舌状部151的替代性实施例中，为了减少或消除喷射器末端出现的诸如尿素结晶等问题，例如可在前盖120面向排气挡板140的一侧，在喷射器末端的周围设置一个环形护套。
在本公开的一些进一步的实施例中，排气挡板140优选可进一步包括两个周向区段161，其分别从分流部141的两侧，具体地是从分流部141的两个侧根缘142沿壳体110的周向方向延伸。藉此，可在分流部141与两个周向区段161之间形成开口164，从而允许两路涡旋支流以及来自喷射器125的处理流体行进穿过开口164。两个周向区段161邻近分流部141底端的区域的宽度大于这两个周向区段161其他区域的宽度。具体地，如图3、图8和图9中较好地示出的，分流部141的两个侧根缘142、舌状部151的根部边缘、以及两个周向区段161基本上处于同一横向竖直平面内。
在本公开的一些更进一步的实施例中，为了降低背压，如图9所示，可沿圆周方向在两个周向区段161各自的远端之间形成间隔缺口163。替代性地或附加地，为了降低背压，也可分别在两个周向区段161之一或两者中形成一个或多个孔洞166。
进一步地，本公开的混合器100可包括促混装置180，其设置在壳体110内排气挡板140的后方，且配置成促进来自喷射器130的处理流体与排气的两路涡旋支流混合以形成混合流体，并允许混合流体穿过促混装置180行进，随后流出壳体110的后端119。
在本公开的一些进一步的实施例中，最好如图10-11所示，促混装置180可为促混挡板180'，其成形为使得穿过排气挡板140的处理流体喷射在其上，以促进处理流体与流至促混挡板180'的两路涡旋支流混合形成混合流体，并允许混合流体穿过促混挡板180'行进，继而流出壳体110的后端119。
在本公开的一些更进一步的实施例中，如图10-11所示，促混挡板180'可包括：通道195(参见图3)，在通道195的起始处具有主出口198；以及盘形端面181，其形成在通道195面向排气挡板140的一侧，用于阻挡处理流体与两路涡旋支流，且促进处理流体与两路涡旋支流混合。
盘形端面181可包括用于阻挡喷射在其上的处理流体的阻挡面182。在一个实施例中，阻挡面182面向前盖120上喷射器安装座125所处的区域。被阻挡的处理流体与排气的两路涡旋支流在阻挡面182上进一步混合。
盘形端面181可进一步包括涡流面192，其占据所述盘形端面的其余区域。涡流面192可低于阻挡面182。涡流面192呈螺旋倾斜，以允许对已混合的处理流体和两路涡旋支流进行进一步的混合，并将混合后的处理流体和两路涡旋支流导入主出口198。
具体地，涡流面192的起始边缘191与阻挡面182的结束边缘187对齐。起始边缘191朝涡流面192的中心倾斜，最高点处于径向最外侧点。涡流面192呈螺旋形地延伸至其结束边缘197。在阻挡面182的起始边缘183与涡流面192的结束边缘197间形成一个壁面。主出口198可形成在阻挡面182的起始边缘183与涡流面192的结束边缘197之间的这个壁面上。在一个实施例中，主出口198平行于混合器100的纵向方向。至少大部分混合流体可行进穿过主出口198并流出壳体110的后端119。涡流面192用于进一步促进处理流体与两路涡旋支流混合并形成涡流。
优选地，如图10-11所示，阻挡面182可以是与涡流面192沿不同螺旋线延伸的螺旋面，其中阻挡面182的延伸螺旋线的螺旋角优选小于涡流面192的延伸螺旋线的螺旋角。
在一些替代性实施例中，阻挡面182也可为与涡流面192沿相同螺旋线延伸的螺旋面；或者阻挡面182可以是处于竖直平面内的一个扇形平面。
在一些进一步的实施例中，为了减少背压，可分别在阻挡面182和/或涡流面192中形成一个或多个开口184、186、194、196。而且，在至少一个开口184、194的周围可分别形成有环形台肩189或199，以防止处理流体的液膜直接流过开口184、194。开口184、186、194、196可包括以下的一个或多个：在阻挡面182中形成的至少一个开口184；在涡流面192中形成的、沿其延伸螺旋线方向间隔排列的多个开口194；以及在阻挡面182和涡流面192的周缘部形成的沿周向方向间隔排列的多个外围开口186、196。
优选地，在阻挡面开口184和涡流面开口194的周围分别形成有环形台肩189、199。这些环形台肩189、199不但可防止处理流体在阻挡面182和涡流面192上形成的液膜直接流过这些开口，而且能够对阻挡面182和涡流面192上流动的流体进行扰动，从而有利于排气与处理流体充分/完全混合，以获得良好的混合均匀度，由此获得良好的还原剂均匀度(例如氨均匀度)。
本领域技术人员应认识到，促混装置180也可采用促混挡板180'之外的其他形式的促混装置。例如，在一些替代性实施例中，促混装置180可以是具有其他结构/形状、不含任何活动部件的挡板型促混装置；或者可以是带有某种活动部件的促混装置，例如混流风扇。
图3和图9还示出了在根据本公开一个实施例的混合器100中，来自喷射器130的处理流体(由箭头C标示)和来自排气入口121的排气(由箭头A标示)如何流动。来自喷射器130的处理流体喷射到前盖120、排气挡板140以及壳体110之间的空间中。在这一空间中，处理流体进一步分散成更小的液滴，继而行进穿过排气挡板140的开口164。由于舌状部151会阻挡排气向上流动与处理流体混合，处理流体具有更远的距离进一步分散，且因此防止了过早混合。来自排气入口121的排气被分流成两路涡旋支流(在图3和图9中由箭头B标示)，这两路涡旋支流会与处理流体在排气挡板140、促混挡板180'和壳体110之间的空间中以及促混挡板180'的表面上发生混合。在前盖120、排气挡板140以及壳体110之间的空间中，来自排气入口121的排气中撞上分流部141和/或舌状部151的那部分排气会被反弹并形成无序流。仅有约10％的排气会绕过分流部141和/或舌状部151向上流向喷射器安装座125，这避免了处理流体在喷射器安装座125附近结晶。混合后的处理流体和排气之后将行进穿过通道195到达后端119。
应认识到，排气挡板140和促混挡板180'可独立或结合使用，以促进处理流体与排气混合。
图12至图13以不同的视图示出了根据本公开另一实施例的车辆排气后处理装置200。车辆排气后处理装置200可包括根据本公开任一实施例的混合器100；以及反应器210，其设置成从壳体110的后端119接收混合流体，促使混合流体在其内发生化学反应，从而净化混合流体中的排气。车辆排气后处理装置200通常可为使用柴油发动机的车辆的排气后处理装置。
反应器210可为选择性催化还原装置，其例如可为大致圆筒形。反应器210内设置有至少一级用于促使排气中的氮氧化物与氨气进行还原反应的催化器215。在一些替代性实施例中，根据需要，反应器210也可为任何其他适当的反应器或催化器。在本公开的各种技术方案中，由于反应器210本身是本领域技术人员容易实现的，因此本文对其具体结构本身不予赘述。
在图12-13所示的实施例中，反应器210的前端完全开放且通过法兰220与混合器壳体110的后端119相连。然而，在一些替代性实施例中，反应器210的前端可通过套接方式或通过焊接方式与混合器壳体110的后端119相连。或者，在另一替代性实施例中，混合器100的壳体110与反应器210的壳体可形成为一个整体式构件。也就是说，车辆排气后处理装置200可具有一个总壳体，其前部区段形成混合器100的壳体110，后部区段形成为反应器210的壳体。
此外，如本领域技术人员习知的，可根据需要在混合器100的壳体110和/或反应器210的壳体中设置一些传感器安装座126，226，以安装一个或多个适当的传感器，从而感测排气、处理流体和/或混合流体的某些物理/化学参数。
需要强调的是，在根据本公开实施例的装置或产品中，各部件是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这样的分解、组合和/或重新组合应被视为本公开实施例的等同方案。而且，在上文对本公开实施例的描述中，针对一个实施例描述和/或示出的特征可按相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。
此外，本文所用的空间性或方向性术语“前、后、上方、向上、下方、向下、竖直、水平和横向”以及任何其他的类似术语指的是附图中所示的相应方向。换言之，用这些空间性或方向性术语来描述本公开的装置时，其含义应相对于该装置处于附图所示的标准工作位置来解释。
此外，本文使用的程度术语例如“基本”、“大约”和“大致”可被解释成包括精确的参数或特性以及本领域技术人员能够理解的合理偏差，偏差的程度不会对所公开方案的最终结果或功能造成实质影响。
最后，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽地示出和描述了多个示例性实施例，但是，在不脱离本公开精神和范围的情况下，仍可直接确定或推导出符合本公开原理的许多其他变型或修改。因此，本公开的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (26)
1.一种用于混合排气和处理流体的混合器(100)，包括：
壳体(110)，其具有前端(111)、沿所述混合器(100)的纵向方向与所述前端(111)相对的后端(119)、以及从所述前端(111)延伸至所述后端(119)的周壁(115)；
前盖(120)，用于部分地封闭所述前端(111)，在所述前盖(120)上形成有间隔开的用于接收排气的排气入口(121)和用于安装所述处理流体的喷射器(130)的喷射器安装座(125)；和
排气挡板(140)，设置在所述壳体(110)内所述前盖(120)的后方，所述排气挡板(140)包括分流部(141)，所述分流部(141)在所述前盖(120)上的投影与所述排气入口(121)的至少一部分重叠，并成形为将来自所述排气入口(121)的所述排气分流成两路涡旋支流，并所述排气挡板(140)成形为允许所述两路涡旋支流以及来自所述喷射器(130)的所述处理流体行进穿过所述排气挡板(140)。
2.根据权利要求1所述的混合器，其中
所述前盖(120)形成为独立于所述壳体(110)的构件，其可拆卸地或固定地安装于所述壳体(110)的所述前端(111)；或者
所述前盖(120)与所述壳体(110)形成为一体式构件。
3.根据权利要求1所述的混合器，其中所述分流部(141)呈柱形。
4.根据权利要求1所述的混合器，其中延伸经过所述排气入口(121)中心和所述前盖(120)中心的直线的至少一部分处于所述分流部(141)在所述前盖(120)上的投影的轮廓区域内。
5.根据权利要求1所述的混合器，其中所述分流部(141)的顶端面向所述前盖(120)的一侧朝所述前盖(120)凸出或所述分流部(141)面向所述前盖(120)的一侧朝所述前盖(120)倾斜，使得所述分流部(141)的所述顶端比其底端更加接近所述前盖(120)。
6.根据权利要求1所述的混合器，其中所述分流部(141)成形为从其顶端至其底端具有渐缩的轮廓。
7.根据权利要求5所述的混合器，其中所述排气挡板(140)进一步包括舌状部(151)，所述舌状部(151)从所述分流部(141)的所述顶端朝所述前盖(120)延伸，以阻挡排气流向所述喷射器安装座(125)。
8.根据权利要求7所述的混合器，其中所述舌状部(151)具有朝来自所述排气入口(121)的排气弯曲的弧形横截面。
9.据权利要求7所述的混合器，其中所述舌状部(151)的宽度大于或等于所述分流部(141)的顶端的宽度。
10.根据权利要求7所述的混合器，其中所述舌状部(151)的前端接近所述排气入口(121)的邻近所述喷射器安装座(125)的边缘。
11.根据权利要求7所述的混合器，其中所述舌状部(151)通过形成在所述舌状部(151)的前端的凸片(156)固定至所述前盖(120)。
12.根据权利要求1所述的混合器，其中所述排气挡板(140)进一步包括两个周向区段(161)，其分别从所述分流部(141)的两侧沿所述壳体(110)的周向方向延伸，从而允许所述两路涡旋支流以及所述处理流体穿过形成于所述分流部(141)与所述两个周向区段(161)之间的开口(164)行进。
13.根据权利要求12所述的混合器，其中所述两个周向区段(161)在邻近所述分流部(141)底端的区域的宽度大于所述两个周向区段(161)其他区域的宽度。
14.根据权利要求12所述的混合器，其中所述两个周向区段(161)的远端之间存在间隔缺口(163)。
15.根据权利要求12所述的混合器，其中所述两个周向区段(161)之一或两者上形成有一个或多个孔洞(166)。
16.根据权利要求1所述的混合器，进一步包括：
促混装置(180)，其设置在所述壳体(110)内所述排气挡板(140)的后方，且配置成促进来自所述喷射器(130)的所述处理流体与所述排气的所述两路涡旋支流混合成混合流体，并允许所述混合流体穿过所述促混装置(180)行进，继而流出所述壳体(110)的后端(119)。
17.根据权利要求16所述的混合器，其中所述促混装置(180)实现为促混挡板(180')。
18.根据权利要求17所述的混合器，其中所述促混挡板(180')包括：
通道(195)，在所述通道(195)的起始处具有主出口(198)；和
盘形端面(181)，其形成在所述通道(195)的面向所述排气挡板(140)的一侧，用于阻挡所述处理流体和所述两路涡旋支流，且促进所述处理流体与所述两路涡旋支流混合。
19.根据权利要求18所述的混合器，其中所述主出口(198)平行于所述混合器(100)的纵向方向。
20.根据权利要求19所述的混合器，其中所述盘形端面(181)包括：
阻挡面(182)，其面向所述前盖(120)上所述喷射器安装座(125)所处的区域，用于阻挡喷射在所述阻挡面(182)上的处理流体，且进一步混合所述处理流体和所述两路涡旋支流；和
涡流面(192)，其占据所述盘形端面(181)的其余区域，且呈螺旋倾斜，以允许进一步混合已混合的处理流体和所述两路涡旋支流，并将所述混合后的所述处理流体和两路涡旋支流导入所述主出口(198)。
21.根据权利要求20所述的混合器，其中所述阻挡面(182)和/或所述涡流面(192)上形成有一个或多个开口(184,186,194,196)。
22.根据权利要求21所述的混合器，其中在至少一个所述开口(184,194)的周围形成有环形台肩(189,199)，以防止所述处理流体的液膜直接流过所述开口(184,194)。
23.根据权利要求1所述的混合器，进一步包括环形护套，其设置在所述壳体(110)内所述喷射器安装座(125)的周围，以避免所述处理流体在所述喷射器(130)的末端结晶。
24.根据权利要求1所述的混合器，其中所述排气入口(121)从一排气弯管(135)接收所述排气。
25.一种车辆排气后处理装置(200)，包括：
根据权利要求1-24任一项所述的混合器(100)；和
反应器(210)，设置成从所述壳体(110)的后端(119)接收混合流体，促使所述混合流体在其内发生化学反应，从而净化所述混合流体中的所述排气。
26.根据权利要求25所述的车辆排气后处理装置，其中
所述处理流体为尿素水溶液，其在所述混合器(100)内与所述排气混合后生成氨气；且
所述反应器(210)为选择性催化还原装置，其内设置有至少一级用于促使所述排气中的氮氧化物与所述氨气进行还原反应的催化器(215)。
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