專利名稱：用于冷卻廢氣的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示例性實施例涉及流體輸送設(shè)備，且更具體地 涉及用于冷卻廢氣的流體輸送設(shè)備。
背景技術(shù)：
采用內(nèi)燃機(jī)尤其是柴油發(fā)動機(jī)的車輛制造商試圖減少和 控制廢氣排放物，且符合對于氮氧化物(NOx)、未燃燒和部分氧化 的碳?xì)浠衔?HC)、 一氧化碳(CO)、顆粒物質(zhì)和其它排放物(即， 硫化氳(H2S )和氨(NH3))的釋放的當(dāng)前和未來的排放標(biāo)準(zhǔn)。為了 減少前述排放物，柴油發(fā)動機(jī)通常用廢氣后處理系統(tǒng)操作。廢氣后處理系統(tǒng)通常包括，但不限于， 一個或更多后處 理裝置，如氧化催化劑、NOx減少裝置、柴油顆粒過濾器(DPF)和 硫捕集器(sulfurtrap)。這些后處理裝置通常需要在發(fā)動機(jī)廢氣中存 在某些條件，以最佳地工作。例如，NOx減少裝置和氧化催化劑具有 相對窄的溫度窗口，所述裝置在該溫度窗口內(nèi)啟動，再生，或以高轉(zhuǎn) 換效率工作。 一些后處理裝置需要將裝置加熱至比發(fā)動機(jī)廢氣通常提 供的溫度更高的溫度，以實現(xiàn)后處理裝置的期望工作溫度。這種裝置 的一個示例是柴油顆粒過濾器(DPF)。在操作中，柴油顆粒過濾器捕獲由柴油發(fā)動機(jī)廢氣流攜 帶的顆粒，這種柴油顆粒過濾器在一端接收廢氣流，且在廢氣通過薄 通道壁擴(kuò)散并從另 一端排出時捕獲顆粒。柴油顆粒過濾器中的持續(xù)顆 粒積聚是不希望的，因而有必要在過濾器被阻塞之前清除顆粒積聚。顆粒積聚的清除通過再生過程進(jìn)行，其中，DPF的溫度 升高至足以引起由DPF捕獲的顆粒的燃燒和蒸發(fā)的水平。 一旦顆粒蒸 發(fā)，燃燒產(chǎn)物可能由廢氣流掃除出過濾器。
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為了提供局部加熱以有效地從過濾器去除顆粒，DPF中 的廢氣溫度必須增加。對于DPF有兩種主要的再生事件被動的和主 動的。在被動再生期間，廢氣達(dá)到足以促進(jìn)催化反應(yīng)的溫度，所述催 化反應(yīng)氧化所捕獲的煤煙。在主動再生模式中，車載發(fā)動機(jī)控制模塊 促使系統(tǒng)增加廢氣溫度和/或調(diào)節(jié)可用的氧氣含量，以促進(jìn)或中斷再生 事件。再生事件通常需要在570和650攝氏度之間的廢氣溫度。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種用于冷卻廢氣的廢氣冷卻設(shè)備和方法。所述廢 氣冷卻設(shè)備具有第一流體導(dǎo)管和從所迷第一流體導(dǎo)管延伸的可變噴 嘴。所述可變噴嘴設(shè)置在第二流體導(dǎo)管的入口端，其中，所述可變噴 嘴具有彼此靠近的至少兩種不同材料，且流體入口開口位于所述可變 噴嘴的外周邊和所述第二流體導(dǎo)管的入口端的內(nèi)表面之間。所述不同 材料借助于響應(yīng)于流經(jīng)所述第一流體導(dǎo)管的廢氣溫度朝向或遠(yuǎn)離第 一流體導(dǎo)管中心線移動而改變所述可變噴嘴的開口尺寸。在另一實施例中，提供用于冷卻發(fā)動機(jī)的廢氣處理裝置 的廢氣的方法。所述方法包括:將廢氣引導(dǎo)通過第一流體導(dǎo)管，所述 第一流體導(dǎo)管具有可變噴嘴，所述可變噴嘴由彼此靠近的至少兩種不 同材料限定且從所述第 一流體導(dǎo)管延伸。所述可變噴嘴接收在第二流 體導(dǎo)管的入口端，且所述可變噴嘴設(shè)置在所述第二流體導(dǎo)管中靠近所 述第二流體導(dǎo)管的入口端，使得在所述可變噴嘴的外周邊和所述第二
流體導(dǎo)管的入口端的內(nèi)表面之間限定流體入口開口。因而，流體借助 于改變所述可變噴嘴的開口尺寸而通過所述流體入口開口引入所述 第二流體導(dǎo)管，所述流體的溫度比所述廢氣的溫度更低，且所述流體 與第二流體導(dǎo)管中的廢氣混合以提供混合氣體，所述混合氣體的溫度
小于所述廢氣的溫度。借助于所述至少兩種不同材料響應(yīng)于流經(jīng)所述 第 一 流體導(dǎo)管的廢氣溫度朝向或遠(yuǎn)離第 一流體導(dǎo)管中心線移動而改 變所迷可變噴嘴的開口。


其它特4正、益處和細(xì)節(jié)在實施例的以下說明中示意性地 顯現(xiàn)，所述說明參考附圖，在所述附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的廢氣冷卻裝置的部分 截面圖；圖1A是處于第一位置的廢氣冷卻裝置的一部分的放大 截面圖；圖IB是處于第二位置的廢氣冷卻裝置的一部分的放大 截面圖；圖2是處于第一工作位置的廢氣冷卻裝置的截面圖；
圖3是處于第二工作位置的廢氣冷卻裝置的截面圖；
圖4是具有廢氣冷卻裝置的排氣系統(tǒng)的示意圖；
圖5是根椐可選實施例的廢氣冷卻裝置的部分截面圖；
圖5A是處于第一位置的圖5的廢氣冷卻裝置的一部分的 放大截面圖；圖5B是處于第二位置的圖5的廢氣冷卻裝置的一部分的 放大截面圖；圖6是根據(jù)另一可選實施例的廢氣冷卻裝置的部分截面 圖；和圖6A是處于第一位置的圖6的廢氣冷卻裝置的一部分的 放大截面圖。
具體實施例方式現(xiàn)在參考圖1 -4且根據(jù)一個非限制性實施例，圖示了廢 氣冷卻設(shè)備10。所述廢氣冷卻設(shè)備具有第一流體導(dǎo)管12和第二流體 導(dǎo)管14。雖然，第一和第二流體導(dǎo)管圖示為具有圓形結(jié)構(gòu)和開口 ，但 是第 一 和第二流體流導(dǎo)管的任何截面形狀都是可以想到的，只要能實 現(xiàn)期望結(jié)果即可。這種結(jié)構(gòu)的非限制性示例包括卵形、橢圓形、方形、 矩形及其等價物。第 一 流體導(dǎo)管由多個緊固構(gòu)件或支座(stand off) 16緊固 到第二流體導(dǎo)管。所述支座構(gòu)造成使得流體能夠從環(huán)繞第一流體導(dǎo)管 的區(qū)域流入第二流體導(dǎo)管。所述第一流體導(dǎo)管構(gòu)造成從發(fā)動機(jī)(未示 出)接收廢氣，且具有可變噴嘴17,可變噴嘴17具有設(shè)置成將廢氣 引導(dǎo)到第二流體導(dǎo)管中的開口 18。第一流體導(dǎo)管的可變噴嘴的遠(yuǎn)端能夠收縮和膨脹，以提供較小開口 (如1和3)和較大開口 (圖2)。因而，可變噴嘴提供 可變噴嘴開口。如本文討論的那樣，可變噴嘴開口的尺寸取決于流經(jīng) 所述第一流體導(dǎo)管和所述噴嘴的廢氣溫度。當(dāng)噴嘴的遠(yuǎn)端收縮時，提 供和/或增大噴嘴的外表面和第二流體導(dǎo)管的入口開口的內(nèi)表面之間 的外圍開口。該入口開口允許較冷氣體(例如，環(huán)境空氣)進(jìn)入廢氣 冷卻設(shè)備。在圖l-4的實施例中，可變噴嘴及其開口由從所述第一 流體導(dǎo)管延伸的多個調(diào)整片構(gòu)件20限定。所述多個調(diào)整片構(gòu)件通過 由任何合適的制造過程形成的多個細(xì)長開口或間隙22而彼此間隔開。 因而，從所述第一流體導(dǎo)管延伸的調(diào)整片構(gòu)件陣列限定所述可變噴嘴 及其開口。 所述可變噴嘴從第 一 流體導(dǎo)管的 一端延伸且設(shè)置在第二 流體導(dǎo)管的入口端24中。第二流體導(dǎo)管具有設(shè)置在第二流體導(dǎo)管的 入口端24和出口端28之間的中間部分26。如圖所示，中間部分26 中的開口的截面面積小于入口端24和出口端28的開口的截面面積。 因而，所述第二流體導(dǎo)管類似于文氏管。所述多個調(diào)整片構(gòu)造成改變 噴嘴開口的尺寸，這繼而改變較冷流體或環(huán)境空氣進(jìn)入第二流體導(dǎo)管 的開口，且提供進(jìn)入第二流體導(dǎo)管的可變節(jié)流孔。第 一 流體導(dǎo)管的外直徑或周長小于第二流體導(dǎo)管的入口 端的周長或直徑，從而提供流體入口開口 30。當(dāng)開口 30由于調(diào)整片 20的收縮而增大時，廢氣32以箭頭34的方向行進(jìn)通過第一流體導(dǎo)管， 且環(huán)繞第一流體導(dǎo)管12的環(huán)境空氣36以箭頭38的方向通過流體入 口開口 30吸入。因而，噴嘴開口 18和流體入口開口 30的尺寸取決 于流經(jīng)第一流體導(dǎo)管和噴嘴的廢氣的溫度，且噴嘴開口和流體入口開 口 30的尺寸相應(yīng)地變化。為了改變噴嘴開口 18和流體入口開口 30兩者的尺寸， 所述多個調(diào)整片18由在廢氣溫度變化時將使得所述多個調(diào)整片中的 每個在第一位置(圖1A)和第二位置(圖1B)之間轉(zhuǎn)換的材料制成。 也參考圖2和3,示出了處于第一位置和第二位置的所述多個調(diào)整片。第一位置(圖1A)對應(yīng)于流經(jīng)第一流體導(dǎo)管12的冷廢 氣(例如，小于550攝氏度)，第二位置(圖1B)對應(yīng)于流經(jīng)第一 流體導(dǎo)管12的較熱廢氣(例如，大于570攝氏度)。當(dāng)然應(yīng)當(dāng)理解的是，可以想到大于或小于前述溫度的溫度。第二位置使得噴嘴開口
18的尺寸減小，這繼而增加行進(jìn)通過噴嘴開口的廢氣的速度，使得增 加量的環(huán)境空氣(非廢氣)通過流體入口開口 30抽吸到第二流體導(dǎo) 管14中。為了實現(xiàn)調(diào)整片20的該移動以改變開口 18,所述多個調(diào) 整片中的每個由雙金屬材料制成，所述雙金屬材料包括第一材料(例 如，金屬或金屬合金)40和靠近所述第一材料粘結(jié)或成型的第二材料 (例如，金屬或金屬合金)42,使得這兩種材料形成調(diào)整片部分。第 一材料具有比第二材料更高的熱膨脹系數(shù)，使得在廢氣溫度增加時， 第 一 材料將使得所述多個調(diào)整片中的每個朝第 一 流體導(dǎo)管的中心線 44偏轉(zhuǎn)，其中，所述多個調(diào)整片的這種移動使得噴嘴開口的尺寸減小。每種金屬應(yīng)當(dāng)基于其材料屬性進(jìn)行選擇，以實現(xiàn)調(diào)整片 根據(jù)通過第一流體導(dǎo)管12的廢氣流溫度的恰當(dāng)運(yùn)動。所述材料屬性 應(yīng)當(dāng)選擇成使得金屬40 (外部金屬)相對于金屬42 (內(nèi)部金屬)具 有更高的熱膨脹系數(shù)。所述雙金屬材料可以使用任何合適的過程形成 (例如，釬焊或熔焊在一起的兩層，金屬沉積過程，各種軋制和包覆 過程或其任何等價物)，其中，不同材料屬性的金屬層設(shè)置成彼此靠 近，所述過程尤其是在第一和第二材料之間形成足以在本文所述的熱 循環(huán)環(huán)境中保持其整體性的強(qiáng)冶金結(jié)合的過程。第一流體導(dǎo)管12構(gòu)造成從廢氣處理裝置46(在一個實施 例中是柴油顆粒過濾器(DPF))接收廢氣。如相關(guān)領(lǐng)域已知的那樣， 柴油顆粒過濾器是需要加熱超過通常由廢氣提供的溫度的廢氣處理 裝置，以實現(xiàn)期望工作溫度，以便利于顆粒過濾器的再生。如圖4所 示，第一入口導(dǎo)管經(jīng)由導(dǎo)管47聯(lián)接到廢氣處理裝置46的出口。當(dāng)然， 第一流體導(dǎo)管12可以直接聯(lián)接到廢氣處理裝置46，或者，在它們之 間提供流體連通的任何其它合適機(jī)構(gòu)可以用于將第 一 流體導(dǎo)管聯(lián)接 到廢氣處理裝置。當(dāng)來自于廢氣處理裝置46的溫度增加且環(huán)境空氣(溫度 和由于圍繞排氣系統(tǒng)的運(yùn)動引起的對流冷卻)不足以冷卻通過噴嘴的 廢氣流時，由于調(diào)整片20的雙金屬屬性，外部金屬40將以比內(nèi)部金 屬42更快的速率膨脹，使得金屬調(diào)整片陣列向內(nèi)偏轉(zhuǎn)，從而減小噴 嘴17的直徑。這將借助于使得通過噴嘴進(jìn)入中間部分26的廢氣流減境空氣的空間而促進(jìn)通過第二導(dǎo)管14 的更有效文氏管效果。因而，熱廢氣用冷環(huán)境空氣稀釋，且實現(xiàn)冷卻 效果。因而，由于噴嘴開口 18響應(yīng)于廢氣溫度膨脹和收縮以將冷卻 氣體引入發(fā)動機(jī)廢氣，從而廢氣冷卻設(shè)備提供可變節(jié)流孔文氏管。另一方面，當(dāng)環(huán)境溫度較冷和/或車輛以足以冷卻排氣系 統(tǒng)的速度運(yùn)動(即，冷卻空氣移動經(jīng)過尾管且離開尾管的氣體不集中 于靜止裝置上)和/或DPF不處于再生模式(即，廢氣較冷，例如小 于550攝氏度)時，噴嘴節(jié)流孔直徑將趨于增加，從而減小系統(tǒng)的背 壓?？勺児?jié)流孔直徑增加將通過外部金屬40相對于內(nèi)部金屬42的更 大收縮實現(xiàn)，從而減小文氏管的效果和減小發(fā)動機(jī)背壓。對于運(yùn)動車 輛中的壓縮點(diǎn)火(貧燃燒)發(fā)動機(jī)，該效果可以在大范圍的工作條件 下降低背壓，即在不需要廢氣冷卻時。該減小的限制將改進(jìn)燃料效率，
現(xiàn)更高的功率/轉(zhuǎn)矩。、' '； ' ^圖2圖示了在由第一流體導(dǎo)管接收的廢氣不足夠熱而不 能引起通過第 一流體導(dǎo)管和第二流體導(dǎo)管之間的入口開口的較冷環(huán) 境空氣的附加混合，但是如圖所示，細(xì)長開口或間隙22將允許一些 較冷環(huán)境空氣與第二流體導(dǎo)管中的廢氣混合時，較大噴嘴開口的較低 速度將減小吸入第二流體導(dǎo)管的環(huán)境空氣量。而且，由所述多個調(diào)整 片20的遠(yuǎn)端48限定的可變噴嘴開口 18增大，這也導(dǎo)致廢氣處理裝 置46的減小的廢氣速度以及降低的背壓，因為可變噴嘴18的開口處 于其最大構(gòu)造。圖3圖示了在廢氣變得更熱時(例如，由于排氣系統(tǒng)的 柴油顆粒過濾器的再生)，具有較高熱膨脹系數(shù)的第一材料40將使 得所述多個調(diào)整片20中的每個朝第一流體導(dǎo)管12的中心線44偏轉(zhuǎn)， 且減小噴嘴開口 18的尺寸，同時增加入口開口 30的尺寸。當(dāng)所述多 個調(diào)整片20朝第一流體導(dǎo)管12的中心線44偏轉(zhuǎn)時，由所述多個調(diào) 整片構(gòu)件中的每個的遠(yuǎn)端48限定的噴嘴開口 18的尺寸減小，且行進(jìn) 通過噴嘴開口 18的廢氣速度增加，并且行進(jìn)通過第二流體導(dǎo)管"的 氣體的文氏管效果使得較冷環(huán)境空氣被吸入到入口開口 30中。因而， 熱廢氣在第二流體導(dǎo)管14的中間部分中用較冷環(huán)境空氣稀釋，以在 箭頭52的方向提供稀釋的或冷卻的廢氣50。圖3所示的廢氣冷卻設(shè)備的結(jié)構(gòu)在柴油顆粒過濾器或廢氣處理裝置46的再生事件期間是期 望的，所述再生事件導(dǎo)致更熱的廢氣(例如，大于570攝氏度)。在 該事件期間，期望通過將這些廢氣與環(huán)繞第一流體導(dǎo)管12的環(huán)境空 氣混合來冷卻這些廢氣。在一個非限制性實施例中，調(diào)整片20在第一位置與第二 流體導(dǎo)管14接觸，且大致封閉噴嘴的外周邊和第二流體導(dǎo)管14的入 口開口的內(nèi)周邊之間的開口 30?？蛇x地，調(diào)整片20在第一位置并不 接觸第二流體導(dǎo)管，然而，第一流體導(dǎo)管的外周邊和第二流體導(dǎo)管的 內(nèi)周邊之間的開口 30保持大致封閉(例如參見圖2)。此外，第二流體導(dǎo)管14中的可變噴嘴17的準(zhǔn)確位置可 以變化，只要在某些廢氣條件期間實現(xiàn)期望混合即可。即，廢氣在第 二流體導(dǎo)管14的中間部分26中與環(huán)境空氣混合，以提供較冷的混合 氣體50，混合氣體50通過第二流體導(dǎo)管14的出口開口28排出。例 如，可變噴嘴17的外周邊設(shè)置在第二流體導(dǎo)管14的入口端24，或第 一流體導(dǎo)管12的外周邊設(shè)置在第二流體導(dǎo)管14的入口端24。在可選實施例中且參考圖5-5B,也可以在上游管道中 不使用不使用縱向調(diào)整片構(gòu)件20的情況下實現(xiàn)可變噴嘴功能。在此， 噴嘴17緊固到第一流體導(dǎo)管12的端部，且噴嘴H由兩種不同材料 制成。其它預(yù)期實施例包括整體式噴嘴或由多個調(diào)整片20形成的噴 嘴，所述調(diào)整片20各從不具有恒定直徑的多個管道(例如，第一流 體導(dǎo)管)延伸，使得至少一個管道或?qū)Ч苣軌虿迦氲搅硪还艿阑驅(qū)Ч?br> 中，且所述多個調(diào)整片的遠(yuǎn)端將不對齊，使得第一流體導(dǎo)管中的最大 直徑管道的所述多個調(diào)整片的端部將使得它們的遠(yuǎn)端從插入到所述 最大直徑管道中的管道的調(diào)整片的遠(yuǎn)端進(jìn)一步向外延伸。換句話說， 多個不一致管道插入到彼此中，其中，每個管道具有依次更小的直徑， 且每個管道或所述管道中的一些具有帶有不同熱力特性的至少兩種 材料的多個調(diào)整片。這將允許重疊的調(diào)整片設(shè)計，從而促進(jìn)獨(dú)特的流 動特性且將調(diào)整文氏管內(nèi)的紊流混合效果。例如參考圖4中虛線所示 的較小內(nèi)部管道或?qū)Ч堋．?dāng)然，前述實施例中任何實施例的結(jié)構(gòu)將根 據(jù)應(yīng)用要求而變化。準(zhǔn)確的排氣/調(diào)整片/管道幾何形狀、定向和材料 屬性需要對于特定工作范圍進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。
參考圖6和6A,在又一可選實施例中，雙金屬設(shè)計策略應(yīng)用于外部管道或第二流體導(dǎo)管14，以進(jìn)一步增加在各種工作條件下 的文氏管效果。在此，第二流體14的入口端24由兩種不同材料制成。 類似于前述實施例，入口端包括雙金屬材料，所述雙金屬材料包括第 一材料(例如，金屬或金屬合金)40和靠近所述第一材料粘結(jié)或成型 的第二材料(例如，金屬或金屬合金)42,第一材料具有與第二材料 不同(更高或更低)的熱膨脹系數(shù)，以提供雙金屬材料的遠(yuǎn)端70的 期望移動。在該實施例中，所述兩種不同材料可以設(shè)置在第一流體 導(dǎo)管12和第二流體導(dǎo)管14兩者上，或者僅設(shè)置在第二流體導(dǎo)管14 上。如圖6A所示，包括材料40和42的雙金屬材料的遠(yuǎn)端70也將響 應(yīng)于吸入廢氣冷卻設(shè)備的流體溫度而移動，從而在遠(yuǎn)端70移動時入 口開口 30的尺寸將變化。因而，提供了用于冷卻發(fā)動機(jī)的廢氣處理裝置的廢氣的 方法。如本文討論的那樣，廢氣行進(jìn)通過第一流體導(dǎo)管，第一流體導(dǎo) 管具有可變噴嘴，可變噴嘴具有由從第 一流體導(dǎo)管延伸的多個調(diào)整片 構(gòu)件限定的開口。噴嘴開口接收在第二流體導(dǎo)管的入口端中，所述第 二流體導(dǎo)管具有文氏管結(jié)構(gòu)，以在噴嘴和第二流體導(dǎo)管之間限定流體 入口開口，以便環(huán)境空氣被吸入并與第二流體導(dǎo)管中的廢氣混合，以 提供冷卻的稀釋氣體，所述稀釋氣體排出第二流體導(dǎo)管的出口端。在 第一流體導(dǎo)管上游安裝有排放物控制裝置(如柴油顆粒過濾器或 DPF)時，冷卻廢氣的方法通常是期望的。當(dāng)較高溫度的廢氣流入第 一 流體導(dǎo)管且流經(jīng)噴嘴開口 時，所述多個調(diào)整片將朝第 一流體導(dǎo)管的中心線偏轉(zhuǎn)且減小噴嘴開 口 。噴嘴開口的截面面積的減小使得從噴嘴開口離開的廢氣速度增
加。通過使得廢氣加速，增加量的環(huán)境空氣能夠通過入口開口或由第 一流體導(dǎo)管和第二流體導(dǎo)管限定且位于第一流體導(dǎo)管和第二流體導(dǎo) 管之間的開口進(jìn)入第二流體導(dǎo)管，因為入口開口由于限定噴嘴開口的 所述多個調(diào)整片或材料朝第 一流體導(dǎo)管的中心線偏轉(zhuǎn)而變大。選擇不同材料屬性以利用熱膨脹系數(shù)中的差異，以便在 廢氣足夠熱或高于預(yù)定溫度范圍以需要廢氣冷卻，且環(huán)境空氣的環(huán)境 溫度不能充分冷卻以顯著降低廢氣溫度，和/或車輛運(yùn)動不在廢氣冷卻 設(shè)備周圍產(chǎn)生足夠的環(huán)境空氣運(yùn)動以冷卻廢氣時提供較小噴嘴直徑。
冷卻設(shè)備被調(diào)整以優(yōu)化系統(tǒng)對于廢氣冷卻變得主動時的 條件。在不需要廢氣冷卻的其它條件下，噴嘴將增加其直徑，從而降 低排氣系統(tǒng)的背壓。因為系統(tǒng)不總是必須具有較小的噴嘴開口，該可 變節(jié)流孔噴嘴開口提供以下益處改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性；增加性能(功率 /轉(zhuǎn)矩)；和改進(jìn)發(fā)動機(jī)耐用性。此外，冷卻設(shè)備提供成本有效的可變噴嘴文氏管廢氣冷
卻器，不需要復(fù)雜的運(yùn)動部件，致動器和/或計算機(jī)控制算法，因為可 變開口在不增加更多復(fù)雜的主動計算機(jī)控制閥裝置的情況下實現(xiàn)，所
述主動計算機(jī)控制閥裝置也需要復(fù)雜的OBD2診斷例程，這也可能需 要附加傳感器來監(jiān)測該裝置的性能。雖然已經(jīng)參考車輛排氣系統(tǒng)描述了一個實施例，但是本 領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，廢氣冷卻設(shè)備可以用于包括氣體和液體流的 其它應(yīng)用。此外，廢氣冷卻設(shè)備可以構(gòu)造成廢氣加熱設(shè)備，其中，所 述多個調(diào)整片中的第一和第二材料構(gòu)造成在廢氣比環(huán)境空氣更冷時 向內(nèi)偏轉(zhuǎn)，從而吸入更熱的環(huán)境空氣以冷卻廢氣。雖然本發(fā)明已經(jīng)參考示例性實施例進(jìn)行描述，但是本領(lǐng) 域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在不偏離本發(fā)明范圍的情況下作出各種變 化和用等價物來替代其元件。此外，可以在不偏離本發(fā)明實質(zhì)范圍的 情況下作出許多修改，以使得本發(fā)明的教導(dǎo)適合特定情形或材料。因 而，本發(fā)明不旨在限制為作為用于實施本發(fā)明的最佳模式所公開的具 體實施例，而是包括落入本申請范圍內(nèi)的所有實施例。
1權(quán)利要求
1.一種廢氣冷卻設(shè)備，包括第一流體導(dǎo)管；從所述第一流體導(dǎo)管延伸的可變噴嘴，所述可變噴嘴還包括彼此靠近的至少兩種不同材料；和第二流體導(dǎo)管，所述第二流體導(dǎo)管具有入口端和出口端，所述可變噴嘴的至少一部分設(shè)置在所述第二流體導(dǎo)管中靠近所述第二流體導(dǎo)管的入口端，使得流體入口開口位于所述可變噴嘴的外周邊和所述第二流體導(dǎo)管的入口端的內(nèi)表面之間，所述至少兩種不同材料借助于響應(yīng)于流經(jīng)所述第一流體導(dǎo)管的廢氣溫度朝向或遠(yuǎn)離第一流體導(dǎo)管中心線移動而改變所述可變噴嘴的開口尺寸，以借助于將環(huán)繞靠近所述流體入口開口的所述第一流體導(dǎo)管的部分的流體吸入到所述第二流體導(dǎo)管中而使得所述廢氣與所述流體混合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣冷卻設(shè)備，其中，所述可變噴嘴 由從所述第一流體導(dǎo)管延伸的多個調(diào)整片限定，且所述多個調(diào)整片中 的每個由縱向開口彼此間隔開，且所述多個調(diào)整片中的每個的遠(yuǎn)端限 定所述可變噴嘴的開口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢氣冷卻設(shè)備，其中，所述多個調(diào)整 片中的每個由所述至少兩種不同材料制成，以形成包括第一材料和第 二材料的雙金屬材料，所述第一材料具有比所述第二材料更高的熱膨 脹系數(shù)，當(dāng)廢氣溫度超過預(yù)定溫度時，所述第一材料將使得所述多個 調(diào)整片中的每個朝所述第一流體導(dǎo)管的中心線偏轉(zhuǎn)，其中，所述多個 調(diào)整片減小所述可變噴嘴的開口尺寸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣冷卻設(shè)備，其中，所述第一流體 導(dǎo)管由多個支座緊固到所述第二流體導(dǎo)管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣冷卻設(shè)備，其中，所迷第二流體 導(dǎo)管還包括設(shè)置在所述入口端和所述出口端之間的中間部分，所述第 二流體導(dǎo)管具有從其延伸穿過的開口 ，所述開口在所述入口端和所述 出口端處比在所述中間部分處更大，以限定文氏管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣冷卻設(shè)備，其中，在所迷可變噴 嘴的開口減小時所述入口開口的尺寸增加。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣冷卻設(shè)備，其中，所述第一流體導(dǎo)管構(gòu)造成用于附接到車輛排氣系統(tǒng)的排氣管，且在所述至少兩種不 同材料朝所述第一流體導(dǎo)管的中心線移動時所述第一流體導(dǎo)管中的 排氣背壓增加，在所述至少兩種不同材料遠(yuǎn)離所述第一流體導(dǎo)管的中 心線移動時所述第一流體導(dǎo)管中的排氣背壓降低。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣冷卻設(shè)備，其中，所述第二流體 導(dǎo)管的入口端還包括靠近彼此的至少兩種不同材料，所述至少兩種不 同材料借助于響應(yīng)于流經(jīng)所述第一流體導(dǎo)管的廢氣溫度朝向或遠(yuǎn)離 第 一 流體導(dǎo)管中心線移動而改變所述流體入口開口的尺寸。
9. 一種用于冷卻發(fā)動機(jī)的廢氣的方法，包括 將廢氣引導(dǎo)通過第一流體導(dǎo)管，所述第一流體導(dǎo)管具有可變噴嘴，所述可變噴嘴由彼此靠近的至少兩種不同材料限定且從所述第一 流體導(dǎo)管延伸，所述可變噴嘴接收在第二流體導(dǎo)管的入口端，且所述 可變噴嘴設(shè)置在所述第二流體導(dǎo)管中靠近所述第二流體導(dǎo)管的入口 端，使得在所迷可變噴嘴的外周邊和所述第二流體導(dǎo)管的入口端的內(nèi) 表面之間限定流體入口開口 ；將流體通過所述流體入口開口引入所述第二流體導(dǎo)管，所述流體 的溫度比所述廢氣的溫度更低；使所述流體與第二流體導(dǎo)管中的廢氣混合以提供混合氣體，所述 混合氣體的溫度小于所述廢氣的溫度；和借助于所述至少兩種不同材料響應(yīng)于流經(jīng)所述第 一 流體導(dǎo)管的 廢氣溫度朝向或遠(yuǎn)離第一流體導(dǎo)管中心線移動而改變所述可變噴嘴 的開口尺寸，從而增加或減小引入所述第二流體導(dǎo)管的流體量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括借助于所述至少兩種不 同材料響應(yīng)于流經(jīng)所述第 一 流體導(dǎo)管的廢氣溫度朝向或遠(yuǎn)離第 一 流 體導(dǎo)管中心線移動而改變所述流體入口開口的尺寸，其中，在所述至 少兩種不同材料朝所述第 一 流體導(dǎo)管的中心線移動時所述第 一 流體 導(dǎo)管中的排氣背壓增加，在所述至少兩種不同材料遠(yuǎn)離所述第一流體導(dǎo)管的中心線移動時所述第一流體導(dǎo)管中的排氣背壓降低，第一流體 導(dǎo)管中的增加背壓增加了通過可變噴嘴開口的廢氣速度，從而將流體 吸入第二流體導(dǎo)管中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一流體導(dǎo)管由多 個支座緊固到所述第二流體導(dǎo)管。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第二流體導(dǎo)管還包 括設(shè)置在所述入口端和所述出口端之間的中間部分，所述第二流體導(dǎo) 管具有從其延伸穿過的開口 ，所述開口在所述入口端和所述出口端處 比在所述中間部分處更大，以限定文氏管。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述可變噴嘴的開口由 從所述第一流體導(dǎo)管延伸的多個調(diào)整片的遠(yuǎn)端限定，且所述多個調(diào)整 片中的每個由縱向開口彼此間隔開。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述多個調(diào)整片中的 每個由所迷至少兩種不同材料制成，以形成包括第 一材料和第二材料 的雙金屬材料，所述第一材料具有比所述第二材料更高的熱膨脹系 數(shù)，當(dāng)廢氣溫度增加時，所述第一材料將使得所述多個調(diào)整片中的每 個朝所述第一流體導(dǎo)管的中心線偏轉(zhuǎn)，其中，所述多個調(diào)整片減小所述噴嘴開口的尺寸。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括通過使得所述至少兩種 不同材料朝向第 一流體導(dǎo)管中心線移動而減小所述開口的尺寸，從而 增加流經(jīng)可變噴嘴開口的廢氣速度，，以將流體吸入所述第二流體導(dǎo)管 中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括通過使得所述至少兩 種不同材料朝向第 一流體導(dǎo)管中心線移動而增加所述入口開口的尺 寸。
全文摘要
提供一種用于冷卻廢氣的廢氣冷卻設(shè)備和方法。所述廢氣冷卻設(shè)備具有第一流體導(dǎo)管和從所述第一流體導(dǎo)管延伸的可變噴嘴。所述可變噴嘴設(shè)置在第二流體導(dǎo)管的入口端，其中，所述可變噴嘴具有彼此靠近的至少兩種不同材料，且流體入口開口位于所述可變噴嘴的外周邊和所述第二流體導(dǎo)管的入口端的內(nèi)表面之間。所述至少兩種不同材料借助于響應(yīng)于流經(jīng)所述第一流體導(dǎo)管的廢氣溫度朝向或遠(yuǎn)離第一流體導(dǎo)管中心線移動而改變所述可變噴嘴的開口尺寸。
文檔編號F01N3/04GK101619668SQ20091015133
公開日2010年1月6日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者C·E·弗里澤五世 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司