专利名称：选择性催化还原喷射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的选择性催化还原
(SCR)喷射装置。
背景技术：
例如DE 103 24 482 Al公开了通过选择性催化还原(SCR)可以减 少内燃机废气中的氮氧化物含量。为此向废气输入起直接还原作用的物 质例如氨或在废气中才能释放还原物质的原料。例如尿素水溶液可以作 为原料使用。氨气在选择性催化还原中与一氧化氮、二氧化氮转化成分 子氮和水。所述选择性催化还原在SCR催化转换器中发生。
通过SCR喷射装置将例如尿素水溶液带到废气中。SCR喷射装置又 包括喷射器和固定装置，喷射器通过所述固定装置固定到排气管的法兰 上。喷射器通过这种方式在SCR催化转换器上游将尿素水溶液直接喷射 到排气管中。
发明内容
为了能够将还原剂以最佳的方式带入废气中，喷射器必须定位在尽 可能靠近热排气管的位置。由于部件强度和还原剂的时效以及相关的腐 蚀倾向，喷射器在工作中的温度不许超过一定水平。本发明的目的是提 供一种SCR喷射装置，其中喷射器在工作中的温度很低，同时制造简单， 成本经济，并且结构稳固。
该目的通过具有权利要求1所述特征的SCR喷射装置实现。本发明 的优选改进方案在从属权利要求中给出。本发明的重要特征在以下说明 书中进一步描述并且在附图中示出。此外，这些特征的完全不一样的组 合对于本发明来说可能也是重要的，对此无需分别明确指出。
根据本发明可以得知，喷射器在工作中不仅由于其尖端与热废气直 接接触而被加热，而且也由于经过固定在排气管上的支架结构的热传导
而被加热。根据本发明的SCR喷射装置，通过明显减少或甚至完全抑制 从排气管到喷射器的热传导来解决上述问题。为此采用两种措施 一种 措施是通过套筒件减少热传导，其中所述套筒件具有细长的薄壁连接部 分，该连接部分形成一种"热流节流阀"并且热量必须从所述连接部分 流过。第二种措施是仅将喷射器的支架结构与套筒件的背离排气管的轴 向端部以传力连接的方式相连。由此使通过套筒件送到的热流远离喷射 器的支架结构。
因此，喷射器中的还原剂的老化较少并且提高了喷射器的抵抗温度 负载的耐用性。因为喷射器中的还原剂根据系统压力在温度高于140至 160摄氏度时会转变成汽态，所以通过改善散热可以避免喷射器中的沸 腾和由此带来的错误计量。所有这些都通过简单的结构措施实现，这降 低了加工成本。
特别优选的是，套筒件是由金属制成，特别是作为成型件。此外， 这种套筒件具有更好的使用寿命，因为金属件相对于陶瓷件而言裂紋敏 感性更小。
如果在散热器和连接部分之间设有热绝缘体，那么经过套筒件传到 散热器的热流再次减少。
连接部分的长度/厚度比值优选大于3,因为由此已经形成良好的 "热节流阀，，。在所述比值大于10时，节流效应再次明显改善，在所 述比值大于20时，就已经可以称为"热流阻"了。
因为经过套筒件对热流进行了节流，所以散热器可以是无源散热 器，从而无需使用冷却流体例如含水的尿素溶液，并且由此无需在支架 结构中引入冷却剂通道。
在SCR喷射装置的一种优选的结构设计方案中，套筒件在其面向排 气管法兰的区域中包括一个向着喷射器的尖端径向向里延伸的伞形部 分，其中在所述伞形部分的自由边缘和喷射器之间存在很小的间隙。套 筒件通过这种方式实现了双重功能 一方面用于固定喷射器，而另一方
面也用于防止喷射器与在排气管中流动的废气产生强烈热接触，由此防 止喷射器被意外地加热。通过所述间隙避免了从喷射器到伞形部分中的 热传导，并且由此防止了到套筒件中的热传导。
在所述伞形部分上可以模制轴向延伸的凸缘，该凸缘汇入排气管的 对接法兰中。通过这种方式形成管形支脚，套筒件可以通过所述支脚以 简单可靠的方式固定在排气管的法兰上。
在所述凸缘区域中又可以将连接部分模制在所述伞形部分上。这样 的部件制造简单。此外，所述凸缘已经起到热节流阀的作用，由此已经 减少了被传导至连接部分中的热量。
在套筒件的具体结构设计方案中，所述套筒件包括从伞形部分径向 向外延伸的第一区域、接着所述第一区域轴向远离排气管延伸的第二区 域、以及接着所述第二区域径向延伸的第三区域。所述套筒件通过这种 方式获得C形截面或者也可以是Z形截面，所述截面一方面具有很好的 强度，另一方面提供了形成热节流阀所需的连接部分的长度，而不会使 套筒件的尺寸特别大。
为了替代上述凸缘，刚提到的连接部分的第一区域至少分段地构造 成排气管的对接法兰。因此，套筒件的制造更加简单，成本更加经济。
将散热器模制在套筒件上，尤其是模制在套筒件的第三区域上，能 够实现特别好的热耦合。
同样建议在散热器和喷射器之间、特别是在喷射器尖端区域中，将 导热体保持压配合。这样的导热体可以包括例如石墨件，并且通过将导 热体保持压配合， 一方面能形成喷射器和散热器的良好热接触并且由此 形成从喷射器到散热器的良好散热，另 一方面通过这种方式容易固定喷 射器。就此而言，导热体也是喷射器支架结构的一部分。
喷射器的支架结构还可以包括一个壁部分，该壁部分局部在连接部 分的径向内部与连接部分大致平行且间隔一定距离，所述壁部分与连接 部分的背离排气管法兰的轴向端部以传力连接的方式相连。通过这种方
式就使支架结构从套筒件很好地热去耦，由此减少或者甚至完全避免了 热量从套筒件传到喷射器。优选的是，连接部分和支架结构之间的传力
连接包括热绝缘构件。
为了简化喷射器在支架结构上的固定，可以将导热体在支架结构和 喷射器之间保持压配合。所述导热体又可以与散热器直接热连接，以便 能够将热量从喷射器的尖端尽可能有效地散出。这同样适用于支架结构。
为了简化SCR喷射装置在排气管上的安装，套筒件在与排气管法兰 相邻的区域中具有整体向外伸出的环绕巻边，在安装位置中至少一个V 形套圏套在所述巻边上以便将套筒件固定在排气管的法兰上。
设置在排气管法兰和套筒件之间的热绝缘件减少了从排气管法兰 传到套筒件中的热量。
特别优选的是，连接部分的区域形成与外界空气换热的换热器。由 此再次减少可能经过套筒件传到喷射器的热流。
以下参照附图更详细地描述本发明的实施例。附图为 图l是带有SCR喷射装置的内燃机的示意图2是图1所示SCR喷射装置的区域的第一实施方式的局部剖视图； 图3是第二实施方式的类似图2的视具体实施例方式
在图1中象征性地示出了以附图标记10表示的内燃机。热废气通 过排气管12输入SCR催化转换器14。在SCR催化转换器14上游有一法 兰16模制在排气管12上，SCR喷射装置18通过套筒件20固定在所述 法兰16上。储存在容器28中的尿素水溶液26经过泵22和阀门装置24 输入SCR喷射装置18。
如果在内燃机10的运行中由SCR喷射装置18将尿素水溶液26作 为精细喷雾喷射到在排气管12中流动的废气中，那么尿素和水反应生 成氨，氨随后在SCR催化转换器14中通过选择性催化还原与一氧化氮、 二氧化氮转化成分子氮和水。
现在参照图2详细描述SCR喷射装置18的第一实施方式SCR喷射 装置18首先包括喷射器30,该喷射器30的尖端31具有喷嘴(未示出)， 该喷嘴将尿素水溶液26雾化成精细喷雾。如上所述，喷射器30通过套 筒件20固定在排气管12的法兰16上，所述套筒件20又具有薄壁连接 部分34，该薄壁连接部分34在一个轴向端部与排气管12的法兰16以 传力连接的方式间接相连，在另一个轴向端部与喷射器30的支架结构 36以传力连接的方式间接相连。虽然传力连接的类型在图2中没有详细 示出，但是可以想到的是挤压、夹紧、翻边等等。
套筒件20在其面向排气管12的法兰16的区域中具有向着喷射器 30的尖端31径向向里延伸的伞形部分38。该伞形部分38在工作中起 到"热挡板"的作用，通过所述伞形部分38防止了例如喷射器30的上 方部分、支架结构36以及其它有待描述的零件与热废气形成接触。在 伞形部分38的自由伸出的边缘(不带附图标记)和喷射器30的尖端31 之间存在很窄的间隙40,通过该间隙40防止伞形部分38和喷射器30 之间的直接热接触，以及防止了接触位置上的由振动引起的磨损。
连接部分34包括从伞形部分38径向向外延伸的第一区域42、接着 所述第一区域42并且整体轴向远离排气管12延伸的第二区域44、以及 接着所述第二区域44再次径向向外延伸的第三区域46。在图2所示的 实施方式中，套筒件20的壁也具有整体上大致成Z形的截面形状。套 筒件20的实际连接部分34按照图2所示通过第二区域44形成。连接 部分34的长度L与厚度D的比值为大约20。
套筒件20的设置在伞形部分38和连接部分34之间的第一区域42 被构造成与排气管12的法兰16相对的对接法兰。在第一区域42和法 兰16之间设置热绝缘件48。该热绝缘件48被保持在巻边50和伞形部 分38之间。巻边50通过在图2中大致水平延伸的第一部分50a、接着 第一部分50a以大约45度的角度向下倾斜延伸的第二部分50b和在图2 中大致垂直于排气管12的法兰16延伸的第三部分50c从套筒件20的 连接部分34径向向外地伸向排气管12的法兰16。在图2所示的安装位 置中，V形套圈52套在巻边50上，所述V形套圈52通过这种方式将套
筒件20固定在排气管12的法兰16上。由于热绝缘件48的作用，热流 基本上只有经过V形套圈52和巻边50才能从法兰16传到套筒件20中。 因为V形套圏52和巻边50的横截面很小，所以热流也相应4艮少。
喷射器30的支架结构36同样是具有套筒壁的套筒形构造，所述支 架结构36类似于套筒件20具有整体为Z形的横截面形状。支架结构36 包括与套筒件20的连接部分34或第一区域42大致平行并且间隔距离 的两个壁部分54或56。此外，这两个壁部分54和56在连4^部分34的 径向内部延伸。如上所述，壁部分54通过平行于套筒件20的第三区域 46延伸的壁部分58与套筒件20的第三区域46以传力连接的方式相连。 但是，支架结构36通过隔热件60从套筒件20热去耦。
在支架结构36的轴向延伸的壁部分54和喷射器30之间，将环形 导热体62保持压配合。通过这种方式也将喷射器30至少间接地保持在 支架结构36上。SCR喷射装置18还配有无源散热器64,该散热器64 同样具有整体为环形的结构并且径向外侧设有散热片66。散热器64的 直径比支架结构36的轴向壁部分54稍大。因而，散热器64的面向支 架结构36的端面具有直径较小的凸台68,该凸台68大致嵌接在支架结 构36中，并且在此直接且平齐地抵接在导热体62的在图2中的上端面 上。导热体62和散热器64通过这种方式彼此直接热连接。凸台68的 直径和轴向长度如此确定，使得散热器64也与支架结构36直接热连接， 在此特别是与轴向壁部分54的上端区域和壁部分58的径向内侧部分直 接热连接。
从图2可以看出，导热体62设置得离喷射器30的尖端31非常近。 导热体62通过这种方式从喷射器30带走进入喷射器30的尖端31中的 热流，并且将所述热流引导至散热器64。相应的热流在图2中通过箭头 70表示。从图2中还可以看出，在支架结构36和套筒件20之间的较宽 区域中存在隔热气隙72,该气隙72减少甚至完全抑制支架结构36和套 筒件20之间的热交换。此外，经过套筒件20的热传导最少这一方面 由于借助热绝缘件48的热绝缘，而另一方面也由于连接部分34净皮设计 成起"热节流阀，，作用的细长薄壁件，该细长薄壁件还形成与外界空气
的换热器。此外，套筒件20和散热器64或支架结构36之间的热交换 通过热绝缘构件60抑制。由于所有这些措施，通过图2中的箭头74表 示的从法兰16经过套筒件20流入支架结构36和散热器60的热流自然 很小。
以下参照附图3描述SCR喷射装置18的一种替代实施方式。其中 那些具有与已述元件和区域同等功能的元件和区域带有相同的附图标 记并且不再赘述。
第一个区别涉及套筒件20与排气管12的法兰16的连接与图2 所示实施方式不同，图3所示的SCR喷射装置18在伞形部分38上模制 有向着法兰16轴向延伸的凸缘76,该凸缘76汇入与排气管12的法兰 16相对的再次径向向外延伸的对接法兰50中。就此而言，所述对接法 兰又形成巻边50， V形套圏52套在所述巻边50上并且由此可以将套筒 件20与排气管12的法兰16牢固相连。
在如图3所示的实施方式中，因为所述第三区域46径向向里延伸， 所以套筒件20的横截面形状不是Z形而是C形。此外，支架结构36和 散热器64不是各自分立的部件，而是与套筒件20—体相连。支架结构 36甚至通过散热器64形成简而言之，散热器64具有从套筒件20的 第三区域46沿轴向向着图3中的上方延伸的环形部58，在该环形部58 上径向外部模制散热片66。导热体62在支架结构36的散热器64或环 形部58和喷射器30之间被保持压配合。
在如图3所示的实施方式中，连接部分34通过三个区域42、 44和 46形成。因为第二区域44的长度很短，所以套筒件20的轴向结构非常 短，这再次使得能够将导热体62放置得离喷射器30的尖端31非常近。
权利要求
1. 一种SCR喷射装置(18)，其包括喷射器(30)、套筒件(20)和散热器(64)，所述套筒件(20)用于将所述喷射器(30)固定在排气管(12)的法兰(16)上，其特征在于，所述套筒件(20)具有细长薄壁连接部分(34)，所述连接部分(34)在一个轴向端部与所述排气管(12)的法兰(16)至少间接地以传力连接的方式相连，并且在另一个轴向端部与所述喷射器(30)的支架结构(36)至少间接地以传力连接的方式相连。
2. 根据权利要求1所述的SCR喷射装置(18)，其特征在于，在 所述散热器(64)和所述连接部分(34)之间设有热绝缘构件(60)。
3. 根据权利要求1或2所述的SCR喷射装置(18 ),其特征在于， 所述套筒件(20)是由金属制成，特别是作为成型件。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的SCR喷射装置(18)，其特 征在于，所述连接部分(34)的长度/厚度比值大于3,优选的是大于 10,特别优选的是大于20。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的SCR喷射装置(18),其特 征在于，所述散热器(64)是无源散热器。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的SCR喷射装置(18),其特 征在于，所述套筒件(20)在其面向所述排气管(12)的法兰(16)的 区域中包括向着所述喷射器(30)的尖端(31)径向向里延伸的伞形部 分(38 ),其中在所述伞形部分(38 )的自由边缘和所述喷射器(30 ) 之间存在很小的间隙(40)。
7. 根据权利要求6所述的SCR喷射装置(18)，其特征在于，在 所述伞形部分(38 )上模制有轴向延伸的凸缘(76 ),所述凸缘(76 ) 汇入与所述排气管(12)的法兰(16)相对的对接法兰(50)中。
8. 根据权利要求7所述的SCR喷射装置(18)，其特征在于，所 述连接部分(34 )在所述凸缘(76 )的区域中模制在伞形部分(38 )上。
9. 根据权利要求6至8中任一项所述的SCR喷射装置(18 ),其特征在于，所述套筒件(20)包括从所述伞形部分(38)径向向外延伸 的第一区域(42 )、接着所述第一区域(42 )轴向远离所述排气管(12 ) 延伸的第二区域(44)、以及接着所述第二区域(44)径向延伸的第三 区域(46)。
10. 根据权利要求9所述的SCR喷射装置(18)，其特征在于，所 述第一区域(42 )至少分段地被构造成与所述排气管(12 )的法兰(16 ) 相对的对接法兰。
11. 根据权利要求3至10中任一项所述的SCR喷射装置(18 ), 其特征在于，所述散热器(64)模制在所述套筒件(20)上，尤其是模 制在所述套筒件(20)的第三区域(46)上。
12. 根据上述权利要求中任一项所述的SCR喷射装置(18)，其特 征在于，在所述散热器(64)和所述喷射器(30)之间、尤其是在所述 喷射器(30)的尖端(31)区域中，导热体(62)被保持压配合。
13. 根据上述权利要求中任一项所述的SCR喷射装置(18),其特 征在于，所述喷射器(30)的支架结构(36)包括壁部分(54)，所述 壁部分(54)局部地与所述连接部分(34)大致平行且间隔距离并在所 述连接部分(34)的内部，所述壁部分(54)与所述套筒件(20)的背 离所述排气管(12)的法兰(16)的轴向端部至少间接地以传力连接的 方式相连。
14. 根据上述权利要求中任一项所述的SCR喷射装置(18),其特 征在于，所述连接部分(34)和所述支架结构(36)之间的传力连接包 括热绝缘构件(60)。
15. 根据上述权利要求中任一项所述的SCR喷射装置(18),其特 征在于，导热体(62 )在所述支架结构(36 )和所述喷射器(30 )之间 被保持压配合。
16. 根据权利要求15所述的SCR喷射装置(18)，其特征在于， 所述导热体(62 )与所述散热器(64 )直接热连接。
17. 根据上述权利要求中任一项所述的SCR喷射装置(18),其特 征在于，所述支架结构(36)与所述散热器(64)直接热连接。
18. 根据上述权利要求中任一项所述的SCR喷射装置(18),其特 征在于，所述套筒件(20)在与所述排气管(l2)的法兰(16)相邻的 区域中具有整体径向向外伸出的环绕巻边(50),在安装位置中至少一 个V形套圏(52)套在所述巻边(50)上将所述套筒件(20)固定在所 述排气管(12)的法兰(16)上。
19. 根据上述权利要求中任一项所述的SCR喷射装置(18),其特 征在于，在所述套筒件(20)和所述排气管(12)的法兰(16)之间设 有热绝缘件(48 )。
20. 根据权利要求19和20所述的SCR喷射装置(18),其特征在 于，所述绝缘件(48 )被保持在所述巻边(50)或V形套圏(52 )和所 述伞形部分(38 )之间。
21. 根据上述权利要求中任一项所述的喷射装置(18),其特征在 于，所述连接部分(34 )的至少一个区域形成与外界空气换热的换热器。
全文摘要
本发明涉及一种SCR喷射装置(18)，其包括喷射器(30)、套筒件(20)和散热器(64)，所述套筒件(20)用于将所述喷射器(30)固定在排气管(12)的法兰(16)上。其中，所述套筒件(20)具有长薄壁连接部分(34)，所述连接部分(34)在一个轴向端部与所述排气管(12)的法兰(16)以传力连接的方式相连，并且在另一个轴向端部与所述喷射器(30)的支架结构(36)以传力连接的方式相连。
文档编号F01N3/20GK101389836SQ200780006778
公开日2009年3月18日 申请日期2007年11月16日 优先权日2006年12月28日
发明者M·霍恩, R·黑贝尔, U-P·施梅林 申请人:罗伯特·博世有限公司