用于将尿素溶液喷射入到废气通道中的喷射装置的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于将尿素溶液喷射入到废气通道中的喷射装置。

背景技术：

减少来自柴油发动机中氮氧化物排放的一种方法是使用称为scr(选择性催化还原)的技术。这涉及以尿素溶液形式的还原剂以特定剂量供应到柴油发动机的废气管线中的废气。当尿素溶液喷射入到废气管线中时，所得到的细碎溶液蒸发与热废气接触，使得形成氨。然后将氨和废气的混合物引导通过scr催化器，其中，废气中的氮氧化物中的氮与氨中的氮反应形成氮气。氮氧化物中的氧与氨中的氢反应形成水。因此，废气中的氮氧化物在催化器中被还原成氮气和水蒸气。使用正确剂量的尿素，可以大大减少氮氧化物的排放。

尿素溶液可借助于喷射构件供应到废气，所述喷射构件将以细碎的形式的尿素溶液喷射到废气通道的内部空间中。内部空间可位于消音器中。然而，难以以一种方式供应尿素溶液，使得其在与内部空间的内壁表面接触之前其完全蒸发。内部空间的各壁经常具有比废气低的温度，特别是在它们与周围空气接触的情况下。因此，可能在内部空间的内壁表面上形成未蒸发的尿素溶液的膜。所述膜可以通过废气在通道中沿流动方向移动。在一定距离后，尿素溶液中的水被蒸发。剩余的固体尿素蒸发明显更慢。在固体尿素层变得足够厚的情况下，尿素及其分解产物将与它们自身反应。这导致在尿素基质上形成原始聚合物，所谓的尿素团块。尿素团块可以适时阻塞废气通道中的流动。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种喷射装置，其中，尿素溶液以一种方式喷射入到废气通道的内部空间中，使得尿素溶液基本上总是有时间在废气通道的短部分中蒸发。

由权利要求1的特征部分中限定的装置实现所述目的。所述装置包括内部空间，其中，喷射构件喷射尿素溶液。废气经由进气开口引导入到内部空间中，使得它们在内部空间中获得至少部分横向旋转的运动。废气的运动携带喷射的尿素溶液，使得它在内部空间中与废气接触而接收相应的横向旋转运动。因此，废气和尿素溶液获得相对长的混合长度、以及因此在内部空间中长的混合时间，并且尿素溶液蒸发的时间很长。内部空间可以设计成具有相对短的纵向延展部。因此，在废气通道的短的纵向部分中蒸发尿素溶液是可能的。因此，内部空间可以相对靠近scr催化器布置，这可缩短废气通道的长度。此外，蒸发增加量的尿素溶液是可能的。流动装置可以是导向叶片，其引导废气沿上述方向流动入到内部空间中。或者，流动装置可包括在进气开口的上游位置中的废气通道的合适设计的部分。

根据本发明的实施方式，所述流动装置配置为沿所述周边壁的内表面在至少部分横向方向中引导废气。沿着内部空间的内表面的废气流形成屏障，这使得尿素溶液难以撞击所述周边壁的内表面。此外，废气加热所述周边壁的内表面，使得撞击内壁表面的可能的未蒸发的尿素溶液将快速蒸发。

根据本发明的实施方式，进气开口在内部空间的纵向方向中具有笔直的延展部。在这种情况下，废气从布置在周边壁元件上的特定角位置中的进气开口引导入到内部空间中。或者，进气开口围绕纵向中央轴线延伸至少360°。在这种情况下，将废气经由进气开口从所有角位置引导入到内部空间中是可能的。在这两种情况下，进气开口的纵向延展部可以对应于内部空间的纵向延展部的至少一半。在这种情况下，废气被供应到内部空间的纵向长度的整个或至少主要部分。然而，使用具有较短纵向延展部的进气开口是可能的。

根据本发明的实施方式，喷射构件具有在进气开口的径向内部位置中的延展部。在这种情况下，一旦废气进入内部空间，将尿素溶液喷射入到废气中是可能的。喷射构件的纵向长度可对应于进气开口的纵向长度。在这种情况下，进入内部空间的整个废气流将与喷射的尿素溶液接触。喷射喷嘴可设计成使得它们在与经由进气开口进入内部空间的废气流的方向基本相同的方向中喷射尿素溶液。因此，废气和尿素溶液将基本上立即在内部空间中提供相应的旋转运动。

根据本发明的实施方式，喷射构件包括喷射喷嘴，所述喷射喷嘴布置在与中央纵向轴线相距至少两个不同的径向距离处。这种设计有利于未蒸发的尿素溶液的液滴在与纵向中央轴线不同距离处获得旋转运动。此外，这有利于尿素溶液在内部空间中均匀分布。喷射喷嘴可沿喷射构件的纵向长度在规则间隔处布置。这种设计进一步增加了尿素溶液以均匀的方式分布在内部空间中的可能性。

根据本发明的实施方式，周边壁元件围绕纵向中央轴线从第一壁部分延伸360°到位于第一壁部分的径向向内位置中的第二壁部分，其中，所述径向距离限定进气开口。在这种情况下，将进气开口形成为具有与内部空间的纵向长度对应的纵向延展部。进气开口的纵向延展部限定开口的宽度。第一壁部分和第二壁部分之间的径向距离限定进气开口的高度。在这种情况下，喷射构件可布置在第二壁部分上。由于第二壁部分位于第一壁部分的径向内侧，所以基本上消除了尿素溶液撞击周边壁元件的内表面的风险，因为废气流位于喷射的尿素溶液和周边壁之间。周边壁元件和纵向中央轴线之间的径向距离可以从第一壁部分到第二壁部分连续减小。在这种情况下，周边壁元件具有围绕纵向中央轴线延伸的螺旋形状。

根据本发明的实施方式，周边壁元件将内部空间形成为具有在纵向方向中从第一端到第二端连续增加的横截面面积。在这种情况下，内部空间基本上成形为锥形或截锥形。或者，周边壁元件将内部空间形成为具有在纵向方向中从第一端到第二端恒定的横截面积。在这种情况下，内部空间基本上成形为圆柱形。

根据本发明的实施方式，喷射装置布置在车辆的废气管线中的消音器中。这种消音器可包括数个废气处理部件，诸如scr-催化器。

附图说明

在下面参考附图描述本发明的优选实施方式，其中：

图1示出了包括根据本发明的喷射装置的内燃机的废气管线，

图2示出了图1中消音器的截面图，

图3更详细地示出了图2中的喷射装置，

图4示出了图3中喷射装置的平面a-a中的截面图，

图5示出了喷射装置的第二实施方式，

图6示出了图5中喷射装置的平面b-b中的截面图，

图7示出了喷射装置的第三实施方式，以及

图8示出了图7中喷射装置的平面c-c中的截面图。

具体实施方式

图1示意性地示出了由内燃机2(其可以是柴油发动机)驱动的车辆1。车辆1可以是重型车辆。将废气从内燃机2的缸经由废气歧管2a引导至废气管线3。废气管线3设置有用于scr(选择性催化还原)的部件。储存在罐4中的尿素溶液被供应到废气。将尿素溶液经由尿素管线5引导至喷射装置9，所述喷射装置将尿素溶液喷射入到废气中。控制单元7借助于泵8控制尿素溶液从罐4到喷射装置9的供应。控制单元7可以是设置有用于控制泵8的合适软件的计算机单元。控制单元7可以接收关于多个操作参数的信息，由此它计算要供应到废气的尿素溶液的量，以此在废气中氮氧化物的排放以最佳方式减少。

喷射装置9布置在废气管3中的消音器10中。在这种情况下，消音器10还包含示意性示出的微粒过滤器11和scr-催化器12。消音器10还可包含其它废气处理部件，诸如氧化催化器和氨性滑动催化器。喷射的尿素溶液在消音器10中被废气加热到其蒸发的温度。蒸发的尿素溶液转化为氨，其进入scr-催化器12。在scr-催化器12中，氨中的氮与氮氧化物中的氮化学反应，使得形成氮气。氨中的氢与氮氧化物中的氧化学反应，使得形成水。因此，废气中的氮氧化物在scr-催化器12中被还原成氮气和水蒸气。

图2示出了消音器10的横截面图。废气经由进气开口13进入消音器10。最初，废气流通过微粒过滤器11。此后，废气流动通过进气通道15朝向喷射装置9。进气通道15具有设置有导向叶片16的端部分15a。导向叶片16引导废气流入到喷射装置9中。

图3更详细地示出了喷射装置9。喷射装置包括进气开口17，其开通于由周边壁18限定的内部空间19。内部空间19具有由周边壁元件18的第一封闭端20和第二开口端21之间的距离限定的纵向延展部。在所述实施方式中，内部空间19具有在纵向方向中从第一封闭端20到第二开口端21连续增加的横截面面积。示出了内部空间19的纵向中央轴线22。废气经由开口端21离开内部空间19并进入出口通道24，用于将废气引导至scr催化器12，如图1中所示。出口通道24的至少一部分布置在进气通道15内侧。因此，出口通道24中的废气被进气通道15中的废气加热。

图4示出了图3中的横向平面a-a中的本体的横向截面图。本体的周边壁元件18在横向平面a-a中具有360°的弯曲形状。周边壁元件18具有从第一壁部分18b到位于第一壁部分18b的径向向内位置的第二壁部分18c的延展部。壁18具有弯曲形状，使得从内壁表面18a到纵向中央轴线22的径向距离从第一壁部分18b到第二壁部分18c基本上连续地减小。因此，周边壁元件18在横向平面a-a中具有螺旋形状。第一壁部分18b和第二壁部分18c之间的径向距离限定对于废气到内部空间19的进气开口17的高度。进气开口17的宽度对应于内部空间19的纵向延展部。图2中的进气开口17和导向叶片16的设计产生了在相对于纵向中央轴线22基本横向方向中进入到内部空间19中的废气流。所述废气流沿着内壁表面18a并围绕纵向中央轴线22的弯曲路径流动。

喷射构件25配置为将尿素溶液喷射入到内部空间19中。喷射构件25和周边壁元件18可以由不锈钢制造。不锈钢可抵抗腐蚀性废热和气体。或者，它们可以由铜或合适的金属合金制造。喷射构件25是细长的并且其具有管状形状。喷射构件25具有沿第二壁部分18c的边缘表面的纵向延展部。喷射构件25在内部空间19中的不同纵向位置中设置有多个喷射喷嘴26。喷射构件25附接到第二壁部分18c。喷射喷嘴26在喷射构件25的一侧上布置成一排，使得它们在进入内部空间19的废气的流动方向中喷射尿素溶液。此外，尿素溶液在与周边壁元件18的第一壁位置18b相距一定径向距离处被喷射入到内部空间中的尿素溶液中。所述径向距离由进气开口17的高度限定。

在操作内燃机1期间，控制单元7接收关于例如废气管线3中的废气的流率和温度的信息。控制单元7借助于例如这些信息计算要供应给废气的尿素溶液的量，以便以最佳方式减少废气中氮氧化物的量。控制单元7控制泵8，使得其将计算的量的尿素溶液供应到喷射构件25。将供应的尿素溶液经由在内部空间19的不同纵向位置中且在与纵向中央轴线22相距不同径向距离处的喷射喷嘴26喷射入到内部空间19中。

上述喷射装置9具有多个优点。经由进气开口17进到内部空间19的废气的进气流以有效的方式防止喷射的尿素溶液撞击内壁表面18a。废气加热内壁表面18a，使得可能撞击内表面18a的尿素溶液将以快速方式蒸发。内部空间19中旋转的废气流在整个内部空间19中提供基本上均匀分布的未蒸发的尿素溶液的液滴。废气的旋转运动提供尿素溶液的相应旋转运动。废气和尿素溶液在相对于纵向中央轴线22的基本横向方向中的旋转运动导致在废气管线的非常短的纵向部分中尿素溶液的长混合时间和蒸发时间。消音器10中位于下游的废气通道24可以做得短。因此，将scr-催化器布置在相对靠近内部空间19的位置中是可能的，这节省了消音器10中的空间。

图5和图6示出了喷射装置9的替代实施方式。在这种情况下，喷射装置9包括具有内壁表面18a的周边壁元件18，所述周边壁元件将内部空间19形成为在纵向上在第一端20和第二端21之间具有恒定的横截面面积。所述实施方式的功能对应于图3和图4中所示的实施方式的功能。

图7和图8示出了喷射装置9的另一替代实施方式。废气流动通过进气通道15朝向喷射装置9。进气通道15具有设置有导向叶片16的端部分15a。导向叶片16将废气流引导入到喷射装置9中。由导向叶片16产生旋转的废气流。周边壁元件18设置有开通于内间隔件19的螺旋形进气开口17。进气开口17的纵向延展部基本对应于周边壁元件18的纵向延展部，同时，它围绕周边壁元件18延伸至少360°。在这种情况下，废气从不同的角定位器经由进气开口17供应给基本上整个内部空间19。锥形构件27减小内部空间19的体积。锥形构件27具有从第一端20到第二端21的延展部。在这种情况下，内部空间19的体积从第一端20增加到第二端21。

喷射构件25布置在周边壁元件18的内表面18a处，位于进气开口17的径向向内的位置中。喷射构件25具有与进气开口17相应的螺旋形状和纵向延展部。喷射构件25在恒定间隔处设置有喷射喷嘴26。喷射喷嘴26经由进气开口17将尿素溶液喷射到进入内部空间19的废气中。废气在内部空间19中提供连续的旋转运动。废气的旋转运动携带尿素溶液，使得它们一起围绕纵向中央轴线22在或多或少的横向方向中旋转。尿素溶液与废气接触的共同旋转运动导致尿素溶液的长混合时间和蒸发时间。同样在这种情况下，将scr-催化器12布置在相对靠近内部空间19的位置中是可能的。

本发明不限于图中描述的实施方式，而是可以在权利要求的框架内自由变化。