一种混合器集成装置、DPF系统及车辆的制作方法

本发明涉及车辆尾气处理技术领域，尤其涉及一种混合器集成装置、dpf系统及车辆。

背景技术：

随着nox限值持续趋严，对燃料(尿素、燃油等)混合均匀性和抗结晶能力提出了极高的要求。同时车辆低温轻载工况要求燃料在低温、低流量的情况下也具有极高的均匀性和蒸发率，这就需要加装混合器来适应高低温、高低流量工况。

同时，法规增加了对颗粒物的数量及质量的限制要求，故在选择催化还原后处理器(scr)的基础上还要加装柴油颗粒过滤器(dpf)。由于dpf后处理器需将过滤后的颗粒物定期进行主动再生，需喷射燃料来实现升温主动再生过程。这就需要将喷射进入后处理器前的燃料与高温排气进行充分混合并升温。燃料的均匀性直接决定了再生过程的温度均匀性及升温效果，故需加装燃料混合器来保证燃料充分破碎并与高温排气混合。

但是由于燃料在温度条件较低及高温排气流速较小时很难充分破碎气化放热，故经常在喷射下游产生不完全燃烧放热的情况形成燃料液滴泄漏及不完全燃烧的结焦碳化。

基于此，亟需一种混合器集成装置、dpf系统及车辆，用以解决如上提到的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种混合器集成装置、dpf系统及车辆，能够满足不同工况下混合组件对排气流量与温度的要求；还能对管路内壁起到清洁作用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种混合器集成装置，包括：

排温管理阀，所述排温管理阀包括阀体、阀片和驱动件，所述阀片可转动设于所述阀体内，所述阀片与所述阀体间形成供气体通过的间隙，所述驱动件的输出端与所述阀片传动连接，以驱动所述阀片转动至预设位置；

混合组件，所述混合组件固定连接于所述排温管理阀的下游，所述混合组件被配置为将所述气体和燃料进行混合。

可选地，所述排温管理阀还包括转轴，所述转轴与所述阀片固定连接，所述转轴可转动地安装于所述阀体上，且所述转轴穿过所述阀体与所述驱动件的输出端传动连接。

可选地，所述预设位置包括第一位置和第二位置，所述阀片在所述第一位置和所述第二位置之间往复运动。

可选地，所述驱动件为步进电机。

可选地，所述混合组件包括第一混合模块和第二混合模块，所述第一混合模块固定设置于所述第二混合模块的上游且所述第一混合模块与所述排温管理阀固定连接。

可选地，所述第一混合模块包括多个环形导流片，多个所述环形导流片相互套接，每相邻两个所述环形导流片间均形成导流间隙。

可选地，所述第二混合模块包括多个间隔设置的导流翅片，每一所述导流翅片远离所述第一混合模块的一端设置弯折部，以改变所述气体的流向。

可选地，所述混合器集成装置还包括加热组件，所述第一混合模块和所述第二混合模块连接，所述加热组件与所述第一混合模块或所述第二混合模块电连接。

本发明还提供了一种dpf系统，包括后处理器总成和如上所述的混合器集成装置，所述后处理器总成固定连接于所述混合组件的下游。

本发明还提供了一种车辆，包括排气增压器和如上所述的dpf系统，所述排气增压器固定连接于所述混合器集成装置的上游。

本发明的有益效果：

通过设置阀片且将阀片转动至预设位置(预设开度)，能够减小气体通过流量，从而增大发动机排气压力，提升发动机负荷，提升排温，减少发动机的排气流量以减少热量损失，以确保混合组件内的混合温度，提高混合均匀性，有助于燃料的充分气化燃烧。

阀片还能对气流提供截流效应，让气流在低速、低温时通过减小流通面积来主动地提高流速和温度，以在发动机冷启动，城市等恶劣工况下，保证气流管路不改变而满足混合组件对排气流量与温度的要求。同时气体流速的提升能够对后方的气体和燃料产生强对流冲击作用，进一步提高气体和燃料混合均匀性，同时气流通过阀片与阀体间的间隙穿出，能够对管路内壁的液滴进行裹挟，从而起到清洁管壁的作用。

同时，本申请提供的排温管理阀其阀片与阀体结构尺寸小，能够紧挨发动机的排气增压器设置，从而将排气热量提前传输至混合组件利用，减少热损失。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种混合器集成装置的剖视结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的混合组件与燃料喷射管的配合结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的混合组件的放大结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的一种混合器集成装置与排气增压器的连接结构示意图。

图中：

10、排气增压器；

1、排温管理阀；11、阀体；12、阀片；13、转轴；14、驱动件；2、混合组件；21、第一混合模块；211、环形导流片；22、第二混合模块；221、弯折部；2211、开口；3、燃料喷射管；31、燃料喷射结构。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本发明实施例公开了一种混合器集成装置，如图1-图4所示，该混合器集成装置包括排温管理阀1和混合组件2，混合组件2设置于排温管理阀1的下游。具体地，排温管理阀1包括阀体11、阀片12和驱动件14，阀片12可转动设于阀体11内，阀片12与阀体11间形成供气体通过的间隙，驱动件14的输出端与阀片12传动连接，以驱动阀片12转动至预设位置。混合组件2被配置为将气体和燃料进行混合。

本发明公开的一种混合器集成装置通过设置阀片12且将阀片12转动至预设位置(预设开度)，能够减小气体通过流量，从而增大发动机排气压力，提升发动机负荷，提升排温，减少发动机的排气流量以减少热量损失，以确保混合组件2内的混合温度，提高混合均匀性，有助于燃料的充分气化燃烧。

阀片12还能对气流提供截流效应，让气流在低速、低温时通过减小流通面积来主动地提高流速和温度，以在发动机冷启动，城市等恶劣工况下，保证气流管路不改变而满足混合组件2对排气流量与温度的要求。同时气体流速的提升能够对后方的气体和燃料产生强对流冲击作用，进一步提高气体和燃料混合均匀性，且气流通过阀片12与阀体12间的间隙穿出，能够对管路内壁的液滴进行裹挟，从而起到清洁管壁的作用。

同时，本申请提供的排温管理阀1其阀片12与阀体12的结构尺寸小，能够紧挨发动机的排气增压器10设置，从而将排气热量提前传输至混合组件2利用，减少热损失。

需要说明的是，阀片12的预设位置是根据排温(排气温度)、流速以及不同工况需要设置。例如：在需要较高的排温时，则将阀片12的开度调小(具体根据需要设置)，以减小排气流量从而提升排气温度，反之调大；在复杂工况(例如持续下坡)时，则可将阀片12调节至闭合状态或将阀片12开度调小，以使发动机排气不顺，负功率工作，确保行驶稳定性。整个结构简单、可靠，实用性强。

进一步地，阀体11为圆柱形壳体，阀体11上设有安装孔，安装孔设有两个且相对设置。

阀片12的长度小于阀体11的直径，即阀片12与阀体11间始终存在供气体通过的间隙，保证最小排气量，确保发动机的正常工作。

本实施例中，驱动件14为步进电机，通过步进电机能够精确控制阀片12的转动角度，使其转动至预设位置并保持，实现气体流量的准确调节。

优选地，排温管理阀1还包括转轴13，转轴13与阀片12固定连接，转轴13可转动地安装于阀体11上，且转轴13穿过阀体11与驱动件14的输出端传动连接。示例性地，转轴13两端可转动设置于安装孔内，且转轴13一端穿过安装孔与驱动件14的输出端传动连接。驱动件14驱动转轴13转动，从而带动阀片12转动至预设位置，实现排温及流速调节。

优选地，混合器集成装置还包括燃料喷射管3，燃料喷射管3与排温管理阀1固定连接，燃料喷射管3上设置有燃料喷射入口，喷射的燃料和气体在燃料喷射管3初步混合。本实施例中，排温管理阀1与燃料喷射管3采用法兰卡箍以便于拆装和维修。在其他实施例中，也可通过焊接、螺接等方式将两者连接，不以本实施例为限。可选地，燃料喷射管3采用无缝钢管折弯方式形成，并在弯曲段预留燃料喷射入口，将喷嘴座焊接在燃料喷射入口上形成燃料喷射结构31。燃料喷射结构31与燃料箱连接，可选地，燃料喷射结构31可通过切换不同的喷嘴用于喷射尿素或碳氢，一体两用，节省空间

可选地，混合组件2包括第一混合模块21和第二混合模块22，第一混合模块21固定设置于第二混合模块22的上游且第一混合模块21与排温管理阀1固定连接，第一混合模块21被配置为对气体和燃料进行混合，第二混合模块22被配置为对气体和燃料进一步混合并延长混合时间。

进一步优选地，混合组件2还包括混合管路，第一混合模块21和第二混合模块22均固定设置于混合管路内。混合管路与排温管理阀1通过燃料喷射管3固定连接，即气体经排温管理阀1流入燃料喷射管3内与喷入的燃料混合共同流进混合管路内，依次流入第一混合模块21和第二混合模块22内。

示例性地，第一混合模块21包括多个环形导流片211，多个环形导流片211相互套接，每相邻两个环形导流片211间均形成导流间隙，以供气体和燃料的混合气通过。多个环形导流片211可以有效地将燃料喷射结构31喷入的燃料进行破碎、分解，提高燃料和气体的接触混合面积，降低燃料液滴大小，有利于蒸发雾化，提高了燃料与气体的混合均匀性。同时环形导流片211能够对气体的气流进行截流和整流，提高了气体对燃料液滴的冲击力。

第二混合模块22包括多个间隔设置的导流翅片，每一导流翅片远离第一混合模块21的一端设置弯折部221，以改变气流的流向。进一步地，弯折部221上设有开口2211，当自第一混合模块21流出的混合气流经导流翅片时，一部分气体沿弯折部221方向流出，另一部分气体穿过开口2211直接流出，从而形成两个流动方向的气流，以加强气流扰动，使燃料与气体更充分地接触。同时，气体经弯折部221流出形成旋转气流，相比于直线流动延长了气体流动路径，从而延长了气体与燃料混合时间，进一步提高燃料与气体的混合均匀性。

进一步地，混合器集成装置还包括加热组件，第一混合模块21和第二混合模块22连接，加热组件与第一混合模块21或第二混合模块22电连接，能同时加热第一混合模块21或第二混合模块22，简化结构。通过设置加热组件进一步提升了排气温度，促进了燃料的分解和蒸发，也让附着在混合管路内壁的燃料在电加热的条件下气化蒸发。此外，还可以通过提升加热温度，使燃料和气体在混合组件2内发生热反应，替代后处理器总成内部的柴油氧化催化器，为dpf主动再生提供条件。

通过排温管理阀1与混合组件2的共同作用为混合器集成装置适应相应场景的提供了可变可调的标定空间，增强适应性。使混合器集成装置可在低温低流量的情况下既提升气流的流速来提高冲击作用，又可以提升发动机排温的同时提升混合组件2自身温度，全力保证燃料蒸发率和均匀性，并在中高流量的情况下也能获得可调节的空间，需要时增大或减小阀片12开度，保证排气通畅度从而获得更好的发动机性能。

为便于对本发明的理解，现对本发明提供的混合器集成装置的使用情况做如下描述：

示例性地，当本申请的混合器集成装置的燃料喷射结构31喷射尿素时，其与排出的气体在混合组件2内充分混合且通过排温管理阀1和加热组件2配合实现加热升温，提高尿素的混合均匀性和蒸发率，从而降低尾气排放中氮氧化物的含量。

当本申请的混合器集成装置的燃料喷射结构31喷射碳氢(hc)时，排温管理阀1与混合组件2配合实现对气体及hc加热并提升内壁温度能替代现有后处理器内的柴油氧化催化剂(doc)来保证柴油颗粒过滤器(dpf)的主动喷油再生，且相对于现有的doc结构，本集成装置结构体积小，能够与发动机上的排气增压器10紧耦合设置，从而减少排气热量损失，提高热量利用率。

当然，不难理解的是，在其他实施例中，当将燃料喷射结构31封闭，即燃料喷射结构31不喷射燃料，也可通过本装置实现对排气温度的提升，以对后方催化反应所需要的高温做热储备。本装置可实现一体三用，直接切换，节省空间、提升温度和性能。本发明还提供了一种dpf系统，包括后处理器总成和上述的混合器集成装置，后处理器总成与混合组件2设有第二混合模块22的一端连接，以承接自第二混合模块22流出的混合气。本发明还提供了一种车辆，如图4所示，该车辆包括排气增压器10和上述的dpf系统，排气增压器10固定连接于排温管理阀1的上游，发动机排出的带有颗粒物的气体经排气增压器10、排温管理阀1流入燃料喷射管3内，燃料箱里的燃料通过燃料喷射结构31喷射到燃料喷射管3内，气体和燃料依次通过第一混合模块21和第二混合模块22混合后进入到后处理器总成中，在混合阶段，加热组件对第一混合模块21和第二混合模块22进行加热。

综上，本发明公开的一种混合器集成装置通过设置阀片12且将阀片12转动至预设位置(预设开度)，能够减小气体通过流量，从而增大发动机排气压力，提升发动机负荷，提升排温，减少发动机的排气流量以减少热量损失，以确保混合组件2内的混合温度，提高混合均匀性。

阀片12还能对气流提供截流效应，让气流在低速、低温时通过减小流通面积来主动地提高流速和温度，以在发动机冷启动，城市等恶劣工况下，保证气流管路不改变而满足混合组件2对排气流量与温度的要求。同时气体流速的提升能够对后方的气体和燃料产生强对流冲击作用，进一步提高气体和燃料混合均匀性，同时气流通过阀片12与阀体11间的间隙穿出，能够对管路内壁的液滴进行裹挟，从而起到清洁管壁的作用。

本申请提供的排温管理阀1其阀片12与阀体11结构尺寸小，能够紧挨发动机的排气增压器10设置，从而将排气热量提前传输至混合组件2利用，减少热损失。

实施例二

在本实施例中，与实施例一相同的部分，给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

相对于实施例一，本实施例提供的混合器集成装置具有这样的区别：预设位置包括第一位置和第二位置，阀片12在第一位置和第二位置之间往复运动。按此设置，通过阀片12的往复运动实现开度的调节，能够将气流扰动起来，提升气体与燃料混合均匀性与抗稳态结晶能力。第一位置可以是阀片12关闭的位置，第二位置可以是阀片12完全打开的位置，阀片12通过持续开闭运动进行扰流。需要说明的是，此种情况特别适应于发动机工作在稳态的情况下。

本实施例其余未述之处均与实施例一相同，此处不再赘述。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。