专利名称：可变几何形状的排气冷却器的制作方法
可变几何形状的排气冷却器技术领域本公开内容涉及排气冷却器，且更具体地说，涉及可变几何形状 的排气冷却器。
背景技术：
在这个部分中的陈述只是提供本公开内容涉及的背景信息且可 能或可能不构成现有技术。柴油发动机系统由于它们相对于其它类型的内燃机的整体上较 高的效率而普遍使用。这种效率部分地是由于柴油燃烧过程的增加的 压缩比和柴油燃料更高的能量密度。然而，柴油燃烧过程产生微粒， 这些微粒在柴油发动机系统所产生的废气中携带。柴油机微粒过滤器常用于从废气中移除这些微粒。
一般而言，该 柴油机微粒过滤器在柴油发动机的下游配接到排气系统。该柴油机微 粒过滤器接收废气并从废气中过滤出微粒。虽然适用于它的预期目 的，但柴油机微粒过滤器可能会随着时间变满，而且如果不进行清洁， 那么柴油机微粒过滤器的操作效果可能会纟支降级。在本领域中已知的另一个解决方案是使用再生过程来移除在柴 油机微粒过滤器中所捕集的微粒。这些再生过程可能采取各种形式， 例如，废气再循环或使用注入到汽缸内的二次燃烧燃料来升高废气流的温度。示范性再生过程见于共同拥有的美国专利笫7,104,048 B2号 中，该专利以引用的方式结合到本文中的程度如同该专利在本文中全 面公开。这些再生过程通常加热废气到高温以便燃烧来自柴油机微粒 过滤器的微粒。在柴油发动机系统处于怠速状态的条件下，需要在废气排出到环 境之前冷却废气。因此，排气冷却器可能在柴油机微粒过滤器的下游配接到柴油发动机系统来冷却废气。该排气冷却器可操作以混合热废 气与冷却器周围的空气，从而减小废气的温度。然而，这样做的话， 进入排气冷却器的废气的量通常被限制以便能够进行充分冷却。这种 对废气的限制在柴油发动机系统在非怠速状态运行时可能会导致背 压、降低的马力和柴油发动机系统的其它低效率并且产生大量废气。 因此，在本领域中仍需要一种排气冷却器，这种排气冷却器可操作以 基于柴油发动机系统的运行状态来改变进入排气冷却器的废气量。发明内容本发明提供一种排气冷却器，其被安装到尾管用于接收废气。 在本发明的一个方面，该排气冷却管包括可连接到尾管的喷射泵和可连接到尾管的喷嘴。该喷嘴在该尾管与该喷射泵之间限定开口用于将废气从尾管传输到喷射泵。包括第一构件，其可在关闭位置与打开位置之间移动，该打开位置限定在尾管与喷射泵之间的第一开口用于将废气从该尾管传输到该喷射泵。在本发明的另 一方面，第一构件是可枢转地连接到尾管的板。 在本发明的另 一方面，4吏链可在尾管与第 一构件之间连接以允许第 一构件在打开位置与关闭位置之间枢转。在本发明的另一方面，包括第二构件，其可在关闭位置与打开位置之间移动，该打开位置在尾管与喷射管之间限定第二开口用于将废气从该尾管传输到喷射泵。在本发明的另一方面，第一构件和第二构件每个都是半圓形且大小适于配接在喷嘴开口上。在本发明的另一方面，笫一开口与第二开口每个都是半圓形。 在本发明的另 一方面，当第 一构件与笫二构件处于关闭位置时，该第一开口与第二开口配合以形成圆形开口。在本发明的另 一方面，该圓形开口的直径小于该喷嘴开口的直径。在本发明的另一方面，偏压构件可连接到尾管以将第一构件偏压 到关闭位置。在本发明的另一方面，该偏压构件是扭簧。 在本发明的另一方面，该第一构件是阀。 在本发明的另一方面，该阀是簧片式阀。在本发明的另 一方面，该喷嘴是截头圆锥形且该阀定位于该截头 圓锥形喷嘴的外表面上。在本发明的另 一方面，多个簧片阀沿着截头圓锥形喷嘴的外表面 等距离间隔开。在本发明的另 一方面，该喷射泵可通过多个支柱连接到尾管。 通过本文所提供的介绍，其它的适用领域将变得显而易见。应了解这些介绍和具体示例仅用于说明目的且并不限制本公开内容的范围。
本文所介绍的附图仅用于说明目的且决不以任何方式限制本公 开内容的范围。图1为根据本发明原理的具有可变排气冷却器的示范性柴油发动机系统的示意图；图2A为本发明的可变排气冷却器的放大示意侧视图，其中，当 该示范性柴油发动机系统处于怠速状态时，可变排气冷却器的节流板 处于关闭位置；图2B为本发明的可变排气冷却器的放大示意侧视图，其中，当 该示范性柴油发动机系统处于非怠速状态时，可变排气冷却器的节流 板处于打开位置；图3A为本发明的可变排气冷却器的第二实施例的放大示意侧视图，其中，当该示范性柴油发动机系统处于忽速状态时，可变排气冷却器的阀处于关闭位置；图3B为本发明的可变排气冷却器的第二实施例的放大示意侧视 图，其中，当该示范性柴油发动机系统处于非怠速状态时，可变排气 冷却器的阀处于打开位置。
具体实施方式
下文的介绍在本质上只是示范性的且并不限制本公开内容、应用 或用途。参看图1,其示出了示范性柴油发动机系统且大体用标号10表示。 柴油发动机系统IO优选地用于汽车(未示出)，但在不背离本发明的范 围的情况下，该柴油发动机系统10可用于各种其它应用。该柴油发 动机系统10通常包括柴油发动机12。柴油发动机12与发动机控制器 14电子通讯。该发动机控制器14可操作以基于各种参数控制柴油发 动机12。柴油发动机12可操作以在柴油发动机12内的燃烧过程中燃烧柴 油燃料(未示出)。这个燃烧过程的副产物是废气。废气从柴油发动机 12排放作为废气流进入到排气管16内，如图1中的箭头所示。该排气管16包括笫一部段18，该第一郜段18将废气从柴油发动 机12传输到位于柴油发动机12的下游的催化转换器20。该催化转换 器20安装到排气管16上。该催化转换器20可以是任何排气净化装 置，例如，NOx过滤器。该催化转换器20可通过操作来过滤废气以 符合适用排放标准。该排气管16的第二部段22将废气从催化转换器20携带到柴油 机微粒过滤器24。该柴油机微粒过滤器24安装到排气管16且位于催 化转换器20和柴油发动机12的下游。柴油机微粒过滤器24过滤该 废气流并在其内捕集微粒。在不背离本发明范围的情况下，柴油机微 粒过滤器24可采取各种形式。例如，柴油机微粒过滤器24可包括陶瓷结构，废气流可通过该陶资结构传递。在陶瓷结构的壁上捕集并积 聚微粒直到在使用热废气的再生过程中将它们烧掉时。废气流从柴油机微粒过滤器24传递到排气管16的尾管部段26。 排气冷却器30安装到尾管部段26的端部。如在下文更详细地介绍， 排气冷却器30用于在废气流进入周围环境之前冷却废气流。现转至图2A,排气冷却器30通常包括与喷射泵34配接的可变 几何形状喷嘴组件32。该喷嘴组件32设置于尾管部段26的端部上并 限定开口36。优选地，该开口 36的直径等于该尾管部段26的直径。 然而，应了解，在不背离本发明范围的情况下，开口 36的直径可不 同于尾管部段26的直径。该喷嘴组件32还包括第一节流板38A和第二节流板38B。节流 板38A和38B每个都大体为半圆形且每个都具有大于开口 36的直径 的外径。或者，节流板38A与38B可具有小于开口 36的外径使得节 流板38A与38B适于装配在开口 36内。节流板38A和38B各分别包 括半圆形开口或切口 42A和42B。半圓形切口 42A和42B与节流板 38A和38B的大体半圓形同心且每个半圓形切口 42A与42B的直径 都小于节流板38A和38B的外径。节流板38A与38B每个都在开口 36处枢转地安装到尾管部段26。 在所提供的示例中，第 一铰链44A将第 一节流板38A枢转地配接到尾 管部段26。第一铰链44A安装到尾管部段26并被安装到第一节流板 38A的半圆形外边缘的圆周中央或顶点。第二铰链44B将第二节流板 38B枢转地配接到尾管部段26。该第二铰链44B在与第一铰链44A 相对的位置安装到尾管部段26。第二铰链44B还安装到第二节流板 38B的半圓形外边缘圓周中央或顶点。虽然图示铰链44A与44B将节 流板38A与38B枢转地配接到尾管部段26，应了解在不背离本发明 的范围的情况下，可采用允许节流板38A与38B相对于尾管部段26 枢转的各种其它机构。节流板38A与38B分别#支第 一偏压构件48A与第二偏压构件48B偏压到关闭位置。在优选实施例中，偏压构件48A与48B是扭簧，但 在不背离本发明的范围的情况下可采用各种其它偏压装置。在图2A中示出节流板38A与38B的关闭位置。当处于关闭位置 时，节流板38A与38B^皮定位以至少部分地^隻盖开口 36。此外，切 口 42A与42B配合以限定减小的开口 50。该减小的开口 50的直径小 于开口 36的直径。喷射泵34包括圓柱管部分56。入口部分58安装于圆柱管部分 56的一端上。入口部分58大体为截头圆锥形并限定进气口 60。输出 部分62安装于圆柱管部分56的相对端上。输出部分62大体上也是 截头圆锥形且在它的端部限定排气输出端64。在备选实施例中，该喷 射泵34只包括圓柱管部分56。喷射泵34通过支柱66安装到尾管部段26上。支柱66从入口部 分延伸到尾管部段26。喷射泵34从尾管部段26伸出远离喷嘴组件 32延伸。参看图1且继续参看图2A,为了清洁柴油机微粒过滤器24，热 废气通过排气管16，通过柴油机微粒过滤器24并传递到排气冷却器 30。当柴油发动机12处于怠速状态时，热废气通过喷嘴开口 50传递。 通过喷射泵34的进气口 60吸入冷却器周围空气。热废气和冷却器周 围空气在圓柱管部分56和输出部分62内循环并混合。热废气^皮冷却 并从排气输出端64离开排气冷却器30。在喷嘴开口50，热废气的温 度范围在450到600摄氏度，热废气在排气输出端64可能被冷却到 小于300摄氏度。随着废气流离开柴油发动机12，废气流通过排气管16流动。在 废气流12到达排气冷却器30时，废气流在节流板38A与38B上施加 压力。在怠速条件下，废气流压力小于偏压构件46A与46B在节流板 38A与38B上所施加的力。因此，节流板38A与38B保持在关闭位 置且当废气通过限制的喷嘴开口 50传递时喷嘴开口 50使废气加速从 而在喷射泵34中带走更多的空气且通过增加所带走的周围空气的体积而实现增加的冷却。当柴油发动机12在非怠速条件下运行时，柴油发动机12所产生的废气量增加且因此在节流板38A与38B上的废气流的压力增加。这 个废气压力可操作以将节流板38A与38B移动到打开位置。节流板 38A与38B的打开位置在图2B中示出。当废气流压力超过偏压构件 46A与46B在节流板38A与38B上所施加的力时，节流板38A与38B 克服偏压构件46A与46B在4交链44A与44B上枢转。当节流板38A 与38B彼此远离枢转时，从尾管部段26到喷射泵34内的开口的大小 从喷嘴50所提供的面积增加到开口 36所提供的面积。因此，允许更 大量的废气从喷嘴组件30传递到喷射泵34内，从而减小在非怠速速 度的背压和其它低效率。参看图3A,排气冷却器的第二实施例在整体上用标号130表示。 该排气冷却器130通常包括如图2A与2B所介绍的喷射泵34和喷嘴 组件132。喷嘴组件132设置于尾管部段26的端部上且包括喷嘴134。喷嘴 134大体为截头圆锥形且是中空的，因此喷嘴134的内部与尾管部段 26连通以接收废气流。喷嘴134还在它的端部限定出口 136。该出口 136的直径小于尾管部段26的直径且因此限制从尾管部段26传递到 喷射泵34的废气量。多个阀140(仅示出了其中的两个)位于喷嘴134的外表面142周 围。阀140与喷嘴134的内部连通且也和尾管部段26内的废气流连 通。在优选实施例中，六到八个阀在喷嘴134的外表面142的周围均 匀地间隔。然而，应了解任何数目的阀140可用于本发明。这些阀140 可在关闭位置(如图3A所示)与打开位置(如图B所示)之间移动。朝向 关闭位置偏压这些阀140。在优选实施例中，阀140是簧片式阀。然 而，应了解各种其它阀可用于本发明。在怠速条件下，废气流压力不足以打开阀140且这些阀保持在关 闭位置，如图3A所示。因此，在废气流通过出口 136的受限制的开口传递时，出口 136使废气流加速，从而在喷射泵34中带走更多的 空气且通过所带走的周围空气的增加的体积而实现增加的冷却。当柴 油发动机12在非怠速条件运行时，柴油发动机12所产生的废气量增 加且因此在阀140上的废气流压力增加。这个废气压力可操作以将阀 140移动到打开位置，如图3B所示。因此，允许更大量的废气从喷嘴 组件130进入到喷射泵34内，从而减小在非怠速速度的背压和其它 低效率。这允许排气冷却器130自动调整到发动机12的运行状态。的变形预期在本发明的范围内。这些变形并不^皮视作背离本发明的精 神和范围。
权利要求
1.一种安装到尾管用于接收废气的排气冷却器，所述排气冷却器包括可连接到所述尾管的喷射泵；可连接到所述尾管的喷嘴，所述喷嘴在所述尾管与所述喷射泵之间限定喷嘴开口用于将所述废气从所述尾管传输到所述喷射泵；以及第一构件，其可在关闭位置与打开位置之间移动，所述打开位置在所述尾管与所述喷射泵之间限定第一开口用于将所述废气从所述尾管传输到所述喷射泵。
2. 根据权利要求1所述的排气冷却器，其特征在于，所述第一 构件是可枢转地连接到所述尾管的板。
3. 根据权利要求2所述的排气冷却器，其特征在于，还包括铰 链，所述铰链可在所述尾管与所述第一构件之间连接以允许所述第一 构件在所述打开位置与所述关闭位置之间枢转。
4. 根据权利要求2所述的排气冷却器，其特征在于，还包括第 二构件，所述第二构件可在关闭位置与打开位置之间移动，所述打开 位置在所述尾管与所述喷射泵之间限定第二开口用于将所述废气从 所述尾管传输到所述喷射泵。
5. 根据权利要求4所述的排气冷却器，其特征在于，所述第一 构件与所述第二构件每个都是半圆形且大小适于配接在所述喷嘴开 口上。
6. 根据权利要求5所述的排气冷却器，其特征在于，所述第一 开口与所述第二开口每个都是半圓形。
7. 根据权利要求6所述的排气冷却器，其特征在于，当所述第 一构件与所述第二构件处于所述关闭位置时，所述第一开口与所述第二开口配合以形成圆形开口 。
8. 根据权利要求7所述的排气冷却器，其特征在于，所述圆形开口的直径小于所述喷嘴开口的直径。
9. 根据权利要求1所述的排气冷却器，其特征在于，还包括偏 压构件，所述偏压构件可连接到所述尾管上以使所述第一构件偏压到 所述关闭位置。
10. 根据权利要求9所述的排气冷却器，其特征在于，所迷偏压 构件是扭簧。
11. 根据权利要求1所述的排气冷却器，其特征在于，所述第一 构件是阀。
12. 根据权利要求11所述的排气冷却器，其特征在于，所述阀 是簧片式阀。
13. 根据权利要求12所述的排气冷却器，其特征在于，所述喷 嘴是截头圓锥形且所述阀被定位于所述截头圓锥形喷嘴的外表面上。
14. 根据权利要求13所述的排气冷却器，其特征在于，还包括 多个簧片阀，所述多个簧片阀沿着所述截头圓锥喷嘴的外表面等距离 间隔开。
15. 根据权利要求1所述的排气冷却器，其特征在于，所述喷射 泵可通过多个支柱连接到所述尾管上。
全文摘要
本发明提供一种安装到尾管上用于接收废气的可变几何形状的排气冷却器。该排气冷却器包括可连接到该尾管的喷射泵和可连接到该尾管的喷嘴。该喷嘴在该尾管与该喷射泵之间限定喷嘴开口用于将该废气从该尾管传输到该喷射泵。可包括第一构件，它可在关闭位置与打开位置之间移动，该打开位置在该尾管与该喷射泵之间限定第一开口用于将该废气从该尾管传输至该喷射泵。
文档编号F01N3/02GK101251035SQ20081008059
公开日2008年8月27日 申请日期2008年2月20日 优先权日2007年2月21日
发明者J·李, R·米塔尔 申请人:通用汽车环球科技运作公司