CN101624932A - 喷嘴-扩散器式混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及喷嘴－扩散器式混合器。具体地，本发明的示例性实施方式涉及一种用于控制穿过发动机排气系统管道的流体流的设备和方法，尤其是用于在排气处理装置之前控制穿过发动机排气系统管道的流体流的设备和方法。在一个实施方式中，提供了一种流体流控制装置，该流体流控制装置用于接收来自发动机的排气，并朝向排气处理装置引导该排气。该流体控制装置包括布置在所述发动机的排气管道内的喷嘴。该喷嘴包括入口和出口，用于形成穿过该喷嘴的第一流路。该喷嘴与所述排气管道隔开，用于在该喷嘴与该排气管道之间形成第二流路。该流体控制装置还包括布置在所述喷嘴附近的喷射器。可将该喷射器取向成将加压流体引入所述第一流路或所述第二流路。

Description

喷嘴-扩散器式混合器
技术领域
[0001]本发明的示例性实施方式涉及，一种用于控制穿过发动机排气系统管道的流体流的设备和方法，尤其是用于在排气处理装置之前控制穿过发动机排气系统管道的流体流的设备和方法。
背景技术
[0002]经处理的柴油机排气涉及选择性催化还原器(SCR)及柴油机颗粒过滤器(DPF)的使用以及向排气中喷射尿素-水溶液和柴油机燃料。这些装置的性能、耐用性和成本强烈依赖向排气中喷射的流体的蒸发和混合。喷射的流体可以是液体、气体或两相的混合。因此，在排气流中放置混合器以使所喷射的流体(液相和气相)的蒸发(若喷射的是液体)以及与排气的混合程度最大。然而，近来使用的某些混合器和混合结构不胜任喷射流体的蒸发和混合，并且设计复杂，因此难以制造和封装，昂贵和/或会在排气流中产生不能接受的背压，例如，背压是由于混合装置的引入以及其对诸如功率和燃料经济性之类的发动机性能的负面影响而在排气系统中的附加压降。
[0003]鉴于以上所述，期望这样一种改进的流体混合器和蒸发器，其具有相对简单的设计、容易制造、具有高耐用性、和/或成本低，同时仍可在排气系统内保持相对较低或可接受的背压。
发明内容
[0004]本发明的示例性实施方式涉及一种用于控制穿过发动机排气系统管道的流体流的设备和方法，尤其是用于在排气处理装置之前控制穿过发动机排气系统管道的流体流的设备和方法。在一个实施方式中，提供一种流体流控制装置，该流体流控制装置用于接收来自发动机的排气并朝向排气处理装置引导该排气。该流体流控制装置包括布置在所述发动机的排气管道内的喷嘴。该喷嘴包括入口和出口，用于形成穿过该喷嘴的第一流路。该喷嘴与所述排气管道隔开，用于在该喷嘴与该排气管道之间形成第二流路。该流体流控制装置还包括布置在所述喷嘴附近的喷射器。该喷射器取向成将加压流体引入所述第一流路或所述第二流路。
[0005]在另一实施方式中，提供一种用于发动机的排气处理系统。该排气处理系统包括排气处理装置。该排气处理系统还包括位于所述排气处理装置的至少一部分的上游的流体流控制装置。该流体流控制装置包括布置在排气管道内的喷嘴。该喷嘴包括入口和出口，用于形成穿过该喷嘴的第一流路。该喷嘴与所述排气管道隔开，用于在该喷嘴与该排气管道之间形成第二流路。该排气处理系统还包括布置在所述流体流控制装置的所述喷嘴附近的喷射器。该喷射器取向成在所述喷嘴附近将加压流体引入所述第一流路或所述第二流路。
[0006]在再一实施方式中，提供一种在发动机的排气管道内分散排气流的方法。该方法包括：使第一部分的排气流过布置在所述排气管道内的喷嘴，以形成第一流路，所述喷嘴包括入口和出口；使第二部分的排气在所述喷嘴和所述排气管道之间流动，以形成第二流路；以及向所述第一流路或所述第二流路内喷射流体，所述第一部分的排气、所述第二部分的排气和所述喷射的流体在穿过喷嘴时相结合，从而形成混合物。
附图说明
[0007]仅作为示例，在以下实施方式的详细描述中，其它特征、优点和细节会展示出来，这些详细描述均参照附图，在附图中：
[0008]图1示出发动机排气系统的示意图；
[0009]图2示出根据本发明示例性实施方式的流体控制装置的剖视图；
[0010]图3是沿图2中所示的线3-3剖取的剖视图；
[0011]图4是根据本发明示例性实施方式的喷嘴的立体图；
[0012]图5是根据本发明另一示例性实施方式的喷嘴的立体图；
[0013]图6至图10是本发明的不同流体控制装置的示意图，示出了根据本发明示例性实施方式从这些流体控制装置穿过的流体流；
[0014]图11示出根据本发明另一示例性实施方式的流体控制装置的剖视图；
[0015]图12A示出根据本发明又一示例性实施方式的流体控制装置的剖视图；
[0016]图12B示出根据本发明再一示例性实施方式的流体控制装置的剖视图；
[0017]图13示出根据本发明另一示例性实施方式的喷嘴的侧视图；
[0018]图14A示出根据本发明又一示例性实施方式的流体控制装置的侧视图；
[0019]图14B示出图14A中所示的流体控制装置的正视图；
[0020]图15示出根据本发明示例性实施方式的排气系统和流体控制装置的剖视图；
[0021]图16示出根据本发明又一示例性实施方式的流体控制装置的剖视图；以及
[0022]图17至图20是本发明的不同流体控制装置的示意图，示出了根据本发明示例性实施方式从这些流体控制装置穿过的流体流。
具体实施方式
[0023]本发明的示例性实施方式提供一种流体控制装置，其用于混合并横跨管道的截面积来均匀分布排气及加入到排气中的添加剂。在一个具体实施方式中，该流体控制装置还构造成用于使诸如尿素溶液、碳氢燃料等的喷射流体(例如，气相或液相)与排气混合，使得喷射流体横跨管道的截面积分布。有利的是，该均匀分布对诸如选择性催化还原(SCR)装置、柴油机氧化催化器(DOC)、柴油机颗粒过滤器(DPF)等排气处理装置均特别有益。由于排气和喷射流体的均匀分布，与局部积聚或反应相比，以相对均匀的方式横跨排气处理装置的整个截面积进行积聚或反应时，排气处理装置会更有效地操作。
[0024]在一个示例性实施方式中，通过在发动机的排气流动流内设置喷嘴而实现上述优点。将该喷嘴构造成引导流过喷嘴的第一部分排气并提高其速度。该喷嘴还在管道内定位成使得在喷嘴和管道之间形成间隔关系。该间隔关系使第二部分排气流过喷嘴周围(例如，喷嘴和管道之间)。最终的结果是在第一部分排气和第二部分排气之间形成速度梯度，从而致使第一部分排气及第二部分排气混合。
[0025]在第一种构造中，喷嘴包括递减的截面积，该递减的截面积形成穿过喷嘴的具有第一速度的第一流路。喷嘴和周围管道之间的间隔关系形成递增的截面积(例如，位于管道和喷嘴的外表面之间)，该递增的截面积形成具有第二速度的第二流路。由于渐缩的第一流路和渐扩的第二流路而形成速度梯度，从而在刚离开喷嘴或流过喷嘴时引起第一流路和第二流路的混合。如这里所述，本发明包括“喷嘴”；然而，应理解，所述喷嘴既起使流体加速的喷嘴作用(如在该构造的第一流路中那样)，又起使气体减速的扩散器作用(如在第二流路中那样)。
[0026]相反，在第二种构造中，喷嘴包括递增的截面积，该递增的截面积形成穿过喷嘴的具有第一速度的第一流路。喷嘴和周围管道之间的间隔关系形成递减的截面积，该递减的截面积形成具有第二速度的第二流路。在该实施方式中，由于第一流路的扩展以及第二流路的收缩而形成速度梯度，从而在刚离开喷嘴或流过喷嘴时引起第一流路和第二流路的混合。
[0027]以上参考构造在以下情况下特别有利，其中诸如尿素溶液或碳氢化合物之类的流体借助于运动减慢的第一或第二流路而混合，从而利用第一或第二流路的减慢来提供增加了的喷射流体混合和蒸发时间。在刚离开或流过喷嘴时，由于速度梯度，含有喷射流体的这部分排气与另一部分排气混合。应理解，如这里所述，可应用其它特征来辅助横跨管道截面的喷射流体和排气的混合。
[0028]鉴于上述观点，参照图1和图2，示出了用于发动机14的排气系统12的流体流控制装置10。流体流控制装置10包括位于排气系统12的管道18内的喷嘴16，用于控制流经和流过流体流控制装置10的排气的流动。管道18可包括在发动机和排气处理装置19之间延伸的一部分排气管，或者可包括构造成附接至排气管的管道，等等。喷嘴16包括用于接收第一部分排气的入口20以及用于使该第一部分排气从喷嘴流出的出口22。入口20和出口22形成穿过喷嘴16的第一流路“F1”。喷嘴16通过适当的附接特征24附接至管道18。在一个实施方式中，在附接时，将喷嘴16与管道18隔开，从而形成位于喷嘴和管道之间的一个或多个环形开口26。所述一个或多个环形开口26允许第二部分排气在喷嘴和管道之间流动，从而形成第二流路“F2”。第一流路F1包括第一速度v1，第二流路F2包括第二速度v2。在一个示例性实施方式中，第一速度v1和第二速度v2不同，借此产生速度梯度，从而致使行进穿过第一流路和第二流路的排气混合。在将流体喷射到第一流路F1和第二流路F2中的较慢流路中期间(例如通过喷射器28喷射尿素溶液或者碳氢化合物或其它燃料)，这一混合现象尤其有利，这是因为喷射流体(液体和蒸汽)随后与流过第一和第二流路中的较快流路的排气混合。排气流引起的喷嘴16的高表面温度有利于液相液滴在喷射到喷嘴表面上时的蒸发。
[0029]更详细地说，参照图4、图5和图6中所示的喷嘴实施方式，喷嘴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。该喷嘴包括从喷嘴16的第一端30延伸到该喷嘴的第二端32的一个或多个环形壁34。该环形壁形成腔36，该腔构造成用于将排气流从入口20引向出口22，以形成第一流路F1。喷嘴16还包括经过入口20的中心及出口22的中心延伸的喷嘴轴线“An”。在一个实施方式中，喷嘴轴线An与管道轴线“Ac”基本平行。在另一实施方式中，如图7所示，喷嘴轴线An不与管道轴线Ac平行。在该不平行实施方式中，喷嘴轴线An以及沿着第一流路F1流动的排气相对于管道轴线Ac成角度θ行进，以与管道18、混合装置42等相交。角度θ可构造成致使第一流路F1与第二流路F2、管道、混合装置42及其组合等适当碰撞。例如，可构想角度θ在大约0°至75°之间，大约5°至45°之间，大约10°至30°之间，等等。
[0030]入口20和出口22可包括任何适当形状。而且，入口20和出口22的形状可以相似或不相似。在一种构造中，入口20包括与管道18的内部38的形状相对应的形状，出口22包括与管道的内部38的形状相对应的形状、与入口20的形状相对应的形状，或与二者的形状都相对应的形状。在喷嘴轴线An上的任意位置处垂直于该轴线的喷嘴截面，可以是圆形、椭圆形、多边形或其它期望形状。例如，参照图3，在一种构造中，入口和出口的形状为圆形或椭圆形。
[0031]类似地，入口20和出口22的尺寸也可包括任何适当的尺寸。所述尺寸可包括直径尺寸、截面积或二者。然而，在一种构造中，参照图7，出口22小于入口20。在该构造中，沿着第一流路F1流经喷嘴的排气的速度v1由于渐缩限制的出口20而增大。在另一构造中，参照图10，入口20小于出口22。在该构造中，流过第一流路F1的排气的速度v1由于渐扩的出口而减小。类似地，喷嘴的入口平面和出口平面可相对于喷嘴轴线An成任一期望角度。
[0032]在一个示例性实施方式中，环形壁34包括一个或多个开口，用于允许流体在第一流路F1和第二流路F2之间流动。这样的开口可包括圆形开口、槽缝等，并且可位于沿喷嘴16的长度的任一位置处。例如，参照图4，多个圆形开口38位于喷射器的位置附近，多个槽缝开口40位于喷射器对面。在该构造中，喷射器28喷射的一部分流体进入圆形开口38从而沿着第一流路F1行进。如可理解的，这一开口连通提供了经过喷嘴16的排气的附加混合，并可提供减小的背压。可任选地设计开口38的位置和尺寸，以在排气流中产生涡流运动，从而增强混合和蒸发。
[0033]喷嘴16的形状可包括任何适当形状，以获得第一流路F1和第二流路F2之间的期望速度梯度。喷嘴16的形状或取向还可适于引起第一流路F1和第二流路F2的进一步混合。可通过朝向管道18、混合装置42或在流中产生翻滚运动的其它物引导流体流，从而实现这样的附加混合。就喷嘴16的形状而言，喷嘴可以是对称的(例如，规则或对称的中空锥体的截头体)或者不对称的(例如，不规则或不对称的中空锥体的截头体)。喷嘴的取向可以是沿一个或多个轴线或平面对称的。例如，如图6及图8至10所示，喷嘴16在形状上是对称的，并且沿两个轴线或平面取向，从而产生沿管道轴线Ac方向的流体流。在另一示例中，参照图7，喷嘴16在形状上可以是对称的或者不对称的，但是沿着单个轴线An取向，从而产生朝向管道壁18和混合装置42的流体流。在另一构造中，喷嘴可以是沿两个轴线对称的，如图6和图8至10中任一图所示，但是沿与管道壁18、混合装置42等相交的方向取向。喷嘴16还可包括一种或多种几何形状或非几何形状，以形成适当的流体流。例如，喷嘴可由柱状部80形成，或包括柱状部80(图9)。喷嘴还可由圆锥部或截头圆锥部82形成，或包括圆锥部或截头圆锥部82。再者，喷嘴可包括诸如柱状部80和截头圆锥部82之类的几何形状的组合。喷嘴还可以铸造或加工而成。
[0034]鉴于上述观点，参照图2、图3和图6，示出了第一喷嘴构造。在该构造中，提供了沿着两个轴线对称的对称截头圆锥形喷嘴16，其具有基本平行于管道轴线Ac延伸的喷嘴轴线An以及第一流路F1。在另一构造中，参照图4、图5和图7，示出了第二喷嘴构造。在该构造中，提供了沿着单个轴线对称的偏斜或倾斜截头圆锥形喷嘴16，其具有沿不与管道轴线Ac平行的方向延伸的喷嘴轴线An和第一流路F1。在另一构造中，参照图8，喷嘴16包括接合至柱状部80的截头圆锥部82，其中经过截头圆锥部82的流体流进入柱状部80。在该构造中，喷嘴沿两个轴线对称，并提供基本平行于管道轴线Ac延伸的喷嘴轴线An以及第一流路F1。在另一构造中，参照图9，提供了与图8类似的构造；然而，流体流经过柱状部80，然后经过截头圆锥部82。在该构造中，喷嘴沿两个轴线对称，并提供基本平行于管道轴线Ac延伸的喷嘴轴线An以及第一流路F1。在再一构造中，参照图10，提供了与图9类似的构造，但是不具有柱状部80。在该构造中，喷嘴沿两个轴线对称，并提供基本平行于管道轴线Ac延伸的喷嘴轴线An以及第一流路F1。应理解，如这里所示及所述，其它构造也是可行的，可根据性能、价格、封装等确定喷嘴形状和尺寸的确切选择。
[0035]就第二流路F2而言，根据在喷嘴16和管道18之间形成的开口26的构造，第二流路可沿一个或多个方向延伸。第二流路的方向可形成为与第一流路F1、管道18、混合装置42，及其组合等相交。第二流路F2可平行于喷嘴16的轴线An、管道18的轴线Ac，或与二者都平行地延伸。可另选的是，第二流路F2可不平行于喷嘴的轴线An、管道的轴线Ac，或与二者都不平行。例如，参照图6，经过开口26的流路包括与第一流路F1、喷嘴轴线An和管道轴线Ac基本平行的基本均匀的流路。可另选的是，参照图7，第二流路F2包括第一部分41，其与第一流路F1以及喷嘴轴线An基本平行，并平行于管道轴线Ac。第二流路F2还包括第二部分43，其不平行于第一流路F1和喷嘴轴线An，但平行于管道轴线Ac。因此，应理解，由于第一流路F1、第二流路F2以及管道18之间的撞击而产生各种混合。
[0036]在图6至图10所示的构造中，管道18包括基本恒定的截面积和形状。因此，参照图6中所示的实施方式，第二流路F2的截面积由喷嘴16和管道18之间的环形空间构成，其沿流动方向增大，从而沿第二流路产生扩散器效果。相反，参照图10所示的实施方式，可形成第二流路F2的递减截面积，其中第二流路的第二速度v2增大。然而，管道18不限于直径或截面积恒定的管道，而是可形成具有变化或特殊设计的直径或截面积。
[0037]例如，在一个示例性实施方式中，管道18可包括另一排气部件(例如，排气处理装置19)的全部或一部分。如先前所提及的，这样的排气处理装置可包括选择性催化还原(SCR)装置、柴油机氧化催化器(DOC)、柴油机颗粒过滤器(DPF)等。因此，喷嘴16可布置在排气处理装置19的全部或一部分内，或者位于排气处理装置之前。作为示例，参照图16，流体控制装置10包括置于排气处理装置19的入口90内的喷嘴16。在该构造中，喷嘴16包括入口20和出口22以形成第一流路F1和第一速度v1。喷嘴16和排气处理装置19的环形壁92之间形成的截面积形成第二流路F2和第二速度v2，其中由于该递减的截面积，第二速度v2大于第一速度v1。
[0038]在另一示例中，参照图17，示出了包括置于排气处理装置内的喷嘴16的流体控制装置10。在该构造中，喷嘴16完全置于排气处理装置19的截头圆锥入口部94内。喷嘴16包括入口20，其截面积大于出口22的截面积，从而形成第一流路F1和第一速度v1。喷嘴16和排气处理装置19的截头圆锥入口部94之间形成的截面积形成第二流路F2和第二速度v2。由于第二流路F2的递增截面积以及第一流路F1的递减截面积，第二速度v2小于第一速度v1。如所示，该流体控制装置可包括一个或多个喷射器28、28′，用于将流体喷射到第一流路F1中、第二流路F2中，或者在这二者中。在另一实施例中，参照图18，喷嘴16由柱状部80和截头圆锥部82形成。在再一实施例中，参照图19和图20，分别示出了与图17和图18类似的构造。在这些构造中，入口20的截面积小于出口22的截面积，从而形成比第二速度v2小的第一速度v1。在图16至图20所示的构造中，管道轴线Ac基本平行于喷嘴轴线An。然而，应当理解，管道轴线Ac和喷嘴轴线An可以不平行，例如成角度θ。
[0039]图4和图5中所示的喷嘴的示例性实施方式示出形状基本固定的喷嘴16。然而，在一个示例性实施方式中，参照图11，构想喷嘴16的形状是可调节的。计算流体动力学(CFD)研究始终表明，与喷嘴外侧相比，喷嘴内侧的流体压力较高，其中，在更高的排气流速下，该差异会变大。因此，可使用可调喷嘴来降低流体压力和背压。在该实施方式中，喷嘴16成为几何形状可变的喷嘴。例如，喷嘴16包括上部44和下部46，其中上部可相对于下部运动。上部相对于下部的运动可通过位于喷嘴16的第一端处的枢转连接件48实现。喷嘴16的下部46包括贯通管道18延伸的控制构件50，用于下部46的运动。此外，可设置弹性构件52，用于使喷嘴16返回初始或先前构造。在该实施方式中，应当理解，可在发动机使用之前或使用期间将第一流路F1和喷嘴轴线An调节至修改后的第一流路F1′，从而获得期望的混合构造。该调节可基于流过喷嘴16的排气流速进行调节，并可通过诸如发动机控制单元等之类的控制器自动进行。
[0040]在另选的实施方式中，参照图12A和图12B，设置可偏转或可动的喷嘴16，以减小排气系统内的初始背压。该可动喷嘴包括一个或多个板簧68，这些板簧由焊接到喷嘴16上并在顶部70和/或底部72处附接至排气管道18的金属条制成。参照图12A，喷嘴16通过板簧68悬置，板簧68能使整个喷嘴作为单个部件以在较高排气流速期间垂直于该喷嘴的轴线横向运动，从而作为降低因较高排气流速形成的背压的装置。在喷嘴具有槽缝的构造中，增大槽缝和管道之间的环形空间的横向运动，会减小流动阻力和压降。在另选的实施方式中，参照图12B，通过具有上部84和下部86的喷嘴16实现背压的减小，其中上部可相对于下部运动。在该构造中，下部86通过刚性构件88刚性安装至管道18的底部72，上部84通过板簧68可动地安装至管道18的顶部70。通过板簧68实现上部84相对于下部86的运动。
[0041]可进一步改进喷嘴16，以实现对第一流路F1和第二流路F2的混合的进一步控制。例如，喷嘴可包括位于环形壁34的内部55或外部56上的一个或多个流动改进件。在一个示例性实施方式中，参照图13，流动改进件包括位于喷嘴16的第二端32处并位于环形壁34的外部56上的缘部54。缘部54还可位于喷嘴的入口或第一端30处(未示出)。在另一构造中，一个或多个突起或凹坑58或者翅片74(参见图14A和图14B)沿着环形壁34的内部55或外部56定位。另选的是，可形成从入口20、出口22，或从二者向内延伸的切口或凹槽(未示出)，以提供进一步混合。此外，喷嘴16可由螺旋状构件(convoluted member)形成。喷嘴的入口和出口可倒角，或者以其它方式成形，以形成期望的流体流动效应，等等。其它构造也是可行的。
[0042]可以任意适当的方式实现喷嘴16至管道18的附接。在一种构造中，通过将喷嘴直接焊接至管道实现喷嘴16至管道18的附接。在另一构造中，可利用一个或多个附接特征(例如，机械紧固件等)将喷嘴附接至管道。例如，参照图3和图4，设置附接特征24，用以在一个或多个位置处将喷嘴16附接至管道18。所导致的附接会在喷嘴16和管道18之间产生间隔关系，以形成第二流路F2。
[0043]在另一构造中，参照图5，可通过多孔构件60实现喷嘴16至管道18的附接。这里，多孔介质在入口20处占据喷嘴16与管道18之间环形空间的一较短轴向距离。在该构造中，多孔构件包括贯通其所形成的多个开口，用于允许排气从其中流过，从而进一步形成第二流路F2。多孔构件60可由在发动机的排气温度下仍具有弹性的任何材料形成。在一种构造中，多孔材料由陶瓷或泡沫金属形成。该多孔材料可通过任何适当手段附接至喷嘴和管道，例如通过机械紧固件、高温粘合剂、在某些环境中通过焊接等。该多孔材料产生进入第二流路时的相对均匀的速度分布。这与第二流路中的减小流速一起会产生用于在第二流路F2内喷射和分布液滴的更多驻留或占有时间，从而增加蒸发和混合时间。如在计算流体动力学(CFD)研究中所见，以这种方式使用多孔介质会增强流体的混合和蒸发。
[0044]参照图6至图10，进一步构想流体控制装置10利用一个或多个喷射器28、28′，用于将流体(例如尿素溶液、碳氢化合物燃料等)喷射到排气流中。所述一个或多个喷射器28、28′形成喷射到第一流路F1、第二流路F2，或二者中的加压流体。因此，所述一个或多个喷射器28、28′可经过贯通喷嘴16的环形壁34形成的开口延伸。在一个具体构造中，提供喷射器28，用于将流体喷射到第一流路F1和第二流路F2中的较慢流路中，以允许增加较慢运动的流体中的混合和蒸发时间。然而，还可构想，喷射器可将流体喷射到第一流路F1和第二流路F2中的较快的流路中。再者，可构想，流体控制装置将流体喷射在第一流路F1和第二流路F2二者中。应当理解，喷射器28和喷射器28′的喷洒特征(例如，流量、速度、型式等)可不同。
[0045]在一个非限制性构造中，参照图2和图3，喷射器28取向成引导加压流体与喷嘴16相交。在该构造中，喷射的流体撞击喷嘴16，从而因流体的速度和喷嘴的温度而致使喷射流体蒸发。然后，喷射流体沿着第二流路F2行进，其在该第二流路内与第一流路F1混合。喷射器与喷嘴壁所成的角度可改变，以实现期望的蒸发和混合结果。应当理解，可对通过喷射器28或喷射器28′喷射的流体进行定位并取向，以实现与环形壁34的内部55或外部56的期望撞击。
[0046]在一个示例性实施方式中，流体控制装置10还包括位于喷嘴下游的一个或多个混合装置42，用于混合排气，和/或使排气与来自喷射器28的喷射流体混合。这样的混合装置可包括垫圈、半垫圈、偏转器、排气流混合器、涡流装置、穿孔板或非穿孔板等。例如，参照图15，示出了两个半垫圈混合装置64、65。在该构造中，喷嘴轴线An朝向管道18和第一半垫圈混合装置64取向。来自第一流路F1和第二流路F2的排气撞击第一半垫圈，从而致使排气向上朝向第二半垫圈混合装置65。在撞击第二半垫圈混合装置65时，排气被引向下。所产生的流向排气处理装置19的排气流是，流向排气处理装置19的基本均匀分布的排气和蒸汽，以及基本均匀分布的排气和未蒸发的喷射流体液滴，从而形成第三流路和速度。
[0047]流体控制装置10的示例性实施方式可用在不同发动机应用中，这些发动机应用包括汽油机、柴油机、混合动力发动机、灵活燃料发动机等。还可构想，流体控制装置10可用于这些发动机的一个或多个排气处理装置。例如，流体控制装置可用于向选择性催化还原(SCR)装置、柴油机氧化催化器(DOC)、柴油机颗粒过滤器(DPF)及其组合等提供型式(pattern)基本均匀的排气，包括尿素或燃料蒸汽和/或液滴。在另一示例性实施方式中，在排气系统的排气流中设置多个喷嘴16，其中额外的喷嘴用于使喷射流体(未蒸发的流体及蒸汽)与排气进一步混合。这类似于利用排气流混合器、涡流装置、穿孔板等，或者甚至是排气管道内的小管，以增强由单个喷嘴实现的混合和蒸发。可将该多个喷嘴可串联放置，或者可在它们之间穿插其它部件，例如排气处理装置等。
[0048]流体控制装置10的关键特性在于将排气流分到两个或更多个流路中，其中一个流路作为喷嘴使排气流加速，另一个作为扩散器使排气流减速，并且其中将流体喷射到缓慢运动的气体中，或者说扩散器区域中，以增加其驻留和占有时间，因此增强排气流内的蒸发和混合。然而，应当理解，本发明的范围还包括将气体或液体喷射到扩散器区段、喷嘴区段或者二者中，以适应具体环境、混合和封装目标。本发明的范围还包括这样的构造，其中一个流路使排气增速或减速(如在喷嘴或扩散器构造中一样)，而另一个流路既不进行增速也不进行减速。在从喷嘴出来或行进经过喷嘴时，这两个具有不同速度的流路重新结合并混合。而且，某些实施方式，例如具有或不具有板簧的几何形状可变的喷嘴，可降低发动机排气系统内的背压。喷嘴和管道还可设计为(例如，将形状、尺寸或其它构造设定为)权衡混合、蒸发、背压、包装、成本等进行优化。
[0049]尽管已描述并示出了示例性实施方式，然而本领域技术人员应理解，在不背离本发明范围的情况下，可进行各种更改并且可用等价物替代其元件。此外，在不背离本发明实质范围的情况下，可对这些教导进行多种修改以适应具体情况或材料。因此，本发明理应不限于作为实施本发明所构想的最佳模式而公开的具体实施方式，而是包括落于所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (20)

1.一种流体流控制装置，所述流体流控制装置用于接收来自发动机的排气并朝向排气处理装置引导所述排气，包括：
布置在所述发动机的排气管道内的喷嘴，所述喷嘴包括入口和出口，用于形成穿过所述喷嘴的第一流路，将所述喷嘴与所述排气管道隔开，用于在所述喷嘴与所述排气管道之间形成第二流路；以及
布置在所述喷嘴附近的喷射器，将所述喷射器取向成将加压流体引入所述第一流路或所述第二流路。
2.根据权利要求1所述的流体流控制装置，其特征在于，所述加压流体被引向与所述喷嘴相交。
3.根据权利要求2所述的流体流控制装置，其特征在于，所述喷嘴的形状至少局部为截头圆锥。
4.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，被所述喷射器引导的所述加压流体包括尿素溶液或碳氢化合物燃料。
5.根据权利要求4所述的流体控制装置，其特征在于，所述喷射器将所述尿素溶液或碳氢化合物燃料喷射到较慢运动的流路中。
6.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，进一步包括布置在所述喷嘴的入口处的多孔材料，所述多孔材料形成所述第二流路的一部分。
7.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，穿过所述喷嘴的所述第一流路包括与所述管道相交的轴线。
8.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，所述第一流路包括第一轴线，所述排气管道包括第二轴线，所述第一轴线和所述第二轴线相互不平行。
9根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，所述喷嘴包括贯通环形壁形成的一个或多个开口，所述一个或多个开口构造成在所述第一流路和第二流路之间提供流体流。
10.一种用于发动机的排气处理系统，包括：
排气处理装置；
位于所述排气处理装置的至少一部分上游的流体流控制装置，所述流体流控制装置包括：布置在排气管道内的喷嘴，所述喷嘴包括入口和出口，用于形成穿过所述喷嘴的第一流路，所述喷嘴与所述排气管道隔开，用于在所述喷嘴与所述排气管道之间形成第二流路；以及
布置在所述流体流控制装置的所述喷嘴附近的喷射器，将所述喷射器取向成在所述喷嘴附近将加压流体引入所述第一流路或第二流路。
11.根据权利要求10所述的排气处理系统，其特征在于，所述排气处理装置包括选择性催化还原装置，并且由所述喷射器引导的所述加压流体包括尿素溶液。
12.根据权利要求10所述的排气处理系统，其特征在于，所述排气处理装置包括柴油机颗粒过滤器，并且由所述喷射器引导的所述加压流体包括碳氢化合物燃料。
13.根据权利要求10所述的排气处理系统，其特征在于，进一步包括位于所述喷嘴下游的混合装置，所述第一流路或所述第二流路与所述混合装置相交。
14.一种在发动机的排气管道内分散排气流的方法，所述方法包括：
使第一部分排气流过布置在所述排气管道内的喷嘴，以形成第一流路，所述喷嘴包括入口和出口；
使第二部分排气流在所述喷嘴和所述排气管道之间流动，以形成第二流路；
向所述第一流路或所述第二流路内喷射加压流体；以及
使所述第一部分排气、所述第二部分排气和所述喷射流体在穿过所述喷嘴时相结合，从而形成混合物。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在离开所述喷嘴时，所述第一部分排气和所述第二部分排气具有不同的速度。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述排气的第一流路包括与所述第二部分排气相交的轴线。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述排气的第一流路包括与所述排气管道相交的轴线。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述加压流体被引向与所述喷嘴相交。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括使所述混合物流入排气处理装置的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，喷射流体的步骤包括将尿素溶液或碳氢化合物燃料喷射到所述较慢运动的流路内，从而致使所述尿素溶液或碳氢化合物燃料蒸发。
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