可變幾何形狀的排氣冷卻器的製作方法

2023-06-02 11:14:36

專利名稱：可變幾何形狀的排氣冷卻器的製作方法
可變幾何形狀的排氣冷卻器技術領域本公開內容涉及排氣冷卻器，且更具體地說，涉及可變幾何形狀 的排氣冷卻器。
背景技術：
在這個部分中的陳述只是提供本公開內容涉及的背景信息且可 能或可能不構成現有技術。柴油發動機系統由於它們相對於其它類型的內燃機的整體上較 高的效率而普遍使用。這種效率部分地是由於柴油燃燒過程的增加的 壓縮比和柴油燃料更高的能量密度。然而，柴油燃燒過程產生微粒， 這些微粒在柴油發動機系統所產生的廢氣中攜帶。柴油機微粒過濾器常用於從廢氣中移除這些微粒。
一般而言，該 柴油機微粒過濾器在柴油發動機的下遊配接到排氣系統。該柴油機微 粒過濾器接收廢氣並從廢氣中過濾出微粒。雖然適用於它的預期目 的，但柴油機微粒過濾器可能會隨著時間變滿，而且如果不進行清潔， 那麼柴油機微粒過濾器的操作效果可能會糹支降級。在本領域中已知的另一個解決方案是使用再生過程來移除在柴 油機微粒過濾器中所捕集的微粒。這些再生過程可能採取各種形式， 例如，廢氣再循環或使用注入到汽缸內的二次燃燒燃料來升高廢氣流的溫度。示範性再生過程見於共同擁有的美國專利笫7,104,048 B2號 中，該專利以引用的方式結合到本文中的程度如同該專利在本文中全 面公開。這些再生過程通常加熱廢氣到高溫以便燃燒來自柴油機微粒 過濾器的微粒。在柴油發動機系統處於怠速狀態的條件下，需要在廢氣排出到環 境之前冷卻廢氣。因此，排氣冷卻器可能在柴油機微粒過濾器的下遊配接到柴油發動機系統來冷卻廢氣。該排氣冷卻器可操作以混合熱廢 氣與冷卻器周圍的空氣，從而減小廢氣的溫度。然而，這樣做的話， 進入排氣冷卻器的廢氣的量通常被限制以便能夠進行充分冷卻。這種 對廢氣的限制在柴油發動機系統在非怠速狀態運行時可能會導致背 壓、降低的馬力和柴油發動機系統的其它低效率並且產生大量廢氣。 因此，在本領域中仍需要一種排氣冷卻器，這種排氣冷卻器可操作以 基於柴油發動機系統的運行狀態來改變進入排氣冷卻器的廢氣量。發明內容本發明提供一種排氣冷卻器，其被安裝到尾管用於接收廢氣。 在本發明的一個方面，該排氣冷卻管包括可連接到尾管的噴射泵和可連接到尾管的噴嘴。該噴嘴在該尾管與該噴射泵之間限定開口用於將廢氣從尾管傳輸到噴射泵。包括第一構件，其可在關閉位置與打開位置之間移動，該打開位置限定在尾管與噴射泵之間的第一開口用於將廢氣從該尾管傳輸到該噴射泵。在本發明的另 一方面，第一構件是可樞轉地連接到尾管的板。 在本發明的另 一方面，4吏鏈可在尾管與第 一構件之間連接以允許第 一構件在打開位置與關閉位置之間樞轉。在本發明的另一方面，包括第二構件，其可在關閉位置與打開位置之間移動，該打開位置在尾管與噴射管之間限定第二開口用於將廢氣從該尾管傳輸到噴射泵。在本發明的另一方面，第一構件和第二構件每個都是半圓形且大小適於配接在噴嘴開口上。在本發明的另一方面，笫一開口與第二開口每個都是半圓形。 在本發明的另 一方面，當第 一構件與笫二構件處於關閉位置時，該第一開口與第二開口配合以形成圓形開口。在本發明的另 一方面，該圓形開口的直徑小於該噴嘴開口的直徑。在本發明的另一方面，偏壓構件可連接到尾管以將第一構件偏壓 到關閉位置。在本發明的另一方面，該偏壓構件是扭簧。 在本發明的另一方面，該第一構件是閥。 在本發明的另一方面，該閥是簧片式閥。在本發明的另 一方面，該噴嘴是截頭圓錐形且該閥定位於該截頭 圓錐形噴嘴的外表面上。在本發明的另 一方面，多個簧片閥沿著截頭圓錐形噴嘴的外表面 等距離間隔開。在本發明的另 一方面，該噴射泵可通過多個支柱連接到尾管。 通過本文所提供的介紹，其它的適用領域將變得顯而易見。應了解這些介紹和具體示例僅用於說明目的且並不限制本公開內容的範圍。


本文所介紹的附圖僅用於說明目的且決不以任何方式限制本公 開內容的範圍。圖1為根據本發明原理的具有可變排氣冷卻器的示範性柴油發動機系統的示意圖；圖2A為本發明的可變排氣冷卻器的放大示意側視圖，其中，當 該示範性柴油發動機系統處於怠速狀態時，可變排氣冷卻器的節流板 處於關閉位置；圖2B為本發明的可變排氣冷卻器的放大示意側視圖，其中，當 該示範性柴油發動機系統處於非怠速狀態時，可變排氣冷卻器的節流 板處於打開位置；圖3A為本發明的可變排氣冷卻器的第二實施例的放大示意側視圖，其中，當該示範性柴油發動機系統處於忽速狀態時，可變排氣冷卻器的閥處於關閉位置；圖3B為本發明的可變排氣冷卻器的第二實施例的放大示意側視 圖，其中，當該示範性柴油發動機系統處於非怠速狀態時，可變排氣 冷卻器的閥處於打開位置。
具體實施方式
下文的介紹在本質上只是示範性的且並不限制本公開內容、應用 或用途。參看圖1,其示出了示範性柴油發動機系統且大體用標號10表示。 柴油發動機系統IO優選地用於汽車(未示出)，但在不背離本發明的範 圍的情況下，該柴油發動機系統10可用於各種其它應用。該柴油發 動機系統10通常包括柴油發動機12。柴油發動機12與發動機控制器 14電子通訊。該發動機控制器14可操作以基於各種參數控制柴油發 動機12。柴油發動機12可操作以在柴油發動機12內的燃燒過程中燃燒柴 油燃料(未示出)。這個燃燒過程的副產物是廢氣。廢氣從柴油發動機 12排放作為廢氣流進入到排氣管16內，如圖1中的箭頭所示。該排氣管16包括笫一部段18，該第一郜段18將廢氣從柴油發動 機12傳輸到位於柴油發動機12的下遊的催化轉換器20。該催化轉換 器20安裝到排氣管16上。該催化轉換器20可以是任何排氣淨化裝 置，例如，NOx過濾器。該催化轉換器20可通過操作來過濾廢氣以 符合適用排放標準。該排氣管16的第二部段22將廢氣從催化轉換器20攜帶到柴油 機微粒過濾器24。該柴油機微粒過濾器24安裝到排氣管16且位於催 化轉換器20和柴油發動機12的下遊。柴油機微粒過濾器24過濾該 廢氣流並在其內捕集微粒。在不背離本發明範圍的情況下，柴油機微 粒過濾器24可採取各種形式。例如，柴油機微粒過濾器24可包括陶瓷結構，廢氣流可通過該陶資結構傳遞。在陶瓷結構的壁上捕集並積 聚微粒直到在使用熱廢氣的再生過程中將它們燒掉時。廢氣流從柴油機微粒過濾器24傳遞到排氣管16的尾管部段26。 排氣冷卻器30安裝到尾管部段26的端部。如在下文更詳細地介紹， 排氣冷卻器30用於在廢氣流進入周圍環境之前冷卻廢氣流。現轉至圖2A,排氣冷卻器30通常包括與噴射泵34配接的可變 幾何形狀噴嘴組件32。該噴嘴組件32設置於尾管部段26的端部上並 限定開口36。優選地，該開口 36的直徑等於該尾管部段26的直徑。 然而，應了解，在不背離本發明範圍的情況下，開口 36的直徑可不 同於尾管部段26的直徑。該噴嘴組件32還包括第一節流板38A和第二節流板38B。節流 板38A和38B每個都大體為半圓形且每個都具有大於開口 36的直徑 的外徑。或者，節流板38A與38B可具有小於開口 36的外徑使得節 流板38A與38B適於裝配在開口 36內。節流板38A和38B各分別包 括半圓形開口或切口 42A和42B。半圓形切口 42A和42B與節流板 38A和38B的大體半圓形同心且每個半圓形切口 42A與42B的直徑 都小於節流板38A和38B的外徑。節流板38A與38B每個都在開口 36處樞轉地安裝到尾管部段26。 在所提供的示例中，第 一鉸鏈44A將第 一節流板38A樞轉地配接到尾 管部段26。第一鉸鏈44A安裝到尾管部段26並被安裝到第一節流板 38A的半圓形外邊緣的圓周中央或頂點。第二鉸鏈44B將第二節流板 38B樞轉地配接到尾管部段26。該第二鉸鏈44B在與第一鉸鏈44A 相對的位置安裝到尾管部段26。第二鉸鏈44B還安裝到第二節流板 38B的半圓形外邊緣圓周中央或頂點。雖然圖示鉸鏈44A與44B將節 流板38A與38B樞轉地配接到尾管部段26，應了解在不背離本發明 的範圍的情況下，可採用允許節流板38A與38B相對於尾管部段26 樞轉的各種其它機構。節流板38A與38B分別#支第 一偏壓構件48A與第二偏壓構件48B偏壓到關閉位置。在優選實施例中，偏壓構件48A與48B是扭簧，但 在不背離本發明的範圍的情況下可採用各種其它偏壓裝置。在圖2A中示出節流板38A與38B的關閉位置。當處於關閉位置 時，節流板38A與38B^皮定位以至少部分地^隻蓋開口 36。此外，切 口 42A與42B配合以限定減小的開口 50。該減小的開口 50的直徑小 於開口 36的直徑。噴射泵34包括圓柱管部分56。入口部分58安裝於圓柱管部分 56的一端上。入口部分58大體為截頭圓錐形並限定進氣口 60。輸出 部分62安裝於圓柱管部分56的相對端上。輸出部分62大體上也是 截頭圓錐形且在它的端部限定排氣輸出端64。在備選實施例中，該噴 射泵34隻包括圓柱管部分56。噴射泵34通過支柱66安裝到尾管部段26上。支柱66從入口部 分延伸到尾管部段26。噴射泵34從尾管部段26伸出遠離噴嘴組件 32延伸。參看圖1且繼續參看圖2A,為了清潔柴油機微粒過濾器24，熱 廢氣通過排氣管16，通過柴油機微粒過濾器24並傳遞到排氣冷卻器 30。當柴油發動機12處於怠速狀態時，熱廢氣通過噴嘴開口 50傳遞。 通過噴射泵34的進氣口 60吸入冷卻器周圍空氣。熱廢氣和冷卻器周 圍空氣在圓柱管部分56和輸出部分62內循環並混合。熱廢氣^皮冷卻 並從排氣輸出端64離開排氣冷卻器30。在噴嘴開口50，熱廢氣的溫 度範圍在450到600攝氏度，熱廢氣在排氣輸出端64可能被冷卻到 小於300攝氏度。隨著廢氣流離開柴油發動機12，廢氣流通過排氣管16流動。在 廢氣流12到達排氣冷卻器30時，廢氣流在節流板38A與38B上施加 壓力。在怠速條件下，廢氣流壓力小於偏壓構件46A與46B在節流板 38A與38B上所施加的力。因此，節流板38A與38B保持在關閉位 置且當廢氣通過限制的噴嘴開口 50傳遞時噴嘴開口 50使廢氣加速從 而在噴射泵34中帶走更多的空氣且通過增加所帶走的周圍空氣的體積而實現增加的冷卻。當柴油發動機12在非怠速條件下運行時，柴油發動機12所產生的廢氣量增加且因此在節流板38A與38B上的廢氣流的壓力增加。這 個廢氣壓力可操作以將節流板38A與38B移動到打開位置。節流板 38A與38B的打開位置在圖2B中示出。當廢氣流壓力超過偏壓構件 46A與46B在節流板38A與38B上所施加的力時，節流板38A與38B 克服偏壓構件46A與46B在4交鏈44A與44B上樞轉。當節流板38A 與38B彼此遠離樞轉時，從尾管部段26到噴射泵34內的開口的大小 從噴嘴50所提供的面積增加到開口 36所提供的面積。因此，允許更 大量的廢氣從噴嘴組件30傳遞到噴射泵34內，從而減小在非怠速速 度的背壓和其它低效率。參看圖3A,排氣冷卻器的第二實施例在整體上用標號130表示。 該排氣冷卻器130通常包括如圖2A與2B所介紹的噴射泵34和噴嘴 組件132。噴嘴組件132設置於尾管部段26的端部上且包括噴嘴134。噴嘴 134大體為截頭圓錐形且是中空的，因此噴嘴134的內部與尾管部段 26連通以接收廢氣流。噴嘴134還在它的端部限定出口 136。該出口 136的直徑小於尾管部段26的直徑且因此限制從尾管部段26傳遞到 噴射泵34的廢氣量。多個閥140(僅示出了其中的兩個)位於噴嘴134的外表面142周 圍。閥140與噴嘴134的內部連通且也和尾管部段26內的廢氣流連 通。在優選實施例中，六到八個閥在噴嘴134的外表面142的周圍均 勻地間隔。然而，應了解任何數目的閥140可用於本發明。這些閥140 可在關閉位置(如圖3A所示)與打開位置(如圖B所示)之間移動。朝向 關閉位置偏壓這些閥140。在優選實施例中，閥140是簧片式閥。然 而，應了解各種其它閥可用於本發明。在怠速條件下，廢氣流壓力不足以打開閥140且這些閥保持在關 閉位置，如圖3A所示。因此，在廢氣流通過出口 136的受限制的開口傳遞時，出口 136使廢氣流加速，從而在噴射泵34中帶走更多的 空氣且通過所帶走的周圍空氣的增加的體積而實現增加的冷卻。當柴 油發動機12在非怠速條件運行時，柴油發動機12所產生的廢氣量增 加且因此在閥140上的廢氣流壓力增加。這個廢氣壓力可操作以將閥 140移動到打開位置，如圖3B所示。因此，允許更大量的廢氣從噴嘴 組件130進入到噴射泵34內，從而減小在非怠速速度的背壓和其它 低效率。這允許排氣冷卻器130自動調整到發動機12的運行狀態。的變形預期在本發明的範圍內。這些變形並不^皮視作背離本發明的精 神和範圍。
權利要求
1.一種安裝到尾管用於接收廢氣的排氣冷卻器，所述排氣冷卻器包括可連接到所述尾管的噴射泵；可連接到所述尾管的噴嘴，所述噴嘴在所述尾管與所述噴射泵之間限定噴嘴開口用於將所述廢氣從所述尾管傳輸到所述噴射泵；以及第一構件，其可在關閉位置與打開位置之間移動，所述打開位置在所述尾管與所述噴射泵之間限定第一開口用於將所述廢氣從所述尾管傳輸到所述噴射泵。
2. 根據權利要求1所述的排氣冷卻器，其特徵在於，所述第一 構件是可樞轉地連接到所述尾管的板。
3. 根據權利要求2所述的排氣冷卻器，其特徵在於，還包括鉸 鏈，所述鉸鏈可在所述尾管與所述第一構件之間連接以允許所述第一 構件在所述打開位置與所述關閉位置之間樞轉。
4. 根據權利要求2所述的排氣冷卻器，其特徵在於，還包括第 二構件，所述第二構件可在關閉位置與打開位置之間移動，所述打開 位置在所述尾管與所述噴射泵之間限定第二開口用於將所述廢氣從 所述尾管傳輸到所述噴射泵。
5. 根據權利要求4所述的排氣冷卻器，其特徵在於，所述第一 構件與所述第二構件每個都是半圓形且大小適於配接在所述噴嘴開 口上。
6. 根據權利要求5所述的排氣冷卻器，其特徵在於，所述第一 開口與所述第二開口每個都是半圓形。
7. 根據權利要求6所述的排氣冷卻器，其特徵在於，當所述第 一構件與所述第二構件處於所述關閉位置時，所述第一開口與所述第二開口配合以形成圓形開口 。
8. 根據權利要求7所述的排氣冷卻器，其特徵在於，所述圓形開口的直徑小於所述噴嘴開口的直徑。
9. 根據權利要求1所述的排氣冷卻器，其特徵在於，還包括偏 壓構件，所述偏壓構件可連接到所述尾管上以使所述第一構件偏壓到 所述關閉位置。
10. 根據權利要求9所述的排氣冷卻器，其特徵在於，所迷偏壓 構件是扭簧。
11. 根據權利要求1所述的排氣冷卻器，其特徵在於，所述第一 構件是閥。
12. 根據權利要求11所述的排氣冷卻器，其特徵在於，所述閥 是簧片式閥。
13. 根據權利要求12所述的排氣冷卻器，其特徵在於，所述噴 嘴是截頭圓錐形且所述閥被定位於所述截頭圓錐形噴嘴的外表面上。
14. 根據權利要求13所述的排氣冷卻器，其特徵在於，還包括 多個簧片閥，所述多個簧片閥沿著所述截頭圓錐噴嘴的外表面等距離 間隔開。
15. 根據權利要求1所述的排氣冷卻器，其特徵在於，所述噴射 泵可通過多個支柱連接到所述尾管上。
全文摘要
本發明提供一種安裝到尾管上用於接收廢氣的可變幾何形狀的排氣冷卻器。該排氣冷卻器包括可連接到該尾管的噴射泵和可連接到該尾管的噴嘴。該噴嘴在該尾管與該噴射泵之間限定噴嘴開口用於將該廢氣從該尾管傳輸到該噴射泵。可包括第一構件，它可在關閉位置與打開位置之間移動，該打開位置在該尾管與該噴射泵之間限定第一開口用於將該廢氣從該尾管傳輸至該噴射泵。
文檔編號F01N3/02GK101251035SQ20081008059
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月20日 優先權日2007年2月21日
發明者J·李, R·米塔爾 申請人:通用汽車環球科技運作公司