CN107725154A

CN107725154A - 排放控制系统和还原剂喷射器

Info

Publication number: CN107725154A
Application number: CN201710678987.6A
Authority: CN
Inventors: 张小钢
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-08-11
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2018-02-23
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: CN107725154B; DE102017118159A1; RU2017127296A

Abstract

本公开涉及排放控制系统和还原剂喷射器。描述用于发动机的排放控制系统。排放控制系统包括延伸进入催化剂上游的排气管道中的还原剂喷射器，还原剂喷射器包括从还原剂储存器接收还原剂的还原剂通道和从排气管道接收排气的第一排气入口，第一排气入口的边界至少部分地由从外壳表面延伸进入内部排气通道中的入口壁划定，内部排气通道邻近还原剂通道并且从第一排气入口接收排气并与还原剂通道流体地分离。

Description

排放控制系统和还原剂喷射器

相关申请的交叉引用

本申请是2016年4月6日提交的题为“EMISSION CONTROL SYSTEM AND REDUCTANTINJECTOR”的美国专利申请No.15/092,270的部分延续，所述美国专利申请的全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。

背景技术

发动机可以实施称为选择性催化还原(SCR)的策略来减少排气系统中的发动机排放。SCR是气态或液态还原剂(例如，氨、尿素等)被引入催化剂上游的排气管道中的过程。SCR策略将排气流中的NO_x转换为N₂和水，从而减少发动机排放并且因此减少发动机对环境的影响。然而，许多因素可以影响SCR性能。例如，由低压还原剂喷射引起的减少的还原剂喷射雾化可以对SCR操作产生负面影响。例如，在冷起动期间，减少的还原剂蒸发也可以减少催化剂中的NO_x转换。还原剂和排气的不完全的流动混合也会减少催化剂中的NO_x转换。在之前的排放控制系统中，可以在还原剂喷射器的下游提供混合装置以改善SCR性能。然而，混合装置可能成本高、体积大并且增加排气背压。此外，混合装置没有显著改善排气系统中的还原剂雾化和蒸发。因此，混合装置可能使SCR催化剂不能达到期望的NO_x转换水平。

发明内容

为了解决上述问题中的至少一些，提供发动机中的排放控制系统。排放控制系统包括延伸进入催化剂上游的排气管道中的还原剂喷射器，还原剂喷射器包括从还原剂储存器接收还原剂的还原剂通道和从排气管道接收排气的第一排气入口，第一排气入口的边界至少部分地由从外壳表面延伸进入内部排气通道中的入口壁划定(delineated)，内部排气通道邻近还原剂通道并且从第一排气入口接收排气并与还原剂通道流体地分离。上述还原剂喷射器中的入口壁可以增加流经喷射器并离开喷射器的排气的湍流(例如，旋流)。喷射器中增加的排气湍流可以增加从排气传递到还原剂的热量。一旦还原剂被喷射，增加的还原剂温度增加还原剂蒸发。因此，下游催化剂的转化可以增加以减少排放。另外，喷射器内增加的排气湍流可以促进离开喷射器的还原剂流与排气流的混合，进一步增加催化剂转化以减少排放。从喷射器壳向内布置入口壁还使喷射器的轮廓能够减少以增加喷射器的紧凑性。增加的还原剂喷射器紧凑性使排气系统中的排气背压能够降低并且在制造期间简化还原剂喷射器安装。

当单独或结合附图考虑时，根据以下的具体实施方式，本描述的上述优点和其它优点以及特征将显而易见。

应当理解，提供上述发明内容以以简化的形式引入在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这不意味着确定所要求保护的主题的关键或必要特征，所述主题的范围由所附权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出包括排放控制系统的发动机的示意性描述；

图2示出处于闭合配置的图1所示的排放控制系统中的还原剂喷射器的示例性描述；

图3示出图2所示的还原剂喷射器的横截面视图；

图4示出处于打开配置的图2中的还原剂喷射器的描述；

图5示出用于排放控制系统的操作的方法。

图6示出处于打开配置的被包括在图1所示的排放控制系统中的还原剂喷射器的另一示例描述；

图7示出图6所示的还原剂喷射器的横截面；

图8示出从图6所示的还原剂喷射器喷射的还原剂的另一横截面；以及

图9示出用于排放控制系统的操作的另一方法。

具体实施方式

本文描述带有促进流动混合、还原剂雾化和还原剂蒸发增加的还原剂喷射器的排放系统。这些益处可以通过使内部排气通道紧挨着喷射器中的还原剂通道行进来实现。排气紧挨着喷射器中的还原剂行进使热能够从排气传递到还原剂，从而增加还原剂温度。一旦还原剂被喷射，增加的还原剂温度增加还原剂蒸发。因此，下游催化剂的转化可以被增加以减少排放。排气紧挨着还原剂行进还可以促进喷射器喷嘴下游的流动混合，进一步改进催化剂操作。此外，从还原剂喷射器流动的还原剂可以具有高压。当具有高压的还原剂流邻近行进通过还原剂喷射器的排气流喷射时，喷射的还原剂的雾化增加。还原剂雾化进一步增加下游催化剂的转化。还原剂喷射器还可以实现改进的还原剂雾化以及通过排气入口的排气与还原剂的流动混合，所述排气入口从外壳偏移，延伸进入喷射器内部。以这种方式布置排气入口使流过喷射器的排气的湍流(例如，旋流)能够增加。增加的排气湍流可以使增加的热量能够从排气传递到喷射器中的还原剂，进一步增加还原剂雾化。增加的排气湍流还可以增加还原剂流与离开喷射器喷嘴的排气的流动混合。流动混合可以进一步增加下游催化剂的转化。另外，将还原剂喷射器的排气入口布置为从外壳偏移还能够使喷射器的轮廓减少，从而增加喷射器的紧凑性。增加的喷射器紧凑性可以降低排气系统中的排气背压并且在制造期间简化喷射器安装。图1示出发动机和排放控制系统的示意性描述，图2至图4示出被包括在图1中的排放控制系统中的示例性还原剂喷射器，并且图5示出用于排放控制系统中的还原剂喷射器的操作的方法。图6示出可以被包括在图1所示的排放控制系统中的另一示例性还原剂喷射器。图7示出图6所述的还原剂喷射器的横截面。图8示出由图6所述的还原剂喷射器生成的还原剂流的横截面。图9示出用于排放控制系统的操作的另一方法。

图1示出带有至少一个汽缸12并且通过电子发动机控制器100控制的车辆11中的内燃发动机10的示意性描述。发动机10包括汽缸12，该气缸12其带有在其中定位并且连接到曲轴(未示出)的活塞(未示出)。燃料喷射器13被示出耦接到汽缸12。附加地或替代地，进气道喷射器可以被包括在发动机10中。应当理解，燃料喷射器13从可以包括燃料箱、燃料泵、燃料轨等的燃料输送系统(未示出)接收燃料。

在操作期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，通常排气门14关闭并且进气门16打开。空气经由进气管道18(例如，进气歧管)被引入汽缸12中，并且活塞移动到汽缸的底部以增加汽缸12内的容积。活塞靠近汽缸的底部并且在其冲程结束时(例如，当汽缸处于其最大容积时)的位置通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门16和排气门14都关闭。活塞朝汽缸盖移动以压缩汽缸12内的空气。活塞在其冲程结束时并且最接近汽缸盖(例如，当汽缸12处于其最小容积时)的点通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在以下称为喷射的过程中，燃料被引入汽缸中。在以下称为点火的过程中，喷射的燃料通过已知的点火设备(诸如火花塞)或压缩被点火，从而产生燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞推回到BDC。曲轴将活塞运动转换为旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门14打开以向排气管道20(例如，排气歧管)释放燃烧的空气-燃料混合物，并且活塞返回到TDC。需要注意的是，上述仅作为示例被示出，并且进气门和排气门打开和/或关闭正时可以改变，诸如以提供正或负气门重叠、进气门延时关闭或各种其它示例。另外，发动机可以为压缩点火发动机，其被配置成利用例如柴油燃料操作，并且因此在操作期间可以省略经由火花塞的点火。

进气系统22被提供在发动机10中并且被配置成向耦接到汽缸12的进气门16提供进气。进气系统22包括耦接到向进气门16提供进气的进气管道18的节气门24。节气门24被配置成调整向汽缸12提供的进气量。进气系统22可以包括附加部件，诸如附加管道、压缩机、进气歧管等，其有助于向汽缸提供进气和/或提供其它有用的功能，诸如提供升压、冷却等。另外，在一个示例中，进气系统22可以包括进气门16。

图1还示出排放控制系统30。排放控制系统30被配置成从排气门14接收排气。排放控制系统30包括还原剂储存器32和还原剂泵34。还原剂管道36被定位在还原剂泵34和还原剂喷射器38之间并且使还原剂能够在其间流动。图1示意性地描述还原剂喷射器38。然而，应当理解，还原剂喷射器38可以具有本文将更详细图示说明的附加特征、功能、复杂性等。此外，还原剂管道36和还原剂喷射器38可以被包括在排放控制系统30中。

还原剂储存器32被配置成保持还原剂(例如，尿素、氨等)，其在一个示例中可以为液体形式。此外，还原剂储存器32还可以包括使储存器能够被使用者再填充的填充口。还原剂泵34被配置成在还原剂储存器32和还原剂喷射器38之间运送还原剂。还原剂泵34可以被设计为将还原剂的压力增加到期望水平以上。在一个示例中，可以在该系统中使用的一个液体尿素泵可以被设计为输送喷射压力从50bar至70bar。在另一示例中，排放控制系统30可以包括第二还原剂泵(例如，较高压力泵)以使还原剂能够达到较高的压力水平。

如图所示，还原剂喷射器38耦接到催化剂42(例如，选择性催化剂还原(SCR)催化剂)上游的排气管道40。应当理解，催化剂42以及排气管道40和/或20也可以被包括在排放控制系统30中。在一个示例中，催化剂42可以包括催化剂床43，其被配置成在选择的时间间隔期间接收排气和还原剂并且将NO_x转换为N₂。催化剂床43可以包括材料，诸如，基体金属氧化物、沸石和/或能够在催化剂中进行NO_x转换的任何其它材料。例如，催化剂床43可以包括涂有沸石的蜂窝状结构。然而，已经考虑许多合适的催化剂床配置。

在其它示例中，排放控制系统30可以包括附加部件，诸如(多个)附加催化剂(例如，氧化催化剂)、过滤器(例如，柴油机微粒过滤器)、涡轮、排气再循环分支等。这些部件可以被定位在催化剂42和/或还原剂喷射器38上游/下游。排放控制系统30还可以包括定位在还原剂管道36中的气门。气门可以被配置成调整流过其中的还原剂的量。

控制器100在图1中被示出为常规微计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机存取存储器108、不失效存储器110以及常规数据总线。除了之前讨论的那些信号之外，控制器100被示出还从耦接到发动机10的传感器接收各种信号，包括：来自例如耦接到冷却套筒的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；耦接到加速踏板130以用于感测由脚132施加的力的位置传感器134；来自耦接到进气管道18的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量；来自感测曲轴位置的霍尔效应传感器(未示出)的发动机位置传感器；来自传感器120的进入发动机的空气质量的测量；以及来自传感器123的节气门位置的测量。也可以感测大气压(传感器未被示出)以便通过控制器100处理。控制器100还可以从位于排放控制系统30中的传感器(诸如排气成分传感器140、温度传感器142、被配置成确定催化剂氧化的催化剂床传感器144和/或气流传感器146)接收信号。控制器100还可以被配置成触发在发动机10中并且具体地在排放控制系统30中的一个或多个致动器。例如，控制器100可以被配置成调整节气门24、还原剂喷射器38、燃料喷射器13、还原剂泵34等。具体地，控制器100可以被配置成在选择的时间间隔期间命令排放控制器系统30并且特别是命令还原剂喷射器38以执行SCR操作。因此，控制器100从图1的各种传感器接收信号并且采用图1的各种致动器以基于所接收的信号以及储存在控制器的存储器上的指令调整发动机操作。

图2至图4示出示例性还原剂喷射器38的详细图示。具体地，图2示出处于闭合配置的还原剂喷射器，在所述闭合配置中还原剂喷射受抑制，并且图4示出处于打开配置的还原剂喷射器，在所述打开配置中允许还原剂喷射。图3示出还原剂喷射器的横截面，其图示说明内部通道。还原剂喷射器38包括当与之前的排放控制系统相比时使得在排放控制系统30中能够实现还原剂蒸发和雾化增加的若干特征。

在图2中，还原剂喷射器38被示出通过管道壁200延伸到排气管道40中。应当理解，排气管道40在图1所示的催化剂42上游。还原剂喷射器38包括从排气管道40接收排气流的排气入口202。在该示例中，在喷射器中并且通过喷射器内部行进的排气以在围绕喷射器的外部的排气的通道中占主导的排气压力被接收，与可以处于不同于还原剂喷射到的排气的压力的排气的外部源相反。以此方式，行进通过喷射器的排气可以不通过泵或其它压力生成装置加压，而在于流可以经由通过面向上游的入口捕获的通道中占主导的排气流生成。

如图所示，排气入口202(例如，排气入口202的轴线204)垂直于还原剂喷射器38的中心轴线206。此外，如图2所示，排气入口202平行于排气管道40的中心轴线208。当排气入口202以这种方式布置时，进入还原剂喷射器38的排气的流速可以增加。增加流经还原剂喷射器38的排气的量使得还原剂蒸发量能够增加。因此，图1所示的下游催化剂42中的NO_x的转换率可以增加。然而，已经考虑排气入口202的其它布置。

还原剂喷射器38包括内部排气通道211，该内部排气通道211具有内部区段212、外部区段214以及流体地连接内部区段212和外部区段214的连接区段216。应当理解，在发动机中的燃烧操作期间，排气可以持续流经排气入口202和内部排气通道211。然而，在其它示例中，气门可以被包括在还原剂喷射器中以调节流过其中的排气。箭头260指示排气从排气入口202向内部排气通道211的外部区段214的总体流动。箭头262指示排气从排气入口202向连接区段216的总体流动。此外，箭头264指示排气通过内部排气通道211的内部区段212的总体流动。

连接区段216延伸通过还原剂通道218的部分217。此外，内部排气通道211邻近还原剂通道218并且与还原剂通道流体分离。在所述示例中，内部排气通道211的内部区段212和外部区段214与还原剂通道218同心布置。通道的同心布置使得在还原剂喷射期间增加的热量能够从排气传递到还原剂。此外，还原剂喷射器中的排气通道和还原剂通道的同心布置使得排气管道40中的还原剂和排气的混合能够增加。因此，可以增加下游催化剂中的NO_x的转换。

此外，内部区段212被还原剂通道218围绕(例如，周向地封闭)。此外，外部区段214围绕还原剂通道218。然而，在其它示例中，内部区段212可以仅部分被还原剂通道218围绕和/或外部区段214可以仅部分围绕还原剂通道218。

此外，在所述示例中，内部区段212与还原剂通道218共享共用壁220。即，壁220分开内部区段212和还原剂通道218(即，在内部区段212和还原剂通道218之间提供流体分离)。另一共用壁222分离外部区段214和还原剂通道218。当还原剂通道和内部排气通道共享共用壁时，在还原剂喷射期间增加的热量可以从排气传递到还原剂。然而，已经考虑其它还原剂喷射器配置。例如，已经考虑带有分离排气通道和还原剂通道的多层壁的喷射器。

还原剂喷射器38还包括内部喷嘴224和外部喷嘴226，每个喷嘴从内部排气通道211接收排气流。还原剂喷射器38还包括中央喷嘴228，其基于还原剂喷射器38的配置(即，打开或闭合配置)选择性地从还原剂通道218接收还原剂。应当理解，中央喷嘴228与内部喷嘴224和外部喷嘴226流体分离。

此外，在所述示例中，外部喷嘴226和中央喷嘴228朝还原剂喷射器38的中心轴线206延伸。这种喷嘴布置可以进一步促进在还原剂喷射期间排气管道40中的还原剂与排气的流动混合。然而，已经考虑喷射器喷嘴的其它角布置。

还原剂喷射器38还包括安装凸台230，其被配置成使还原剂喷射器38附接到排气管道壁200。还原剂喷射器38还包括定位在还原剂室236内的喷射器针232。如图所示，还原剂室236可以被配置成从图1所示的还原剂储存器32接收还原剂。因此，还原剂室236中的还原剂可以周向地围绕喷射器针232。

喷射器针232包括下游端233。当还原剂喷射器38处于图2所述的闭合配置时，下游端233的一部分安置并且密封在邻近还原剂通道218的入口237的表面235上。以此方式，喷射器针232用于防止还原剂流进入还原剂通道218。因此，喷射器针232延伸跨越还原剂通道218的入口237。在所示示例中，下游端233在朝喷射器喷嘴延伸的轴向方向上渐缩并且形成尖端。然而，已经考虑使针能够阻挡处于闭合位置的还原剂通道218的喷射器针232的许多合适的几何结构。

还原剂喷射器38还包括致动器234，其被配置成从图1所示的控制器100接收控制信号。控制信号可以命令致动器移动喷射器针232以打开和关闭还原剂喷射器38。因此，喷射器针232可以通过致动器234移动，从而使还原剂能够从还原剂室236流入还原剂通道218中。在所述示例中，致动器234可以在轴向方向上移动喷射器针232以打开和关闭还原剂喷射器38。另外，在一个示例中，致动器234可以直接耦接到喷射器针232。在这种示例中，致动器234可以为螺线管或其它合适的致动机构。

图2所述的还原剂喷射器38处于闭合配置并且因此喷射器针232防止还原剂流从还原剂室236到还原剂通道218。在其它示例中，致动器234可以被配置成旋转还原剂喷射器以打开和关闭喷射器。当还原剂喷射没有发生时，旋转还原剂喷射器38可以实现降低排气系统中的背压。在这种示例中，当还原剂喷射器打开时，排气入口202可以与排气管道40的中心轴线208对齐(例如，基本平行)。即，在打开配置中，排气入口202可以与排气管道40中的排气流的总体方向对齐。另一方面，当还原剂喷射器38处于闭合配置时，在闭合配置中，排气入口202可以不与排气管道40的中心轴线208对齐。继续该示例，喷射器针232可以具有不同的配置，在所述配置中，喷射器主体相对于针的旋转或反之亦然阻挡和允许还原剂流进入还原剂通道218。此外，图2示出用于图3图示说明的横截面的剖切面250。

图3示出还原剂喷射器38的横截面。图3图示说明排气入口202和还原剂通道218。此外，图2还示出内部排气通道211的内部区段212、外部区段214和连接区段216。如图所示，还原剂通道218、内部区段212和外部区段214相对于彼此同心布置。同心布置使大量的热在还原剂喷射期间能够从排气传递到还原剂，从而增加还原剂被喷射在其中的排气流中的还原剂蒸发。此外，连接区段216还被示出延伸通过还原剂通道218。

图4示出处于打开配置的还原剂喷射器38。致动器234可以由图1所示的控制器100命令以移动喷射器针232，从而使还原剂能够从上游部件(即，图1所示的还原剂管道36、还原剂储存器32等)流入还原剂通道218中。箭头401指示还原剂从还原剂室236向还原剂通道218的流动。

在一个示例中，控制器100可以被配置成基于催化剂氧化状态和排气温度命令致动器234打开和关闭还原剂喷射器38。例如，当排气温度降低或低于阈值时，还原剂喷射器可以打开以允许还原剂喷射。在另一示例中，当催化剂的转换率小于阈值时，还原剂喷射器可以打开。以此方式，还原剂可以选择性地从喷射器喷射以增加催化剂中的NO_x转换。在致动器234打开还原剂喷射器38之后，还原剂流经还原剂通道218，而排气持续流经从排气入口202接收排气的内部排气通道211的各个区段(即，内部区段212、外部区段214和连接区段216)。因此，分离的排气流和还原剂流邻近彼此流动以增加还原剂的温度。应当理解，在所述示例中，在还原剂喷射操作期间，行进通过还原剂通道218的还原剂和行进通过内部排气通道211的排气在每个相应的通道的长度上保持不混合。然而，在其它示例中，在还原剂喷射器中可以发生还原剂和排气的混合。此外，通过还原剂通道218的还原剂流可以处于比流经内部排气通道211的排气更高的压力。

图4还描述内部喷嘴224、外部喷嘴226和中央喷嘴228。图4还总体示出内部喷嘴流400、外部喷嘴流402和中央喷嘴流404。箭头410描述中央喷嘴流404中的还原剂和内部喷嘴流400和外部喷嘴流402中的排气的流动混合。如前所述，还原剂和排气的流动混合增加下游催化剂中的NO_x转换。应当理解，还原剂和排气的流动模式可以远比图4所述的流动模式更复杂，并且图4所述的流动模式被提供以有助于理解一般流动特征。

此外，应当理解，还原剂可以通过中央喷射228以高压力喷射。当该高压还原剂流邻近排气流喷射时，喷射的还原剂的雾化增加。具体地，当还原剂以高压力喷射时，在还原剂喷射器38的尖端处产生真空，这使相邻的排气和还原剂会聚在一起。该流动模式有益于增加还原剂雾化。图4还示出轴线204和中心轴线206以供参考。

图5示出用于排放控制系统中的还原剂喷射器的操作的方法500。方法500可以经由上面关于图1至图4所讨论的还原剂喷射器和排放控制系统实施或可以通过另一合适的还原剂喷射器和排放控制系统实施。

在502处，该方法包括使排气持续流入定位在排气管道中的还原剂喷射器中的排气入口中。然后，在504处，该方法包括使排气从排气入口流到还原剂喷射器中的内部排气通道。在506处，该方法包括使排气通过内部喷嘴和外部喷嘴流入排气管道中，内部喷嘴和外部喷嘴从内部排气通道接收排气。然后，在508处，该方法包括确定排放控制系统中的操作参数，诸如排气温度、催化剂氧化状态等。

在510处，该方法包括基于508处确定的操作参数确定是否应当实施SCR操作。如果确定不应当实施SCR操作(在510处为否)，则该方法返回到508。然而，如果确定应当实施SCR操作(在510处为是)，该方法前进到512。在512处，该方法包括打开还原剂喷射器。以此方式，还原剂喷射器可以基于例如催化剂氧化状态和/或排气温度以选择的时间间隔打开。打开还原剂喷射器可以包括步骤514至516。在514处，该方法包括使还原剂在内部排气通道的区段之间流动，同时保持还原剂喷射器中的排气和还原剂之间的流体分离。在516处，该方法包括使还原剂流出还原剂喷射器中的中央喷嘴。应当理解，中央喷嘴可以邻近使排气流过其中的内部喷嘴和外部喷嘴。具体地，在一个示例中，中央喷嘴、内部喷嘴和外部喷嘴可以同心布置。另外，在一个示例中，在508处打开还原剂喷射器可以包括旋转还原剂喷射器以将还原剂喷射器布置在打开配置中。以此方式，排气入口的布置可以相对于排气管道中的排气流改变，从而降低排气系统中的背压。

图6示出延伸通过管道壁200的排气管道40中的还原剂喷射器38的另一示例性实施例。因此，还原剂喷射器38可以被包括在图1所示的排放控制系统30中。应当理解，图6所示的还原剂喷射器包括使该喷射器区别于图2至图4所示的还原剂喷射器的若干特征。然而，图6所示的还原剂喷射器还与图2至图4所示的还原剂喷射器共享许多共用的零件、部件、特征等。因此，部件被相应地标记并且共享类似的功能、几何特性等。具体地，在图6中，还原剂喷射器38包括喷射器针232和经配置以从图1所示的还原剂储存器32接收还原剂的还原剂室236。还原剂喷射器38还包括致动器234、安装凸台230、包括经由连接区段216连接的内部区段212和外部区段214的内部排气通道211、还原剂通道218、内部喷嘴224、外部喷嘴226和中央喷射228。

图6还总体示出内部喷嘴流400、外部喷嘴流402和中央喷嘴流404。应当理解，上述喷射流(即，还原剂流和排气流)具有比图4所示的喷射流更大的流动混合。改进的流动混合可以通过本文更详细描述的生成流过其中的排气的增加的排气湍流的喷射器的不同的特征来实现。

图6所述的还原剂喷射器38包括多个排气入口，其具有与图2至图4中所述的还原剂喷射器的单个排气入口202不同的轮廓。具体地，图6图示说明第一排气入口602和第二排气入口604。如所示，在图7中的还原剂喷射器横截面中，还原剂喷射器38还包括本文更详细讨论的第三排气入口606和第四排气入口608。然而，已考虑带有不同数量的排气入口的还原剂喷射器。例如，在其它示例中，还原剂喷射器可以仅包括第一和第二排气入口或四个以上的排气入口。当还原剂喷射器包括多个排气入口时，可以简化排放控制系统的制造。由于还原剂喷射器的多个径向取向可以提供期望的喷射器入口气流特性的事实，制造简化被实现。因此，在制造期间不恰当的还原剂喷射器安装的可能性因此被降低。

在一个示例中，图6和图7所示的排气入口602、604、606和608相对于排气管道40的取向在还原剂喷射器的致动期间保持固定以允许和禁止还原剂流经喷射器。以这种方式，当与其中在致动期间旋转喷射器的其它喷射器实施例相比时，还原剂喷射器的操作可以简化。

图6还示出还原剂喷射器38的外壳610。应当理解，排气管道40中的排气围绕外壳610的外部表面流动。第一排气入口602和第二排气入口604从外壳610向内延伸进入内部排气通道211。因此，排气通道211从第一排气入口602和第二排气入口604接收排气。当排气入口从外壳610向内延伸进入内部排气通道中时，还原剂喷射器38的轮廓可以减少。减少的还原剂喷射器轮廓增加喷射器的紧凑性，从而实现排气系统中的排气背压的降低并且实现在排放控制系统的制造期间喷射器安装的简化。

图6还示出排气管道40的中心轴线208和还原剂喷射器38的中心轴线206以供参考。此外，剖切面620限定图7所示的还原剂喷射器38的横截面，并且剖切面622限定图8中的离开还原剂喷射器的还原剂流和排气流的横截面。

图7示出图6所示的还原剂喷射器38的横截面图。图7描述第一排气入口602、第二排气入口604、第三排气入口606和第四排气入口608。应当理解，当喷射器利用多个排气入口时，排气的湍流可以进一步增加，从而改进离开还原剂喷射器的还原剂和排气的流动混合。

图7示出第一入口壁700、第二入口壁702、第三入口壁704和第四入口壁706。在所述示例中，入口壁中的每个具有类似的几何结构。因此，第一入口壁的以下描述也适用于剩余的入口壁。然而，已考虑具有不同轮廓、特征等的入口壁。第一入口壁700从外壳表面610延伸进入内部排气通道211的外部区段214中。第一排气入口602的边界710由第一入口壁700部分地划定。第一排气入口602的边界710的其它部分经由虚线划定。然而，可以使用不同的排气入口形状。在所述示例中，第一入口壁700关于(with regards to)径向向外的方向不延伸经过外壳表面610。以这种方式，当与图2至图4所示的具有伸入排气管道中的排气入口的喷射器相比时，喷射器的轮廓可以减少。

在所述示例中，第一、第二、第三和第四排气入口602、604、606和608中的每个在发动机中的燃烧操作期间连续地接收排气。然而，在其它示例中，阀(例如，无源阀或有源阀)可以设置在排气入口中的一个或多个中。阀可以使进入还原剂喷射器中的排气流能够被调节。

第一入口壁700包括下游端712，其关于径向方向从外壳610偏移。另外，在所示示例中，第一入口壁700是弯曲的。第一入口壁700的曲率使增加的湍流(例如，旋流)能够在流经还原剂喷射器的排气中生成，从而改进离开还原剂喷射器的还原剂和排气的流动混合。箭头720描述从排气入口602、604、606和608进入内部排气通道211的排气流的总体方向。

如所示，第一排气入口602关于第二排气入口604定位在外壳表面610的径向相对侧上。图7描述示出划分表面的侧的线的径向轴线。因此，径向相对侧可以被限定为由延伸通过还原剂喷射器的中心的径向轴线分开的喷射器的侧。将排气入口定位在喷射器的径向相对侧上使还原剂喷射器能够在多个期望的取向上安装在图6所示的管道壁200中。因此，在不期望的取向上安装喷射器的可能性降低。此外，第三排气入口606和第四排气入口608也定位在外壳表面610的径向相对侧上。

图7还描述还原剂通道218的区段714。还原剂通道区段714中的每个包括周壁(peripheral wall)716。在所述示例中，周壁716关于图7所示的轴向横截面渐缩。使周壁716渐缩促进流经喷射器的排气中的湍流生成的增加。因此，从排气传递到还原剂喷射器中的还原剂的热量可以增加。内部排气通道211的连接区段216流体地连接内部排气通道的内部区段212和外部区段214。箭头722描述通过连接区段216进入内部区段212的排气流的总体方向。连接区段216定位在还原剂通道区段714之间。以这种方式，排气可以围绕还原剂通道218流动并且流入喷射器的内部区段。应当理解，还原剂通道区段714连结连接区段216的上游和下游。因此，还原剂通道可以分成不同的区段以将进入喷射器的中心的排气流容纳在选择的区域中。

图8示出离开图6所示的还原剂喷射器38的不同的喷射流的横截面。具体地，图8还总体地图示说明内部喷嘴流400、外部喷嘴流402和中央喷嘴流404。应当理解，在图8的图示说明中，喷射流被简化以有助于理解喷射器的流动特性，并且实际上，还原剂喷射器流具有更大的复杂性。箭头800描述外部喷嘴流402中的排气流和中央喷嘴流404中的还原剂流的混合。同样地，箭头802描述内部喷嘴流400中的排气流和中央喷嘴流404中的还原剂流的混合。如上所述，喷射器的排气入口的不同的喷射器特征(诸如，布置、轮廓等)生成图8所示的改进的流动混合模式。另外，喷射器中的还原剂通道的区段的渐缩的轮廓也生成图8所示的改进的流动混合模式。

图1至图4和图6至图7示出带有各种部件的相对定位和尺寸设置的示例配置，但是可以作出包括改变部件的相对缩放比例(scaling)和定位的修改。至少在一个示例中，如果示出彼此直接接触，或直接耦接，则此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，至少在一个示例中，示出彼此邻接或邻近的元件可以分别是彼此邻接或邻近的。作为示例，彼此共面接触的部件可以被称为共面接触。作为另一示例，彼此仅以其间的空间隔开且无其他部件而定位的元件在至少一个示例中可以如上称呼。作为另一示例，示出在彼此之上/之下、在彼此的相对侧处，或在彼此的左/右边的元件可以相对于彼此如上称呼。另外，如图所示，在至少一个示例中，元件的最顶部元件或点可以被称为部件的“顶部”，并且元件的最底部元件或点可以被称为部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上/下、之上/之下可以相对于附图的竖直轴线并且被用于描述附图的元件相对于彼此的定位。因此，在一个示例中，示出在其它元件之上的元件竖直地定位在其它元件之上。作为另一示例，附图中所述的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，诸如圆形的、直的、平面的、弯曲的、圆的、倒角的、有角的等)。另外，在至少一个示例中，示出彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。另外，在一个示例中，示出在另一元件内或示出在另一元件外的元件可以如上称呼。

图9示出用于排放控制系统中的还原剂喷射器的操作的方法900。方法900可以经由以上关于图1至图4和图6至图8所讨论的还原剂喷射器和排放控制系统来实施，或可以由另一合适的还原剂喷射器和排放控制系统来实施。

在902处，该方法包括使排气从排气管道流入还原剂喷射器中的第一排气入口。在该步骤中，第一排气入口的边界可以至少部分地由从外壳表面延伸进入内部排气通道的入口壁划定，内部排气通道邻近还原剂通道并且从第一排气入口接收排气并与还原剂喷射器中的还原剂通道流体地分离。在一个示例中，排气可以从排气管道连续地流入第一排气入口。然而，在其它示例中，阀可以被定位在排气入口处以使流经还原剂喷射器的排气量能够被调整。在此类示例中，排气入口处的阀可以由控制器(诸如，图1所示的控制器100)无源地调整或有源地调整(例如，打开、关闭等)。

然后，在904处，该方法包括使排气从排气管道流入还原剂喷射器中的第二排气入口。在该步骤中，第二排气入口可以关于第一排气入口被定位在还原剂喷射器的外壳表面的径向相对侧上。

在906处，该方法包括使排气从第一排气入口流经内部排气通道。内部排气通道可以包括如上所讨论的若干区段。例如，内部排气通道可以包括通过连接区段与内部区段流体连通的外部区段。应当理解，第一和第二排气入口通向外部区段。因此，在一个具体示例中，排气可以通过第一和第二排气入口流入外部区段，通过连接区段并且然后流入内部区段。

在908处，该方法包括使排气通过内部喷嘴和外部喷嘴流入排气管道，内部喷嘴和外部喷嘴从内部排气通道接收排气。以这种方式，排气可以流经喷射器的不同区段，从而当喷射器正在喷射还原剂时使热能够被传递到流经喷射器的还原剂。因此，排气系统中的还原剂蒸发可以增加以改进催化剂操作。

在910处，该方法包括确定排放控制系统中的操作参数，诸如排气温度、催化剂氧化状态、发动机速度、排气成分等。

然后，在912处，该方法包括基于在910处确定的操作参数确定是否应当实施SCR操作。例如，当催化剂在预定的范围内时和/或当一个或多个操作参数指示氧化氮排放高于阈值时，可以确定应当实施SCR操作。然而，应当理解，许多不同的途径可以被用于确定是否应当实施SCR操作。

如果确定不应当实施SCR操作(在912处为否)，则该方法返回到910。然而，如果确定应当实施SCR操作(在912处为是)，则该方法前进到914。

在914处，该方法包括打开还原剂喷射器。打开还原剂喷射器可以包括步骤916和918。因此，在步骤916和918中，还原剂喷射器可以处于打开配置。在916处，该方法包括使还原剂在内部排气通道的区段之间流动，同时保持还原剂喷射器中的排气和还原剂之间的流体分离。在一个示例中，还原剂通道包括多个还原剂通道区段，多个区段中的每个包括周壁，并且其中排气流经定位在还原剂通道区段中的两个区段之间的内部排气通道的至少一个连接区段。还原剂通道区段可以定位在内部排气通道的连接区段之间。另外，在此类示例中，周壁中的一个或多个可以关于轴向横截面渐缩。使还原剂通道区段的壁以这种方式渐缩可以进一步增加围绕还原剂通道区段流动通过内部排气通道的连接区段的排气的湍流。在918处，该方法包括使还原剂流出还原剂喷射器中的中央喷嘴。使还原剂流出中央喷嘴促进离开喷射器的还原剂流和排气流的流动混合，该中央喷嘴具有同心布置在中央喷嘴内部和外部的排气喷嘴。因此，当流动混合增加时，下游催化剂的氧化氮转化可以增加，从而减少排放。

以下段落进一步描述本公开的主题。根据一个方面，提供用于发动机的排放控制系统。排放控制系统包括延伸进入催化剂上游的排气管道中的还原剂喷射器，还原剂喷射器包括从还原剂储存器接收还原剂的还原剂通道和从排气管道接收排气的第一排气入口，第一排气入口的边界至少部分地由从外壳表面延伸进入内部排气通道中的入口壁划定，内部排气通道邻近还原剂通道并且从第一排气入口接收排气并与还原剂通道流体地分离。

根据另一方面，提供用于排放控制系统中的还原剂喷射器的操作的方法。该方法包括使排气从排气管道流入还原剂喷射器中的第一排气入口，第一排气入口的边界至少部分地由从外壳表面延伸进入内部排气通道中的入口壁划定，内部排气通道邻近还原剂通道并且从第一排气入口接收排气并与还原剂喷射器中的还原剂通道流体地分离，并且当还原剂喷射器在打开配置时，使还原剂流经定位在还原剂喷射器中的内部排气通道的区段之间的还原剂通道，同时保持还原剂喷射器中的排气和还原剂之间的流体分离。

根据另一方面，提供还原剂喷射器。还原剂喷射器包括选择性地接收还原剂的还原剂通道和从排气管道接收排气的第一排气入口，第一排气入口的边界由从外壳表面延伸进入内部排气通道中的入口壁划定，内部排气通道邻近还原剂通道并且从第一排气入口接收排气并与还原剂通道流体地分离。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，入口壁可以在径向向外的方向上不延伸经过外壳表面。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，入口壁的下游端可以关于径向方向从还原剂喷射器的外壳表面偏移。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，还原剂喷射器还可以包括第二排气入口，其关于第一排气入口定位在外壳表面的径向相对侧上。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，第一排气入口相对于排气管道的取向在还原剂喷射器的致动期间可以保持固定以允许和禁止通过还原剂喷射器的还原剂流。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，入口壁可以是弯曲的。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，还原剂通道可以包括使还原剂与流经内部排气通道的排气分离的周壁。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，周壁可以关于轴向横截面渐缩。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，排气可以在发动机中的燃烧操作期间连续地流经内部排气通道。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，该方法还可以包括使排气从排气管道流入还原剂喷射器中的第二排气入口，第二排气入口关于第一排气入口定位在还原剂喷射器的外壳表面的径向相对侧上。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，还原剂通道可以包括多个还原剂通道区段，多个区段中的每个包括周壁，并且其中排气流动通过定位在还原剂通道区段中的两个区段之间的内部排气通道中的至少一个连接区段。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，周壁中的一个或多个可以关于轴向横截面渐缩。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，排气可以在发动机中的燃烧操作期间连续地流入还原剂喷射器中。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，还原剂喷射器还可以包括第二排气入口，所述第二排气入口关于第一排气入口定位在外壳表面的周向相对侧上，外壳表面具有围绕该表面流动的排气。

在本文所述的任一方面或方面的组合中，还原剂通道可以包括使还原剂与流经内部排气通道的排气分离的周壁，该周壁关于轴向横截面渐缩。

需注意，本文所包括的示例控制程序可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所述的具体程序可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，图示说明的各种动作、操作或功能可以按照所示的顺序执行、并行执行或在一些情况下被省略。同样地，处理顺序不是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必须要求的，而是为易于说明和描述提供该处理顺序。图示说明的动作或功能中的一个或多个可以根据正被使用的特定策略重复执行。进一步，所描述的动作可以图形地表示待编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的代码。

应当理解，本文所公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不被认为具有限制性意义，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以应用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4和其他发动机类型。此外，各种系统配置中的一个或多个可以结合所述诊断程序中的一个或多个使用。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

Claims

1.一种用于发动机的排放控制系统，其包括：

还原剂喷射器，其延伸进入催化剂上游的排气管道中，所述还原剂喷射器包括：

还原剂通道，其从还原剂储存器接收还原剂；和

第一排气入口，其从所述排气管道接收排气，所述第一排气入口的边界至少部分地由从外壳表面延伸进入内部排气通道中的入口壁划定，所述内部排气通道邻近所述还原剂通道并且从所述第一排气入口接收排气并与所述还原剂通道流体地分离。

2.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述入口壁在径向向外的方向上不延伸经过所述外壳表面。

3.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述入口壁的下游端关于径向方向从所述还原剂喷射器的所述外壳表面偏移。

4.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述还原剂喷射器进一步包括第二排气入口，所述第二排气入口关于所述第一排气入口定位在所述外壳表面的径向相对侧上。

5.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述第一排气入口相对于所述排气管道的取向在所述还原剂喷射器的致动期间保持固定以允许和禁止通过所述还原剂喷射器的还原剂流。

6.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述入口壁是弯曲的。

7.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述还原剂通道包括使还原剂与流经所述内部排气通道的所述排气分离的周壁。

8.根据权利要求7所述的排放控制系统，其中所述周壁关于轴向横截面渐缩。

9.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述排气在所述发动机中的燃烧操作期间连续地流经所述内部排气通道。

10.一种用于排放控制系统中的还原剂喷射器的操作的方法，其包括：

使排气从排气管道流入还原剂喷射器中的第一排气入口，所述第一排气入口的边界至少部分地由从外壳表面延伸进入内部排气通道中的入口壁划定，所述内部排气通道邻近所述还原剂通道并且从所述第一排气入口接收排气并与所述还原剂喷射器中的还原剂通道流体地分离；和

当所述还原剂喷射器在打开配置时，使还原剂流经定位在所述还原剂喷射器中的所述内部排气通道的区段之间的所述还原剂通道，同时保持所述还原剂喷射器中的所述排气和还原剂之间的流体分离。

11.根据权利要求10所述的方法，使排气从所述排气管道流入所述还原剂喷射器中的第二排气入口，所述第二排气入口关于所述第一排气入口定位在所述还原剂喷射器的所述外壳表面的径向相对侧上。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述还原剂通道包括多个还原剂通道区段，所述多个区段中的每个包括周壁，并且其中排气流经定位在所述还原剂通道区段中的两个区段之间的所述内部排气通道中的至少一个连接区段。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述周壁中的一个或多个关于轴向横截面渐缩。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述排气在所述发动机中的燃烧操作期间连续地流入所述还原剂喷射器中。

15.一种还原剂喷射器，其包括：

还原剂通道，其选择性地接收还原剂；和

第一排气入口，其从排气管道接收排气，所述第一排气入口的边界由从外壳表面延伸进入内部排气通道中的入口壁划定，所述内部排气通道邻近所述还原剂通道并且从所述第一排气入口接收排气并与所述还原剂通道流体地分离。

16.根据权利要求15所述的还原剂喷射器，其中所述入口壁在径向向外的方向上不延伸经过所述外壳表面。

17.根据权利要求15所述的还原剂喷射器，其中所述入口壁的下游端关于径向方向从所述还原剂喷射器的所述外壳表面偏移。

18.根据权利要求15所述的还原剂喷射器，进一步包括第二排气入口，所述第二排气入口关于所述第一排气入口定位在所述外壳表面的周向相对侧上，所述外壳表面具有围绕该表面流动的排气。

19.根据权利要求15所述的还原剂喷射器，其中所述入口壁是弯曲的。

20.根据权利要求15所述的还原剂喷射器，其中所述还原剂通道包括使还原剂与流经所述内部排气通道的所述排气分离的周壁，所述周壁关于轴向横截面渐缩。