用于将反应剂释放到内燃机的排气流中的设备的制作方法

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用于将反应剂释放到内燃机的排气流中的设备的制造方法与工艺

本发明涉及一种用于将反应剂释放到内燃机的排气流中的设备,所述设备包括反应剂喷射组件、用于将反应剂从反应剂贮存器输送到所述反应剂喷射组件的反应剂输送组件、用于加热通过所述反应剂输送组件输送到所述反应剂喷射组件的反应剂的加热组件以及用于操控所述反应剂输送组件、所述加热组件和所述反应剂喷射组件的操控组件。



背景技术:

由DE 10 2006 049 591 A1已知一种用于将反应剂释放到内燃机的排气流中的设备。要通过该设备释放的反应剂是尿素溶液。为了将借助于反应剂输送组件输送到反应剂喷射组件的尿素溶液尽可能有效地与排气流混合,在该已知的设备中加热朝反应剂喷射组件的方向输送的反应剂,例如加热到大约200℃的温度。同时在释放到排气流中之前以液态形式输送的反应剂处于这样高的压力下,使得在反应剂释放到排气流中之前不出现反应剂蒸发。这样的设备利用如下效果,即,在将被加热的且首先处于增大的压力下的反应剂释放到排气流中时出现自发的降压,这一方面导致自发的反应剂蒸发,另一方面导致非自发蒸发的份额的反应剂的非常微小的反应剂微滴,由此实现反应剂与内燃机的在排气引导系统中流动的排气的非常有效且精细的混匀。



技术实现要素:

本发明的任务在于,提供一种用于将反应剂释放到内燃机的排气流中的设备,利用该设备可以在结构上简单的构造方案中实现反应剂与内燃机的接收反应剂的排气的有效混匀。

根据本发明,该任务通过一种用于将反应剂释放到内燃机的排气流中的设备得以解决,所述设备包括反应剂喷射组件、用于将反应剂从反应剂贮存器输送到所述反应剂喷射组件的反应剂输送组件、用于加热通过所述反应剂输送组件输送到所述反应剂喷射组件的反应剂的加热组件以及用于操控所述反应剂输送组件、所述加热组件和所述反应剂喷射组件的操控组件。

在此,在所述反应剂输送组件下游设置有过压阀或/和蓄压器组件。

通过借助于加热组件将反应剂加热到在正常条件时、亦即在正常压力下会导致反应剂蒸发的温度,可以利用自发蒸发或在从反应剂喷射组件释放时产生非常细微的反应剂喷雾的在先描述的效果。因此,这样的设备也可以已经在相对低的排气温度时使用,该排气温度否则不适用于足够的反应剂蒸发。在使用根据本发明的设备时也实现例如构造为尿素/水溶液的反应剂向氨的改进转化,相关于在设置在内燃机的燃烧排气的排气引导系统中的催化器的较小体积能实现的同时经改进的NOx转化和反应剂的较小消耗。通过除了自发的反应剂蒸发之外出现的非常细微的反应剂微滴的产生,由于较好的表面积/体积比例也实现以微滴形状释放的反应剂的较快蒸发,因为微滴的要加热的质量与其体积成比例。辅助支持反应剂与在排气流中引导的排气的混匀的其他技术措施、例如在喷雾产生时的压缩空气辅助支持或借助于设置在排气流中的混合元件的混匀可以因此至少部分地取消。

在此,特别重要的是,在根据本发明的设备中规定结构上的措施,所述措施实质上改进将反应剂释放到排气流中的质量。通过提供过压阀确保:在释放阶段开始时总是存在限定的压力比,所述压力比导致反应剂通过反应剂喷射组件的对应限定的释放。因为通过提供过压阀也可以在非释放阶段期间运行反应剂输送组件,以便一方面形成或维持所希望的反应剂压力,但另一方面通过过压阀的作用避免过度的压力增大,所以不必需的是,在释放阶段开始时(由在反应剂输送组件下游的管线区域中的此时出现的压力下降引起地)触发反应剂输送组件的输送率的仅随着延迟所使用的增大。该反应剂输送组件原则上可以这样运行,使得在过渡到释放阶段中时可以充分地再输送反应剂,以便能够一方面将所希望的反应剂量释放到排气流中,但另一方面避免过度的压力下降、特别是压力下降到反应剂的蒸汽压力以下。

设置蓄压器组件导致:在释放阶段期间,在处于反应剂输送组件下游的区域中、特别是在反应剂喷射组件的区域中的压力可以基本上恒定地保持在确保限定的反应剂释放的水平上,即使通过反应剂输送组件在释放阶段期间能补充的反应剂体积不完全足以取代在释放阶段期间释放到排气流中的反应剂。

在一种特别有利的构造方案中,组合地实现两个在先描述的技术措施、亦即设置过压阀和设置蓄压器组件,虽然每个所述措施本身单独地已经有助于特别有利地工作的系统。

在根据本发明的设备中,所述反应剂输送组件可以包括用于将反应剂输送到反应剂喷射组件的反应剂泵,其中,所述反应剂泵构造用于产生处于通过所述加热组件加热的反应剂的蒸汽压力以上的反应剂压力。在此,所述反应剂泵优选是连续输送的泵、例如齿轮泵。

为了利用简单的结构上的措施特别是在反应剂喷射组件的区域中也在释放阶段期间维持对于阻止反应剂在设备本身中的蒸发必需的压力并且因此也可以用于限定的反应剂释放,提出:所述蓄压器组件包括:

-在所述反应剂输送组件下游的反应剂的流动路径中的至少一个可压缩的体积补偿元件,或/和

-用于反应剂的至少一个可弹性延伸的管线区域,或/和

-至少一个通过弹性的元件、优选膜片与反应剂分开的可压缩的体积补偿介质、优选气体。

为了能够特别有效地利用蓄压器组件的压力补偿效果和因此还有体积补偿效果,提出:所述蓄压器组件设置在所述反应剂喷射组件的区域中。

以有利的方式,在根据本发明的设备中,通过所述蓄压器组件提供的反应剂缓冲体积确定成,使得满足如下条件:

VP>VE–VN

其中:

VP是所述反应剂缓冲体积,

VE是在反应剂喷射过程中通过所述反应剂喷射组件释放的反应剂体积,

VN是在反应剂喷射过程中通过所述反应剂输送组件再输送的反应剂体积。

因此可以保证:通过一方面蓄压器组件的作用和另一方面反应剂输送组件的作用在喷射过程期间、亦即在释放阶段期间提供的反应剂体积足以能够使所希望的反应剂量释放到排气中。

为了能够在根据本发明的设备中限定地调节一方面反应剂的所希望的温度和另一方面对于阻止反应剂蒸发必需的压力,进一步提出:所述操控组件构造用于基于在所述加热组件或/和所述反应剂释放组件的区域中的反应剂温度或/和基于理论反应剂温度来操控所述加热组件,或/和构造用于基于在所述加热组件或/和所述反应剂喷射组件的区域中的反应剂压力或/和基于理论反应剂压力来操控所述反应剂输送组件。

此外,本发明涉及一种用于内燃机的排气系统,该排气系统包括排气引导通道和根据本发明的用于将反应剂释放到在所述排气引导通道中流动的排气中的设备。

附图说明

下面参考附图详细说明本发明。附图中:

图1示出用于将反应剂释放到内燃机的排气流中的设备的原理图;

图2示出在图1中示出的设备的反应剂喷射组件的剖视图。

具体实施方式

在图1中,用于将反应剂释放到内燃机的排气流中的设备一般地以10标记。设备10包括反应剂输送组件12,借助于该反应剂输送组件,反应剂R可以从反应剂贮存器14、亦即例如存储容器取出并且通过反应剂管线16输送给例如可电激励的加热组件18。在加热组件18中,借助于反应剂输送组件12输送的或处于压力下的反应剂R加热到过热温度并且进一步输送到反应剂喷射组件20。借助于反应剂喷射组件,反应剂R释放或喷射到示意性示出的且在内燃机的排气系统的排气引导通道中引导的排气流A中。

反应剂输送组件12包括反应剂泵22,该反应剂泵通过输送管线24接收来自反应剂贮存器14的反应剂R并且将该反应剂通过过压阀26输送到反应剂管线16中并且朝加热组件18的方向输送。过压阀26在达到切换压力时释放反应剂贮存器14的回流路径28,从而用于:在运行反应剂泵22期间在过压阀26下游的流动区域中的反应剂压力基本上不超过切换压力。反应剂泵22优选构造为连续工作的泵、例如构造为齿轮泵,该泵原则上可以如此运行,使得该泵可能生成处于过压阀26的切换压力以上的压力。

在图1中,在加热组件18和反应剂喷射组件20之间的区域中象征性地示出蓄压器组件30。蓄压器组件30的用于提供反应剂缓冲体积的功能性紧接着特别是也参考图2还要描述。

此外,设备10包括操控组件32,该操控组件设置用于操控反应剂输送组件12、亦即特别是反应剂泵22、加热组件18和反应剂喷射组件20。在此,通过信号线S1给操控组件22输送一个或多个压力传感器的压力信号,所述压力信号描绘出在过压阀26下游的流动区域中、特别是在加热组件18或/和反应剂喷射组件20的区域中的压力。由一个或多个温度传感器提供的温度信号通过信号线S2导入到操控组件32中,该温度信号显示特别是在加热组件18或/和反应剂喷射组件20的区域中的反应剂的温度。此外,其他信息、例如关于内燃机的运行状态并且因此也关于释放的排气量的信息可以输送给操控组件32。

例如也可以整合到发动机控制器中的操控组件32这样操控加热组件18,使得在加热组件18的区域中或也在然后在下游接着的管线区域中或在反应剂喷射组件20的区域中的反应剂处于100℃至370℃之间的范围内。例如用于反应剂R的理论温度可以处于120至300℃、优选130至250℃之间、最优选在150和200℃之间的范围内。不言而喻,反应剂的理论温度可以根据要使用的反应剂来选择。优选地,作为反应剂使用尿素/水溶液。也可以使用其他类型的反应剂、例如Denoxium或异氰酸。

为了阻止在反应剂R的这样高的温度时该反应剂已经在从反应剂喷射组件20释放之前、亦即在设备10的内部发生蒸发,反应剂泵22这样运行,使得在反应剂R的处于反应剂泵下游的流动区域中达到并且保持在反应剂的所希望的温度时处于反应剂R的蒸汽压力以上的反应剂压力。过压阀26的切换压力特别是也这样选择,使得当达到所述切换压力并且因此不再出现进一步压力上升时,反应剂压力处于反应剂R的蒸汽压力以上。

为了借助于反应剂喷射组件20释放反应剂R,操控组件32操控反应剂喷射组件20的在图2中原理式示出的电磁铁组件34。该电磁铁组件包括设置在壳体36中的电磁铁线圈38和能利用锁定件40运动的衔铁42。锁定件-衔铁-结构组件通过预紧弹簧44朝阻塞壳体36中的释放室46的方向预张紧。在此,锁定件40以尖端区域48安放在壳体36中构造的开口50的边缘上。通过管线52例如从加热组件18输送的反应剂在该状态中不能从释放室46溢出。在激励线圈组件34时,通过对应的电磁相互作用,锁定件-衔铁-结构组件朝在图2中示出的打开位置的方向移动,在该打开位置中,释放室46通过开口50打开并且因此将处于压力下的反应剂R通过开口50和一般以54标记的、也称为喷射孔盘的释放喷嘴组件的多个喷嘴孔52向外释放或喷射到排气A中。相应的释放阶段的持续时间、亦即在有节拍的运行中锁定件40处于其打开位置中的持续时间或释放阶段的持续时间与非释放阶段的持续时间的比例可以根据必需的反应剂量来调节,在所述非释放阶段期间,锁定件40在其锁定位置中并且因此阻止反应剂释放。反应剂喷射组件20通过操控组件32例如以用于实施具有交替的释放阶段和非释放阶段的这种有节拍的运行的必需反应剂量为依据进行操控。

在释放阶段期间,在过压阀26下游的区域中并且特别是在加热组件18或反应剂喷射组件20的区域中的首先处于过压阀26的切换压力的范围内的反应剂压力下降到过压阀26的切换压力以下。如果低于切换压力,则过压阀26关闭。因为反应剂泵22基本上连续运行,以便至少维持切换压力,所以在相应的释放阶段开始时原则上也不需要在运行反应剂泵22方面的改变。反应剂泵22这样运行,使得在锁定件40定位在打开位置中时、亦即在释放阶段期间首先下降到切换压力以下的反应剂压力也不可以下降到下极限压力以下,该下极限压力例如可以处于特别是在加热组件18或反应剂喷射组件20的区域中的反应剂R的蒸汽压力的110至120%的范围内。因此确保:在释放阶段期间也在过压阀26下游的流动区域中通过不低于下极限压力的反应剂压力还在设备10本身中阻止反应剂蒸发,仍可以维持足够高的且限定的压力,以便将限定的反应剂量喷入到排气流A中。

因此,在设备10的该构造方案中,例如也在没有蓄压器组件30的情况中,反应剂泵22这样构造和运行,使得该反应剂泵能避免反应剂压力下降到下极限压力以下并且此时补充足够大的反应剂量,以便能够将对于相应的释放阶段所希望的反应剂量释放到排气流A中。设备10的在图1中示出的蓄压器组件30也不取决于是否设置过压阀26、但优选与过压阀26相结合地导致:在相应的释放阶段期间特别是在反应剂喷射组件20亦或加热组件18的区域中的反应剂压力保持在高水平上、例如在过压阀26的切换压力的范围内或在对应的压力中,但在任何情况中不下降到下极限压力以下。

蓄压器组件30提供反应剂缓冲体积,亦即在非释放阶段期间、也就是在锁定件40在定位锁定位置中时在压力下接收反应剂R的体积。如果锁定件40运动到其打开位置中并且反应剂从释放室46中通过开口50释放,则来自由蓄压器组件30提供的反应剂缓冲体积的反应剂R可以补偿已经通过开口50释放的反应剂R或者特别是也在反应剂喷射组件20的区域中的反应剂压力可以得到维持。为了用于在释放阶段期间不出现反应剂压力的实质下降、亦即反应剂压力例如保持在切换压力或对应高的压力的范围内、但在任何情况中不下降到下极限压力以下,由蓄压器组件30提供的反应剂缓冲体积优选这样确定大小,使得该反应剂缓冲体积大于在反应剂喷射过程、亦即释放阶段期间释放到排气流A中的反应剂体积与由反应剂输送组件在释放阶段期间再输送的反应剂体积之间的差。

蓄压器组件30的构造实例在图2中以原理式的方式示出。在那里示出的蓄压器组件30包括可压缩的、亦即在压力载荷时改变其体积的蓄压器元件36。该蓄压器元件设置在释放室46的区域中并且因此可以特别是在反应剂从反应剂喷射组件20释放的地方提供体积补偿。蓄压器元件56例如可以利用闭孔的泡沫材料构造。包含在例如由塑料材料制成的柔性外套中的气体体积也可以提供所希望的可压缩性。不言而喻,多个这样的可压缩的蓄压器元件36可以设置在反应剂喷射组件20的区域中或/和也可以设置在反应剂喷射组件上游的区域中。

在一种备选的构造组件中,蓄压器组件30可以包括可弹性延伸的管线区域、亦即例如利用橡胶材料或类似弹性的材料构造的管线区段。该管线区段可以在对应的压力上升时延伸并且在释放阶段期间、亦即在出现压力下降时又收缩并且因此补偿所释放的反应剂体积的所述部分或一部分。

在另一种备选的构造方案中,蓄压器组件30例如可以包括从管线52或反应剂管线16分支的管线区域,该管线区域包括通过膜片与反应剂流分开的、封闭的气体体积。通过反应剂压力,该膜片可以变形并且因此将包含在封闭的体积中的气体置于压力以下并且使其压缩。不言而喻,不同的蓄压器元件的组合也是可能的,各蓄压器元件可以分别在压力加载时提供反应剂缓冲体积。

蓄压器组件30的设置和因此反应剂缓冲体积的提供另外具有如下优点,即,设备10在相对低的温度时也不会由于冻结的且此时膨胀的反应剂受到损坏并且因此不需要排空设备10。对于反应剂在相对低的温度时的膨胀必需的体积可以通过蓄压器组件30的反应剂缓冲体积来提供。

利用在先描述的设备可能的是,在未释放阶段期间特别是在加热组件18和反应剂喷射组件20的区域中的反应剂R保持在蒸汽压力以上的基础压力,其中,该蒸汽压力可以相应地与在加热组件18的区域中相应要提供的过热温度相配地在考虑相应所使用的反应剂的蒸汽压力曲线的情况下确定。在释放阶段期间,处于增大的压力以下的反应剂R在过热的状态中从反应剂喷射组件20释放。在此,出现反应剂R的自发的降压,这导致同样自发地一部分反应剂R蒸发,因此,亦即以蒸汽形式导入到排气流A中。从反应剂喷射组件20释放的反应剂R的剩余的、亦即未蒸发的部分以具有亚微米范围内的大小的很小微滴的形式释放到排气流A中。该小的微滴大小一方面辅助支持反应剂R在排气流中的快速分布并且另一方面辅助支持该首先还以微滴形式、亦即原则上以液态形式存在的反应剂的快速蒸发,因为在每个具有很小的大小的所述微滴中,仅很小的反应剂体积可加热和可蒸发。由于该自发出现的蒸发或以微滴形状释放的反应剂的接着非常快速出现的蒸发,液态的反应剂在反应剂喷射组件20的区域中的停留时间是非常短的,从而尽量消除产生反应副产品的危险,所述反应副产品可能导致使反应剂喷射组件20的功能性受影响。因此,用于产生喷雾的压缩空气辅助支持不是必需的,并且也可以尽量放弃用于混匀反应剂与排气流A的其他措施,例如在排气引导系统的下游区域中提供混合元件。

通过根据本发明构造的设备,在利用在从反应剂喷射组件20排出时的自发蒸发的在先描述的效果的情况下确保反应剂的限定的释放,所述设备可以通过使用过压阀26或使用蓄压器组件30或同时使用过压阀26和蓄压器组件30在释放阶段期间也用于基本上恒定的、在任何情况下不非常强烈地下降的反应剂压力。基于在反应剂喷射组件的区域中的非常均匀的压力比,产生还以微滴形状释放的反应剂的均匀的喷雾,所述喷雾的分布在释放阶段的持续时间上也基本上保持相同。在此,在先描述的设备10上不言而喻可以规定处于本发明的范围内的结构上的措施或进行改变。加热组件18例如可以包括整合到管线区段中的热导体、必要时也包括能由反应剂环流的且因此能与反应剂置于直接的热相互作用中的热导体,该热导体在对操控设备进行操控的情况下是可激励的,以便将特别是靠近反应剂喷射组件20的区域中的反应剂加热到过热温度。此外,压力传感器可以设置在处于加热组件18上游的区域中、亦即例如设置在加热组件18和过压阀之间。传感器整合到加热组件18或/和反应剂喷射组件20中也是可能的。

为了在使用根据本发明的设备时也改进在排气流中释放的反应剂与排气的混合,可以在排气系统中在喷射位置的下游、亦即在排气通道中设置有用于二次分散的元件、亦即所谓的混合元件。在这样的混合元件的碰撞面上,射到所述碰撞面上的反应剂微滴可以胀裂。此外,这样的混合元件的被加热的表面辅助支持进一步的反应剂蒸发。为了在反应剂喷射组件中避免由于相对高的反应剂温度而损坏电磁铁组件的功能性,该电磁铁组件可以设置在进一步远离释放室的区域中。为此,锁定件例如也可以以相对大的长度构造。反应剂喷射组件也可以构造有关闭点识别装置,以便识别何时锁定件安放在壳体36上并且封闭开口50,以便因此实施对锁定件的由热引起的长度变化的电补偿。这样的由热引起的长度变化的机械补偿也是可能的。

此外,为了在反应剂的流动路径中在从释放室46释放时将还在排出到排气流中之前已经出现反应剂蒸发的体积保持得尽可能小,可能放弃设置释放喷嘴组件54或将该释放喷嘴组件已经通过具有多个开口的对应构造而整合到壳体36中。

再多了解一些
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