專利名稱：噴嘴-擴散器式混合器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的示例性實施方式涉及， 一種用于控制穿過發(fā)動機
排氣系統(tǒng)管道的流體流的設備和方法，尤其是用于在排氣處理裝置之 前控制穿過發(fā)動機排氣系統(tǒng)管道的流體流的設備和方法。
背景技術：
經(jīng)處理的柴油機排氣涉及選擇性催化還原器(SCR)及柴 油機顆粒過濾器(DPF)的使用以及向排氣中噴射尿素-水溶液和柴 油機燃料。這些裝置的性能、耐用性和成本強烈依賴向排氣中噴射的 流體的蒸發(fā)和混合。噴射的流體可以是液體、氣體或兩相的混合。因
此，在排氣流中放置混合器以使所噴射的流體(液相和氣相)的蒸發(fā) (若噴射的是液體)以及與排氣的混合程度最大。然而，近來使用的 某些混合器和混合結構不勝任噴射流體的蒸發(fā)和混合，并且設計復 雜，因此難以制造和封裝，昂貴和/或會在排氣流中產(chǎn)生不能接受的背 壓，例如，背壓是由于混合裝置的引入以及其對諸如功率和燃料經(jīng)濟 性之類的發(fā)動機性能的負面影響而在排氣系統(tǒng)中的附加壓降。鑒于以上所述，期望這樣 一種改進的流體混合器和蒸發(fā)器， 其具有相對簡單的設計、容易制造、具有高耐用性、和/或成本低，同 時仍可在排氣系統(tǒng)內(nèi)保持相對較低或可接受的背壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實施方式涉及一種用于控制穿過發(fā)動機排 氣系統(tǒng)管道的流體流的設備和方法，尤其是用于在排氣處理裝置之前 控制穿過發(fā)動機排氣系統(tǒng)管道的流體流的設備和方法。在 一 個實施方 式中，提供一種流體流控制裝置，該流體流控制裝置用于接收來自發(fā) 動機的排氣并朝向排氣處理裝置引導該排氣。該流體流控制裝置包括 布置在所述發(fā)動機的排氣管道內(nèi)的噴嘴。該噴嘴包括入口和出口，用 于形成穿過該噴嘴的第一流路。該噴嘴與所述排氣管道隔開，用于在該噴嘴與該排氣管道之間形成第二流路。該流體流控制裝置還包括布 置在所述噴嘴附近的噴射器。該噴射器取向成將加壓流體引入所述第 一流^各或所述第二流路。在另一實施方式中，提供一種用于發(fā)動機的排氣處理系統(tǒng)。
該排氣處理系統(tǒng)包括排氣處理裝置。該排氣處理系統(tǒng)還包括位于所述 排氣處理裝置的至少 一 部分的上游的流體流控制裝置。該流體流控制 裝置包括布置在排氣管道內(nèi)的噴嘴。該噴嘴包括入口和出口，用于形 成穿過該噴嘴的第一流路。該噴嘴與所述排氣管道隔開，用于在該噴 嘴與該排氣管道之間形成第二流路。該排氣處理系統(tǒng)還包括布置在所 述流體流控制裝置的所述噴嘴附近的噴射器。該噴射器取向成在所述 噴嘴附近將加壓流體引入所述第 一 流路或所述第二流路。在再一實施方式中，提供一種在發(fā)動機的排氣管道內(nèi)分散 排氣流的方法。該方法包括使第一部分的排氣流過布置在所述排氣 管道內(nèi)的噴嘴，以形成第一流路，所述噴嘴包括入口和出口；使第二 部分的排氣在所述噴嘴和所述排氣管道之間流動，以形成第二流路； 以及向所述第 一 流路或所述第二流路內(nèi)噴射流體，所述第 一 部分的排 氣、所述第二部分的排氣和所述噴射的流體在穿過噴嘴時相結合，從 而形成混合物。


僅作為示例，在以下實施方式的詳細描述中，其它特征、 優(yōu)點和細節(jié)會展示出來，這些詳細描述均參照附圖，在附圖中
圖1示出發(fā)動機排氣系統(tǒng)的示意圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的流體控制裝置的剖 視圖；圖3是沿圖2中所示的線3-3剖取的剖視圖； [OOll]圖4是根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的噴嘴的立體圖；
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施方式的噴嘴的立體圖；
圖6至圖IO是本發(fā)明的不同流體控制裝置的示意圖，示出
了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式從這些流體控制裝置穿過的流體流；
圖11示出根據(jù)本發(fā)明另 一 示例性實施方式的流體控制裝置
的剖視圖12A示出根據(jù)本發(fā)明又一示例性實施方式的流體控制裝 置的剖視圖；圖12B示出根據(jù)本發(fā)明再一示例性實施方式的流體控制裝 置的剖視圖；圖13示出^^艮據(jù)本發(fā)明另一示例性實施方式的噴嘴的側禍L
圖；圖14A示出根據(jù)本發(fā)明又一示例性實施方式的流體控制裝 置的側視圖；圖14B示出圖14A中所示的流體控制裝置的正視圖；
圖15示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的排氣系統(tǒng)和流體控
制裝置的剖視圖；圖16示出根據(jù)本發(fā)明又一示例性實施方式的流體控制裝置
的剖纟見圖；以及圖17至圖20是本發(fā)明的不同流體控制裝置的示意圖，示 出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式從這些流體控制裝置穿過的流體流。
具體實施例方式本發(fā)明的示例性實施方式提供一種流體控制裝置，其用于 混合并橫跨管道的截面積來均勻分布排氣及加入到排氣中的添加劑。 在一個具體實施方式
中，該流體控制裝置還構造成用于使諸如尿素溶
液、碳氫燃料等的噴射流體(例如，氣相或液相)與排氣混合，使得 噴射流體橫跨管道的截面積分布。有利的是，該均勻分布對諸如選擇 性催化還原(SCR)裝置、柴油機氧化催化器(DOC)、柴油機顆粒 過濾器(DPF)等排氣處理裝置均特別有益。由于排氣和噴射流體的 均勻分布，與局部積聚或反應相比，以相對均勻的方式橫跨排氣處理 裝置的整個截面積進行積聚或反應時，排氣處理裝置會更有效地操 作。在 一 個示例性實施方式中，通過在發(fā)動才幾的排氣流動流內(nèi) 設置噴嘴而實現(xiàn)上述優(yōu)點。將該噴嘴構造成引導流過噴嘴的第一部分 排氣并提高其速度。該噴嘴還在管道內(nèi)定位成使得在噴嘴和管道之間 形成間隔關系。該間隔關系使第二部分排氣流過噴嘴周圍(例如，噴 嘴和管道之間)。最終的結果是在第一部分排氣和第二部分排氣之間形成速度梯度，從而致使第 一部分排氣及第二部分排氣混合。在第一種構造中，噴嘴包括遞減的截面積，該遞減的截面 積形成穿過噴嘴的具有第 一速度的第 一流路。噴嘴和周圍管道之間的 間隔關系形成遞增的截面積(例如，位于管道和噴嘴的外表面之間)， 該遞增的截面積形成具有第二速度的第二流路。由于漸縮的第 一流路 和漸擴的第二流路而形成速度梯度，從而在剛離開噴嘴或流過噴嘴時 引起第一流路和第二流路的混合。如這里所述，本發(fā)明包括"噴嘴"； 然而，應理解，所述噴嘴既起使流體加速的噴嘴作用(如在該構造的 第一流路中那樣)，又起使氣體減速的擴散器作用(如在第二流路中 那樣)。相反，在第二種構造中，噴嘴包括遞增的截面積，該遞增 的截面積形成穿過噴嘴的具有第 一 速度的第 一 流路。噴嘴和周圍管道 之間的間隔關系形成遞減的截面積，該遞減的截面積形成具有第二速 度的第二流路。在該實施方式中，由于第一流3各的擴展以及第二流路 的收縮而形成速度梯度，從而在剛離開噴嘴或流過噴嘴時引起第 一流 路和第二流路的混合。以上參考構造在以下情況下特別有利，其中諸如尿素溶液 或碳氫化合物之類的流體借助于運動減慢的第 一或第二流路而混合， 從而利用第 一或第二流路的減慢來提供增加了的噴射流體混合和蒸 發(fā)時間。在剛離開或流過噴嘴時，由于速度梯度，含有噴射流體的這 部分排氣與另一部分排氣混合。應理解，如這里所述，可應用其它特 征來輔助橫跨管道截面的噴射流體和排氣的混合。鑒于上述觀點，參照圖1和圖2，示出了用于發(fā)動機14的 排氣系統(tǒng)12的流體流控制裝置10。流體流控制裝置10包括位于排氣 系統(tǒng)12的管道18內(nèi)的噴嘴16，用于控制流經(jīng)和流過流體流控制裝置 10的排氣的流動。管道18可包括在發(fā)動機和排氣處理裝置19之間延 伸的一部分排氣管，或者可包括構造成附接至排氣管的管道，等等。 噴嘴16包括用于接收第一部分排氣的入口 20以及用于使該第一部分 排氣從噴嘴流出的出口 22。入口 20和出口 22形成穿過噴嘴16的第 一流路"Ff，。噴嘴16通過適當?shù)母浇犹卣?4附接至管道18。在一個 實施方式中，在附接時，將噴嘴16與管道18隔開，從而形成位于噴 嘴和管道之間的一個或多個環(huán)形開口 26。所述一個或多個環(huán)形開口
826允許第二部分排氣在噴嘴和管道之間流動，從而形成第二流路"F2"。 第一流路F,包括第一速度vp第二流路F2包括第二速度v2。在一個
示例性實施方式中，第一速度V!和第二速度V2不同，借此產(chǎn)生速度
梯度，從而致使行進穿過第一流路和第二流路的排氣混合。在將流體
噴射到第一流路F和第二流路F2中的較慢流路中期間(例如通過噴 射器28噴射尿素溶液或者碳氫化合物或其它燃料)，這一混合現(xiàn)象尤 其有利，這是因為噴射流體(液體和蒸汽)隨后與流過第一和第二流 路中的較快流路的排氣混合。排氣流引起的噴嘴16的高表面溫度有 利于液相液滴在噴射到噴嘴表面上時的蒸發(fā)。更詳細地說，參照圖4、圖5和圖6中所示的噴嘴實施方式， 噴嘴16包括限定了入口 20的第一端30和限定了出口 22的第二端32。 該噴嘴包括從噴嘴16的第一端30延伸到該噴嘴的第二端32的一個 或多個環(huán)形壁34。該環(huán)形壁形成腔36,該腔構造成用于將排氣流從 入口 20引向出口 22，以形成第一流路F!。噴嘴16還包括經(jīng)過入口 20的中心及出口 22的中心延伸的噴嘴軸線"An"。在一個實施方式中， 噴嘴軸線An與管道軸線"Ac"基本平行。在另一實施方式中，如圖7 所示，噴嘴軸線A。不與管道軸線Ac平行。在該不平行實施方式中， 噴嘴軸線An以及沿著第 一 流路Fi流動的排氣相對于管道軸線Ae成角 度e行進，以與管道18、混合裝置42等相交。角度e可構造成致使 第一流路F!與第二流路F2、管道、混合裝置42及其組合等適當碰撞。 例如，可構想角度0在大約0°至75。之間，大約5。至45。之間，大約 10。至30。之間，等等。入口 20和出口 22可包括任何適當形狀。而且，入口 20和 出口 22的形狀可以相似或不相似。在一種構造中，入口 20包括與管 道18的內(nèi)部38的形狀相對應的形狀，出口 22包括與管道的內(nèi)部38 的形狀相對應的形狀、與入口 20的形狀相對應的形狀，或與二者的 形狀都相對應的形狀。在噴嘴軸線An上的任意位置處垂直于該軸線 的噴嘴截面，可以是圓形、橢圓形、多邊形或其它期望形狀。例如， 參照圖3，在一種構造中，入口和出口的形狀為圓形或橢圓形。類似地，入口 20和出口 22的尺寸也可包4舌^f壬4可適當?shù)某?寸。所述尺寸可包括直徑尺寸、截面積或二者。然而，在一種構造中， 參照圖7,出口22小于入口20。在該構造中，沿著第一流3各F!流經(jīng)噴嘴的排氣的速度Vl由于漸縮限制的出口 20而增大。在另一構造中，
參照圖10，入口 20小于出口 22。在該構造中，流過第一流^各F!的排 氣的速度Vi由于漸擴的出口而減小。類似地，噴嘴的入口平面和出口 平面可相對于噴嘴軸線An成任一期望角度。在一個示例性實施方式中，環(huán)形壁34包括一個或多個開口 ， 用于允許流體在第一流路F和第二流^各F2之間流動。這樣的開口可 包括圓形開口、槽縫等，并且可位于沿噴嘴16的長度的任一位置處。 例如，參照圖4，多個圓形開口 38位于噴射器的位置附近，多個槽縫 開口40位于噴射器對面。在該構造中，噴射器28噴射的一部分流體 進入圓形開口 38從而沿著第一流^各F!行進。如可理解的，這一開口 連通提供了經(jīng)過噴嘴16的排氣的附加混合，并可提供減小的背壓。 可任選地設計開口 38的位置和尺寸，以在排氣流中產(chǎn)生渦流運動， 從而增強混合和蒸發(fā)。噴嘴16的形狀可包括任何適當形狀，以獲得第一流路F！ 和第二流路F2之間的期望速度梯度。噴嘴16的形狀或取向還可適于 引起第一流路F!和第二流路F2的進一步混合?？赏ㄟ^朝向管道18、 混合裝置42或在流中產(chǎn)生翻滾運動的其它物引導流體流，從而實現(xiàn) 這樣的附加混合。就噴嘴16的形狀而言，噴嘴可以是對稱的(例如， 規(guī)則或?qū)ΨQ的中空錐體的截頭體)或者不對稱的(例如，不規(guī)則或不 對稱的中空錐體的截頭體)。噴嘴的取向可以是沿一個或多個軸線或 平面對稱的。例如，如圖6及圖8至10所示，噴嘴16在形狀上是對 稱的，并且沿兩個軸線或平面取向，從而產(chǎn)生沿管道軸線Ae方向的 流體流。在另一示例中，參照圖7，噴嘴16在形狀上可以是對稱的或 者不對稱的，但是沿著單個軸線An取向，從而產(chǎn)生朝向管道壁18和 混合裝置42的流體流。在另一構造中，噴嘴可以是沿兩個軸線對稱 的，如圖6和圖8至10中任一圖所示，但是沿與管道壁18、混合裝 置42等相交的方向取向。噴嘴16還可包括一種或多種幾何形狀或非 幾何形狀，以形成適當?shù)牧黧w流。例如，噴嘴可由柱狀部80形成， 或包括柱狀部80 (圖9)。噴嘴還可由圓錐部或截頭圓錐部82形成， 或包括圓錐部或截頭圓錐部82。再者，噴嘴可包括諸如柱狀部80和 截頭圓錐部82之類的幾何形狀的組合。噴嘴還可以鑄造或加工而成。鑒于上述觀點，參照圖2、圖3和圖6，示出了第一噴嘴構造。在該構造中，提供了沿著兩個軸線對稱的對稱截頭圓錐形噴嘴16，
其具有基本平行于管道軸線Ac延伸的噴嘴軸線An以及第一流路F!。
在另一構造中，參照圖4、圖5和圖7，示出了第二噴嘴構造。在該 構造中，提供了沿著單個軸線對稱的偏斜或傾斜截頭圓錐形噴嘴16， 其具有沿不與管道軸線Ac平行的方向延伸的噴嘴軸線An和第一流路 Fj。在另一構造中，參照圖8，噴嘴16包括接合至柱狀部80的截頭 圓雄部82，其中經(jīng)過截頭圓錐部82的流體流進入柱狀部80。在該構 造中，噴嘴沿兩個軸線對稱，并提供基本平行于管道軸線Ac延伸的 噴嘴軸線A。以及第一流路Fb在另一構造中，參照圖9，提供了與圖 8類似的構造；然而，流體流經(jīng)過柱狀部80，然后經(jīng)過截頭圓錐部82。 在該構造中，噴嘴沿兩個軸線對稱，并提供基本平行于管道軸線Ac 延伸的噴嘴軸線An以及第一流路F!。在再一構造中，參照圖10,提 供了與圖9類似的構造，但是不具有柱狀部80。在該構造中，噴嘴沿 兩個軸線對稱，并提供基本平行于管道軸線Ac延伸的噴嘴軸線A。以 及第一流路F"應理解，如這里所示及所述，其它構造也是可行的， 可根據(jù)性能、價格、封裝等確定噴嘴形狀和尺寸的確切選擇。就第二流路F2而言，根據(jù)在噴嘴16和管道18之間形成的 開口 26的構造，第二流路可沿一個或多個方向延伸。第二流路的方 向可形成為與第一流路Fi、管道18、混合裝置42，及其組合等相交。 第二流路F2可平行于噴嘴16的軸線An、管道18的軸線Ac,或與二 者都平行地延伸。可另選的是，第二流路F2可不平行于噴嘴的軸線 An、管道的軸線Ac，或與二者都不平行。例如，參照圖6，經(jīng)過開口 26的流路包括與第一流路F!、噴嘴軸線A。和管道軸線Ae基本平行的 基本均勻的流路?？闪磉x的是，參照圖7，第二流路F2包括第一部分 41,其與第一流路Fi以及噴嘴軸線An基本平行，并平行于管道軸線 Ac。第二流路F2還包括第二部分43，其不平行于第一流路F!和噴嘴 軸線An，但平行于管道軸線Ac。因此，應理解，由于第一流^各F^ 第二流^各F2以及管道18之間的撞擊而產(chǎn)生各種混合。在圖6至圖IO所示的構造中，管道18包括基本恒定的截 面積和形狀。因此，參照圖6中所示的實施方式，第二流路F2的截面 積由噴嘴16和管道18之間的環(huán)形空間構成，其沿流動方向增大，乂人 而沿第二流路產(chǎn)生擴散器效果。相反，參照圖10所示的實施方式，可形成第二流路F2的遞減截面積，其中第二流路的第二速度V2增大。
然而，管道18不限于直徑或截面積恒定的管道，而是可形成具有變
化或特殊設計的直徑或截面積。例如，在一個示例性實施方式中，管道18可包括另一排氣 部件(例如，排氣處理裝置19)的全部或一部分。如先前所提及的， 這樣的排氣處理裝置可包括選擇性催化還原(SCR)裝置、柴油機氧 化催化器(DOC)、柴油機顆粒過濾器(DPF)等。因此，噴嘴16可 布置在排氣處理裝置19的全部或一部分內(nèi)，或者位于排氣處理裝置 之前。作為示例，參照圖16，流體控制裝置10包括置于排氣處理裝 置19的入口 90內(nèi)的噴嘴16。在該構造中，噴嘴16包括入口 20和出 口 22以形成第一流路F!和第一速度Vl。噴嘴16和排氣處理裝置19 的環(huán)形壁92之間形成的截面積形成第二流路F2和第二速度v2,其中 由于該遞減的截面積，第二速度v2大于第一速度v"在另一示例中，參照圖17，示出了包括置于排氣處理裝置 內(nèi)的噴嘴16的流體控制裝置10。在該構造中，噴嘴16完全置于排氣 處理裝置19的截頭圓錐入口部94內(nèi)。噴嘴16包括入口20，其截面 積大于出口22的截面積，從而形成第一流路F!和第一速度Vl。噴嘴 16和排氣處理裝置19的截頭圓錐入口部94之間形成的截面積形成第
二流路F2和第二速度v2。由于第二流路F2的遞增截面積以及第一流 路Fi的遞減截面積，第二速度V2小于第一速度v!。如所示，該流體
控制裝置可包括一個或多個噴射器28、 28'，用于將流體噴射到第一 流路F,中、第二流路F2中，或者在這二者中。在另一實施例中，參 照圖18，噴嘴16由柱狀部80和截頭圓錐部82形成。在再一實施例 中，參照圖19和圖20，分別示出了與圖17和圖18類似的構造。在 這些構造中，入口 20的截面積小于出口 22的截面積，/人而形成比第 二速度V2小的第一速度Vl。在圖16至圖20所示的構造中，管道軸線 Ac基本平行于噴嘴軸線An。然而，應當理解，管道軸線Ac和噴嘴軸 線An可以不平行，例如成角度e。圖4和圖5中所示的噴嘴的示例性實施方式示出形狀基本 固定的噴嘴16。然而，在一個示例性實施方式中，參照圖11，構想 噴嘴16的形狀是可調(diào)節(jié)的。計算流體動力學(CFD)研究始終表明， 與噴嘴外側相比，噴嘴內(nèi)側的流體壓力較高，其中，在更高的排氣流速下，該差異會變大。因此，可使用可調(diào)噴嘴來降低流體壓力和背壓。
在該實施方式中，噴嘴16成為幾何形狀可變的噴嘴。例如，噴嘴16 包括上部44和下部46,其中上部可相對于下部運動。上部相對于下 部的運動可通過位于噴嘴16的第一端處的樞轉(zhuǎn)連接件48實現(xiàn)。噴嘴 16的下部46包括貫通管道18延伸的控制構件50，用于下部46的運 動。此外，可設置彈性構件52,用于使噴嘴16返回初始或先前構造。 在該實施方式中，應當理解，可在發(fā)動機使用之前或使用期間將第一 流路Ft和噴嘴軸線An調(diào)節(jié)至修改后的第一流路F!'，從而獲得期望的 混合構造。該調(diào)節(jié)可基于流過噴嘴16的排氣流速進行調(diào)節(jié)，并可通 過諸如發(fā)動機控制單元等之類的控制器自動進行。在另選的實施方式中，參照圖12A和圖12B，設置可偏轉(zhuǎn) 或可動的噴嘴16，以減小排氣系統(tǒng)內(nèi)的初始背壓。該可動噴嘴包括一 個或多個板簧68,這些板簧由焊接到噴嘴16上并在頂部70和/或底 部72處附接至排氣管道18的金屬條制成。參照圖12A，噴嘴16通 過板簧68懸置，板簧68能使整個噴嘴作為單個部件以在較高排氣流 速期間垂直于該噴嘴的軸線橫向運動，從而作為降低因較高排氣流速 形成的背壓的裝置。在噴嘴具有槽縫的構造中，增大槽縫和管道之間 的環(huán)形空間的橫向運動，會減小流動阻力和壓降。在另選的實施方式 中，參照圖12B，通過具有上部84和下部86的噴嘴16實現(xiàn)背壓的 減小，其中上部可相對于下部運動。在該構造中，下部86通過剛性 構件88剛性安裝至管道18的底部72,上部84通過板簧68可動地安 裝至管道18的頂部70。通過板簧68實現(xiàn)上部84相對于下部86的運 動?？蛇M一步改進噴嘴16,以實現(xiàn)對第一流路Fi和第二流路 F2的混合的進一步控制。例如，噴嘴可包括位于環(huán)形壁34的內(nèi)部55 或外部56上的一個或多個流動改進件。在一個示例性實施方式中， 參照圖13,流動改進件包括位于噴嘴16的第二端32處并位于環(huán)形壁 34的外部56上的緣部54。緣部54還可位于噴嘴的入口或第 一端30 處(未示出)。在另一構造中， 一個或多個突起或凹坑58或者翅片74 (參見圖14A和圖14B)沿著環(huán)形壁34的內(nèi)部55或外部56定位。 另選的是，可形成乂人入口 20、出口 22，或乂人二者向內(nèi)延伸的切口或 凹槽(未示出)，以提供進一步混合。此外，噴嘴16可由螺旋狀構件(convoluted member )形成。噴嘴的入口和出口可倒角，或者以其它 方式成形，以形成期望的流體流動效應，等等。其它構造也是可行的。可以任意適當?shù)姆绞綄崿F(xiàn)噴嘴16至管道18的附接。在一 種構造中，通過將噴嘴直接焊接至管道實現(xiàn)噴嘴16至管道18的附接。 在另一構造中，可利用一個或多個附接特征(例如，機械緊固件等) 將噴嘴附接至管道。例如，參照圖3和圖4，設置附接特征24，用以 在一個或多個位置處將噴嘴16附接至管道18。所導致的附接會在噴 嘴16和管道18之間產(chǎn)生間隔關系，以形成第二流3各F2。
在另一構造中，參照圖5,可通過多孔構件60實現(xiàn)噴嘴16 至管道18的附接。這里，多孔介質(zhì)在入口 20處占據(jù)噴嘴16與管道 18之間環(huán)形空間的一較短軸向距離。在該構造中，多孔構件包括貫通 其所形成的多個開口，用于允許排氣從其中流過，從而進一步形成第 二流路F2。多孔構件60可由在發(fā)動機的排氣溫度下仍具有彈性的任 何材料形成。在一種構造中，多孔材料由陶瓷或泡沫金屬形成。該多 孔材料可通過任何適當手段附接至噴嘴和管道，例如通過機械緊固 件、高溫粘合劑、在某些環(huán)境中通過焊接等。該多孔材料產(chǎn)生進入第 二流路時的相對均勻的速度分布。這與第二流路中的減'J、流速一起會 產(chǎn)生用于在第二流路F2內(nèi)噴射和分布液滴的更多駐留或占有時間，從 而增加蒸發(fā)和混合時間。如在計算流體動力學(CFD)研究中所見， 以這種方式使用多孔介質(zhì)會增強流體的混合和蒸發(fā)。參照圖6至圖IO，進一步構想流體控制裝置IO利用一個或 多個噴射器28、 28'，用于將流體(例如尿素溶液、碳氬化合物燃料 等)噴射到排氣流中。所述一個或多個噴射器28、 28'形成噴射到第 一流路F!、第二流路F2，或二者中的加壓流體。因此，所述一個或多 個噴射器28、 28'可經(jīng)過貫通噴嘴16的環(huán)形壁34形成的開口延伸。 在一個具體構造中，提供噴射器28,用于將流體噴射到第一流路F！ 和第二流路F2中的較慢流路中，以允許增加較慢運動的流體中的混合 和蒸發(fā)時間。然而，還可構想，噴射器可將流體噴射到第一流路F！ 和第二流路F2中的較快的流路中。再者，可構想，流體控制裝置將流 體噴射在第一流路F!和第二流路F2二者中。應當理解，噴射器28和 噴射器28'的噴灑特征(例如，流量、速度、型式等)可不同。在一個非限制性構造中，參照圖2和圖3，噴射器28取向成引導加壓流體與噴嘴16相交。在該構造中，噴射的流體撞擊噴嘴
16，從而因流體的速度和噴嘴的溫度而致使噴射流體蒸發(fā)。然后，噴 射流體沿著第二流路F2行進，其在該第二流路內(nèi)與第 一 流路Fi混合。 噴射器與噴嘴壁所成的角度可改變，以實現(xiàn)期望的蒸發(fā)和混合結果。 應當理解，可對通過噴射器28或噴射器28'噴射的流體進行定位并取 向，以實現(xiàn)與環(huán)形壁34的內(nèi)部55或外部56的期望撞擊。在一個示例性實施方式中，流體控制裝置IO還包括位于噴 嘴下游的一個或多個混合裝置42,用于混合排氣，和/或使排氣與來 自噴射器28的噴射流體混合。這樣的混合裝置可包括墊圈、半墊圏、 偏轉(zhuǎn)器、排氣流混合器、渦流裝置、穿孔板或非穿孔板等。例如，參 照圖15,示出了兩個半墊圈混合裝置64、 65。在該構造中，噴嘴軸 線An朝向管道18和第一半墊圈混合裝置64取向。來自第一流路F！
和第二流路F2的排氣撞擊第一半墊圈，從而致使排氣向上朝向第二半
墊圈混合裝置65。在撞擊第二半墊圏混合裝置65時，排氣被引向下。 所產(chǎn)生的流向排氣處理裝置19的排氣流是，流向排氣處理裝置19的 基本均勻分布的排氣和蒸汽，以及基本均勻分布的排氣和未蒸發(fā)的噴 射流體液滴，從而形成第三流路和速度。流體控制裝置10的示例性實施方式可用在不同發(fā)動機應用 中，這些發(fā)動機應用包括汽油機、柴油機、混合動力發(fā)動機、靈活燃 料發(fā)動機等。還可構想，流體控制裝置10可用于這些發(fā)動機的一個 或多個排氣處理裝置。例如，流體控制裝置可用于向選擇性催化還原 (SCR)裝置、柴油機氧化催化器(DOC)、柴油機顆粒過濾器(DPF) 及其組合等提供型式(pattern)基本均勻的排氣，包括尿素或燃料蒸 汽和/或液滴。在另一示例性實施方式中，在排氣系統(tǒng)的排氣流中設置 多個噴嘴16，其中額外的噴嘴用于使噴射流體(未蒸發(fā)的流體及蒸汽) 與排氣進一步混合。這類似于利用排氣流混合器、渦流裝置、穿孔板 等，或者甚至是排氣管道內(nèi)的小管，以增強由單個噴嘴實現(xiàn)的混合和 蒸發(fā)。可將該多個噴嘴可串聯(lián)放置，或者可在它們之間穿插其它部件， 例如排氣處理裝置等。流體控制裝置IO的關鍵特性在于將排氣流分到兩個或更多 個流路中，其中一個流路作為噴嘴使排氣流加速，另一個作為擴散器 使排氣流減速，并且其中將流體噴射到緩慢運動的氣體中，或者說擴
15散器區(qū)域中，以增加其駐留和占有時間，因此增強排氣流內(nèi)的蒸發(fā)和 混合。然而，應當理解，本發(fā)明的范圍還包括將氣體或液體噴射到擴 散器區(qū)段、噴嘴區(qū)段或者二者中，以適應具體環(huán)境、混合和封裝目標。 本發(fā)明的范圍還包括這樣的構造，其中 一 個流路使排氣增速或減速 (如在噴嘴或擴散器構造中一樣)，而另一個流路既不進行增速也不 進行減速。在從噴嘴出來或行進經(jīng)過噴嘴時，這兩個具有不同速度的 流路重新結合并混合。而且，某些實施方式，例如具有或不具有板簧 的幾何形狀可變的噴嘴，可降低發(fā)動機排氣系統(tǒng)內(nèi)的背壓。噴嘴和管 道還可設計為(例如，將形狀、尺寸或其它構造設定為)權衡混合、 蒸發(fā)、背壓、包裝、成本等進行優(yōu)化。盡管已描述并示出了示例性實施方式，然而本領域技術人 員應理解，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可進行各種更改并且可用 等價物替代其元件。此外，在不背離本發(fā)明實質(zhì)范圍的情況下，可對 這些教導進行多種修改以適應具體情況或材料。因此，本發(fā)明理應不 限于作為實施本發(fā)明所構想的最佳模式而公開的具體實施方式
，而是 包括落于所附權利要求范圍內(nèi)的所有實施方式。
權利要求
1.一種流體流控制裝置，所述流體流控制裝置用于接收來自發(fā)動機的排氣并朝向排氣處理裝置引導所述排氣，包括布置在所述發(fā)動機的排氣管道內(nèi)的噴嘴，所述噴嘴包括入口和出口，用于形成穿過所述噴嘴的第一流路，將所述噴嘴與所述排氣管道隔開，用于在所述噴嘴與所述排氣管道之間形成第二流路；以及布置在所述噴嘴附近的噴射器，將所述噴射器取向成將加壓流體引入所述第一流路或所述第二流路。
2. 根據(jù)權利要求1所述的流體流控制裝置，其特征在于，所述加壓流體被引向與所述噴嘴相交。
3. 根據(jù)權利要求2所述的流體流控制裝置，其特征在于，所述噴嘴的形狀至少局部為截頭圓錐。
4. 根據(jù)權利要求1所述的流體控制裝置，其特征在于，被所述噴射器引導的所述加壓流體包括尿素溶液或碳氫化合物燃料。
5. 根據(jù)權利要求4所述的流體控制裝置，其特征在于，所述噴射器將所述尿素溶液或碳氫化合物燃料噴射到較慢運動的流路中。
6. 根據(jù)權利要求1所述的流體控制裝置，其特征在于，進一步包括布置在所述噴嘴的入口處的多孔材料，所述多孔材料形成所述第二流^^的一部分。
7. 根據(jù)權利要求1所述的流體控制裝置，其特征在于，穿過所述噴嘴的所述第 一 流路包括與所述管道相交的軸線。
8. 根據(jù)權利要求1所述的流體控制裝置，其特征在于，所述第一流路包括第一軸線，所述排氣管道包括第二軸線，所述第一軸線和所述第二軸線相互不平行。
9 根據(jù)權利要求1所述的流體控制裝置，其特征在于，所述噴嘴包括貫通環(huán)形壁形成的一個或多個開口 ，所述一個或多個開口構造成在所述第 一 流路和第二流路之間提供流體流。
10. —種用于發(fā)動機的排氣處理系統(tǒng)，包括排氣處理裝置；位于所述排氣處理裝置的至少 一 部分上游的流體流控制裝置，所述流體流控制裝置包括布置在排氣管道內(nèi)的噴嘴，所述噴嘴包括入口和出口，用于形成穿過所述噴嘴的第一流路，所述噴嘴與所述排氣管道隔開，用于在所述噴嘴與所述排氣管道之間形成第二流路；以及布置在所述流體流控制裝置的所述噴嘴附近的噴射器，將所述噴射器取向成在所述噴嘴附近將加壓流體引入所述第 一 流路或第二流路。
11. 根據(jù)權利要求IO所述的排氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣處理裝置包括選擇性催化還原裝置，并且由所述噴射器引導的所述加壓流體包括尿素溶液。
12. 根據(jù)權利要求IO所述的排氣處理系統(tǒng)，其特征在于，所述排氣處理裝置包括柴油機顆粒過濾器，并且由所述噴射器引導的所述加壓流體包括碳氫化合物燃料。
13. 根據(jù)權利要求IO所述的排氣處理系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括位于所述噴嘴下游的混合裝置，所述第 一 流路或所述第二流路與所述混合裝置相交。
14. 一種在發(fā)動機的排氣管道內(nèi)分散排氣流的方法，所述方法包括使第 一 部分排氣流過布置在所述排氣管道內(nèi)的噴嘴，以形成第一流路，所述噴嘴包括入口和出口；使第二部分排氣流在所述噴嘴和所述排氣管道之間流動，以形成第二流路；向所述第 一 流^^或所述第二流^各內(nèi)噴射加壓流體；以及使所述第一部分排氣、所述第二部分排氣和所述噴射流體在穿過所述噴嘴時相結合，從而形成混合物。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，在離開所述噴嘴時，所述第一部分排氣和所述第二部分排氣具有不同的速度。
16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，所述排氣的第一流路包括與所述第二部分排氣相交的軸線。
17. 根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，所述排氣的第一流路包括與所述排氣管道相交的軸線。
18. 根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，所述加壓流體被引向與所述噴嘴相交。
19. 根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，進一步包括使所述混合物流入排氣處理裝置的步驟。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其特征在于，噴射流體的步驟包括將尿素溶液或碳氫化合物燃料噴射到所述較慢運動的流路內(nèi)，從而致使所述尿素溶液或碳氫化合物燃料蒸發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明涉及噴嘴-擴散器式混合器。具體地，本發(fā)明的示例性實施方式涉及一種用于控制穿過發(fā)動機排氣系統(tǒng)管道的流體流的設備和方法，尤其是用于在排氣處理裝置之前控制穿過發(fā)動機排氣系統(tǒng)管道的流體流的設備和方法。在一個實施方式中，提供了一種流體流控制裝置，該流體流控制裝置用于接收來自發(fā)動機的排氣，并朝向排氣處理裝置引導該排氣。該流體控制裝置包括布置在所述發(fā)動機的排氣管道內(nèi)的噴嘴。該噴嘴包括入口和出口，用于形成穿過該噴嘴的第一流路。該噴嘴與所述排氣管道隔開，用于在該噴嘴與該排氣管道之間形成第二流路。該流體控制裝置還包括布置在所述噴嘴附近的噴射器?？蓪⒃搰娚淦魅∠虺蓪⒓訅毫黧w引入所述第一流路或所述第二流路。
文檔編號F01N3/08GK101624932SQ200910140030
公開日2010年1月13日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權日2008年7月11日
發(fā)明者R·D·斯特勞布, R·P·蘭加納坦, 塔里 S·H·埃爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司