CN109139212A - 废气系统 - Google Patents

Abstract

一种废气系统，其包括催化转换器、主要排气管、排气喷嘴和次级排气管，该催化转换器具有入口和出口。主要排气管包括近侧端部和远侧端部。主要排气管可在主要排气管的近侧端部处附接于催化转换器的出口。次级排气管可经由排气喷嘴联接于主要排气管的远侧端部。排气喷嘴包括主体区域，该主体区域与截头圆锥形限定区域成一体。排气喷嘴的主体区域可接合于主要排气管的远侧端部。排气喷嘴的截头圆锥形限定区域可接合于次级排气管。

Description

废气系统

技术领域

本发明涉及一种排气系统，并且更具体地说涉及一种废气抽吸器，该废气抽吸器在废气离开排气系统之前冷却废气。

背景技术

关于发动机排气排放物(例如，氮氧化物(NOx)和颗粒物质)的环境法规变得日益严格。关于柴油发动机颗粒排放物的更严格环境法规已证明需要将柴油颗粒过滤器和/或诸如NOx吸收器的其它排气后处理装置放置在废气流中，用于在允许排气进入大气之前去除或还原有害的排气排放物。

通常，在装置填充有烟尘、NOx等等时，排气后处理系统须不时启动并控制颗粒过滤器、NOx吸收器和其它排气处理装置的再生。使得装置再生通过将颗粒氧化来去除堆积在装置上的一些或所有颗粒。作为示例，取决于包括过滤器的尺寸、过滤器上的烟尘量、烟尘的均匀度水平等情形，颗粒过滤器的再生通过将过滤器的温度升高至将烟尘氧化的水平(例如，高于400℃)并且将该温度维持期望的时间段(例如，数分钟或更长)来进行。

通过以本领域已知的各种技术的任何一种来升高通过过滤器的废气的温度来升高过滤器的温度。虽然升高废气温度能实现使得排气后处理装置再生的积极和期望结果，在此种再生事件期间的废气温度能达到极端水平(例如，650℃或更高)，从而可能引起不期望的副作用。例如，过滤器再生所需的高排气温度通常意指离开车辆的尾管的排气比在正常操作期间(尤其是在静止或低速操作时)的温度热得多。对于离开尾管并对附近的人类、动物或植物产生不适或伤害的气体热通量，这产生了潜在的安全危险。此外，由于再生事件产生的极端废气温度能升高排气系部件的表面温度，增大火灾风险，并且对街道表面和其它物体造成损害。附加地，极端废气温度可能使得尾管部件(尤其是具有镀铬外表面的尾管)脱色，例如变黑。

已采用若干方案来缓解来自废气流的热量，从而降低在排气离开尾管时该排气的温度。例如，一些消防车在排气出口装配有喷水装置用于排气冷却，但是这种方案局限于准备好水供源以及有经验消防员的情况。其它方案包括联接于尾管的出口的排气扩散装置。扩散装置构造成通过稀释并分散废气来冷却离开尾管的废气。然而，此种扩散装置并不设计成在尾管出口处冷却废气，而是在远离尾管出口的规定距离(例如，六英寸)处将废气的温度降低至低于规定最大温度的温度。虽然一些传统的扩散装置成功地实现对尾管外部(例如，在远离尾管出口的一定距离处)的废气热量进行期望地缓解，但这些装置并不在尾管出口处实现较冷却的废气温度。因此，尾管出口处排气的温度仍极高，这可能对尾管附近的人和物体是危险的并且导致尾管自身发蓝或变黑。

为了在再生事件之前、期间或之后在尾管出口处实现较冷却的废气温度，已开发定位在尾管出口上游的排气抽吸器，以在废气离开尾管之前将环境空气夹带到废气流中。通过在抽吸器内产生排气压降来将环境空气夹带到废气流中，该排气压降引起真空效应来吸入环境空气。通过使得废气加速通过喷嘴并且允许废气在离开喷嘴的情形下扩张而产生压降。通常，压降须低于某个阈值(例如，低于1英寸Hg)，以防止有害的发动机背压水平。环境空气与废气流混合，且由于比废气较冷，而在废气离开尾管之前降低废气的温度。因此，废气的温度在尾管内冷却。

然而，传统的排气抽吸器遭受若干缺点。通常，环境空气和废气在抽吸器或尾管内混合的越少，径向温度梯度越高，且尾管出口处的废气温度均匀度越低。通常，不充分混合导致废气的一些部分在尾管出口处处于大体均匀的较低废气温度下，而废气的一些集中气穴仍然处于极高温度下。集中气穴可能是有害的并且导致尾管发蓝。诸如具有单个喷嘴的那些排气抽吸器的传统排气抽吸器无法充分地混合所夹带的环境空气与废气，以针对给定的排气压降阈值实现合适的径向温度梯度。为了在抽吸器出口处实现更佳的混合和排气均匀度，一些传统的排气抽吸器加长。然而，较长的抽吸器由于额外的材料而制造上更为昂贵，并且会在排气系统内占据可用于其它部件的更宝贵空间。

因此，期望一种排气抽吸器，该排气抽吸器在尾管内更充分地混合所夹带空气与废气，以在尾管出口处实现较低的废气径向温度梯度和更大的废气均匀度。

发明内容

本发明提供废气系统，该废气系统通过在尾管出口(或者次级排气管的排气端部)处实现较低废气径向温度梯度和更大的废气均匀度来降低来自车辆的热废气的伤害。废气系统包括催化转换器、主要排气管、排气喷嘴和次级排气管，该催化转换器具有入口和出口。该主要排气管包括近侧端部和远侧端部。该主要排气管可在主要排气管的近侧端部处附接于催化转换器的出口。次级排气管或尾管可经由排气喷嘴联接于主要排气管的远侧端部。该排气喷嘴包括主体区域，该主体区域与截头圆锥形限定区域成一体。排气喷嘴的主体区域可接合于主要排气管的远侧端部。该排气喷嘴的截头圆锥形限定区域可接合于次级排气管。

应理解的是，次级排气管或尾管可包括喷嘴端部和排气端部。次级排气管还在排气管的喷嘴端部附近限定多个孔口，其中，这些孔口构造成允许环境空气与流过排气喷嘴的热废气混合。此外，次级排气管中的多个孔口和排气喷嘴的截头圆锥形限定区域可构造成一起工作，以使得来自催化转换器的热废气流分散到来自限定于次级排气管或尾管中的多个孔口的较冷却环境空气中。

关于排气喷嘴，该截头圆锥形限定区域包括第一端部直径和第二端部直径，该第二端部直径小于第一端部直径。此外，排气喷嘴的主体区域包括主要直径，该主要直径与截头圆锥形限定区域的第一端部直径大致相等。例如本发明中所示，排气喷嘴是中空构件，且截头圆锥形限定区域操作地构造成在来自催化转换器的热废气流接触通过多个孔口进入排气系统的环境空气流之前扰动该热废气流。还应理解的是，截头圆锥形限定区域操作地构造成还在来自催化转换器的热废气流接触环境空气流时(及同时)扰动热废气流。

截头圆锥形限定区域可以但非必须地基本上由弯曲表面形成。该截头圆锥形限定区域还可包括至少两个外凹部，这些外凹部形成在弯曲表面中。两个或更多个外凹部也可以但并非必须彼此偏离。还应理解的是，一个外凹部也可实施在截头圆锥形限定区域中。

还应理解的是，替代于具有外凹部的前述弯曲表面，该截头圆锥形限定区域可在截头圆锥形限定区域的第二端部处包括多个凹口。应理解的是，多个凹口中的每个凹口可以但并非必须是张开凹口，其中，每个凹口的相对侧部并不彼此平行。

从参照附图考虑的以下详细描述中，本发明及其特定特征和优点会变得更显而易见。

附图说明

从以下详细描述、最佳模式、权利要求以及附图中，本发明的这些和其它特征以及优点会显而易见，附图中：

图1是本发明的废气系统的侧视图。

图2是具有喷嘴的常规废气系统的部分立体图。

图3A是图2中冷却喷嘴的侧视图。

图3B是图3A中冷却喷嘴的后视图。

图4是根据本发明的图1中实施的冷却喷嘴的侧视图。

图5是本发明的废气系统的部分侧视图，该废气系统实施根据本发明的在图1中实施的示例非限制冷却喷嘴。

图6是本发明的冷却喷嘴的第一示例后视图。

图7是本发明的冷却喷嘴的第二示例后视图。

图8是本发明的冷却喷嘴的第三示例后视图。

图9是本发明的冷却喷嘴的第四示例后视图。

图10是本发明的冷却喷嘴的第五示例后视图。

图11是温度分布图，该温度分布图说明当图3A和3B的喷嘴实施现有技术排气系统时，在离开次级排气管的气态流的中心处的热废气的浓度。

图12是温度分布图，该温度分布图说明当实施图6的喷嘴时，在离开次级排气管的气态流的中心处的废气的散布。

图13是温度分布图，该温度分布图说明当实施图7的喷嘴时，朝向离开次级排气管的气态流的侧部处的废气的散布。

图14是温度分布图，该温度分布图说明当实施图8的喷嘴时，朝向离开次级排气管的气态流的侧部处的废气的散布。

图15是温度分布图，该温度分布图说明当实施图9的喷嘴时，在离开次级排气管的气态流的中心处的废气的散布。

图16是温度分布图，该温度分布图说明当实施图10的喷嘴时，在离开次级排气管的气态流的中心处的废气的散布。

在附图的若干视图的所有描述中，类似的附图标记指代类似的部件。

具体实施方式

现将详细地参照本发明的目前较佳组合、实施例以及方法，其构成发明人目前已知的实践本发明的最佳模式。附图并非必须按比例绘制。然而，应理解地是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，且本发明能以各种且替代的形式实施。因此，这里公开的特定细节并不解释为限制性的，而是仅仅作为本发明任何方面的代表性基础和/或作为用于教示本领域技术人员来以各种方式实施本发明的代表性基础。

除了在示例中或者另外清楚地指示以外，本说明中指示材料量或反应条件和/或使用的所有数值量应理解成由词语“约”所修饰，以描述本发明的最广泛范围。在所陈述的数值范围内的实践通常是较佳的。此外，除非明确进行相反的陈述：百分比、“份数”以及比值数值以重量计；对于结合本发明针对给定目的适合或较佳的材料组群或类别的描述暗指该组群或类别的任何两个或更多个构件的混合物同样是可适用或较佳的；首字母缩写或其它缩写的第一定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且比照适用于初始定义缩写的正常语法变体；并且，除非明确进行相反的陈述，通过之前或之后参照相同特性的相同技术来确定对特性的测量。

还应理解的是，本发明并不局限于下文描述的特定实施例和方法，因为特定的部件和/或条件当然可改变。此外，这里使用的术语仅仅用于描述本发明的特定实施例的目的并且并不旨在以任何方式进行限制。

还须注意的是，如说明书和所附权利要求中所使用地，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非上下文另有清楚地指示。例如，参照单数的部件旨在包括多个部件。

术语“包括(comprising)”与“包括(including)”、“具有(having)”、“包含(containing)”或“特征在于(characterized by)”是同义词。这些术语是包括性的和开放性的并且并不排除附加的、未列举的元件或方法步骤。

措辞“由...构成(consisting of)”排除并未规定在权利要求中的任何元件、步骤或成分。当此种措辞出现在权利要求项14的条款、而非紧跟在前序部分时，这仅仅限定在该条款中阐述的元件；其它元件并非作为整体从权利要求中排除。

措辞“基本上由...构成(consisting essentially of)”将权利要求的范围限制为特定的材料或步骤，加上那些并不在材料上影响所要求主题的基本和新颖特征的材料或步骤。

能替代地使用术语“包括(comprising)”、“由...构成(consisting of)”以及“基本上由...构成(consisting essentially of)”。在使用这三个术语的一个的情形下，目前所公开和要求的主题可包括使用另外两个术语的任一个。

在本申请全文中，在参照公开文献的情形下，这些公开文献的全部内容的公开在此通过参照的方式纳入本申请，以更完整地描述本发明所属的现有技术。

以下详细描述在本质上仅仅是示例性的并且并不旨在限制本发明或本申请以及本发明的使用。此外，并不旨在受到前文背景技术中或者以下详细描述中呈现的任何理论的限制。

如图1和5-11中所示，本发明提供废气系统10，该废气系统降低受来自车辆的热废气伤害的风险。废气系统10包括催化转换器12、中间排气管24、主要排气管18、排气喷嘴20和次级排气管22，该催化转换器具有入口14和出口16。中间排气管24提供从发动机(未示出)至催化转换器12的入口14的流体连通。主要排气管18包括近侧端部26和远侧端部28。主要排气管18可在主要排气管18的近侧端部26处附接于催化转换器12的出口。次级排气管22(或尾管22)可经由排气喷嘴20联接于主要排气管18的远侧端部28。排气喷嘴20包括主体区域30，该主体区域与截头圆锥形限定区域32成一体。排气喷嘴20的主体区域30可接合于主要排气管18的远侧端部28。排气喷嘴20的截头圆锥形限定区域32可接合于次级排气管22。

应理解的是，次级排气管22(或尾管22)可包括喷嘴端部40和排气端部42。如图5中所示，尾管22还在排气管的喷嘴端部40附近限定多个孔口44，其中，这些孔口44构造成允许环境空气36与流过排气喷嘴20的热废气34混合，以使得热废气34更佳地分布并且混合到环境空气流36中。这导致在尾管22的排气端部42处产生的混合气态流39具有较低的总体温度(大致最高400摄氏度)。应理解的是，例如在图10中的现有技术数据中所示，若废气流34不经合适地混合，则可能热达480摄氏度，其中，经混合气态流的中心区域具有在中心区域集中的热废气34(具有480度的温度)。此外，次级排气管22中的多个孔口44和排气喷嘴20的截头圆锥形限定区域32构造成将来自催化转换器12的热废气流34分散到来自次级排气管22中的多个孔口44的较冷却环境空气36中。

关于图4中示出的排气喷嘴20，截头圆锥形限定区域32包括第一端部直径60和第二端部直径62，该第二端部直径小于第一端部直径60，由此产生截头圆锥形构造。此外，排气喷嘴20的主体区域30包括主要直径61，该主要直径与截头圆锥形限定区域32的第一端部直径大致相等。例如本发明中所示，排气喷嘴20是中空构件21，且截头圆锥形限定区域32操作地构造成在来自催化转换器12的热废气流34接触通过多个孔口44进入排气系统10的环境空气流36之前扰动该热废气流34。还应理解的是，截头圆锥形限定区域32操作地构造成还在来自催化转换器12的热废气流34接触环境空气流36时(及同时)扰动热废气流34。

在一个实施例中，截头圆锥形限定区域32可以但非必须基本上由弯曲表面46形成。如图6-8中所示，截头圆锥形限定区域32还可包括形成在弯曲表面46中的一个外凹部50或者至少两个外凹部50。如图8中所示，两个或更多个外凹部50也可以但并非必须彼此偏离。截头圆锥形限定区域32在截头圆锥形限定区域32的第二端部68处限定多个凹口52。应理解的是，多个凹口52中的每个凹口52可以但并非必须是张开凹口54，其中，每个凹口52的相对侧部56并不彼此平行。

如图12、15和16中所示，分别提供与图6、9和10中示出的喷嘴相对应的温度分布图。这些温度分布图说明降低温度的废气(大致400摄氏度)在离开次级排气管22(或尾管22)的混合气态流39的中心处的散布。相反，现有技术废气系统的图11所示温度分布图说明集中在混合气态流39的中心处的热废气34，其中，热废气34处于大致480摄氏度。因此，本发明的废气系统10将混合废气流39维持为大致(且更安全)400摄氏度的最大温度。

参照图13和14的温度分布图，这些视图分布对应于图7和8所示的冷却喷嘴。如上所示，本发明的废气系统在实施前述喷嘴时提供离开次级排气管22的在降低总体温度下的混合气态流39。图13和14的温度分布图示出朝向气态流的外部区域分布的降低温度废气，且此外，并不存在气态流具有达到高达480摄氏度的温度的任何集中或区域。

虽然在前文详细描述中已呈现了至少一个示例性实施例，但应意识到地是存在各种各样变型。还应意识到地是，示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是示例，并且并不旨在以任何方式限制本发明的范围、可应用性或构造。而是，前文详细描述为本领域技术人员提供用于实施示例性实施例或多个示例性实施例的便利指引图。应理解地是，在元件的功能和结构上，能做出各种改变，而不会偏离在所附权利要求及其法律等同物中阐述的本发明范围。

Claims (10)

1.一种废气系统，包括：

催化转换器，所述催化转换器具有入口和出口；

主要排气管，所述主要排气管具有近侧端部和远侧端部，且所述主要排气管在所述近侧端部处附接于所述催化转换器的所述出口；以及

次级排气管，所述次级排气管经由排气喷嘴联接于所述主要排气管的所述远侧端部，所述排气喷嘴具有与截头圆锥形限定区域成一体的主体区域，所述排气喷嘴的所述主体区域接合于所述主要排气管的所述远侧端部，且所述排气喷嘴的所述截头圆锥形限定区域接合于所述次级排气管。

2.根据权利要求1所述的废气系统，其中，所述次级排气管包括喷嘴端部和排气端部，所述次级排气管在所述排气管的所述喷嘴端部附近限定多个孔口。

3.根据权利要求2所述的废气系统，其中，所述次级排气管中的所述多个孔口和所述排气喷嘴的所述截头圆锥形限定区域构造成将来自所述催化转换器的热废气流分散到来自所述次级排气管内的所述多个孔口的较冷却环境空气中。

4.根据权利要求3所述的废气系统，其中，所述截头圆锥形限定区域包括第一端部直径和第二端部直径，所述第二端部直径小于所述第一端部直径。

5.根据权利要求4所述的废气系统，其中，所述主体区域包括主要直径，所述主要直径等于所述截头圆锥形限定区域的所述第一端部直径。

6.根据权利要求5所述的废气系统，其中，所述排气喷嘴是中空构件。

7.根据权利要求6所述的废气系统，其中，所述多个孔口操作地构造成将环境空气流引入到所述次级排气管中。

8.根据权利要求7所述的废气系统，其中，所述截头圆锥形限定区域操作地构造成在来自所述催化转换器的热废气流接触所述环境空气流之前扰动所述热废气流。

9.根据权利要求8所述的废气系统，其中，所述截头圆锥形限定区域操作地构造成在来自所述催化转换器的热废气流接触所述环境空气流时扰动所述热废气流。

10.根据权利要求9所述的废气系统，其中，所述截头圆锥形限定区域基本上由弯曲表面形成。