CN102182533B - 空气辅助喷射器以及包括其的喷射系统和排气处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空气辅助喷射器以及包括其的喷射系统和排气处理系统。一种空气辅助流体喷射器包括：具有喷嘴孔的喷射器壳体；以及喷射器喷嘴，所述喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴孔中且一端具有暴露的喷射器表面，所述喷射器表面从喷嘴孔的端部凸出，所述喷射器喷嘴在另一端具有流体管道，所述流体管道从流体入口朝喷射器表面延伸且通向多个流体出口管道，所述多个流体出口管道延伸到在喷射器表面上隔开的相应多个流体出口，所述多个流体出口能操作提供预定喷射型式。所述喷射器还包括空气管道，所述空气管道在喷射器喷嘴的另一端上具有空气入口，所述空气管道延伸通过喷射器壳体且通向邻近喷射器表面的多个空气管道出口，每个空气管道出口延伸到相应流体管道出口且通向相应流体管道出口。

Description

空气辅助喷射器以及包括其的喷射系统和排气处理系统
技术领域
本发明的示例性实施例涉及排气后处理系统，且更具体地涉及碳氢化合物（HC）喷射器、包括其的HC喷射系统以及制造和使用其的方法。
背景技术
排气后处理系统，尤其是车辆系统，日益增加地使用碳氢化合物喷射以处理排气流的各种排气成分。例如，配备有柴油发动机的车辆通常包括排气系统，排气系统可具有柴油颗粒过滤器，用于从排气流去除颗粒物质。在使用时，碳烟或其它碳基颗粒物质（PM）积聚在柴油颗粒过滤器上。为了防止柴油颗粒过滤器变得过量加载，柴油颗粒过滤器通过烧掉（即，氧化）积聚在过滤器上的颗粒来定期再生。再生的一种方法是将HC（例如，燃料）喷射到排气流中以便燃烧，例如通过使用氧化催化剂，以升高排气温度且促进过滤器中积聚的PM的燃烧。
除了用于去除PM的颗粒过滤器之外，排气系统可以配备有催化装置，用于去除或控制其它不期望排放成分，如一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOX）。催化装置例如稀NOX催化剂、选择性催化还原（SCR）催化剂和稀NOX捕集器。这些装置也可以使用HC喷射，以促进催化反应或者再生催化剂材料。
HC可以通过控制燃烧过程来提供，从而未燃烧的HC在排气流中保持后燃烧。HC也可以通过将HC直接喷射到排气后处理系统中来提供，例如通过使用燃料喷射器，所述燃料喷射器通过各种燃料管道操作性地附连到燃料箱。虽然直接喷射已经用于该目的，但是其用途受到提供低成本喷射器的能力的限制，所述喷射器充分地雾化燃料以便汽化且在排气后处理系统中燃烧，且也抵抗排气流中存在的PM和其它成分的阻塞或堵塞。HC的不充分雾化会导致排气处理装置的不完全燃烧或转化，从而允许HC逃逸通过系统且释放到外部环境。HC逃逸也降低发动机的总体燃料效率，且在车辆应用中降低车辆效率。
因此，期望提供改进燃料雾化、减少HC逃逸并改进发动机和车辆燃料效率的燃料喷射器。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，提供一种空气辅助流体喷射器。所述喷射器包括具有喷嘴孔的喷射器壳体。所述喷射器还包括喷射器喷嘴，所述喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴孔中且一端具有暴露的喷射器表面，所述喷射器表面从喷嘴孔的端部凸出，所述喷射器喷嘴在另一端具有流体管道，所述流体管道从流体入口朝喷射器表面延伸且通向多个流体出口管道，所述多个流体出口管道延伸到喷射器表面上的相应多个流体出口。所述喷射器还包括空气管道，所述空气管道在喷射器喷嘴的另一端上具有空气入口，所述空气管道延伸通过喷射器壳体且通向邻近喷射器表面的多个空气管道出口，每个空气管道出口延伸到相应流体管道出口且通向相应流体管道出口，其中，所述多个流体出口在喷射器表面上隔开且能操作提供流体和空气的预定喷射型式。
在本发明的另一个示例性实施例中，提供一种空气辅助流体喷射器系统。所述系统包括喷射器，所述喷射器包括：具有喷嘴孔的喷射器壳体；喷射器喷嘴，所述喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴孔中且一端具有暴露的喷射器表面，所述喷射器表面从喷嘴孔的端部凸出，所述喷射器喷嘴在另一端具有流体管道，所述流体管道从流体入口朝喷射器表面延伸且通向多个流体出口管道，所述多个流体出口管道延伸到喷射器表面上的相应多个流体出口；以及空气管道，所述空气管道在喷射器喷嘴的另一端上具有空气入口，所述空气管道延伸通过喷射器壳体且通向邻近喷射器表面的多个空气管道出口，每个空气管道出口延伸到相应流体管道出口且通向相应流体管道出口；其中，所述多个流体出口在喷射器表面上隔开以提供预定喷射型式。所述系统还包括加压流体源，所述加压流体源通过流体源管道流体地联接到流体管道的入口，以便将加压流体释放到喷射器中。此外，所述系统包括加压空气源，所述加压空气源通过空气源管道流体地联接到空气管道的入口，以便将加压空气释放到喷射器中。另外，所述系统还包括控制器，所述控制器与加压流体源和加压空气源信号连通，且配置成控制加压流体流和加压空气流从喷射器以预定喷射型式释放。
在本发明的又一个示例性实施例中，提供一种具有空气辅助流体喷射器系统的内燃机和排气处理系统。所述系统包括内燃机和排气处理系统，所述排气处理系统包括至少一个排气处理装置，所述至少一个排气处理装置通过排气管道流体地联接到发动机且配置成从其接收排气流。所述系统还包括喷射器系统，所述喷射器系统包括喷射器，所述喷射器包括：具有喷嘴孔的喷射器壳体；喷射器喷嘴，所述喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴孔中且一端具有暴露的喷射器表面，所述喷射器表面从喷嘴孔的端部凸出，所述喷射器喷嘴在另一端具有流体管道，所述流体管道从流体入口朝喷射器表面延伸且通向多个流体出口管道，所述多个流体出口管道延伸到喷射器表面上的相应多个流体出口，所述多个流体出口在喷射器表面上隔开以提供预定喷射型式；空气管道，所述空气管道在喷射器喷嘴的另一端上具有空气入口，所述空气管道延伸通过喷射器壳体且通向邻近喷射器表面的多个空气管道出口，每个空气管道出口延伸到相应流体管道出口且通向相应流体管道出口；以及喷射器壳体凸台，所述喷射器壳体凸台在一端具有壳体部分且在另一端具有喷嘴部分，所述喷射器壳体可拆卸地设置在壳体部分中，喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴部分中；其中，所述喷射器壳体凸台附连到排气处理装置上游的排气管道且所述多个流体出口与排气流处于流体连通。另外，所述系统还包括加压流体源，所述加压流体源通过流体源管道流体地联接到流体管道的入口，以便将加压流体释放到喷射器中。此外，所述系统包括加压空气源，所述加压空气源通过空气源管道流体地联接到空气管道的入口，以便将加压空气释放到喷射器中。另外，所述系统还包括控制器，所述控制器与加压流体源和加压空气源信号连通，且配置成控制加压流体流和加压空气流从喷射器以预定喷射型式释放。
方案1. 一种空气辅助流体喷射器，包括：
具有喷嘴孔的喷射器壳体；
喷射器喷嘴，所述喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴孔中且一端具有暴露的喷射器表面，所述喷射器表面从喷嘴孔的端部凸出，所述喷射器喷嘴在另一端具有流体管道，所述流体管道从流体入口朝喷射器表面延伸且通向多个流体出口管道，所述多个流体出口管道延伸到喷射器表面上的相应多个流体出口；以及
空气管道，所述空气管道在喷射器喷嘴的另一端上具有空气入口，所述空气管道延伸通过喷射器壳体且通向邻近喷射器表面的多个空气管道出口，每个空气管道出口延伸到相应流体管道出口且通向相应流体管道出口，其中，所述多个流体出口在喷射器表面上隔开且能操作提供流体和空气的预定喷射型式。
方案2. 根据方案1所述的喷射器，其中，所述多个流体出口管道从喷射器喷嘴的轴线朝喷射器表面发散。
方案3. 根据方案2所述的喷射器，其中，所述多个流体出口管道从流体管道的轴线以角度（α）发散。
方案4. 根据方案3所述的喷射器，其中，α是大约8°至大约11°。
方案5. 根据方案2所述的喷射器，其中，预定喷射型式包括成锥形发散喷射型式。
方案6. 根据方案1所述的喷射器，其中，所述多个流体出口在喷射器表面上围绕喷射器喷嘴轴线径向隔开。
方案7. 根据方案2所述的喷射器，其中，所述多个空气出口管道朝喷射器表面会聚。
方案8. 根据方案1所述的喷射器，其中，空气管道通向在喷嘴孔和喷射器喷嘴的外表面之间形成的周向压力通风系统，且所述多个空气管道出口从压力通风系统通向喷射器喷嘴。
方案9. 根据方案1所述的喷射器，还包括：
喷射器壳体凸台，所述喷射器壳体凸台在一端具有壳体部分且在另一端具有喷嘴部分，所述喷射器壳体可拆卸地设置在壳体部分中，喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴部分中。
方案10. 根据方案9所述的喷射器，其中，喷嘴部分具有配置成接收预定喷射型式的向外成锥形孔。
方案11. 一种空气辅助流体喷射器系统，包括：
喷射器，所述喷射器包括：具有喷嘴孔的喷射器壳体；喷射器喷嘴，所述喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴孔中且一端具有暴露的喷射器表面，所述喷射器表面从喷嘴孔的端部凸出，所述喷射器喷嘴在另一端具有流体管道，所述流体管道从流体入口朝喷射器表面延伸且通向多个流体出口管道，所述多个流体出口管道延伸到喷射器表面上的相应多个流体出口；以及空气管道，所述空气管道在喷射器喷嘴的另一端上具有空气入口，所述空气管道延伸通过喷射器壳体且通向邻近喷射器表面的多个空气管道出口，每个空气管道出口延伸到相应流体管道出口且通向相应流体管道出口；其中，所述多个流体出口在喷射器表面上隔开且能操作提供流体和空气的预定喷射型式；
加压流体源，所述加压流体源通过流体源管道流体地联接到流体管道的入口，以便将加压流体释放到喷射器中；
加压空气源，所述加压空气源通过空气源管道流体地联接到空气管道的入口，以便将加压空气释放到喷射器中；以及
控制器，所述控制器与加压流体源和加压空气源信号连通，且配置成控制加压流体流和加压空气流从喷射器以预定喷射型式释放。
方案12. 根据方案11所述的喷射器系统，还包括：
喷射器壳体凸台，所述喷射器壳体凸台在一端具有壳体部分且在另一端具有喷嘴部分，所述喷射器壳体可拆卸地设置在壳体部分中，喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴部分中。
方案13. 根据方案12所述的喷射器系统，其中，喷嘴部分具有配置成接收预定喷射型式的向外成锥形孔。
方案14. 根据方案11所述的喷射器系统，其中，加压流体包括碳氢化合物或尿素溶液。
方案15. 根据方案14所述的喷射器系统，其中，加压流体是碳氢化合物，包括柴油燃料或汽油。
方案16. 一种具有空气辅助流体喷射器系统的内燃机和排气处理系统，包括：
内燃机；
排气处理系统，所述排气处理系统包括至少一个排气处理装置，所述至少一个排气处理装置通过排气管道流体地联接到发动机且配置成从其接收排气流；
喷射器系统，所述喷射器系统包括喷射器，所述喷射器包括：具有喷嘴孔的喷射器壳体；喷射器喷嘴，所述喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴孔中且一端具有暴露的喷射器表面，所述喷射器表面从喷嘴孔的端部凸出，所述喷射器喷嘴在另一端具有流体管道，所述流体管道从流体入口朝喷射器表面延伸且通向多个流体出口管道，所述多个流体出口管道延伸到喷射器表面上的相应多个流体出口，所述多个流体出口在喷射器表面上隔开以提供预定喷射型式；空气管道，所述空气管道在喷射器喷嘴的另一端上具有空气入口，所述空气管道延伸通过喷射器壳体且通向邻近喷射器表面的多个空气管道出口，每个空气管道出口延伸到相应流体管道出口且通向相应流体管道出口；以及喷射器壳体凸台，所述喷射器壳体凸台在一端具有壳体部分且在另一端具有喷嘴部分，所述喷射器壳体可拆卸地设置在壳体部分中，喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴部分中；其中，所述喷射器壳体凸台附连到排气处理装置上游的排气管道且所述多个流体出口与排气流处于流体连通；
加压流体源，所述加压流体源通过流体源管道流体地联接到流体管道的入口，以便将加压流体释放到喷射器中；
加压空气源，所述加压空气源通过空气源管道流体地联接到空气管道的入口，以便将加压空气释放到喷射器中；以及
控制器，所述控制器与加压流体源和加压空气源信号连通，且配置成控制加压流体流和加压空气流从喷射器以预定喷射型式释放。
方案17. 根据方案16所述的内燃机和排气处理系统，其中，来自于喷射器的预定喷射型式的加压流体流和加压空气流以下游方向释放。
方案18. 根据方案16所述的内燃机和排气处理系统，其中，所述流体包括柴油燃料或汽油，加压流体源包括流体地联接到燃料箱的燃料泵。
方案19. 根据方案18所述的内燃机和排气处理系统，其中，所述源还包括用于将加压燃料释放到喷射器中的燃料压力调节器和阀。
方案20. 根据方案16所述的内燃机和排气处理系统，其中，加压空气源包括空气压缩机，所述空气压缩机流体地联接到空气压力调节器和阀，用于将加压空气释放到喷射器。
本发明的上述特征和优点及其他特征和优点从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述结合附图显而易见。
附图说明
其它目的、特征、优点和细节在实施例的以下详细描述中仅通过示例的方式显现，以下详细描述参考附图，在附图中：
图1是包括本文公开的空气辅助HC喷射器的发动机和排气处理系统的示意图；
图2是图1的HC喷射器和排气管道的局部截面图连同本文公开的HC喷射器系统和排气处理系统的示例性实施例的某些元件的示意图；
图3是本文公开的HC喷射器的示例性实施例的透视图；
图4是沿截面4-4截取的图3的喷射器的截面透视图；
图5是图3的HC喷射器的喷射器喷嘴的透视图；
图6是沿截面6-6截取的图5的喷射器喷嘴的截面透视图；
图7是图3的HC喷射器的喷射器壳体的透视图；
图8是沿截面8-8截取的图7的喷射器壳体的截面透视图；
图9是图3的HC喷射器的喷射器壳体凸台的透视图；
图10是沿截面10-10截取的图9的喷射器壳体凸台的截面透视图；以及
图11是图3的HC喷射器的喷射器喷嘴/喷射器壳体组件和喷射器壳体凸台的拆装截面透视图。
具体实施方式
参考图1-11，根据本发明的示例性实施例，示出了包括HC喷射系统10的发动机1和相关排气后处理系统2。HC喷射系统10包括至少一个HC喷射器12。通过借助于使用由空气压缩机供应的压缩空气来增强喷射到系统中的燃料的雾化和汽化，HC喷射系统10和HC喷射器12有利地减少通过排气后处理系统2的碳氢化合物逃逸，如本文进一步所述。
用于处理来自于内燃机1的排气流11的组件包括图1所示的排气后处理系统2。排气后处理系统2包括多个排气处理装置4且配置成流体地且操作性地附连到内燃机1。排气后处理系统2可与任何内燃机一起使用，包括各种汽油和柴油发动机。在图1所示的实施例中，排气处理装置4包括柴油氧化催化剂（DOC）18和柴油颗粒过滤器（DPF）20；然而，可以使用任何合适的排气处理装置，包括具有用于处理排气供应流的成分的各种能力的排气处理装置，包括氧化、选择性催化还原、HC计量和颗粒过滤。示例包括催化或未催化柴油颗粒过滤器、空气泵、外部加热装置、硫捕集器、磷捕集器、选择性还原装置（包括碳氢化合物选择性催化还原（HC-SCR）催化剂、尿素选择性催化还原（U-SCR）催化剂）、NOX捕集器、POX重整器等。在示例性实施例中，发动机1是柴油发动机。排气后处理系统2和排气处理装置4可使用一个或多个排气管或管道14流体地附连到发动机1。
如图1和2所示，HC喷射（HCI）系统10配置成将合适的HC通过HC喷射器12喷射到排气后处理系统2和排气流11中，以便与排气处理装置4结合使用。可以使用任何合适的HC源；然而，期望使用与用于给发动机供应燃料相同的HC源，从而HC可以从用于给发动机供应燃料的燃料源抽吸，例如在可移动车辆的情况下是车载燃料箱或者在固定发动机安装的情况下是连接到燃料分配系统的供应管线。例如，在车辆柴油发动机中，柴油燃料可以从车载箱抽吸，以用作HCI系统10中的HC。HC源可以包括汽油或柴油燃料，HCI系统10和HC喷射器12可以分别指代燃料喷射系统和燃料喷射器。HCI系统10通过燃料管道22操作性地且流体地连接到HC源，以提供由箭头21表示的燃料流。燃料从源（如燃料箱）使用高压燃料泵24泵送。加压燃料流21通过下游燃料管道22泵送到下游燃料调节器26。燃料调节器26操作性地且流体地连接到下游燃料管道22和电磁阀28。燃料调节器26可配置成控制燃料管道22中的燃料压力。在示例性实施例中，燃料调节器26配置成保持下游燃料管道22中的恒定燃料压力。燃料电磁阀28配置成打开和关闭以将燃料流21中的加压燃料释放到管道22中，最终进入排气后处理系统2和排气管道14，以便与排气流11混合。燃料调节器26和燃料电磁阀28与控制器36（如，发动机控制单元（ECU））信号连通。燃料流21通过燃料电磁阀28的操作释放到HC喷射器12和管道14中，例如通过根据占空因子使阀循环打开和关闭，所述占空因子可以由控制器36控制以将预定量的燃料释放到系统2中。占空因子可以是预定占空因子且可以与发动机速度、或发动机扭矩、或其组合、或排气后处理系统2中的操作状况（如，DPF 20上游系统中的背压或温度）相关，以将预定量的燃料释放到管道14中。在示例性实施例中，预定量可以是足以在DOC 18中引起放热反应的量。
如图2所示，在示例性实施例中，HCI系统10包括HC喷射器12和加压空气源。加压空气从加压空气源通过加压空气管道30供应且作为由箭头31所示的加压空气流流动。可以使用任何合适的加压空气源来供应加压空气。在示例性实施例中，加压空气源包括空气压缩机32。在示例性实施例中，空气辅助HCI系统10也可以包括空气调节器34以控制来自于空气压缩机32的压缩空气流31的压力、流率或其组合。在示例性实施例中，如图2所示，空气压缩机32和空气调节器34两者都可以与控制器36信号连通，控制器36配置成将空气流31的压力、或流率、或其组合或其它方面控制为预定水平或多个预定水平，例如，与多个预定燃料流21相关的多个预定空气流31的数据表。在示例性实施例中，空气流31的预定压力、或流率、或其组合或其它方面可以与发动机速度、或发动机扭矩、或其组合、或排气后处理系统2的排气背压或其它方面相关，如本文所述。压缩机32可以定期地或连续地操作，且可以定期地或连续地提供加压空气流31，同时发动机被操作以保持其压力、或流率或其组合大于管道14内的排气流11的压力（尤其是在HC喷射器12的位置处），且足以防止HC喷射器12通过碳烟积聚而阻塞，尤其是在HC喷射器12的末端部分上以及暴露于管道14内的排气流11的孔中。加压空气管道30中的空气压力也应当高于燃料管道22中的燃料压力以增强燃料雾化和汽化且减少燃料进入空气管道30（包括HC喷射器12内的空气管道）的可能性或者防止燃料进入空气管道30，如本文所述。
如图3-11所示，在示例性实施例中，HC喷射器12包括三个部件的组件，喷射器壳体凸台38、喷射器壳体40和空气辅助HC喷射器喷嘴42。喷射器壳体凸台38、喷射器壳体40和空气辅助HC喷射器喷嘴42中的每个及其组装在下文描述。
如图3-6和11所示，HC喷射器喷嘴42可由任何合适的高温材料制成，包括各种高温金属或金属合金，具体地是各种级别的钢。在示例性实施例中，可以使用各种级别的不锈钢以形成HC喷射器喷嘴42，尤其是抵抗与各种HC材料（包括常用的液体燃料，如柴油和汽油（包括还具有乙醇的各种汽油制剂））相关的腐蚀以及抵抗与高温排气流的成分相关的高温氧化或腐蚀的那些级别。HC喷射器喷嘴42可具有任何合适的尺寸（例如，长度和直径）。在所示示例性实施例中，HC喷射器喷嘴42具有大致圆柱形形状，在一端上具有锥形喷嘴末端43且在相对端上具有突起头部45，锥形喷嘴末端43和突起头部45由圆柱形部段47隔开。突起头部45还可以包括螺栓头形状，具有常规螺栓头的六边形方向平坦部49，可与合适的工具（例如，扳手）一起使用以便在喷射器壳体40内旋转HC喷射器喷嘴42，以获得本文所述的空气管道33的部分的对齐。在HC喷射器喷嘴42在喷射器壳体40内组装和固定之后，平坦部49还可以用于将HC喷射器喷嘴42和喷射器壳体40的组件转动到喷射器壳体凸台38中，如本文公开的那样。圆柱形部段47配置成在喷射器壳体40内可密封地接合。在图3-11的示例性实施例中，可密封地接合可通过将HC喷射器喷嘴42焊接到喷射器壳体40上获得，如本文公开的那样。
HC喷射器喷嘴42包括在突起头部45中的燃料管道入口44，燃料管道入口44通向燃料管道46。燃料管道入口44可配置成与燃料管线附连且密封接合，例如通过包含多个螺纹（未示出）以允许带螺纹燃料管线（未示出）的密封接合。燃料管道46从突起头部45延伸通过圆柱形部段47进入锥形喷嘴末端43。燃料管道46可具有任何合适的形状，在图3-6和11所示的示例性实施例中，包括HC喷射器喷嘴42内的大致盲中心孔51。中心孔51可具有任何合适的尺寸（例如，直径和长度），足以将期望燃料流21传输给排气处理系统2，在示例性应用中包括大约0.125 in.至大约0.25 in.的直径。燃料管道46可具有任何合适的长度，通常被确定以适合HC喷射器12的预定包装。大致盲中心孔51的封闭端可在孔的封闭端处包括向内变窄的锥体53。锥体的锥角和长度属于设计选择的问题。中心孔51描述为大致盲的，因为在中心孔51终止于锥形喷嘴末端43内时，燃料管道46具有通过网状结构提供的多个出口48，该网状结构包括多个较小的燃料出口管道64。
燃料出口管道64从沿燃料管道46隔开的相应多个出口管道入口63延伸。在图3-11的示例性实施例中，出口管道入口63沿燃料管道46轴向隔开相同的轴向距离且具有周向隔开的位置，在围绕管道轴线55的相邻入口之间提供相同的角间距；然而，应当理解的是，对于每个入口，轴向距离可以不同，且入口的周向位置可以选择以在相邻入口之间提供不同的角间距。在图3-11的示例性实施例中，周向隔开的出口管道入口63设置在锥体53上且延伸到喷射器表面66上的相应多个出口管道出口48。
燃料出口管道64的尺寸、间距、数量和角度取向将被选择以适合燃料流21的预定流率、喷射型式或其组合。更具体地，燃料管道46和燃料出口管道64将被选择以提供充分的燃料以实现和保持DOC 18中的预定放热氧化反应且实现和保持该装置的预定温度。通常，燃料出口管道64的尺寸和数量将尽可能小，以实现预定流率或喷射型式61，且将取决于燃料压力和空气压力以及空气管道33和燃料管道46的直径。在示例性实施例中，燃料出口管道64的尺寸可包括大约0.0118 in.至大约0.0197 in.的直径。可以采用任何合适数量的燃料出口管道64以实现预定喷射型式61。在图3-11的示例性实施例中，有大约10个等间隔的燃料出口管道64，在其它示例性实施例中，可以采用大约7至大约10个管道。燃料出口管道64可具有任何合适的形状，包括各种直圆柱形和弯曲圆柱形。在图3-6和11所示的实施例中，燃料出口管道64具有直圆柱形。燃料出口管道64可在HC喷射器喷嘴42和锥形喷嘴末端43内具有任何合适的取向。在图3-6和11所示的示例性实施例中，周向隔开的燃料出口管道64在它们在位于锥体53上的出口管道入口63和位于喷射器表面66上的出口管道出口48之间远离管道轴线55发散时保持其周向间距。燃料出口管道64的轴线57和管道轴线55的发散角（β）（图6）可以是任何合适的角度，包括锐角，具体地是小于大约11°的发散角（β），更具体地，β小于大约8°。燃料出口管道的数量、尺寸、形状、周向位置、角间距和发散角（β）提供了离开管道的燃料的预定喷射型式61（图2）。在图3-6和11所示的实施例中，相应燃料出口管道64的轴线57落入发散圆锥平面内，使得由通过这些管道的燃料流21形成的预定喷射型式61（图2）包括远离喷射器表面66的发散型式，更具体地发散锥形喷射型式。发散预定喷射型式61（图2）是期望的以增强燃料流在排气流11中的空气辅助扩散。虽然发散预定喷射型式61（图2）是期望的以增强扩散，但是应当理解的是，上述燃料出口管道64的特性可改变以提供具有许多其它形状的预定喷射型式61，包括平行或会聚喷射型式。燃料流21在排气流11中的增强扩散促进燃料的更完全因而更有效的氧化，从而减少用于排气后处理系统2中的燃料需求且增强发动机1的燃料经济性，且对于用于车辆应用中的发动机1，增强车辆的燃料经济性，在该车辆中使用发动机1和排气后处理系统2。
如图3-6、8和11所示，HC喷射器喷嘴42还包括空气管道33部分，空气管道33延伸通过HC喷射器12且将加压空气流31流体地联接到燃料流21，以提供本文关于由HC喷射器12喷射的燃料所述的空气辅助。空气管道33包括在HC喷射器12内的多个部分，包括设置在HC喷射器喷嘴42的突起头部45中的头部50、位于喷射器壳体40内的壳体部分54以及位于HC喷射器喷嘴42的锥形喷嘴末端43内的多个空气管道出口58。空气管道33的头部50包括圆柱形孔，具有入口67和出口68。头部50的入口67用作空气管道33的入口（图4-6）。如图2所示，空气管道30使用常规流体联接件（如，各种形式的带螺纹或快速/卡扣连接密封配件（未示出））在入口67处流体地联接到空气管道33，用于提供加压空气流31。如图3、4、7和8所示，壳体部分54包括从喷射器壳体40的安置肩部81轴向向内延伸的圆柱形孔80。圆柱形孔80从入口83延伸到出口85。在出口85处，圆柱形孔通向周向凹槽84，如图4和8中所示的圆柱形周向凹槽。在喷射器壳体40和喷射器喷嘴42组装之后，周向凹槽84和斜面62限定压力通风系统87，压力通风系统87流体地联接到多个空气管道出口58且配置成将加压空气流31供应给所述多个空气管道出口58。在HC喷射器喷嘴42和喷射器壳体40组装之后，头部50、壳体部分54和空气管道出口58对齐且流体地联接以形成空气管道33。
如图1、2、5和6所示，所述多个空气管道出口58包括多个细圆柱形孔，相对于空气管道33的其它部分相对较小，但是具有与所述多个燃料出口管道64的直径截面类似的直径。如图4-6和11所示，空气管道出口58平行于锥形喷嘴末端43的表面且从位于圆柱形部段47的斜面肩部56上的入口59延伸。空气管道出口58从入口58到出口60向内会聚，出口60通向相应燃料出口管道64。空气管道出口轴线67相对于管道轴线55以会聚角（δ）向内会聚。空气管道出口58沿其长度在多个位置处通向燃料管道出口64，所述位置取决于锥形喷嘴末端43的尺寸（例如，长度和直径）以及会聚角（δ）。在图4-6和11所示的实施例中，空气管道出口58是直圆柱形孔，且空气管道出口58的多个轴线67会聚到管道轴线55上的一个点，会聚角（δ）对于每个空气管道出口58来说相同；然而，取决于建立预定喷射型式61（图2）的要求，会聚角（δ）也可以彼此不同。类似地，每个空气管道出口58的尺寸、形状和空间取向可以选择，以在沿燃料管道出口64的长度的预定出口60位置处通向相应燃料管道出口64。取决于设计要求，预定出口60位置可以对于所有燃料管道出口64来说相同或者可以对于每个燃料管道出口64来说不同。在图4-11的实施例中，空气管道出口58的预定出口60位置对于所有出口都相同，即邻近燃料管道出口64的出口48。出口60设置在该位置刚好在燃料离开HC喷射器喷嘴42时将来自于空气流31的加压空气喷射到加压燃料流21中，从而促进燃料扩散以及氧添加到排气管道14中，且增强排气装置4的操作，包括在DOC 18内的放热氧化反应和DPF 20内颗粒物质的转化，如本文所公开的那样。此外，将加压空气喷射到在出口48附近的燃料出口管道64中也防止在HC喷射器12操作时排气流11中的碳烟或其它颗粒物质积聚在喷射器表面66上或在燃料出口管道64内，或者趋于清除在喷射器未操作时可能积聚在这些位置处的任何这种颗粒物质。空气管道出口58的数量应该至少与燃料出口管道64的数量一样多（即，1：1的比率）；然而，多于一个空气管道出口58可以与每个燃料出口管道64相关（即，比率大于1：1）。入口59可位于与在圆柱形部段47上靠近锥形喷嘴末端43形成的斜面62相关的倾斜斜面肩部56上。
如图4、7和8所示，喷射器壳体40配置成接收HC喷射器喷嘴42。喷射器壳体40是大致圆柱形管。喷射器壳体40可以由任何合适的高温材料制成，包括与上文针对HC喷射器喷嘴42所述相同的材料。喷射器壳体40包括中央喷嘴孔78，中央喷嘴孔78配置成接收HC喷射器喷嘴42，具体地圆柱形部段47。喷射器壳体40还包括空气管道33的壳体部分54，为具有入口83和出口85的圆柱形孔80的形式，如本文所述。喷射器壳体40还包括周向凹槽84。如图3、4和11所示，喷射器壳体40和喷射器喷嘴42通过将圆柱形部段47插入喷嘴孔78中直到突起头部45的安置肩部41坐靠喷射器壳体40的安置肩部81来组装，空气管道33的头部50和壳体部分54沿所示空气管道轴线35轴向对齐。一旦以所述方式组装，HC喷射器喷嘴42和喷射器壳体40可通过周向焊接件86固定地彼此附连。焊接件86也形成不透空气的密封件，从而确保空气管道33的整体性。喷射器壳体40的外表面还包括可以用于将喷射器壳体40附连到喷射器壳体凸台38上的表面88，例如螺纹部分89。一旦喷射器壳体40和喷射器喷嘴42以所述方式组装，它们形成喷嘴/壳体组件90。导销可插入到头部50和壳体部分54中，以便在形成焊接件86期间提供上述对齐，以确保空气管道33的整体性，且可以在形成喷嘴/壳体组件90后移除。
如图9-11所示，喷射器壳体凸台38是配置成接收喷嘴/壳体组件90的大致管状结构。喷射器壳体凸台38配置用于附连到排气管道14以在HC喷射器12和排气管道14之间提供不透气体的密封。不透气体的密封可以通过用于形成这种不透气体的密封的任何合适的方式形成，包括在喷射器壳体凸台38的外表面和排气管道14之间的周向焊接件91，如图2所示。喷射器壳体凸台38具有壳体部分92，壳体部分92具有中心孔93，中心孔93配置在其内表面94上，用于附连到喷射器壳体40的外表面88。该附连优选是可拆卸附连，例如通过螺纹部分95提供，使得具有螺纹部分89的喷嘴/壳体组件90可螺纹连接到中心孔93和螺纹部分95中，如图3、4和11所示。喷射器壳体凸台38还包括喷嘴部分96。喷嘴部分96包括向内成锥形孔97，其通向中心孔93且远离中心孔93向内成锥形。向内成锥形孔97配置成接收锥形喷嘴末端43且当喷嘴/壳体组件90螺纹连接到中心孔93中时在锥形喷嘴末端43的外表面和向内成锥形孔97的表面之间形成压缩密封。喷嘴部分96还包括圆柱形孔98和向外成锥形孔99。圆柱形孔98配置成在喷嘴/壳体组件90组装到喷射器壳体凸台38中时接收喷射器表面66，如本文所述。如图2所示，喷嘴部分96和向外成锥形孔99配置成在HC喷射器12的操作期间接收喷射型式61且提供在进入排气管道14之前建立喷射型式61的空间且与其中流动的排气流11相互作用。喷嘴部分96和向外成锥形孔99还防止排气流11直接进入出口48，从而减少在HC喷射器12不操作时碳烟积聚在出口48上的倾向。
空气辅助HCI系统10和HC喷射器12具有以下益处和优势。通过使用HCI系统10，借助于使用加压空气流31来增强燃料雾化和汽化，通过DOC 18和DPF 20的HC逃逸减少。减少的HC逃逸也减少了由于与HC逃逸相关的高温和沿该装置长度的大温度梯度引起的DPF 20的故障发生率。减少的HC逃逸也减少从尾管的HC排放。因为由于可从加压空气流31获得的改进燃料扩散和增加氧气而引起DOC 18中改进的放热反应，使用HCI系统10和HC喷射器12还升高了DOC 18出口温度，继而增强DPF 20的碳烟再生转化效率。HCI系统10的使用和HC喷射器12的设计还趋于防止喷射器喷嘴由于碳烟积聚在喷嘴末端而引起的阻塞，因为加压空气吹走否则将积聚在喷射器表面66上的碳烟。同样，由于来自于加压空气流31的改进燃料扩散和增加的氧气可用性，通过借助于提高DOC 18中的放热反应效率而使用减少量的燃料实现所需DPF再生温度，使用HCI系统10还提高燃料经济性。在HCI系统10中结合燃料流21和空气流31还改进排气处理系统2的耐用性，因为这些流也冷却了暴露于排气流11的HC喷射器12。
虽然在示例性实施例中主要结合HC（例如，柴油燃料或汽油）的喷射描述了空气辅助喷射器、喷射系统和排气处理系统，但是本发明也可以与其它可喷射液体流体一起使用，包括例如可用于促进排气处理系统内的预定氧化或还原反应的各种液体反应物，如尿素或各种尿素溶液。因而，涉及喷射HC、燃料等的本发明各个实施例的本文描述应当理解为也可应用于喷射其它液体流体，就像术语“流体”或“液体流体”替代本文的“HC”和“燃料”一样。
虽然本发明已经参考示例性实施例进行描述，但是本领域技术人员将理解的是，可以作出各种变化且等价物可替代其元件，而不偏离本发明的范围。此外，可以作出许多修改以使得具体情况或材料适合于本发明的教导，而不偏离其实旨范围。因而，本发明并不旨在限于作为设想用于实施本发明的最佳模式公开的具体实施例，而本发明将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种空气辅助流体喷射器，包括：
具有喷嘴孔的喷射器壳体；
喷射器喷嘴，所述喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴孔中且一端具有暴露的喷射器表面，所述喷射器表面从喷嘴孔的端部凸出，所述喷射器喷嘴在另一端具有流体管道，所述流体管道从流体入口朝喷射器表面延伸且通向多个流体出口管道，所述多个流体出口管道延伸到喷射器表面上的相应多个流体出口；以及
空气管道，所述空气管道包括设置在喷射器喷嘴的突起头部中的头部部分，位于喷射器壳体内的壳体部分以及位于喷射器喷嘴的锥形喷嘴末端内的多个空气管道出口，所述头部部分具有设置在所述突起头部中的空气入口，所述空气管道的壳体部分延伸通过喷射器壳体且通向邻近喷射器表面的多个空气管道出口，每个空气管道出口延伸到相应流体管道出口且通向相应流体管道出口，其中，所述多个流体出口在喷射器表面上隔开且能操作提供流体和空气的预定喷射型式；
其中所述喷射器喷嘴具有将锥形喷嘴末端和突起头部隔开的圆柱形部段，并且所述圆柱形部段可密封地接合在喷射器壳体内；以及
喷射器壳体凸台，所述喷射器壳体凸台在一端具有凸台壳体部分且在另一端具有喷嘴部分，喷射器壳体的外表面设置在所述凸台壳体部分内，所述喷射器喷嘴设置在所述喷嘴部分内，所述喷嘴部分包括围绕喷射器表面且从喷射器表面向外延伸的向外成锥形孔。
2.根据权利要求1所述的喷射器，其中，所述多个流体出口管道从喷射器喷嘴的轴线朝喷射器表面发散。
3.根据权利要求2所述的喷射器，其中，所述多个流体出口管道从流体管道的轴线以角度α发散。
4.根据权利要求3所述的喷射器，其中，α是8°至11°。
5.根据权利要求2所述的喷射器，其中，预定喷射型式包括成锥形发散喷射型式。
6.根据权利要求1所述的喷射器，其中，所述多个流体出口在喷射器表面上围绕喷射器喷嘴轴线径向隔开。
7.根据权利要求2所述的喷射器，其中，所述多个空气管道出口朝喷射器表面会聚。
8.根据权利要求1所述的喷射器，其中，空气管道通向在喷嘴孔和喷射器喷嘴的外表面之间形成的周向压力通风系统，且所述多个空气管道出口从压力通风系统通向喷射器喷嘴。
9.根据权利要求1所述的喷射器，其中所述喷射器壳体可拆卸地设置在凸台壳体部分中并且喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴部分中。
10.根据权利要求9所述的喷射器，其中，所述突起头部包括六边形螺栓头。
11.一种空气辅助流体喷射器系统，包括：
喷射器，所述喷射器包括：具有喷嘴孔的喷射器壳体；喷射器喷嘴，所述喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴孔中且一端具有暴露的喷射器表面，所述喷射器表面从喷嘴孔的端部凸出，所述喷射器喷嘴在另一端具有流体管道，所述流体管道从流体入口朝喷射器表面延伸且通向多个流体出口管道，所述多个流体出口管道延伸到喷射器表面上的相应多个流体出口；以及空气管道，所述空气管道包括设置在喷射器喷嘴的突起头部中的头部部分，位于喷射器壳体内的壳体部分以及位于喷射器喷嘴的锥形喷嘴末端内的多个空气管道出口，所述头部部分具有设置在所述突起头部中的空气入口，所述空气管道的壳体部分延伸通过喷射器壳体且通向邻近喷射器表面的多个空气管道出口，每个空气管道出口延伸到相应流体管道出口且通向相应流体管道出口；其中，所述多个流体出口在喷射器表面上隔开且能操作提供流体和空气的预定喷射型式；
加压流体源，所述加压流体源通过流体源管道流体地联接到流体管道的入口，以便将加压流体释放到喷射器中；
加压空气源，所述加压空气源通过空气源管道流体地联接到空气管道的入口，以便将加压空气释放到喷射器中；以及
控制器，所述控制器与加压流体源和加压空气源信号连通，且配置成控制加压流体流和加压空气流从喷射器以预定喷射型式释放；
其中所述喷射器喷嘴具有将锥形喷嘴末端和突起头部隔开的圆柱形部段，并且所述圆柱形部段可密封地接合在喷射器壳体内；以及
喷射器壳体凸台，所述喷射器壳体凸台在一端具有凸台壳体部分且在另一端具有喷嘴部分，喷射器壳体的外表面设置在所述凸台壳体部分内，所述喷射器喷嘴设置在所述喷嘴部分内，所述喷嘴部分包括围绕喷射器表面且从喷射器表面向外延伸的向外成锥形孔。
12.根据权利要求11所述的喷射器系统，其中所述喷射器壳体可拆卸地设置在凸台壳体部分中并且喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴部分中。
13.根据权利要求12所述的喷射器系统，其中，所述突起头部包括六边形螺栓头。
14.根据权利要求11所述的喷射器系统，其中，加压流体包括碳氢化合物或尿素溶液。
15.根据权利要求14所述的喷射器系统，其中，加压流体是碳氢化合物，包括柴油燃料或汽油。
16.一种具有空气辅助流体喷射器系统的内燃机和排气处理系统，包括：
内燃机；
排气处理系统，所述排气处理系统包括至少一个排气处理装置，所述至少一个排气处理装置通过排气管道流体地联接到发动机且配置成从其接收排气流；
喷射器系统，所述喷射器系统包括喷射器，所述喷射器包括：具有喷嘴孔的喷射器壳体；喷射器喷嘴，所述喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴孔中且一端具有暴露的喷射器表面，所述喷射器表面从喷嘴孔的端部凸出，所述喷射器喷嘴在另一端具有流体管道，所述流体管道从流体入口朝喷射器表面延伸且通向多个流体出口管道，所述多个流体出口管道延伸到喷射器表面上的相应多个流体出口，所述多个流体出口在喷射器表面上隔开以提供预定喷射型式；空气管道，所述空气管道包括设置在喷射器喷嘴的突起头部中的头部部分，位于喷射器壳体内的壳体部分以及位于喷射器喷嘴的锥形喷嘴末端内的多个空气管道出口，所述头部部分具有设置在所述突起头部中的空气入口，所述空气管道的壳体部分延伸通过喷射器壳体且通向邻近喷射器表面的多个空气管道出口，每个空气管道出口延伸到相应流体管道出口且通向相应流体管道出口；以及喷射器壳体凸台，所述喷射器壳体凸台在一端具有壳体部分且在另一端具有喷嘴部分，所述喷射器壳体可拆卸地设置在壳体部分中，喷射器喷嘴可密封地设置在喷嘴部分中；其中，所述喷射器壳体凸台附连到排气处理装置上游的排气管道且所述多个流体出口与排气流处于流体连通；
加压流体源，所述加压流体源通过流体源管道流体地联接到流体管道的入口，以便将加压流体释放到喷射器中；
加压空气源，所述加压空气源通过空气源管道流体地联接到空气管道的入口，以便将加压空气释放到喷射器中；以及
控制器，所述控制器与加压流体源和加压空气源信号连通，且配置成控制加压流体流和加压空气流从喷射器以预定喷射型式释放；
其中所述喷射器喷嘴具有将锥形喷嘴末端和突起头部隔开的圆柱形部段，并且所述圆柱形部段可密封地接合在喷射器壳体内；以及
喷射器壳体凸台，所述喷射器壳体凸台在一端具有凸台壳体部分且在另一端具有喷嘴部分，喷射器壳体的外表面设置在所述凸台壳体部分内，所述喷射器喷嘴设置在所述喷嘴部分内，所述喷嘴部分包括围绕喷射器表面且从喷射器表面向外延伸的向外成锥形孔。
17.根据权利要求16所述的内燃机和排气处理系统，其中，来自于喷射器的预定喷射型式的加压流体流和加压空气流以下游方向释放。
18.根据权利要求16所述的内燃机和排气处理系统，其中，所述流体包括柴油燃料或汽油，加压流体源包括流体地联接到燃料箱的燃料泵。
19.根据权利要求18所述的内燃机和排气处理系统，其中，所述源还包括用于将加压燃料释放到喷射器中的燃料压力调节器和阀。
20.根据权利要求16所述的内燃机和排气处理系统，其中，加压空气源包括空气压缩机，所述空气压缩机流体地联接到空气压力调节器和阀，用于将加压空气释放到喷射器。
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