專利名稱：用于排放系統(tǒng)的流擴散器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將發(fā)動機廢氣分布到一個或多個廢氣處理裝置的裝置、系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(具體地車輛發(fā)動機)的排放系統(tǒng)通常包括用于減少廢氣內(nèi)受管制組分的量的一個或多個廢氣處理裝置。這些處理系統(tǒng)可包括選擇性催化還原(SCR)裝置、柴油微粒過濾器(DPF)、柴油氧化轉(zhuǎn)化器(DOC)或其他裝置。為了改善裝置效率，在廢氣流進廢氣處理裝置之前，可使用尿素溶液、碳氫化合物燃料或其他流體預(yù)處理廢氣。這些裝置的一個挑戰(zhàn)在于在仍然滿足用于將裝置布置在車輛之下的空間約束的情況下，使廢氣和流體添加劑均勻分布到排放處理裝置。通常，由于廢氣的自然流動，廢氣引導(dǎo)朝向廢氣處理裝置的中心部分或其他特定位置。這導(dǎo)致雜質(zhì)(例如，微粒物質(zhì)或其他物質(zhì))在排放處理裝置的特定位置上的累積，這需要額外的再生加熱以去除這些累積。換句話說，現(xiàn)有的處理系統(tǒng)沒有有效地使用整個裝置用于轉(zhuǎn)化或處理。因此，需要一種用于在給定特定空間約束的情況下提供廢氣和其添加劑到廢氣處理裝置的均勻分布的裝置、系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于將發(fā)動機廢氣分布到一個或多個廢氣處理裝置的裝置、系統(tǒng)和方法。在一個具體構(gòu)造中，提供一種用于排放系統(tǒng)的排放流擴散器。擴散器包括限定出入口開口 、出口開口以及所述入口開口與所述出口開口之間的流路徑的導(dǎo)管。所述導(dǎo)管包括布置成靠近所述入口開口的第一段和布置成靠近所述出口開口的第二段。所述第二段具有沿其長度增大的直徑，并且所述出口開口包括比所述入口開口的直徑更大的直徑。所述導(dǎo)管由第一構(gòu)件形成，所述第一構(gòu)件在所述入口開口與所述出口開口之間延伸以形成所述第一段和所述第二段的一部分，所述第一構(gòu)件包括在所述入口開口與所述出口開口之間延伸的第一接合特征。導(dǎo)管還由第二構(gòu)件形成，所述第二構(gòu)件在所述入口開口與所述出口開口之間延伸以形成所述第一段和所述第二段的一部分，所述第二構(gòu)件包括在所述入口開口與所述出口開口之間延伸的第二接合特征。所述第一和第二接合特征構(gòu)造成彼此配合地接合以連接所述第一和第二構(gòu)件并且形成所述流路徑。 在另一個構(gòu)造中，提供一種用于內(nèi)燃機的排放系統(tǒng)。排放系統(tǒng)包括排放導(dǎo)管，所述排放導(dǎo)管與所述內(nèi)燃機流體連通以接收并引導(dǎo)廢氣。系統(tǒng)還包括用于處理廢氣的廢氣處理裝置。系統(tǒng)還包括位于所述排放導(dǎo)管與所述廢氣處理裝置之間并且與所述排放導(dǎo)管和所述廢氣處理裝置流體連通的擴散器。擴散器包括限定出入口開口 、出口開口以及所述入口開口與所述出口開口之間的流路徑的導(dǎo)管。所述導(dǎo)管包括布置成靠近所述入口開口的第一段和布置成靠近所述出口開口的第二段。所述第二段具有沿其長度增大的直徑，并且所述出口開口包括比所述入口開口的直徑更大的直徑。所述導(dǎo)管由第一構(gòu)件形成，所述第一構(gòu)件在所述入口開口與所述出口開口之間延伸以形成所述第一段和所述第二段的一部分，所述
4第一構(gòu)件包括在所述入口開口與所述出口開口之間延伸的第一接合特征。導(dǎo)管還由第二構(gòu)件形成，所述第二構(gòu)件在所述入口開口與所述出口開口之間延伸以形成所述第一段和所述第二段的一部分，所述第二構(gòu)件包括在所述入口開口與所述出口開口之間延伸的第二接合特征，所述第一和第二接合特征構(gòu)造成彼此配合地接合以連接所述第一和第二構(gòu)件并且形成所述流路徑。所述導(dǎo)管還包括位于所述內(nèi)燃機與所述排放處理裝置之間的流體噴射器，所述流體噴射器提供尿素溶液或可燃燃料到所述廢氣中的噴射。 在又一個構(gòu)造中，提供一種將來自內(nèi)燃機的廢氣分布到廢氣處理裝置的方法，所述方法包括使廢氣流動通過擴散器，所述擴散器流體地耦接到所述內(nèi)燃機和所述廢氣處理裝置并且位于所述內(nèi)燃機與所述廢氣處理裝置之間，所述擴散器由具有第一配合表面的第一構(gòu)件和具有第二配合表面的第二構(gòu)件形成，所述第一和第二構(gòu)件可連接以形成入口開口、出口開口和在所述入口開口與所述出口開口之間的流體流路徑，所述擴散器限定出布置成靠近所述入口開口的第一段和布置成靠近所述出口開口的第二段，所述第二段具有沿其長度逐漸增大的直徑；以及在廢氣流動通過所述擴散器之前或廢氣流動通過所述擴散器期間，將尿素溶液噴射到所述廢氣中。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將從下面的詳細描述、附圖和所附權(quán)利要求中明白和理解本發(fā)明的示范性實施例的上述特征和優(yōu)點以及其他特征和優(yōu)點。


本發(fā)明的其他目標、特征、優(yōu)點和細節(jié)，僅以例子的方式，出現(xiàn)在下面的示范性實施例的詳細描述中，詳細說明參考附圖，其中 圖1示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的車輛的排放系統(tǒng)的透視圖； 圖2示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的與廢氣處理裝置流體連通的廢氣擴散器的
透視圖； 圖3示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的與廢氣導(dǎo)管流體連通的另一廢氣擴散器的透視圖； 圖4示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的與廢氣導(dǎo)管流體連通的另一廢氣擴散器的透視圖； 圖5示出圖4中示出的廢氣擴散器的仰視圖； 圖6示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的定位在車輛的車架構(gòu)件上的另一廢氣擴散器的透視圖； 圖7示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的與廢氣處理裝置流體連通的另一廢氣擴散器的透視圖； 圖8示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的與廢氣處理裝置流體連通的另一廢氣擴散器的正視圖； 圖9示出圖3中示出的擴散器的剖面 圖10示出圖9中示出的擴散器的替代構(gòu)造；
圖11示出圖9中示出的擴散器的替代構(gòu)造；
圖12示出圖6中示出的擴散器的第一端視 圖13示出圖6中示出的擴散器的第二端視 圖14到25示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的不同廢氣擴散器構(gòu)造的正視圖和剖面圖； 圖26示出根據(jù)本發(fā)明實施例的分流器的側(cè)視圖； 圖27示出根據(jù)本發(fā)明實施例的另一分流器的俯視圖； 圖28示出根據(jù)本發(fā)明實施例的另一分流器的端視圖； 圖29示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的廢氣流分隔器的透視圖； 圖30示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的廢氣混合裝置的透視圖； 圖31示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的廢氣渦旋裝置的透視圖； 圖32和33示出根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的通過導(dǎo)管的兩種流體流動輪廓；禾口 圖34到37示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的不同發(fā)動機排放系統(tǒng)。
具體實施例方式
本發(fā)明提供用于使來自發(fā)動機的廢氣均勻分布到一個或多個排放處理裝置(諸如選擇性催化還原(SCR)裝置、柴油氧化轉(zhuǎn)化器(D0C)、柴油微粒過濾器(DPF)或其他裝置)的裝置、系統(tǒng)和方法。通過該分布，廢氣的雜質(zhì)例如氮氧化物、碳氫化合物、微粒物質(zhì)或其他物質(zhì)，在廢氣排放處理裝置的入口上均勻分布。這在DPF中特別有益，因為由于局部化累積的減少或消除，可減少用于去除廢氣處理裝置上所收集的雜質(zhì)的再生時間。此外，廢氣的均勻分布還減少了由于這種局部化的累積在排放處理裝置上形成的可影響使用壽命的過熱部位(hot spot)。 通過本發(fā)明的特征，進出廢氣處理裝置的流體流動速度和輪廓將得到改進，而且對流通流動速度沒有有害作用。改進的流體流動輪廓和速度使得優(yōu)化封裝廢氣處理裝置，并且潛在減少用于處理廢氣所需的基底體積。這種減少改善了排放處理裝置的使用壽命并且潛在減低了整個發(fā)動機排放系統(tǒng)的成本。本發(fā)明的特征在封裝和設(shè)計約束受限的某些車輛構(gòu)造中特別有益。例如，通過本發(fā)明的形狀構(gòu)造，例如擴散器或其他構(gòu)造，可以穿過某些車輛部件，例如車架構(gòu)件且更具體地隨梯形車架構(gòu)造橫向地延伸的車架構(gòu)件，而且沒有有害作用。在仍然提供廢氣到廢氣處理裝置的均勻分布以及允許改進封裝的情況下，這些形狀允許流體流動通過相對窄的空間同時避免排放系統(tǒng)內(nèi)的過度的背壓。
在一個構(gòu)造中，通過布置在發(fā)動機與排放處理裝置之間的流體流動擴散器的成形構(gòu)造實現(xiàn)廢氣的均勻分布。在另一個構(gòu)造中，通過將噴射器策略地布置在發(fā)動機與排放處理裝置之間實現(xiàn)廢氣的均勻分布。在又一個構(gòu)造中，通過將本發(fā)明的流分流器布置在發(fā)動機與廢氣處理裝置之間實現(xiàn)廢氣的均勻分布。在又一個構(gòu)造中，為了形成廢氣到廢氣處理裝置的均勻分布，如在此示出和描述的，考慮這些或其他特征的組合。通過本發(fā)明的這些和其他特征，可以使廢氣和流體添加劑(例如，尿素溶液、燃燒燃料或其他添加劑)的流均勻分布通過廢氣處理裝置的入口的橫截面區(qū)域。例如，參考圖32，通過管狀導(dǎo)管200的流體的典型層流提供大體行進通過管狀導(dǎo)管200的中心部分的廢氣和流體添加劑有較大體積的流體流動輪廓202。在一個實施例中，參考圖33，本發(fā)明的流體流動輪廓202包括更加分散的流體流動，其中，行進通過管狀導(dǎo)管200的流體體積更加均勻地分布。
參考圖1、3和7示出的實施例，示出給發(fā)動機1 2和發(fā)動機排放系統(tǒng)14提供支承的車架組件10。發(fā)動機排放系統(tǒng)14包括擴散器16，擴散器16與排放處理系統(tǒng)18 —起使用
6來提供廢氣到排放處理裝置20的分配。擴散器16包括限定出腔24的導(dǎo)管22。腔與入口開口 26和出口開口 28流體連通，用于形成通過擴散器16的流體流路徑。在一個構(gòu)造中，導(dǎo)管包括用于幫助分配廢氣通過導(dǎo)管22的一個或多個特征。例如，所述特征可包括用于形成通過擴散器的一個或多個子通路的分流器30。在另一個構(gòu)造中，擴散器16、排放處理系統(tǒng)18或發(fā)動機的排放系統(tǒng)14包括用于將尿素溶液或碳氫化合物燃料噴射進流動通過擴散器16的廢氣中的噴射器組件32，噴射器組件32包括噴射器支座34和噴射器36。在又一個構(gòu)造中，擴散器16成形為引起從擴散器16的入口開口 26流動到出口開口 28的廢氣膨脹并分配該廢氣。 參考圖3，提供用于將擴散器16耦合到排放部件的第一接合特征38，所述排放部件例如是排放導(dǎo)管40、排放預(yù)處理裝置(未示出)或其他部件。類似地，提供用于將擴散器16耦合到排放處理裝置20的第二接合特征44，所述排放處理裝置20例如是SCR、DOC或其他裝置。第一接合特征和第二接合特征可包括諸如凸緣、唇緣(lip)、凹槽或其他特征的任何合適的接合特征。此外，可通過任何合適的附接特征保持擴散器16與相應(yīng)的排放部件之間的接合，所述附接特征例如是焊接件、粘結(jié)劑、機械緊固件、其組合或其他合適附接件。
參考圖12和13，入口開口 26和出口開口 28的尺寸和形狀可包括與它們接合的排放部件的開口對應(yīng)的任何適當?shù)某叽绾托螤睢Ｔ谝粋€構(gòu)造中，出口開口 28比入口開口 26更大。例如，可考慮出口開口包括至少一個內(nèi)直徑"d。"，該內(nèi)直徑"d。"比入口開口的內(nèi)直徑"di"大至少約1.2 5X，或甚至比入口開口的內(nèi)直徑"di"大至少約1.5%，或甚至比入口開口的內(nèi)直徑"& "大至少約2 % 。類似地，可考慮出口開口的橫截面面積"a。"比入口開口的橫截面面積"A"大至少約1.25%，或甚至比入口開口的橫截面面積"ai"大至少約1.5%，或甚至比入口開口的橫截面面積"& "大至少約2 % 。其他構(gòu)造是可能的。
入口開口 26和出口開口 28的形狀可相似或相異，并且可包括任何合適的形狀，例如圓形、卵圓形、橢圓形、正方形、矩形或其他形狀。入口開口的直徑"di"和出口開口的直徑"d。"可包括任何合適的直徑尺寸。例如，入口開口 2 6可包括直徑"& "，該直徑"& "在大約2-4英寸之間并且在一個示范性實施例中更具體地約3英寸。出口開口 28可包括直徑"d。"，該直徑"d。"在大約6-10英寸之間并且在一個示范性實施例中更具體地為9英寸乘7英寸。在一個實施例中，參考圖6、12和13，入口開口 26包括圓形橫截面形狀并且出口開口2 8包括卵圓形橫截面形狀。在該實施例中，入口開口包括約3英寸的直徑"di"并且出口開口包括約9英寸的寬度直徑"w-d。"和約7英寸的高度直徑"h-d。"。然而，這些是非限制性尺寸，因為可以使用包括比上述尺寸更大或更小的其他尺寸。 類似地，導(dǎo)管22可包括用于流體地連接入口開口26和出口開口2 8的任何合適的尺寸和形狀，所述連接入口開口 26和出口開口 28可包括任意尺寸的入口開口和出口開口 。在一個實施例中，如圖2和4-6所示，導(dǎo)管22成形為穿過車架組件10的約一個或多個車架構(gòu)件46。在該實施例中，可考慮導(dǎo)管的形狀包括諸如橢圓形、卵圓形或其他形狀的非圓形形狀的一部分，用于設(shè)置并保持圍繞一個或多個車架構(gòu)件46的流體流動速度。通過這些非圓形構(gòu)造，例如，使導(dǎo)管22的某些部分展平、拓寬和/或變窄，可以在入口開口 26和出口開口 28之間保持流體流動速度，同時沒有過度的廢氣背壓。同樣，導(dǎo)管22可以構(gòu)造成促使或保持通過導(dǎo)管的廢氣和微粒物質(zhì)流動均勻分布。通過導(dǎo)管22的一個或多個段形成有用于促使入口開口 26和出口開口 28之間的氣體逐漸膨脹的輪廓，可至少部分地實現(xiàn)廢氣的分配。例如，這些輪廓可包括形狀(圓柱形、截頭圓錐形或其他形狀)、扭曲、彎曲或其他輪廓。 參考圖14-25，導(dǎo)管22的輪廓可包括諸如橢圓形或卵圓形橫截面部分或其他形狀 橫截面部分的非圓形部分，其沿導(dǎo)管的長度"L"的長度"1"延伸。該非圓形部分可包括導(dǎo)管 22的拓寬或變窄的寬度、高度和其他維度。非圓形部分可定位成朝向入口開口 26、出口開 口 28或在導(dǎo)管的中心部分88中。非圓形部分可包括沿導(dǎo)管的長度基本一致的橫截面面積、 沿導(dǎo)管的長度可變的橫截面面積、沿導(dǎo)管的長度增加和/或減小的橫截面面積或其他形式 的橫截面面積。非圓形部分可在導(dǎo)管22的整個長度或?qū)Ч?2的長度的一部分上延伸。例 如，非圓形部分可包括長度"1"，所述長度"1"在導(dǎo)管的長度"L"的至少約1/4上、在導(dǎo)管的 長度"L"的至少約1/2上延伸、在導(dǎo)管的長度"L"的至少約3/4上延伸或?qū)Ч艿拈L度"L" 的其他長度上延伸。此外，非圓形部分可包括在導(dǎo)管的大部分長度"L"上延伸的長度"1"。 其他構(gòu)造是可能的。 此外，關(guān)于橢圓形類型的非圓形部分，導(dǎo)管22的橢圓形形狀的程度可沿非圓形部 分的長度"l"改變。例如，橢圓形形狀可從剛小于約90。開始，并且逐漸減小到至少85。、 80° 、75° 、70° 、60°或更小。隨后，橢圓形形狀的程度可回增到70° 、75° 、80° 、85度 或甚至剛小于約90。?？煽紤]非圓形橢圓形部分的程度以差不多至少5。 、10° 、15° 、 30°或更大而改變。類似地，非橢圓形部分的橫截面面積的寬度與高度的比率可至少約在
1.25 : iu. 5 : i、i.75 : 1、2 : i、3 : i或更大。如同非圓形部分的程度，比率可在非圓
形部分的長度上變化，其包括從非圓形部分的第一端部到非圓形部分的第二部分逐漸增加 或減小的變化。其他構(gòu)造是可能的。 如附圖中所示，導(dǎo)管22由具有第一橫截面面積的第一段48和具有第二橫截面面 積的第二段50形成，其中，第一段位于靠近流體入口開口 26并且第二段位于靠近流體出口 開口28。在該構(gòu)造中，為了在廢氣流動通過導(dǎo)管22時提供廢氣的膨脹，第二段50包括比第 一段48的內(nèi)直徑大的內(nèi)直徑。例如，參考圖3和6中所示的示范性構(gòu)造，導(dǎo)管22可包括通 過第三段52間接地連接在一起的圓柱形第一段48和截頭圓錐形第二段50，第三段52包 括彎管或其他構(gòu)造。在另一個構(gòu)造中，參考圖8，導(dǎo)管22可包括直接地連接在一起的截頭 圓錐形第一段48和截頭圓錐形第二段50。在這些構(gòu)造中，在氣體離開第一段48并進入第 二段50時，隨著氣體流動通過導(dǎo)管22氣體向外擴散并且膨脹。應(yīng)當明白，導(dǎo)管可包括其他 段，例如端部段54或其他段，其可包括在此描述的任意的形狀和尺寸構(gòu)造(例如，圓形或非 圓形)。 擴散器16可使用通常用于形成排放部件的任何合適的材料和成形技術(shù)形成。例 如，合適的材料包括金屬、金屬合金、陶瓷或其組合。同樣，適當?shù)某尚渭夹g(shù)包括模制、沖壓、 擠壓技術(shù)或其他技術(shù)。在一個構(gòu)造中，擴散器16由金屬形成并且至少部分地通過沖壓過程 形成。在該構(gòu)造中，擴散器16形成為兩部分構(gòu)件，兩部分構(gòu)件具有用于連接部件的相應(yīng)配 合的結(jié)構(gòu)。更具體地，如圖6、12和13中所示，擴散器16由具有第一配合結(jié)構(gòu)58的第一擴 散器構(gòu)件56和具有第二配合結(jié)構(gòu)62的第二擴散器構(gòu)件60形成。第一配合結(jié)構(gòu)58、第二配 合結(jié)構(gòu)62構(gòu)造成連接在一起從而形成擴散器接合件64?？赏ㄟ^第一配合結(jié)構(gòu)和第二配合 結(jié)構(gòu)形成的接合件的例子包括搭接接合件、舌榫和槽式接合件或其他接合件。這種蛤殼式 構(gòu)造使得第一擴散器構(gòu)件56和第二擴散器構(gòu)件60合攏、對齊并且通過諸如粘結(jié)劑結(jié)合、焊接、機械地緊固或其他方法的適當?shù)母浇臃椒ǜ浇印＿@種蛤殼式構(gòu)造特別有益，因為它允許 額外的部件例如分流器30、流分隔器124、混合裝置132、渦旋裝置140或其他裝置布置在擴 散器內(nèi)用于促使廢氣在整個擴散器的橫截面面積上混合或分配。 在一個構(gòu)造中，擴散器16包括延伸通過導(dǎo)管22的至少一部分并且在入口開口 26 與出口開口 28之間的分流器30。分流器30構(gòu)造成分開或維持流動通過擴散器16的廢氣 的分隔。分流器30還構(gòu)造成有助于噴射流體通過分流器的升高溫度的蒸發(fā)和/或噴射流 體與分流器的沖擊。例如，參考圖3、7和9的構(gòu)造，分流器30使通過導(dǎo)管22的廢氣分流分 開進入第一子通路66和第二子通路68。第一子通路和第二子通路可大體具有相等的橫截 面面積或可成比例地劃分。在另一個構(gòu)造中，參考圖10，還可考慮分流器30可構(gòu)造成形成 第一子通路70、第二子通路72和第三子通路74，其中，第一、第二和第三子通路包括大體相 等的橫截面面積。同樣參考圖11，還可考慮分流器30可構(gòu)造成形成第一子通路76、第二子 通路78、第三子通路80和第四子通路82，其中，第一、第二、第三和第四子通路包括大體相 等的橫截面面積。包括額外子通路、不同形狀的子通路、不同比例的橫截面面積或其他子通 路的其他構(gòu)造是可能的。 分流器30在長度上是適當?shù)囊杂兄谙拗苹蚍乐箯U氣朝導(dǎo)管22的中心軸線"A" 遷移或聚集。例如，可考慮分流器30可延伸導(dǎo)管長度的至少約50%、導(dǎo)管長度的至少約 60%、導(dǎo)管長度的至少約75%、導(dǎo)管長度的至少約85%或更多。在一個構(gòu)造中，分流器30 包括位于靠近入口開口 26的第一端部84和位于導(dǎo)管的中心部分88中的第二端部86。然 而，在可替換構(gòu)造中，分流器30的第二端部86可延伸到出口開口 28。同樣分流器30的第 二端部86可位于靠近出口開口 28并且第一端部84位于導(dǎo)管22的中心部分88中。其他 構(gòu)造是可能的。 參考圖3、7和9中示出的實施例，分流器30包括具有第一表面積的第一側(cè)面90 和具有第二表面積的第二側(cè)面92。第一側(cè)面和第二側(cè)面結(jié)合導(dǎo)管109的內(nèi)壁用于形成第一 子通路66和第二子通路68。類似地，參考圖10，分流器30可包括自分流器30的中心部分 并且沿導(dǎo)管的軸線A延伸的第一臂94、第二臂96和第三臂98。在該構(gòu)造中，每一臂包括第 一表面和第二表面，第一表面和第二表面結(jié)合導(dǎo)管的內(nèi)壁109形成第一子通路70、第二子 通路72和第三子通路74。在又一實施例中，參考圖11，分流器可包括形成第一子通路76、 第二子通路78、第三子通路80和第四子通路82的第一臂100、第二臂102、第三臂104和第 四臂106。 在上述實施例的任何一個中，都可考慮分流器30包括沿分流器延伸的一個或多 個周緣108。例如，如圖9-11示出的，周緣具有與導(dǎo)管16的內(nèi)壁109的至少一部分對應(yīng)的 形狀用于將分流器30附接到導(dǎo)管并且維持廢氣在子通路之間的分隔。因此，分流器30的 直徑或形狀可包含導(dǎo)管22的任何直徑或形狀，具體地第一段48、第二段50或第三段52的 橫截面面積，如圖6中所示。這樣，可考慮分流器30可包括連續(xù)增加或減小的寬度或可包 括輪廓上的一個或多個變化。同樣，可考慮分流器30可包括沿其長度的一個或多個輪廓。 例如，參考圖26-28中示出的實施例，分流器可包括一個或多個平坦部分110、一個或多個 彎曲112(例如，相對于分流器長度橫向或垂直的彎曲)和一個或多個扭曲114。
可選地，如圖3中所示，分流器30可包括沿分流器的長度和寬度形成并且延伸通 過分流器的一個或更多、多個或甚至一系列穿孔或開口 116。然而，如圖6、7和9中所示，分
9流器30可包括基本沒有通過其形成的穿孔或開口的連續(xù)構(gòu)件。如圖3中示出，開口 116允 許在第一子通路72與第二子通路74之間流體連通。然而，參考圖10和11中示出的分流 器構(gòu)造，開口還進一步允許在超過兩個子通路之間流體連通。在與提供噴流模式的噴射器 組件32 —起使用時這些構(gòu)造特別有益，所述噴流模式與穿過分流器30形成的至少某些開 口 116相交。這些開口 116也是有益的，因為它們不僅允許混合流動通過導(dǎo)管22的廢氣，而 且提供所噴射流體(例如，尿素溶液、碳氫化合物燃料或其他流體)與廢氣的混合。在圖3 中所示的示范性實施例中，這由如下方式來實現(xiàn)，即允許所噴射流體的第一部分經(jīng)過開口 116并且與分流器30之下的廢氣混合以及允許所噴射流體的第二部分沖擊分流器或與在 分流器之上流動的排放流體以其他方式混合。在一個示范性實施例中，并繼續(xù)參考圖3，開 口 116在流體噴射器36的噴流模式內(nèi)的開口面積之和大體等于分流器30在流體噴射器的 噴流模式內(nèi)的表面積之和。這使得大概一半的噴射自流體噴射器36的流體行進到第二子 通路68，同時另一半仍然在第一子通路66內(nèi)。這些開口 116可在分流器30的長度的至少 約1/4上延伸，在分流器30的長度的至少約1/2上延伸，在分流器30的長度的至少約3/4 上延伸或其他長度上延伸。此外，這些開口可在分流器的寬度的至少約1/4上延伸，在分流 器的寬度的至少約1/2上延伸，在分流器的寬度的至少約3/4上延伸或其他寬度上延伸。
分流器30可使用通常用于形成排放部件或在此描述的導(dǎo)管的任何合適的材料和 成形技術(shù)形成。例如，合適的材料包括金屬、金屬合金、陶瓷或其組合。同樣，適當?shù)某尚渭?術(shù)包括模制、沖壓、擠壓技術(shù)或其組合。在一個構(gòu)造中，可考慮形成為穿過分流器的穿孔開 口 116可沖壓穿過分流器。應(yīng)當明白，其他合適的材料和成形技術(shù)是可能的并且在本發(fā)明 的范圍內(nèi)。 如前所述，排放處理系統(tǒng)18可包括用于將流體噴射進廢氣流中而用于對其處理 的一個或多個噴射器組件32。這些流體可包括碳氫化合物燃料或其他可燃流體，例如氣體、 柴油、乙醇或其他流體。這些流體還可包括含氨流體，例如尿素溶液。其他流體同樣是可能 的。如圖3、4和9中所示，噴射器組件可包括與廢氣流體連通的噴射器36，所述廢氣流動 通過穿過排放導(dǎo)管40形成的噴射器開口 118、擴散器16、排放處理裝置20、排放預(yù)處理裝 置(未示出)或發(fā)動機排放系統(tǒng)14的其他導(dǎo)管。因此，噴射器組件可與擴散器16、排放導(dǎo) 管40、排放處理裝置20或其他裝置一起形成或者安裝到其上。在一個具體實施例中，一個 或多個噴射器組件32布置在排放處理裝置20的上游。在一個構(gòu)造中，噴射器組件32和噴 射器開口 118位于靠近穿過分流器30形成的多個開口處。進一步，在另一構(gòu)造中，噴射器 組件布置在擴散器的第一段48上。在又一構(gòu)造中，為了使得徹底混合所噴射流體，噴射器 組件定位于比擴散器16更靠近發(fā)動機12。還可使用其他構(gòu)造。 在一個示范性實施例中，參考圖3，噴射器36安裝成相對于分流器30的第一側(cè)面 90或第二側(cè)面92成角度"a "，并且構(gòu)造成產(chǎn)生與分流器相交的噴流模式。合適的角度包 括在大約15°到45°之間，或甚至在大約20。到40°之間或其他角度。有益地，在某些構(gòu) 造中，噴流模式定向成使得其與由穿孔的分流器30形成的開口 116的一部分相交。在這個 具體構(gòu)造中，如前所述， 一定量的噴流通過開口進入子通路，并且一定量的噴流仍保留在噴 射器開口 118所處的子通路中。在另一具體構(gòu)造中，分流器30基本沒有穿過其形成分流器 的開口 116。在這個構(gòu)造中，流體可噴射在分流器30的一個或兩個側(cè)面90、92上，其中，所 噴射流體沖擊分流器和/或?qū)Ч?2的內(nèi)壁109。
擴散器16可包括一個或多個額外的調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器用于控制排放進入、通過 或離開擴散器的流模式。流調(diào)節(jié)器構(gòu)造成促使所噴射流體與流經(jīng)擴散器16的廢氣的進一 步混合。這樣的流調(diào)節(jié)器可位于遍及導(dǎo)管16的任何位置，包括入口開口 26、出口開口 28或 其之間。還可考慮流調(diào)節(jié)器可位于導(dǎo)管16的外部，例如靠近入口開口 26、出口開口 28或其 他位置。 參考圖29，提供包括流分隔器124的第一示范性流調(diào)節(jié)器。在這個構(gòu)造中，流分隔 器位于導(dǎo)管22的入口開口 26處，用于促使混合并分布通過入口開口進入的廢氣。流分隔器 包括多個垂直地和水平地延伸的壁126，壁126形成一組開口 128用于控制進入入口的廢氣 流?？蛇x地，流分隔器包括用于使通過開口的廢氣流轉(zhuǎn)向或改向的導(dǎo)向器130。參考圖30， 提供包括混合裝置132的第二示范性流調(diào)節(jié)器。在這個構(gòu)造中，混合裝置位于導(dǎo)管22的入 口開口 26處，用于混合通過入口開口進入的廢氣?；旌涎b置包括基部134和位于基部的周 邊用于與導(dǎo)管22的內(nèi)壁109接合的一個或多個接合特征136。混合裝置132還包括延伸自 基部的一個或多個傾斜延伸或流調(diào)節(jié)片138，從而促使從其通過的廢氣和流體混合或轉(zhuǎn)向。 在一個實施例中，片以與導(dǎo)管的軸線"A"不平行的方向延伸。參考圖31，提供包括渦旋裝 置140的第三示范性流調(diào)節(jié)器。在這個構(gòu)造中，渦旋裝置包括主體142和從主體142延伸 的翅片144以引起從其通過的廢氣的旋轉(zhuǎn)運動。渦旋裝置140定位成朝向?qū)Ч?2的中心 部分88，見圖7，并且部分地延伸進導(dǎo)管22的第二截頭圓錐形段50。 參考圖34到37，示出示范性排放處理系統(tǒng)18和流體流模式146。在第一構(gòu)造中， 如圖34中所示，擴散器16設(shè)置成具有用于導(dǎo)入流體例如尿素溶液、可燃流體或其他流體的 噴射器組件32。在噴射時，流體分配以形成擴展的流體流模式146。在第二構(gòu)造中，如圖35 中所示，擴散器16設(shè)置成具有用于導(dǎo)入流體的噴射器組件32。在噴射時，流體分布以形成 擴展的流體流模式146。所述模式通過渦旋裝置140進一步調(diào)節(jié)以形成旋轉(zhuǎn)的流體流模式， 用于進一步混合并分布廢氣。參考圖36，擴散器16設(shè)置成具有用于導(dǎo)入流體的噴射器組 件32并且還包括分流器30。在噴射時，流體的一部分沖擊分流器并且沿第一子通路66行 進。流體的另一部分行進通過穿過分流器形成的開口 116，并且沖擊導(dǎo)管的內(nèi)壁109并且沿 第二子通路68進一步行進，其中，所噴射流體形成擴展的流體流模式146。參考圖37，擴散 器16設(shè)置成具有用于導(dǎo)入流體的噴射器組件32并且還包括分流器30。在噴射時，流體的 一部分沖擊分流器并且沿第一子通路66行進。流體的另一部分行進通過穿過分流器形成 的開口 116，并且沖擊導(dǎo)管的內(nèi)壁109并且沿第二子通路68進一步行進，其中，所噴射流體 形成擴展的流體流模式146。所述模式通過渦旋裝置140進一步調(diào)節(jié)以形成旋轉(zhuǎn)的流體流 模式。 本發(fā)明還提供一種方法，所述方法將來自發(fā)動機12的廢氣分配到排放處理系統(tǒng) 18。方法包括將擴散器16與從發(fā)動機延伸的排放導(dǎo)管40流體地耦接。擴散器還流體地耦 接到排放處理裝置20，如在此所描述。擴散器包括導(dǎo)管22，導(dǎo)管22限定出入口開口 26與 出口開口 28之間的流路徑。導(dǎo)管22由第一擴散器構(gòu)件56和第二擴散器構(gòu)件60形成，第 一擴散器構(gòu)件56和第二擴散器構(gòu)件60可操作以配合連接來限定出第一段48和第二段50， 第一段48限定出圓柱形或截頭圓錐形形狀，第二段50限定出截頭圓錐形形狀。在一個具 體構(gòu)造中，方法還包括將分流器30布置在導(dǎo)管22內(nèi)，用于形成第一子通路66和第二子通 路68。在一個構(gòu)造中，分流器包括用于在第一子通路66與第二子通路68之間提供流體流
11的多個開口 116。在這個具體構(gòu)造中，方法還包括使用噴射器組件32將尿素溶液或可燃流
體噴射到流動通過導(dǎo)管的廢氣中，使得至少部分所噴射流體沖擊分流器30。 擴散器16，包括相關(guān)聯(lián)的部件，可使用在包括柴油機、汽油機或其他內(nèi)燃機的各種
發(fā)動機應(yīng)用中。這些發(fā)動機可使用在車輛工業(yè)中，例如，公共交通車輛、個人機動車、卡車或
其他車輛。擴散器還可使用在非車輛應(yīng)用例如使用于機械或電氣的發(fā)電或其他應(yīng)用的固定
的發(fā)動機中。擴散器16可用以提供包括微粒物質(zhì)和其他燃燒氣態(tài)產(chǎn)物的廢氣到一個或多
個排放處理裝置20的改進分布。這種排放處理裝置20可包括選擇性催化還原裝置、柴油
氧化催化裝置、柴油微粒過濾器、柴油微粒捕集、永久耦合轉(zhuǎn)化器、催化轉(zhuǎn)化器或其他裝置。
在一個構(gòu)造中，參考圖l，可考慮單個擴散器16使用于發(fā)動機排放系統(tǒng)并且連接到選擇性
催化還原裝置用于提供廢氣到選擇性催化還原裝置的分配。在另一個構(gòu)造中，還可考慮多
個擴散器16用于提供廢氣到多于一個排放處理裝置20的分布，如在此所描述。還可考慮
擴散器16位于下游，例如，附接或流體連通到一個或多個排放處理裝置20。 雖然參考示范性實施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在不偏
離本發(fā)明范圍的情況下，可作出各種變化并且等效物可替代本發(fā)明元件。此外，在不偏離本
發(fā)明本質(zhì)范圍的情況下，可作出許多改變以使具體情形或材料適于本發(fā)明教導(dǎo)。因此，應(yīng)當
認為本發(fā)明不應(yīng)被限制到由為實施本發(fā)明而構(gòu)思的最佳模式所公開的具體實施例，而是本
發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求所包含的范圍內(nèi)的全部實施例。
權(quán)利要求
一種用于排放系統(tǒng)的排放流擴散器，其包括限定出入口開口、出口開口以及所述入口開口與所述出口開口之間的流路徑的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管包括布置成靠近所述入口開口的第一段和布置成靠近所述出口開口的第二段，所述第二段具有沿其長度增大的直徑，并且所述出口開口包括比所述入口開口的直徑大的直徑，所述導(dǎo)管由如下構(gòu)件形成第一構(gòu)件，所述第一構(gòu)件在所述入口開口與所述出口開口之間延伸以形成所述第一段和所述第二段的一部分，所述第一構(gòu)件包括在所述入口開口與所述出口開口之間延伸的第一接合特征，第二構(gòu)件，所述第二構(gòu)件在所述入口開口與所述出口開口之間延伸以形成所述第一段和所述第二段的一部分，所述第二構(gòu)件包括在所述入口開口與所述出口開口之間延伸的第二接合特征，以及所述第一和第二接合特征構(gòu)造成彼此配合地接合以連接所述第一和第二構(gòu)件并且形成所述流路徑。
2. 如權(quán)利要求1所述的擴散器，其特征在于，還包括在所述入口開口與所述出口開口 之間延伸的分流器，所述分流器構(gòu)造成使所述流路徑分成第一子通路和第二子通路。
3. 如權(quán)利要求2所述的擴散器，其特征在于，所述分流器是穿孔的以形成從所述分流 器的第一側(cè)面延伸到所述分流器的第二側(cè)面的多個開口。
4. 如權(quán)利要求3所述的擴散器，其特征在于，所述分流器包括沿所述分流器的長度在輪廓上的至少一個變化。
5. 如權(quán)利要求4所述的擴散器，其特征在于，所述分流器包括位于所述第一段內(nèi)的第 一端部和位于所述第二段內(nèi)的第二端部。
6. 如權(quán)利要求1所述的擴散器，其特征在于，所述擴散器還包括用于附接流體噴射器 的噴射器支座。
7. 如權(quán)利要求6所述的擴散器，其特征在于，所述噴射器支座布置在所述擴散器的所 述第一段上。
8. 如權(quán)利要求7所述的擴散器，其特征在于，還包括在所述入口開口與所述出口開口 之間延伸的分流器，所述分流器構(gòu)造成使所述流路徑分成第一子通路和第二子通路。
9. 如權(quán)利要求8所述的擴散器，其特征在于，所述分流器是穿孔的以形成在所述分流 器的第一側(cè)面到所述分流器的第二側(cè)面之間延伸的多個開口 ，所述噴射器支座構(gòu)造成使附 接的噴射器朝所述分流器的所述多個開口定向。
10. —種用于內(nèi)燃機的排放系統(tǒng)，其包括排放導(dǎo)管，所述排放導(dǎo)管與所述內(nèi)燃機流體連通以接收并引導(dǎo)廢氣； 用于處理廢氣的廢氣處理裝置；位于所述排放導(dǎo)管與所述廢氣處理裝置之間并且與所述排放導(dǎo)管和所述廢氣處理裝 置流體連通的擴散器，所述擴散器包括限定出入口開口 、出口開口以及所述入口開口與所 述出口開口之間的流路徑的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管包括布置成靠近所述入口開口的第一段和布置 成靠近所述出口開口的第二段，所述第二段具有沿其長度增大的直徑，并且所述出口開口 包括比所述入口開口的直徑大的直徑，所述導(dǎo)管由如下構(gòu)件形成第一構(gòu)件，所述第一構(gòu)件在所述入口開口與所述出口開口之間延伸以形成所述第一段和所述第二段的一部分，所述第一構(gòu)件包括在所述入口開口與所述出口開口之間延伸的第 一接合特征，第二構(gòu)件，所述第二構(gòu)件在所述入口開口與所述出口開口之間延伸以形成所述第一段 和所述第二段的一部分，所述第二構(gòu)件包括在所述入口開口與所述出口開口之間延伸的第 二接合特征，以及所述第一和第二接合特征構(gòu)造成彼此配合地接合以連接所述第一和第二構(gòu)件并且形 成所述流路徑；以及位于所述內(nèi)燃機與所述排放處理裝置之間的流體噴射器，所述流體噴射器提供尿素溶 液或可燃燃料到所述廢氣中的噴射。
11. 如權(quán)利要求io所述的排放系統(tǒng)，其特征至于，所述流體噴射器安裝到所述擴散器的所述第一段。
12. 如權(quán)利要求IO所述的排放系統(tǒng)，其特征至于，所述流體噴射器安裝到所述排放導(dǎo)管。
13. 如權(quán)利要求12所述的排放系統(tǒng)，其特征至于，所述尿素噴射器定位成比所述擴散 器更靠近所述發(fā)動機。
14. 如權(quán)利要求IO所述的排放系統(tǒng)，其特征至于，所述擴散器包括在所述入口開口與 所述出口開口之間延伸的分流器，所述分流器構(gòu)造成使所述流路徑分成第一子通路和第二 子通路。
15. 如權(quán)利要求14所述的排放系統(tǒng)，其特征至于，所述分流器是穿孔的并且包括在所 述分流器的第一側(cè)面到所述分流器的第二側(cè)面之間延伸的多個開口。
16. —種將來自內(nèi)燃機的廢氣分配到廢氣處理裝置的方法，所述方法包括 使廢氣流動通過擴散器，所述擴散器流體地耦接到所述內(nèi)燃機和所述廢氣處理裝置并且位于所述內(nèi)燃機與所述廢氣處理裝置之間，所述擴散器由具有第一配合表面的第一構(gòu)件 和具有第二配合表面的第二構(gòu)件形成，所述第一和第二構(gòu)件可連接以形成入口開口 、出口 開口和在所述入口開口與所述出口開口之間的流體流路徑，所述擴散器限定出布置成靠近 所述入口開口的第一段和布置成靠近所述出口開口的第二段，所述第二段具有沿其長度逐 漸增大的直徑；以及在廢氣流通過所述擴散器之前或廢氣流通過所述擴散器期間，將尿素溶液噴射到所述 廢氣中。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征至于，噴射器安裝到位于所述擴散器與所述內(nèi) 燃機之間的排放導(dǎo)管，用于將所述尿素溶液噴射到所述廢氣。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征至于，噴射器安裝到擴散器，用于將所述尿素溶 液噴射到所述廢氣。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征至于，所述擴散器包括在所述入口開口與所述 出口開口之間延伸的分流器，所述分流器構(gòu)造成使所述流路徑分成第一子通路和第二子通 路。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征至于，所述分流器包括在所述分流器的第一側(cè) 面到所述分流器的第二側(cè)面之間延伸的多個開口，所述尿素溶液的噴射靠近所述多個開□。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于排放系統(tǒng)的流擴散器。具體而言，本發(fā)明提供用于將發(fā)動機廢氣分布到一個或多個排放處理裝置的裝置、系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，排放流擴散器設(shè)置成包括限定出入口開口、出口開口以及所述入口開口與所述出口開口之間的流路徑的導(dǎo)管。所述導(dǎo)管包括布置成靠近所述入口開口的第一段和布置成靠近所述出口開口的第二段。所述第二段具有沿其長度增大的直徑。所述導(dǎo)管由第一構(gòu)件和第二構(gòu)件形成，所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件在所述入口開口與所述出口開口之間延伸以形成所述第一段的一部分和所述第二段的一部分。所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件每個都包括在所述入口開口與所述出口開口之間延伸的接合特征。
文檔編號F01N3/08GK101713319SQ20091017950
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者D·M·基澤, D·R·艾倫, D·瓦利爾科, P·D·墨菲, R·P·蘭加納坦 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司