专利名称：喷嘴组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷嘴组件，具体地，涉及一种被构造为由流体冷却的 喷嘴组件。
背景技术：
发动机，包括柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机和本领域已知 的其它发动机，可以排放复杂的空气污染物混合物。空气污染物可以由气 态和固态物质组成，例如颗粒物质。颗粒物质可以包括粉尘和称作烟灰的 未燃烧的碳颗粒。由于不断提高的对环境的关注， 一些发动机制造商已经开发出了在废 气离开发动机后对其进行处理的系统。这些系统中的 一些系统使用废气处 理装置一例如颗粒捕集器一从废气流中除去颗粒物质。颗粒捕集器可以包 括设计成用于捕获颗粒物质的过滤材料。然而，经过一段时间的使用后， 过滤材料对于颗粒物质部分地饱和，从而影响发动机的性能。通过称作再生的方法从过滤材料中除去所收集的颗粒物质。通过将过 滤材料和所收集的颗粒物质的温度提高到颗粒物质的燃烧温度之上从而烧 掉所收集的颗粒物质来使得颗粒捕集器再生。可以通过各种方式来实现提 高温度。例如， 一些系统使用加热元件直接加热颗粒捕集器的一个或多个 部分(例如，过滤材料或者外部壳体)。其它的系统4皮构造为加热颗粒捕 集器上游的废气。然后被加热的废气流经颗粒捕集器并将热量传递给过滤 材料和所捕获的颗粒物质。这种系统可以改变一个或多个发动机操作参 数一例如燃烧室中的空燃比一以便产生温度升高的废气。或者，这种系统可以利用例如位于通向颗粒捕集器的废气排^t管道内的燃烧器来加热颗粒捕集器上游的废气。1987年3月24日授予Brighton的美国专利No.4651524(即，524专利)公开了一种这样的系统。，524专利公开了被构造成利用燃烧器提高废气的 温度的废气处理系统。虽然，524专利的系统可以提高颗粒捕集器的温度，但是，524专利的再 生装置没有被构造成在再生颗粒捕集器之前、之中和/或之后对再生装置的 一部分进行主动冷却。因此，经过一段时间，装置的部件会由于装置再生 后处于高温时存留在装置中的燃料而堵塞。装置的堵塞会降低装置的效率 并妨碍装置的性能。本发明的喷嘴组件用于解决上述一个或多个问题。发明内容在本发明的一个示例性实施例中，喷嘴组件包括限定与第二流体通路 流体连通的第 一流体通路的壳体和设置在该壳体内的、与所述第 一和第二 流体通路流体连接的套筒。所述壳体限定靠近套筒前端的径向流体通路。 喷嘴组件还包括至少 一个与再生装置选择性地连通的孔。在本发明的另一个示例性实施例中，喷嘴组件包括壳体，所述壳体限 定与第二流体通路流体连通的第 一流体通路和与第四流体通路流体连通的 第三流体通路。喷嘴组件还包括设置在所述壳体内的套筒。所述套筒限定 一旁路通道，该旁路通道被构造成有助于流体地连接第 一流体通路和第二 流体通路。所述壳体还限定套筒前端附近的径向流体通路。喷嘴组件还包 括至少一个与再生装置可选择地连通的孔。在本发明的另一个示例性实施例中，冷却喷嘴组件的一部分的方法包 括可控制地限制流向喷組组件的第 一流体通路和第二流体通路中的至少一 个的第一流体的流。所述方法还包括引导第二流体流向喷嘴组件的径向流 体通路。所述第一流体与第二流体不同。
图1是根据本发明的一个示例性实施例的喷嘴组件的示意性视图，所示喷嘴组件与第一流体源和第二流体源连接；图2是根据本发明的另一个示例性实施例的再生装置的示意性视图， 所示再生装置与动力源连接。
具体实施方式
如图1所示，喷嘴组件2包括壳体4和设置在壳体4的通道24内的套 筒8。套筒8的前端57抵靠壳体4，而套筒8的后端59抵靠喷嘴组件2 的止挡30。利用一组螺钉32将所述止挡30和套筒8固定在壳体4上。所述壳体4可以是例如歧管或者能够支承喷嘴组件的部件并有助于形 成室14的任何其它类似结构，所述室14用于待由喷嘴组件12喷射的漩涡。 如图1所示，套筒8、止挡30和螺钉32可以至少部分地由壳体4支承和/ 或连接至壳体4上。点火装置98也可以由壳体4支承和/或连接至壳体4 上。这种点火装置98可以包括例如火花塞或其它常规的点火装置。壳体4 可以由任何本领域已知的、能够承受颗粒物过滤器的再生温度的材料制成。这种材料可以包括例如辆、钢、铝和/或任何所述材料的合金。另外，壳体 4可以由铸铁或任何其它铸造材料制成。如下面参照图2所描述的那样， 壳体4和/或喷嘴组件2的其它部件可以在尺寸上和/或在其它方面"^殳计成可 安装到再生装置82上。壳体4可以限定第一流体通路18和第二流体通路16。壳体4还可以 限定笫三流体通路28 (在图1中以虚线71、 73示出)和第四流体通路26。 第一流体通路18可与第二流体通路16流体连通，而第三流体通路28可与 第四流体通路26流体连通。如下文更加详细说明的那样，第一流体通路 18可例如通过壳体4的通道24、由套筒8限定的多个槽36中的至少一个 和套筒8的旁路22与第二流体通路16流体连通。另外，第三流体通路28 可通过例如壳体4的第一通道54 (在图1中以虚线75、 77示出)、第二 通道52和第一径向通路53与第四流体通路26流体连通。如图1所示，壳体4可以限定至少一个孔12。孔12可以在尺寸、角度和/或其它方面设计成向例如再生装置82 (图2)喷射锥形的流体流。壳 体4可以有助于限定靠近套筒8的前端57的室14。所述室14也可以在尺 寸、形状和/或其它方面"i殳计成有助于喷射锥形流体流。第一径向通路53可以是通过研磨、钻孔、切割、蚀刻和/或其它方式 在壳体4的壁中形成的通道。笫一径向通路53可以基本上围绕套筒8的前 端57的一个周长或外周延伸。因此，从第二通道52经过第一径向通路53 流向第一通道54的流体可以完全容纳在笫一径向通路53中。因此，由第 一径向通路53形成的流体路径可以与由例如通道24、多个槽36、室14 和/或旁路22形成的另一个流体路径分开。另外，第一和第二通道54、 52 可以以与第一径向通路53基本相同的方式形成，并且第一和第二通道54、 52可以从第一径向通路53处在套筒8的外表面附近延伸。可以理解，可 能希望使靠近套筒8的外表面的壳体壁86的厚度最小化，从而使得流经第 一和笫二通道54、 52的温度较低的流体可以有效地通过传导和/或对流从 例如壳体4、止挡30和/或套筒8的部分吸收热量。具体地，可能希望从多 个槽36和/或壳体4靠近孔12和室14的部分吸收热量。喷嘴组件2的这 些部件由于靠近再生装置82 (图2)内的燃烧反应以及其较小的尺寸，最 可能被腐蚀、焦化和/或堵塞。因此，在本发明的一个示例性实施例中，在 保持壳体4内的期望水平的结构整体性的同时，第一和第二通道54、 52 可以尽可能地靠近壳体4的通道24形成。套筒8可以抵靠壳体4的内表面从而在两者之间形成流体密封部。喷 嘴工作时，该流体密封部能够承受例如250psi以上的流体压力。套筒8基 本上为中空的圆柱状，并且可以由上面针对壳体4说明的材料中的任一种 材料制成。由套筒8限定的多个槽36可以与壳体4的通道24和室14流体 连通。所述多个槽36相对于套筒8的纵向轴线9可以以任何希望的角度布 置以便帮助将流体以一角度喷射到室14中。所述多个槽36可以具有任何 有助于在期望压力范围上向室14传输期望的流体量的直径。槽36的直径 可以比例如旁路22的直径小。旁路22可以通过研磨、钻孔、切割、蚀刻和/或其它方式形成在套筒8中。在一个示例性实施例中，旁路22可以从前端57到后端59基本上延伸 套筒8的整个长度。旁路22可以基本上平行于套筒8的纵向轴线9形成并 且可以与室14流体连通。旁路22还可以与所述多个槽36和第一流体通路 18流体连通。旁路22可以包括^1置在室14附近的限流件(限制件)23。 限流件23可以例如由与套筒8相同的材料制成。可选地，限流件可以是例 如与套筒8连接并且设置旁路22内的筒、管和/或其它结构的一部分。限 流件23可以限定较小的孔25。孑L 25的中心线可以与套筒8的纵向轴线9 和/或室14的中心线对齐。作为喷嘴组件2的设计参数，可以基于流过孔 12的希望的流体流速优化孔25的直径。在一个示例性实施例中，孔25的 直径可以是0.010英寸。止挡30可以是例如任何常规的机械垫片。止挡30可以由上面针对壳 体4所述的任何金属制成并且可以在尺寸、形状和/或其它方面设计成当螺 钉32完全柠紧时将套筒8牢固地固定在例如壳体4上。止挡30基本上是 不可压缩的并可以限定至少一个容纳密封件34的凹槽。所述凹槽可以具有 任何构型，在一个示例性实施例中凹槽可围绕止挡30的一周长或外周延 伸。密封件34可以构造成在例如壳体4和止挡30之间形成流体密封。在 一个示例性实施例中，密封件34是0形圏，该O形圏由任何常规的、可 用于使用汽油、柴油和/或其它基于石油的流体应用场合的塑料、橡胶、聚 合物或合成物制成。这种材料可以包括例如Viton⑧或其它氟弹性体 (fluoroelastomer )。密封件34可以构造成当壳体4中的流体压力超过例 如250psi时形成流体密封，并且螺钉32可辅助这种密封的形成。在另一 个示例性实施例中，止挡30可以包括多个附加的密封件35,这些密封件 35分别位于由止挡30限定的不同的各凹槽中。附加的密封件35可以与密 封件34机械上相似并且可以是由例如任何常规的、可以用于釆用水、乙二 醇和/或其它冷却剂流体的应用场合的塑料、橡胶、聚合物或合成物制成的 O形圏。止挡30还可以限定基本上围绕止挡30周向地延伸的较大的中心凹槽。 该中心凹槽可以通过研磨、钻孔、切割和/或其它方式形成在止挡30中，并且当止挡30设置在壳体4的通道24中时可以有助于形成第二径向通路 61 。笫二径向通路61可以与笫 一 流体通道54和第三流体通路28流体连通。 应当理解，流经第一和第二通道54、 52以及第二径向通路61的温度较低 的流体可以通过传导从例如壳体4、止挡30和/或套筒8的部分吸收热量。壳体4上可以流体地连接至少一个阀以便帮助控制壳体4中的流体的 流动。例如，阀40可以通过流体线路51与第一流体通路18流体连接，而 阀38可以通过流体线路50与第二流体通路16流体连接。通常，本文所述 的流体线路可以是任何常规的管子、软管和/或其它用于传递压力超过例如 约250psi的加压流体的类似结构。阀40、 38可以是本领域已知的任何可 控两通阀。阀40、 38可以例如包括用于辅助调节流经阀的流体流的致动装 置(未示出)，例如电磁线圏。在一个示例性实施例中，阀40、 38中的至 少一个可以可变地调节。每一个阀40、 38的一部分例如致动装置可以与控 制器56电连接。图1中虚线示出的控制线路60示出这种连接。控制器56 可以是例如电气控制设备、计算机和/或设计成控制阀40、 38的位置和/或 功能的任何其它常规的数据处理器。阀40、 38还可以与箱42流体连接。所述箱42可以是例如低压油槽、 燃料箱、作业机的笫二燃料回路和/或本领域已知的任何其它低压流体源。 所述箱42可以容纳例如柴油并且可以与常规的压力源例如泵44连接。在 一个示例性实施例中，泵44可以被构造成通过流体线路47从箱42中抽吸 流体并通过流体线路49将被抽吸的流体引导至阀38。在该实施例中，阀 40可以通过流体线路48与箱42流体连接。流体线路47、 48、 49在机械 上与上述流体线路51、 50相似。泵44可以帮助以任何希望的流体压力引 导流体流向阀38并且可以是本领域已知的任何类型的泵，例如叶轮类型的 泵。在一个示例性的实施例中，泵44以大约250psi或更高的压力将流体 引导至阀38。如图1所示，壳体4的第三和第四流体通路18、 26可以与贮液池卯 流体连通。贮液池90可以是例如低压油槽、作业机的散热器、水或其它冷 却剂箱、作业机的冷却剂回路和/或本领域已知的任何其它低压流体源。贮液池90可以容纳例如水、乙二醇、制冷剂和/或其它冷却剂或流体，并且 可以与常规的压力源例如泵88连接。在一个示例性的实施例中，泵88机 械上与上述泵44相似。泵88可以构造成通过冷却剂线路92从l&液池90 中抽吸冷却剂和/或其它流体并且通过冷却剂线路94将被抽吸的流体引导 至第四流体通路26。在该示例性实施例中，泵88可以以大约20psi或更高 的压力将流体引导至第四流体通路26。此外，通过第三流体通路28流出 壳体4的流体可以通过冷却剂线路96被引导至贮液池90。冷却剂线路92、 94、 96机械上可以与上述流体线路51、 50相似。工业实用性如图2所示，在本发明的一个示例性实施例中，公开的喷嘴组件2可 以与再生装置82组合使用，以帮助清除收集在过滤器84中的污物。该过 滤器84可以包括本领域已知的用于从液(流)体流中提取污染物的任何类 型的过滤器，例如颗粒物过滤器。这种过滤器84以及由此还有再生装置 82可以与例如柴油发动机或本领域已知的其它动力源78的废气出口流体 连通。所迷动力源78可以用于任何常规的需要提供动力的应用场合。例如， 动力源78可以用于给静止设备例如发电机或其它移动设备例如车辆提供 动力。这种车辆可以包括例如汽车、作业机(包括那些道路以及非道路使 用的)以及其它重型设备。由动力源78产生的废气流从动力源78通过能量提取组件80流入再生 装置82。应当理解，在本发明的示例性实施例中，可以省略能量提取组件 80。在动力源的正常运行条件下，可以关闭再生装置82,并且废气流可以 流经再生装置82到达过滤器84，其中废气中污染物的一部分被捕获。但 是，经过一段时间，过滤器84会对收集的污染物饱和，因此阻碍了其从废 气流中除去污染物的能力。饱和的过滤器84还可以在动力源78上产生背 压(backpressure),降低了动力源的性能并增加了燃料的消耗。可采用 一个或多个诊断装置(未示出)来监测例如过滤器温度、流速、流体温度、 被过滤的流体的颗津立物含量、废气背压和/或过滤器84、动力源78和/或流体的其它特征，并将这种信息传递给控制器56。控制器56可以使用该信 息判断过滤器84何时需要再生。该判断还可以基于预定的再生时间表、动 力源78燃烧的燃料的加仑数和/或存储在控制器56中的模型、算法或图。再生装置82可以被构造成用于提高流经该装置的废气流的温度，由此 产生能够再生过滤器84的输出流。通过使用喷嘴组件2向再生装置82喷 射可燃流体例如柴油并点燃再生装置82中的流体来提高流体的温度。现在 参考图1 (除非另有说明)对喷嘴组件2的操作进行详细说明。如上所述， 应当理解，引自图1中控制器56的虛线60表示电气或其它控制线。连接 图1中各个部件的实线表示流体流动线路或冷却剂线路。还应当理解，在 本文所述的流体可以是汽油、柴油、重整油或任何其它常规的可燃流体。 可以在再生装置82中点燃流体以便提高废气流的温度。此外，本文所述的 冷却剂可以是例如水、乙二醇、制冷剂和/或用于冷却作业机和/或汽车部件 的任何其它常规流体。在再生过程之前、之中和/或之后，冷却剂可以通过 传导冷却喷嘴组件2的部分。可以设想，第一流体流和第二流体流可以被 引导流经喷嘴组件2的部件，并且第一流体不同于第二流体。还设想第一 和第二流体可以是相同的流体。在该实施例中，流体可以是例如柴油、汽 油和/或任何其它的常规可燃流体。控制器56可以基本上打开阀38和阀40以便开始使用喷嘴组件2喷射 流体。泵44可以向第二流体通路16供应压力大约为250psi的流体，并且 流体线路47可以引导流体从箱42流向泵44。然后通过流体线路49将流 体从泵44引导至阀38。通过流体线路50进入第二流体通路16的流体流 以及由此向再生装置82(图2)供应的流体的量可以以由阀40调节。例如， 为了增加被导向第二流体通路16和/或再生装置82的流体的量，使用者可 以将阀40调节至相对封闭的位置。按照这种方式控制阀38、 40引导第二 流体通路16的流体沿箭头62的方向流动。然后流体可以流经通道24、流过所述多个槽36并且进入室14。流体 可以以基于槽36的构型的角度进入室14并且沿锥形方向流出孔12,如箭 头72所示。但是，应当理解，不是所有流进室14的流体都流出孔12。没有被喷射进入再生装置82 (图2 )的流体可以进入旁路22并沿箭头64的 方向流进第一流体通路18。该流体可以沿箭头66的方向流出壳体4并流 经流体线路51和基本上开启的阀40,然后通过流体线路48返回至箱42。 应当理解，限流件23帮助阀40调节流经旁路22的流体的量。在一个示例 性的实施例中，喷射室14中的流体可以在室14中形成漩涡，并且沿着室 14的壁流动的流体(即凝涡外侧的流体)具有比纵向轴线9和/或室14的 中心线附近的流体(即凝涡中心处的流体)大的动能和/或其它能量。限流 件23的孔25可以定位成并将其尺寸设计成用于虹吸、引导和/或以其它方 式从旋涡的中心抽吸流体并将流体引导至旁路22。从凝涡中心抽吸能量较 低的流体可以使从多个槽36喷射到室14中的流体的干扰最小化。一旦流体喷射进入再生装置82,可以用点火装置98点燃流体。流体 的点火和燃烧可以导致废气以及由此喷嘴组件2的部件的温度升高。在持 续的再生过程中，废气可以到达例如约摄氏600度或更高。但是由于喷嘴 组件2的部件在再生过程中被冷却，部件的温度低于被加热的废气的温度。为了停止向再生装置82中喷射流体并且由此结束正在进行的再生过 程，控制器56可以关闭阀38并保持阀40基本开启。当阀38关闭时，不 允许流体从泵44进入壳体4，并且当阀38关闭时，泵44被关闭。应当理 解， 一旦阀38关闭，阀40不可再用于调节壳体4中的流体流量。一旦再生过程完成，未燃烧的流体可能保留在喷嘴组件2的部件例如 套筒8的槽36中。当部件在一段时间内处于高温时，保留在这种部件中的 流体开始使得部件焦炭化和/或腐蚀。保留在喷嘴组件中的未燃烧的流体还 可以在喷嘴组件2的部件例如槽36和/或孔12中形成沉淀。这种腐蚀和沉 淀可以腐蚀堵塞所述部件的通道并且降低例如喷嘴组件2的效率和/或使用 寿命。然而，冷却喷嘴组件2的部件可以减少多次重复的再生过程后的腐 蚀和/或沉淀的形成，并且可以延长喷嘴组件2的寿命。如下文所述，例如 在再生过程之前、将流体喷射到再生装置82中的再生过程中、以及流体不 再被喷射到再生装置中之后(即再生过程完成后)，可以用冷却剂冷却本 发明的喷嘴组件2。因此，在安装有喷嘴组件2的作业机工作时，喷嘴组件2的部件可以连续地被冷却剂冷却。泵88可以通过冷却剂线路92将冷却剂从贮液池90中抽出。泵88可 以通过冷却剂线路94以例如大约20psi的压力将冷却剂引导至第四流体通 路26。冷却剂可以沿箭头55的方向流经第二通道52并且可以进入第一径 向通路53,如箭头63所示。冷却剂可以被第一径向通路53携带围绕套筒 8的周长或外周传输。第一径向通路53可以设置在套筒8的前端57的附 近以及壳体4的室14和/或孔12的附近。因此，当冷却剂流经壳体4时， 流经第一径向通道54的冷却剂可以通过传导和/或对流从例如套筒8的部 分、室14和/或孔12带走热量。冷却剂可以沿箭头65的方向流动然后进 入第一通道54。冷却剂可以沿箭头67的方向从第一通道54流向第三流体 通路28，并通过冷却剂线路96被引导返回贮液池90。第一和第二通道54、 52可以尽可能地靠近例如内部设置有套筒8和/或止挡30的通道24。因此， 当冷却剂流经壳体4时，流经第一和第二通道54、 52的冷却剂可以帮助通 过传导和/或对流从例如套筒8、室14和/或孔12的部分带走热量。如上所述，第三流体通路28可以与第二径向通路61流体连通。因此， 冷却剂也可以从围绕止挡30外周的第一通道54流经第二径向通路61，然 后通过第三流体通路28排出壳体4。流经第二径向通路61的冷却剂帮助 通过传导和/或对流冷却止挡30、套筒8和/或壳体4的部分。应当理解， 泵88可以与过滤器84 (图2 )的再生时间表无关地连续地引导冷却剂经过 壳体4。本领域的普通技术人员会理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可 以对本发明的喷嘴组件2进行各种修改和变型。例如，虽然喷嘴组件2在 本文中描述为具有多个不同的部件，但是应当理解， 一个或多个这些部件 例如套筒8和止挡30可以结合形成单一部件。通过研究本发明的说明书和 实施例，本发明的其它实施例对本领域的普通技术人员是显而易见的。本 说明书和实施例仅用于说明的目的，本发明的真正的范围由后附的权利要 求及其等同物限定。
权利要求
1.一种喷嘴组件(2)，包括一壳体(4)，所述壳体(4)限定与第二流体通路(16)流体连通的第一流体通路(18)；一套筒(8)，所述套筒(8)布置在壳体(4)中并且与第一和第二流体通路(16，18)流体连通，所述壳体(4)限定位于套筒(8)的前端(57)附近的径向流体通路(53)；以及至少一个与再生装置(82)选择性连通的孔(12)。
2. 根据权利要求1所述的喷嘴组件(2),其特征在于，所述壳体 (4)还包括与一第四流体通路(26)流体连通的一第三流体通路(28)。
3. 根据权利要求2所述的喷嘴组件(2)，其特征在于，所述壳体 (4 )还限定使第三流体通路(28 )和径向流体通路(53 )流体连通的第一通道(54),以及使第四流体通路(26)与径向流体通路(53)流体连通 的笫二通道(52)。
4. 根据权利要求2所述的喷嘴组件(2),其特征在于，所迷第一 和第二流体通路(18， 16)被构造成用于引导壳体(4)中的第一流体流， 并且第三和第四流体通路(28, 26)被构造成用于引导壳体(4)中的与第 一流体流不同的第二流体流。
5. 根据权利要求1所述的喷嘴组件(2),其特征在于，所述套筒 (8)还包括与第二流体通路(16)流体连通的多个槽(36)。
6. 根据权利要求5所述的喷嘴组件(2),其特征在于，所述多个 槽(36 )被构造成用于引导流体流向喷嘴组件(2 )位于孔(12 )附近的室(14)。
7. 根据权利要求5所述的喷嘴组件(2),其特征在于，所述套筒 (8)还限定与多个槽(36)流体连通的旁路(22)。
8. —种用于冷却喷嘴組件(2)的一部分的方法，包括 可控制地限制流向喷嘴组件(2 )的第一流体通路(18 )和第二流体通路(16)中至少一个的流体流；以及引导第二流体流向喷嘴组件(2)的径向流体通路(53)，所述第一流 体不同于所述第二流体。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括，在第一和第 二流体通路(18, 16)中的至少一个的上游设置阀(38)，所述阀(38) 被构造成用于帮助可控制地限制流。
10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括，引导第二流 体流从喷嘴组件(2)的第四流体通路(26)流向喷嘴组件(2)的第三流 体通路(28 )。
全文摘要
本发明涉及一种喷嘴组件(2)，包括壳体(4)和套筒(8)，所述壳体限定与第二流体通路(16)流体连通的第一流体通路(18)，所述套筒布置在壳体(4)中并且与第一和第二流体通路(18，16)流体连通。所述壳体(4)限定位于套筒(8)的前端(57)附近的径向流体通路(53)。该喷嘴组件(2)还包括至少一个与再生装置(82)选择性连通的孔(12)。
文档编号F01N3/023GK101336336SQ200680052001
公开日2008年12月31日 申请日期2006年12月11日 优先权日2005年12月29日
发明者C·Y·梁, M·P·哈门 申请人:卡特彼勒公司