[发明专利]排气管中的混合装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合装置，尤其是被设计用于改进两种流体(例如柴油发动机的排气以及尿素的水溶液)的混合的混合装置。

背景技术

在内燃发动机的燃料燃烧过程中形成的排气含有一定比例的不良物质，例如氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、未燃的碳氢化合物(HC)、碳烟等。

因此，为了减少空气污染，车辆装配有用于处理排气中的不良物质的各种系统。

通常的排气处理是所谓的选择性催化还原(SCR)。其中添加了氨作为还原剂的排气被在特定的催化转化器中处理，其中氮氧化物被转化为水和氮气，此二者都是无毒物质。氨以水溶液中的尿素的形式被引入，由此通过水解作用来获得氨。尿素通常在催化转化器上游的排气中被雾化。为此，在催化转化器上游的排气管线上装配有尿素喷射喷嘴。

此类排气处理的问题是：在尿素被转化为氨之前，尿素可能会结晶。具体而言，通过该喷嘴被喷雾到排气管内的尿素的水溶液按照与排气流动方向成一定角度的方向而趋向于在排气管壁上、在排气管壁的与喷射点相对的内侧形成固体沉积物。结果，排气管的横截面逐渐减小，这使得发动机效率降低，且这可能长期地严重损害发动机运行。

由此可见，在工业车辆的排气处理方面还存在一定的改进空间。

发明内容

本发明的一个目的是提供两种流体之间进行混合的混合系统，该混合系统保证所述流体良好地混合到管中，但防止所喷射的流体在管表面上、尤其在与喷射点相对的管表面上形成沉积物。

为此目的，本发明涉及一种混合系统，该混合系统包括：管，在该管中，第一流体能够沿第一流动方向流动；喷嘴，该喷嘴被设计为将第二流体从布置在管壁中的喷射入口按照喷射方向喷射到所述管内。

所述混合系统还包括混合装置，该混合装置在所述管内位于喷射入口上游，所述混合装置至少具有邻近喷射入口的第一部分和远离喷射入口的第二部分，所述第一部分和第二部分被设计为使得所述混合装置的第二部分下游的第一流体的速度比所述混合装置的第一部分下游的第一流体的速度高。

因此，本发明提供了这样一种混合装置：该混合装置使得能够在所述装置下游获得非对称的速度剖面(当在包含喷嘴轴线的管正中平面中观察时)。因此，与喷射入口相对，第一流体快速流动且拖行该第二流体，从而使第二流体在下游相对于其喷射方向偏离，由此防止所述第二流体碰到所述管并在该管上形成沉积物。

在不损害混合效率的情况下获得了这种结果，因为：(i)混合装置被设计为产生湍流，从而有助于这些流体的更好混合，并且(ii)所述混合装置下游的第一流体的速度并非一致地高，这将不能提供足够的时间来使两种流体在它们到达管出口之前有效混合。

必须注意的是，该混合装置定位成邻近喷射入口，从而当第一流体和第二流体相遇时，速度剖面基本不变。

优选地，所述第一部分和第二部分具有用于第一流体的若干个通路，第二部分中的所述通路的总截面(combined cross section)比第一部分中的所述通路的总截面大。此布置结构保证了在所述混合装置的下游能够获得非对称的速度剖面。

优选地，混合装置的所述第一部分比第二部分在第一流体流中产生更大的湍流。

至少该混合装置的所述第一部分可以包括流动转向构件。

在本发明的实施方案中，所述混合装置可以由所述第一部分和第二部分组成，所述部分被成形为半盘形，且位于与包含喷嘴轴线的管正中平面垂直的管直径平面的两侧。

替代地，所述混合装置可以包括位于所述第一部分和第二部分之间的至少一个中间部分，所述中间部分被设计为使得所述混合装置的中间部分下游的第一流体的速度比所述混合装置的第一部分下游的第一流体的速度高，但比所述混合装置的第二部分下游的第一流体的速度低。通过此布置结构，可以实现逐渐增加的第一流体的速度。

例如，所述通路可以具有大致恒定的尺寸，且能够以大致规则的间隔布置在该混合装置的这些部分的至少一个或每一个中。

以有利的方式，该混合装置可以包括若干个相继的中间部分，所述若干个相继的中间部分布置为在所述第一部分和第二部分之间的大致平行的带区(stripes)，并且，从第一部分到第二部分，所述通路的总截面逐渐增加。

该混合系统可以包括布置为如饼状图中的角度扇区的若干个部分。

为了容易地将该混合装置紧固在所述管内，构思了使该混合装置包括大致圆柱形的套筒，所述套筒被设计为轴向紧固在所述管内，所述至少第一部分和第二部分布置在所述套筒内。