CN113302384A - 还原剂喷嘴 - Google Patents
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Abstract
一种喷嘴(116)，包含具有近端(118)和远端(120)的喷嘴本体(700)。该近端(118)至少包含第一入口(206)和第二入口(204)，并且该远端(120)包含出口(124)。内管(702)在沿着喷嘴(116)的中心纵向轴线(200)的方向上延伸并且至少部分地限定流体连接到第一入口(206)的第一通道(210)和流体连接到第二入口(204)的第二通道(208)。该第二通道(208)经由延伸穿过该内管(702)的一个或多个孔口(714)流体连接到该第一通道(210)。
Description
技术领域
本发明涉及一种排气处理***，并且更具体地涉及一种将还原剂溶液喷射到排气处理***内的流体路径中的喷嘴。
背景技术
内燃机(诸如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料动力发动机和本领域已知的其他发动机)将复杂的组分混合物排放到环境中。这些组分可以包含氮氧化物(NOx)，诸如NO和NO2。由于越来越关注避免环境污染，排气排放标准变得更加严格，并且在一些情况下，可以根据发动机尺寸、发动机种类和/或发动机类型来调节从发动机排放的NOx的量。为了确保符合这些部件的规定以及减少环境影响，一些发动机制造商实施了称为选择性催化还原(SCR)的策略。SCR是其中使用一个或多个喷嘴将气态和/或液态还原剂，最通常为尿素(NH2)2CO)选择性地添加到发动机排气中的过程。喷射的还原剂分解为氨气(NH3)，与尾气中的NOx反应，形成水(H2O)和双原子氮(N2)。
于2013年1月22日公布的授予Blomquist的第8,356,473号美国专利(以下简称为′473参考文献)描述了一种注射装置，该注射装置具有用于供应压缩气体的第一导管和布置在第二导管的外部用于供应液体剂的第二导管。至少一个孔在第一导管和第二导管之间延伸。如′473参考文献中所讨论的，液体试剂流经该至少一个孔进入该压缩空气中。液体剂被压缩气体雾化，与压缩气体混合，通过喷射装置的出口输送，分散到排气管路。
虽然′473参考文献的注射装置可能试图增加液体试剂的雾化，但注射装置的操作可能不是最佳的。例如，在参考文献′473中描述的注射装置的尺寸相对较小，并且由于装置的有限的内部体积，可能难以实现液体试剂的有效雾化。在这种情况下，当喷射到排气管路中时，非雾化液体剂将不会与NOx反应，结果，装置的效率可能受到限制。此外，′473参考文献描述了具有多个不同且组装的部件的注射装置，并且这种装置配置可增加喷嘴的复杂性、组装时间和/或制造成本。此外，这样的多部件装置通常也难以清洁并且可能变得容易堵塞。
本发明的示例性实施例旨在克服上述缺陷中的一个或多个。
发明内容
在本发明的示例性实施例中，一种喷嘴包括喷嘴本体，该喷嘴本体具有近端和被布置成与该近端相对的远端。该近端包含第一入口和第二入口并且该远端包含出口。内管沿着该喷嘴的中心纵向轴线延伸。该内管具有内表面、外表面，以及与该喷嘴的近端间隔开的末端。内管的内表面限定流体连接到第一入口的第一通道的至少一部分。第二通道至少部分地由喷嘴本体形成，并设置在内管的外表面和喷嘴本体的至少一部分之间。该第二通道经由由该内管形成的多个孔口流体连接到该第二入口并且流体连接到该第一通道。室至少部分地由喷嘴本体形成，并设置在内管的末端和喷嘴的远端之间。该室流体连接到该第二通道和该出口。
在本发明的另一个示例性实施例中，喷嘴包括喷嘴本体和内管。该喷嘴本体具有包含至少第一入口和第二入口的近端，以及包含出口的远端。该内管在沿着该喷嘴的中心纵向轴线的方向上延伸，并且至少部分地限定了流体连接到该第一入口的第一通道和流体连接到该第二入口的第二通道。该第二通道经由延伸穿过该内管的一个或多个孔口流体连接到该第一通道。
在本发明的又另一个示例性实施例中，排气***包括被配置为接收来自发动机的排气的排气管以及位于该排气管内的喷嘴。该喷嘴被配置为用于接收来自供应管路的还原剂和空气。该喷嘴包含喷嘴本体，该喷嘴本体具有近端和远端。该近端包含第一入口和第二入口，并且该远端包含出口。该喷嘴进一步包含中心地布置在该喷嘴内的内管。该内管限定了与该第一入口流体连接的第一通道和与该第二入口流体连接的第二通道的至少一部分。
附图说明
图1是排气处理***的透视图，示出了根据本发明的示例性实施例的示例性喷嘴。
图2是根据本发明的示例性实施例的图1的喷嘴的近端的透视图。
图3是根据本发明的示例性实施例的图1的喷嘴的远端的透视图。
图4是根据本发明的示例性实施例的图1的喷嘴的侧视图。
图5是根据本发明的示例性实施例的图1的喷嘴的近端的平面图。
图6是根据本发明的示例性实施例的图1的喷嘴的远端的平面图。
图7是根据本发明的示例性实施例的图1的喷嘴的横截面视图。
图8是根据本发明的实施例的图1的喷嘴的示例性内部内的示例性内管的透视图。
图9是根据本发明的实施例的图8的内管的侧视图。
图10是根据本发明的实施例的图1的喷嘴的示例性内部内的示例性室的详细视图。
图11是图1的喷嘴的示例性内部的剖视图，示出了根据本发明的示例性实施例的空气和还原剂的定向流动。
具体实施方式
本发明总体上涉及用于将还原剂和空气的混合物喷射到排气流中的喷嘴。在可能的情况下，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的特征。在图中，附图标记的最左边的数字标识附图标记首次出现的图。
图1图示了排气***100的示例。出于本发明的目的，排气***100被示出和描述为与以柴油为燃料的内燃发动机一起使用。然而，排气***100可以体现为可与任何其他类型的燃烧发动机一起使用的任何排气***，诸如汽油或气体燃料动力发动机，或以压缩或液化天然气、丙烷或甲烷为燃料的发动机。
发动机(未示出)可以产生排气102，并且排气102可以经由排气管106的排气入口104进入排气***100。在进入排气***100时，排气102可以在排气管106内沿箭头108指示的方向通过。排气102可以经由一个或多个排气出口110离开排气***100。
排气***100可以包含调节燃烧副产物的部件。例如，排气***100可以包含处理***112以从排气102中去除受调节的成分和/或作用于排气102内的受调节的成分。换言之，排气102可以在处理***112内经历一个或多个处理过程以促进NOx还原，例如NO向NO2的转化。在放大视图114中更详细地示出了处理***112的一部分。
在其他部件中，处理***112可以包含喷嘴116，该喷嘴116被配置为将还原剂溶液(或其他化合物)喷射到排气102中。喷嘴116可以包含近端118和与近端118相对布置的远端120。示例性处理***112还可包含供应管路122。喷嘴116可以在喷嘴116的近端118处并且经由一个或多个配件或联接器流体连接到供应管路122。供应管路122可以被配置为将喷嘴116支撑在由排气管106形成的内部通道内并且支撑在排气管106内的任何位置(例如，固定位置)处。在一些示例中，喷嘴116可以基本上居中地布置在排气管106内。在其他示例中，喷嘴116可以被布置成邻近和/或靠近排气管106的壁(例如，邻近和/或靠近形成排气管106的内部通道的壁)。
在喷嘴116的近端118处，喷嘴116可包含被配置为接收来自供应管路122的还原剂和/或空气的一个或多个入口。在一些示例中，供应管路122可包括多个不同的供应管路(例如，供应管路122可包含双管)，诸如压缩空气管路和与压缩空气管路分开的还原剂供应管路。在这样的示例中，压缩空气管路可将压缩空气供应至喷嘴116，并且还原剂供应管路可将还原剂供应至喷嘴116。供应管路122可以向喷嘴116供应液体或气体还原剂。例如，还原剂可以包含氨气、液化无水氨、碳酸铵、氨盐溶液，或烃诸如柴油燃料，其能够通过喷嘴116的远端120处的一个或多个喷射通道出口124喷射或以其他方式前进。在一些示例中，喷射通道出口124和/或喷嘴116可定向成使得还原剂溶液基本上与排气102的流动共线和/或基本上沿与排气102的流动相同的方向分散。另外，还原剂溶液可从喷嘴116的远端120以大致锥形羽流分散。
处理***112还可包含被配置为经由供应管路122供应压缩空气的压缩机(未示出)，以及被配置为经由供应管路122供应还原剂的一个或多个贮存器和泵(未示出)。在一些实施例中，所供应的压缩空气的量和/或还原剂的量可以取决于排气102的流速，发动机的操作状态(例如，rpm)、排气102的温度、排气102中NOx的浓度，和/或处理***112或发动机的一个或多个其他操作条件。例如，当排气102的流率降低时，可操作地连接到泵的控制器或其他控制部件(未示出)可控制泵以相应地降低供应到喷嘴116(并由此引入到排气102中)的还原剂和/或空气的量。可替代地，随着排气102的流率增加，控制器或其他控制部件可增加供应至喷嘴116的还原剂和/或空气的量。
在一些实施例中，喷嘴116可以位于排气***100内的SCR***和/或其他处理***的下游。排气***100和/或处理***112还可以包含一种或多种氧化催化剂、混合部件、微粒过滤器(例如，柴油微粒过滤器(DPF))、SCR基底、氨还原催化剂，以及被配置成进一步增强还原NOx的有效性的其他装置。另外，虽然仅示出一个喷嘴116联接到供应管路122，但是在一些实施例中，排气***100和/或处理***112可以包含多于一个喷嘴116。此外，排气***100和/或处理***112可以包含多于一个的供应管路122，并且排气***100可以包含任何数目的排气管106，该排气管106具有定位在其中的一个或多个喷嘴116和/或一个或多个供应管路122。
如本文详细讨论的，喷嘴116可促进还原剂和空气的混合以雾化还原剂。更具体地，在喷嘴116的内部内，空气和还原剂可混合在一起以形成还原剂溶液。该过程可使还原剂破碎成细颗粒或液滴。如上所述，喷嘴116可通过布置在喷嘴116的远端120处的一个或多个喷射通道出口124将还原剂溶液分散和/或以其他方式引导到排气102中。因此，当还原剂溶液分散到排气102中时，还原剂溶液可与NOx(例如，NO和/或NO2)反应以形成水(H2O)和元素氮(N2)。
在一些实施例中，喷嘴116可以使用3D印刷工艺或其他类型的添加制造(例如，注射成型)来制造并且包括单片材料。然而，可以设想的是，以上讨论的以及在此讨论的喷嘴116的这些部件中的一个或多个可以替代地由其他工艺来制造。另外，喷嘴116可由多种材料制成，包含铬、镍、不锈钢、合金、陶瓷等。这些材料还可以是抗腐蚀和抗粘附的，以防止还原剂在喷嘴116上和/或在喷嘴116内积聚。
图2图示了喷嘴116的近端118的透视图。如图所示，喷嘴116可以沿着喷嘴116的纵向轴线200从近端118延伸到远端120。在一些情况下，纵向轴线200可以居中地位于喷嘴116内。
喷嘴116可以包含在近端118与远端120之间延伸的外表面202。外表面202可以是基本上连续光滑的表面。如图2所示，当外表面202从喷嘴116的近端118延伸到远端120时，外表面202可以朝向纵向轴线200弯曲或成锥形。
喷嘴116的近端118可以包含被配置为接收来自供应管路122的空气的空气通道入口204。喷嘴116还可包含还原剂通道入口206，该还原剂通道入口206与空气通道入口204分开，并被配置为接收来自供应管路122的还原剂。如图所示，空气通道入口204可以是由喷嘴116限定的基本上环形的流体入口。例如，空气通道入口204可基本上围绕还原剂通道入口206延伸并且可基本上类似于环绕还原剂通道入口206(例如与还原剂通道入口206同心)的环或环形。还原剂通道入口206可以基本上居中地位于喷嘴116内，基本上与纵向轴线200对准，和/或基本上与喷嘴116的纵向轴线200同心。
空气通道入口204可以流体连接到由喷嘴116限定的空气通道208。空气通道入口204可以被配置为向空气通道208供应从供应管路122接收的空气。此外，还原剂通道入口206可流体连接到由喷嘴116限定的还原剂通道210。在这样的示例中，还原剂通道入口206可被配置为向还原剂通道210供应从供应管路122接收的还原剂。喷嘴116的近端118可被配置为经由近端118中包含的螺纹，经由卡扣配合，经由压缩配合和/或经由上述联接器中的一个或多个将喷嘴116联接到供应管路122，以从供应管路122接收压缩空气和还原剂。
空气通道208和/或还原剂通道210可沿着纵向轴线200从喷嘴116的近端118朝向喷嘴116的远端120延伸，以将空气和还原剂分别引导到喷嘴116的内部中。如图2所示，空气通道208可包含孔212，空气可通过该孔212流入喷嘴116的内部。孔212可以布置成穿过在空气通道入口204和还原剂通道入口206之间延伸的垫圈214(或喷嘴116的一部分)。另外，孔212可以围绕纵向轴线200基本上相等地间隔开。尽管图2图示了包含八个孔212的喷嘴116，该喷嘴116可以包含多于或少于八个孔212。另外，垫圈214可沿纵向轴线200与喷嘴116的近端118间隔开较大距离或较小距离。如上所述，在内部，由空气通道208供应的空气和由还原剂通道210供应的还原剂可混合以形成还原剂溶液。
图3图示了喷嘴116的远端120的透视图。在远端120处，喷嘴116可以包含一个或多个喷射通道出口124。如本文所讨论的，喷嘴116的本体可在喷嘴116的外表面202上形成喷射通道出口124。喷嘴116还可包含被配置为将还原剂溶液从喷嘴116的内部引导到一个或多个喷射通道出口124的相应流动通道和/或通道。
图4示出了喷嘴116的侧视图。如图4中所示，在一些示例中，喷嘴116的近端118可以是基本上圆柱形的，而喷嘴116的远端120可以是基本上圆锥形的或基本上圆顶形的。照此，在一些示例性实施例中，喷嘴116的近端118可以具有如由平行于纵向轴线200延伸的第一平面所限定的第一横截面面积(或距离)，并且喷嘴116的远端120可以具有如由平行于纵向轴线200延伸的第二平面所限定的第二横截面面积(或距离)，该第二横截面面积小于喷嘴116的近端118的第一横截面面积(或距离)。另外，由于减小的横截面面积(或距离)，喷嘴116或外表面202可沿着纵向轴线200从近端118到远端120渐缩。另外，在一些情况下，喷嘴116可以关于喷嘴116的纵向轴线200对称。
图5图示了喷嘴116的近端118的平面图。如图所示，喷嘴116的近端118可包含被配置为从供应管路122接收空气的空气通道入口204和被配置为从供应管路122接收还原剂的还原剂通道入口206。在一些示例中，空气通道入口204可基本上围绕还原剂通道入口206延伸以环绕还原剂通道入口206。另外，尽管孔212显示为大致圆柱形，但孔212可包含替代的横截面，例如大致卵形、大致方形、大致梯形等。
图6图示了喷嘴116的远端120的平面图。如图6所示，喷射通道出口124可以围绕喷嘴116的纵向轴线200基本上均匀地分布，使得例如成对的喷射通道出口124可以基本上在直径上彼此相对。在一些情况下，这些喷射通道出口124可以是基本上圆形的、基本上卵形的，和/或任何其他形状。另外，虽然图6示出了一定数量的喷射通道出口124，但是喷嘴116可以包含多于或少于六个喷射通道出口124。
图7图示了沿限定喷嘴116的纵向轴线200的平面截取的喷嘴116的剖视图。如图7所示，喷嘴116包含在喷嘴116的近端118和喷嘴116的远端120之间并沿着喷嘴116的纵向轴线200延伸的喷嘴本体700。如图7所示，喷嘴本体700可限定和/或包含设置在喷嘴116的外表面202内部的内部通道、通路、结构等。例如，如图7所示，喷嘴116可包含由喷嘴本体700限定的内管702。内管702可以从喷嘴116的近端118延伸到与近端118间隔开并且在喷嘴116的纵向轴线200的方向上的内管702的末端704。在一些实施例中，内管702可以包括基本上圆柱形的、基本上中空的结构，并且内管702可以基本上居中地位于喷嘴116内。在一些情况下，内管702可联接到垫圈214，使得空气通道208设置在内管702周围。即，垫圈214可以将内管702悬挂在喷嘴116内，其中空气通道208包围内管702或将内管702布置在第二通道208内。另外，至少如图2和图7所示，垫圈214可由喷嘴本体700限定。
内管702可限定还原剂通道210的至少一部分。例如，内管702可以包含从喷嘴116的近端118延伸到内管702的末端704的内表面706。内表面706可限定还原剂通道210的至少一部分。
内管702还可包含相对于喷嘴116的纵向轴线200与内管702的内表面706和还原剂通道210径向间隔开的外表面708。外表面708可以在沿着喷嘴116的纵向轴线200的方向上从邻近垫圈214的位置朝向内管702的末端704延伸。内管702的外表面708还可以限定空气通道208的至少一部分。
虽然图7图示了垫圈214在沿纵向轴线200的长度的特定距离处偏离喷嘴116的近端118，但在一些情况下，垫圈214可更靠近喷嘴116的近端118或更远离喷嘴116的近端118间隔开。另外，如上所述，虽然图7图示了包含垫圈214和内管702的喷嘴本体700，但是也可以实施其他配置。例如，喷嘴本体700可以包含栓钉、杆、壁或其他突起，但这些栓钉、杆、壁或其他突起可以从内管702径向延伸以将内管702悬挂在喷嘴116内。这些突出部可围绕喷嘴116的纵向轴线200间隔开，由此空气可经由介于相邻突出部之间的间隔或间隙流入空气通道208。
内管702的末端704可以封闭还原剂通道210并且可以包含第一侧710和第二侧712。第一侧710可以包括还原剂通道210的端部，并且第一侧710可以布置在内管702的外表面708的内部并且沿着纵向轴线200与喷嘴116的近端118间隔开。第二侧712可布置在内管702的内表面706的外部或还原剂通道210的外部。
内管702可以包含在内表面706与外表面708之间延伸的厚度。孔口714可以在内表面706与外表面708之间延伸穿过内管702的厚度。在一些情况下，这些孔口714中的一个或多个孔口可以基本上垂直于喷嘴116的纵向轴线200延伸。结果，孔口714可以相对于喷嘴116的纵向轴线200径向地延伸穿过内管702。另外地或可选地，一个或多个孔口714可以例如相对于纵向轴线200成锐角延伸。
孔口714可以围绕内管702的周边、围绕喷嘴116的纵向轴线200延伸。在孔口714围绕内管702的周边延伸的实施例中，相应孔口714中的两个或多个可以彼此直径上相对。另外，图7图示了孔口714可以沿着内管702的预定长度716延伸，其中长度716在平行于喷嘴116的纵向轴线200的方向上延伸。如将在此讨论的，这些孔口714可以沿着内管702的长度716被布置成列、集、组和/或行。在这样的示例中，这些排的相应孔口714例如可以围绕喷嘴116的纵向轴线200围绕内管702周向地延伸。
在一些实施例中，这些孔口714可以在尺寸上是基本上类似的并且可以被布置成彼此分开基本上相同的距离(例如，沿着内管702的长度716基本上等间隔的和/或围绕纵向轴线200基本上等间隔的)。在这样的实施例中，孔口714可以沿着长度716基本上均匀地分布和/或围绕内管702的外表面708径向间隔开。此外，尽管图7图示了包含特定数量的孔口714或沿内管702的长度716延伸的孔口714的喷嘴116，但是喷嘴116可以包含比图7所示更多或更少的孔口714和/或孔口714可以沿内管702的不同长度延伸。
如上所述，喷嘴116可以包含空气通道208，在一些情况下，空气通道208可以至少部分地由喷嘴本体700限定。如图所示，空气通道208可以从喷嘴116的近端118朝向喷嘴116的远端120延伸，并且在基本上平行于喷嘴116的纵向轴线200的方向上延伸。在一些实例中，空气通道208的一部分可以被限定在喷嘴本体700的内表面718与内管702的外表面708之间。另外，如上所述，图7图示了垫圈214可以延伸穿过空气通道208的一部分。孔212可以为空气穿过以进入喷嘴116的内部提供通路。换句话说，孔212可将空气通道208的第一部分流体连接到空气通道208的位于内部的外部的第二部分。
空气通道208和还原剂通道210可相对于彼此大致同轴地布置，使得空气通道208和还原剂通道210可与喷嘴116的纵向轴线200大致同心。例如，如图7所示，空气通道208可围绕还原剂通道210或围绕内管702的外表面708的至少一部分布置。换言之，空气通道208可以以基本上同心间隔的外接关系围绕还原剂通道210。
喷嘴116可包含室720。在一些情况下，室720可以由喷嘴本体700的内表面718限定。室720可以被布置在喷嘴116的内部的末端722与内管702的末端704之间。将在本文中关于图7进行讨论室720的细节。10.
在端部722处，喷嘴本体700可以限定一个或多个喷射通道724。该一个或多个喷射通道724可以从喷嘴116的内表面718延伸到外表面202。各个喷射通道724可以与位于外表面202上的喷射通道出口124中的相应一个以及位于喷嘴本体700的内表面718上的喷射通道入口726中的相应一个流体连接。在一些情况下，这些喷射通道724可以从对应的喷射通道入口726到对应的喷射通道出口124基本上平行于喷嘴116的纵向轴线200。然而，在一些情况下，喷射通道724可以背离喷嘴116的纵向轴线200定向，使得喷射通道724可以背离喷嘴116的纵向轴线200成角度。
在一些情况下，这些喷射通道724可以包含可以类似于基本上圆形形状的横截面形状。另外地或可替代地，在一些情况下，这些喷射通道724可以围绕喷嘴116的纵向轴线200在基本上螺旋形的方向上延伸，或从这些喷射通道入口726延伸至这些喷射通道出口124。换言之，各个喷射通道724可以包含从相应喷射通道入口726延伸到相应喷射通道出口124的相应中心纵向轴线(未示出)，并且一个或多个相应喷射通道724的中心纵向轴线可以围绕喷嘴116的纵向轴线200基本上螺旋形地延伸。另外，作为这种配置的结果，由垂直于喷射通道724的纵向轴线延伸的平面限定的喷射通道724的直径或横截面可从相应的喷射通道入口726到相应的喷射通道出口124减小。
这些喷射通道724还可以在这些喷射通道入口726与这些喷射通道出口124之间沿着该喷射通道724的长度渐缩。例如，这些喷射通道724可以包含在这些喷射通道入口726处的第一横截面面积以及在这些喷射通道出口124处的可以小于该第一横截面面积的第二横截面面积。当还原剂溶液从喷射通道入口726传递到喷射通道出口124时，横截面面积的减小使得还原剂溶液的速度增大，这可以增强还原剂溶液在排气102内的混合、雾化和分散。
如上所述，喷嘴116可流体连接到供应管路(例如，供应管路122)以接收空气和/或还原剂。空气通道208可被配置为将空气引导到喷嘴116的内部，而还原剂通道210可被配置为将还原剂引导到喷嘴116的内部。孔口714延伸穿过内管702的厚度以将还原剂通道210与空气通道208流体连接。这样，孔口714可将还原剂从还原剂通道210引导到空气通道208中，从而提供还原剂可流过的通路。即，各个孔口714可将还原剂的一部分朝向空气通道208引导以将还原剂基本上均匀地分散在空气通道208内。当还原剂沿基本上平行于纵向轴线200的方向从喷嘴116的近端118朝向喷嘴116的远端120横穿还原剂通道210时，还原剂可流过孔口714并进入空气通道208。
当还原剂移动到空气通道208中时，穿过空气通道208的空气可撞击还原剂并使还原剂雾化。即，流过空气通道208的加压空气可经由孔口714冲击前进到空气通道208中的还原剂，以分解还原剂。给定孔口714的定向(例如，与喷嘴116的纵向轴线200垂直)，还原剂可在基本上垂直于空气通道208内的空气流的方向上流入空气通道208。当空气通道208流体连接到室720时，空气通道208可打开到室720中以将还原剂和空气分散到室720中。由空气通道208供应的空气可将还原剂运送到室720中。
在室720内，空气和还原剂可混合在一起，形成还原剂溶液。还原剂溶液可以经由布置在喷嘴116的远端120处的一个或多个喷射通道724离开喷嘴116的内部。此外，如上所述，在喷射通道724围绕喷嘴116的纵向轴线200大致螺旋形地延伸的情况下，还原剂溶液可以以螺旋方式离开喷射通道出口124，这可以帮助进一步混合还原剂溶液和/或雾化还原剂。还原剂溶液的涡流效应可以产生足够大以延伸到例如排气管106的外周的还原剂溶液羽流，并且可以帮助将还原剂溶液锥形地喷射到排气102中。
图8示出了喷嘴116的内管702的透视图。如图所示，内管702可包含外表面708。另外，尽管内管702显示为具有大致圆柱形形状，但在一些实施例中，内管702可包括其他形状，诸如大致六边形、大致方形、大致卵形等。图8进一步图示了孔口714可以围绕内管702的周边，围绕纵向轴线200并且沿着内管702的长度716圆周地布置。
图9图示了喷嘴116的内管702的侧视图。这些孔口714被示出为在喷嘴116的纵向轴线200的方向上沿着内管702的长度716分布。如上所述，这些孔口714可以被布置成沿着喷嘴116的纵向轴线200间隔开的多个排。例如，图9图示了孔口714可以布置成第一行900和第二行902。第一排900可以在基本上平行于喷嘴116的纵向轴线200的方向上与第二排902间隔开。第一排900和第二排902的单独孔口714可以分别围绕喷嘴116的纵向轴线200基本上周向地分布。在一些情况下，第一排900的单独孔口714和第二排902的单独孔口714可以分别围绕喷嘴116的纵向轴线200基本上相等地分布。
尽管图9示出了一定数量的孔口714和/或一定数量的孔口714排(例如，第一排900和第二排902)，但内管702可包含比图9所示更多的孔口714、更少的孔口714、更少的排(例如，一个)或更多的排(例如，十二个)。
图10示出了室720的详细视图。室720可以包含入口端1000和沿着喷嘴116的纵向轴线200与入口端1000轴向间隔开的出口端1002。室720可以被布置在内管702的末端704与内部的末端722之间。末端704可以邻近室720的入口端1000并且内部的末端722可以代表和/或对应于室720的出口端1002。因此，在室720的入口端1000处，室720可接收来自空气通道208的还原剂溶液，而在出口端1002处，室720可流体连接到喷射通道724。
在一些情况下，室720可包含具有各种横截面尺寸、形状等的多个部分。例如，当室720沿着喷嘴116的纵向轴线200从入口端1000轴向延伸到出口端1002时，室720可以包含变化的横截面尺寸。例如，室720可以包含第一部分1004、第二部分1006和/或第三部分1008。第一部分1004、第二部分1006和第三部分1008可以流体连接以形成室720。然而，室720可包含多于或少于三个部分，如图10所示。
第一部分1004可以被布置在室720的入口端1000处，第三部分1008可以被布置在室720的出口端1002处，并且第二部分1006可以被置于第一部分1004与第三部分1008之间。如图10中所示，当第一部分1004朝向室720的第二部分1006延伸时，第一部分1004可以远离喷嘴116的纵向轴线200向外渐缩，由此增大了横截面面积。在这样的示例中，第一部分1004可以类似于基本上截头圆锥体的形状。在一些情况下，当第二部分1006沿着纵向轴线200并且朝向室720的第三部分1008轴向延伸时，第二部分1006可以包含恒定的横截面面积。因此，第二部分1006可以类似于基本上圆柱形的形状。当第三部分1008从室720的第二部分1006朝向出口端1002延伸时，室720的第三部分1008可以朝向喷嘴116的纵向轴线200向内渐缩。在这样的示例中，第三部分1008可类似于大致截头圆锥形状，并且可减小横截面面积以使还原剂溶液朝向喷射通道728成漏斗状。
另外，在一些实例中，第一部分1004的第一纵向长度1010(沿着喷嘴116的纵向轴线200)可以小于第二部分1006的第二纵向长度1012(沿着喷嘴116的纵向轴线200)和/或第三部分1008的纵向长度1014(沿着喷嘴116的纵向轴线200)。第二部分1006的第二纵向长度1012也可小于第三部分1008的第三纵向长度1014。
在一些情况下，室720的入口端1000可以包含在喷嘴本体700的内表面718上的直径上相对的点之间延伸的第一横截面尺寸1016。室720的出口端1002可以包含在内表面718上的直径上相对的点之间延伸的第二横截面尺寸1018，该第二横截面尺寸1018小于第一横截面尺寸1016。当室720从入口端1000朝向出口端1002延伸时，室720可朝向喷射通道724引导并加速还原剂溶液。即，因为第二横截面尺寸1018可以小于第一横截面尺寸1016，所以还原剂溶液通过室720的速度可以增加。
另外，室720可允许还原剂溶液膨胀并潜在地减少喷嘴116内的还原剂溶液的结晶。例如，还原剂溶液的膨胀可以作为第一部分1004从纵向轴线200向外渐缩并且横截面面积增大的结果而发生。室720还可将涡旋运动施加到还原剂溶液中以增加还原剂和空气的混合，或进一步使喷嘴116内的还原剂雾化。
图11示出了喷嘴116的剖视图，示出了还原剂和空气在喷嘴116内的流动模式。图11的横截面图是沿着喷嘴116的纵向轴线200并穿过两个喷射通道724截取的。如图11所示，并且如前所述，还原剂通道210可以沿基本上平行于喷嘴116的纵向轴线200的方向将还原剂引导到喷嘴116中，如箭头1100所示。空气通道208可以在基本上平行于喷嘴116的纵向轴线200的方向上将空气引导到喷嘴116中，如箭头1102所示。空气可从近端118流过设置在空气通道208内的孔212以进入喷嘴116的内部。当还原剂朝着内管702的末端704流动时，还原剂可以经由孔口714离开还原剂通道210。换言之，由供应管路122供应的还原剂可离开还原剂通道210并进入空气通道208，如箭头1104所示。
流过空气通道208的空气可冲击离开孔口714的还原剂。空气与还原剂的撞击可导致还原剂雾化。另外，空气可以将还原剂溶液(例如，空气和还原剂的混合物)朝向喷嘴116的室720引导，如箭头1106所示。
空气和还原剂可在入口端1000处进入室720。在室720内，空气和还原剂可混合以形成还原剂溶液。该混合还可以使还原剂雾化。在室720内，还原剂溶液可朝向出口端1002或朝向喷嘴本体700的端部722成漏斗状。因此，还原剂溶液可以朝向喷射通道724并且沿着喷嘴116的纵向轴线200流动，如箭头1108所示。另外，室720的变化的横截面尺寸和室720的锥形(例如，第三部分1008)可以增加穿过室720并离开喷嘴116的还原剂溶液的速度(例如，流速)。
工业实用性
本发明的排气***可以与具有处理***的任何动力***一起使用以减少从内燃发动机产生的有害排放物的量。更具体地，本发明的喷嘴可用于需要还原剂、空气和排气的有效、均匀和充分混合的任何液体/气体混合操作。尽管可应用于一系列处理装置/***，但在一些情况下，所公开的处理***和/或喷嘴可与SCR装置结合使用。所公开的喷嘴通过有效地雾化还原剂并将还原剂和空气的混合物分散在发动机的排气流中来帮助还原NOx。
如上所述，在一些示例中，空气通道208和还原剂通道210可将空气和还原剂分别供应到喷嘴116的内部。还原剂通道210可以至少部分地由延伸到内部中的内管702限定。在喷嘴116内，穿过内管702设置的孔口714可流体连接空气通道208和还原剂通道210。结果，还原剂可离开还原剂通道210并进入空气通道208。由于空气通道208可设置在还原剂通道210周围，因此空气可冲击离开孔口714的还原剂并使还原剂雾化。还原剂和空气溶液可进入喷嘴116的室720，在此处空气和还原剂可混合在一起。室720可以朝向喷嘴的远端120向内和向外渐缩。远端120可以包含在室720与喷嘴116的外表面202之间延伸的喷射通道724。当还原剂溶液通过喷射通道724离开室720时，室720的锥形可以增加还原剂溶液的速度。
在此讨论的示例性喷嘴116可以增加还原剂的雾化，这可以促进增加的NOx还原。例如，传统喷嘴可被配置为在还原剂通过喷嘴喷射到排气流中之前引导还原剂以撞击喷嘴内部的一个或多个撞击表面。然而，这种撞击表面可能无法充分地雾化还原剂或者可能在喷嘴内不均匀地分配还原剂以与空气混合。另一方面，本发明的示例性喷嘴可利用冲击空气来雾化还原剂。这种配置可以改善(例如，增加)还原剂的雾化，并且可以帮助在喷嘴内基本上均匀地混合空气和还原剂。即，使用流体连接在空气供应管路和还原剂供应管路之间的多个孔口(例如，孔口714)，空气可冲击还原剂以雾化还原剂并与还原剂基本上均匀地混合。另外，喷嘴116可包含被配置为帮助使喷嘴116内的还原剂溶液的结晶最小化的室(例如，室720)，从而增加喷嘴116的使用寿命。
对于本领域技术人员清楚明白的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的排气***进行各种修改和变化。考虑到本文公开的排气***的说明书和实践，其他实施例对于本领域技术人员将是清楚明白的。本说明书和示例旨在被认为仅是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其等效物指示。
Claims (20)
1.一种喷嘴(116)，包括：
喷嘴本体(700)，具有近端(118)和远端(120)，其中所述近端(118)包含第一入口(206)和第二入口(204)，并且其中所述远端(120)被布置成与所述近端(118)相对并且包含出口(124)；
沿着所述喷嘴(116)的中心纵向轴线(200)延伸的内管(702)，所述内管(702)具有内表面(706)、外表面(708)和与所述喷嘴(116)的所述近端(118)间隔开的末端(704)，所述内表面(706)限定流体连接到所述第一入口(206)的第一通道(210)的至少一部分；
至少部分地由所述喷嘴本体(700)形成的第二通道(208)，其中所述第二通道(208)被布置在所述内管(702)的所述外表面(708)与所述喷嘴本体(700)的至少一部分之间，所述第二通道(208)流体地连接到所述第二入口(204)并且经由由所述内管(702)形成的多个孔口(714)流体地连接到所述第一通道(210)；以及
至少部分地由所述喷嘴本体(700)形成的腔室(720)，其中所述腔室(720)被布置在所述内管(702)的末端(704)与所述喷嘴(116)的远端(120)之间，所述腔室(720)流体地连接到所述第二通道(208)和所述出口(124)。
2.根据权利要求1所述的喷嘴(116)，其中，所述孔口(714)围绕所述内管(702)周向地布置，所述孔口(714)包括至少第一排孔口(900)和与所述第一排孔口(900)间隔开的第二排孔口(902)。
3.根据权利要求1所述的喷嘴(116)，其中，所述室(720)包含：
与所述第二通道(208)流体连接的入口端(1000)，
与所述出口(124)流体连接的出口端(1002)，
在所述入口端(1000)处的第一部分(1004)，
第二部分(1006)，以及
在所述出口端(1002)处的第三部分(1008)，所述第二部分(1006)被***在所述第一部分(1004)与所述第三部分(1008)之间，所述腔室(720)被配置成使得所述第一部分(1104)从接近所述入口端(1000)的第一位置径向地向外渐缩到所述第二部分(1006)的第一端，并且所述第三部分(1008)从所述第二部分(1006)的第二端径向地向内渐缩到接近所述出口端(1002)的第二位置。
4.根据权利要求3所述的喷嘴(116)，其中：
所述室(720)的所述入口端(1000)包含在所述喷嘴本体(700)的内表面(718)上的径向布置的点之间延伸的第一横截面区域(1016)；并且
所述室(720)的所述出口端(1002)包含在所述喷嘴本体(700)的所述内表面(718)上的径向布置的点之间延伸的第二横截面区域(1018)，所述第二横截面区域(1018)小于所述第一横截面区域(1016)。
5.根据权利要求1所述的喷嘴(116)，其中，所述第二通道(208)围绕所述第一通道(210)布置。
6.根据权利要求1所述的喷嘴(116)，其中，所述内管(702)由联接到所述喷嘴本体(700)的一个或多个突起(214)支撑在所述喷嘴(702)内，所述一个或多个突起(214)至少部分地延伸穿过所述第二通道(208)。
7.一种喷嘴(116)，包括：
喷嘴本体(700)，具有近端(118)和远端(120)，所述近端(118)包含至少第一入口(206)和第二入口(204)，所述远端(120)包含出口(124)；以及
在沿着喷嘴(116)的中心纵向轴线(200)的方向上延伸的内管(702)，所述内管(702)至少部分地限定：
与所述第一入口(206)流体连接的第一通道(210)，以及
与所述第二入口(204)流体连接的第二通道(208)，其中所述第二通道(208)经由延伸穿过所述内管(702)的一个或多个孔口(714)与所述第一通道(210)流体连接。
8.根据权利要求7所述的喷嘴(116)，其中：
所述内管(702)设置在所述第二通道(208)内；
所述中心纵向轴线(200)基本上在中心延伸穿过所述第一通道(210)；并且
所述中心纵向轴线(200)基本上在中心延伸穿过所述第二通道(208)。
9.根据权利要求7所述的喷嘴(116)，其中，所述内管(702)包含：
沿所述中心纵向轴线(200)方向延伸的长度；
内表面(706)，限定所述第一通道(210)的至少一部分；以及
限定所述第二通道(208)的至少一部分的外表面(708)。
10.根据权利要求7所述的喷嘴(116)，其中所述一个或多个孔口(714)是围绕所述内管(702)并且围绕所述中心纵向轴线(200)圆周地布置的。
11.根据权利要求7所述的喷嘴(116)，其中所述一个或多个孔口(714)的至少一部分是垂直于所述中心纵向轴线(200)定向的。
12.根据权利要求7所述的喷嘴(116)，其中：
所述内管(702)包含与所述喷嘴(116)的所述近端(118)间隔开的末端(704)；并且
所述喷嘴(116)进一步包括室(720)，所述室介于所述内管(702)的所述末端(704)与所述喷嘴(116)的所述远端(120)之间。
13.根据权利要求12所述的喷嘴(116)，其中：
所述室(720)包含邻近所述内管(702)的末端(704)设置的入口端(1000)和邻近所述喷嘴(116)的所述远端(120)设置的出口端(1002)；
所述入口端(1000)包含在所述喷嘴本体(700)的内表面(718)上的径向相对的点之间延伸的第一横截面区域(1016)；并且
所述出口端(1002)包含在所述喷嘴本体(700)的所述内表面(718)上的径向相对的点之间延伸的第二横截面面积(1018)，所述第二横截面面积(1018)小于所述第一横截面面积(1016)。
14.根据权利要求7所述的喷嘴(116)，其中：
所述一个或多个孔口(714)包括至少第一排孔口(900)和第二排孔口(902)；并且
所述第一排孔口(900)在沿着所述中心纵向轴线(200)的方向上与所述第二排孔口(902)间隔开。
15.根据权利要求14所述的喷嘴(116)，其中：
所述第一排孔口(900)的多个单独孔口(714)围绕所述中心纵向轴线(200)基本上等距地间隔开；并且
所述第二排孔口(902)的各个孔口(714)围绕所述中心纵向轴线(200)基本上等距地间隔开。
16.根据权利要求7所述的喷嘴(116)，其中：
在所述喷嘴(116)的所述远端(120)处的所述出口(124)包括一个或多个出口(124)；并且
所述一个或多个出口(124)是围绕所述喷嘴(116)的所述中心纵向轴线(200)基本上等距地分布的。
17.一种排气***(100)，包括：
排气管(106)，被配置为接收来自发动机的排气(102)；以及
位于所述排气管(106)内的喷嘴(116)，所述喷嘴(116)被配置为从供应管路(122)接收还原剂和空气，所述喷嘴(116)包括：
喷嘴本体(700)，具有近端(118)和远端(120)，所述近端(118)包含第一入口(206)和第二入口(204)，所述远端(120)包含出口(124)；以及
在所述喷嘴(116)内居中布置的内管(702)，所述内管(702)限定与所述第一入口(206)流体连接的第一通道(210)和与所述第二入口(204)流体连接的第二通道(208)的至少一部分。
18.根据权利要求17所述的排气***(100)，其中，所述第二通道(208)经由穿过所述内管(702)布置的孔口(714)流体连接到所述第一通道(210)。
19.根据权利要求18所述的排气***(100)，其中：
所述孔口(714)包括第一排孔口(900)和与所述第一排孔口(900)间隔开的第二排孔口(902)；
所述第一排孔口(900)的各个孔口(714)围绕所述喷嘴(116)的所述中心纵向轴线(200)基本上等距地间隔开；并且
所述第二排孔口(902)的各个孔口(714)围绕所述喷嘴(116)的所述中心纵向轴线(200)基本上等距地间隔开。
20.根据权利要求17所述的排气***(100)，其中：
所述第一通道(210)居中地设置在所述喷嘴(116)内；并且
所述第二通道(208)被居中地布置在所述喷嘴(116)内。
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