用于车辆排气管线的喷射装置及相应的排气管线的制作方法

本发明总体上涉及用于车辆排气管线的氮氧化物还原剂的喷射装置。

背景技术：

配备有柴油发动机的机动车排气系统通常包括scr(选择性催化还原)催化剂，其中，废气中含有的氮氧化物在存在还原剂比如氨时被转化为氮气。

氮氧化物还原剂通常是以液体的形式喷射的。该液体在到达催化剂之前应当被蒸发并最终与废气均匀混合。

为此，可以使用撞击器。所喷射的液体流被引导至撞击表面并散裂成微滴，这有利于还原剂在废气中的蒸发和散布。

当喷射器是多射流类型时，每个射流引导至一个专属的撞击器。

所喷射的液体的量通常随着废气流而增加。对于较高的流速，发现液体的蒸发可能是不完全的，并且可能会在撞击器上形成液膜。这可能会导致在喷射室的壁上形成沉积物。

技术实现要素：

在这种背景下，本发明旨在提供一种不具有上述缺点的喷射装置。

为此，本发明涉及一种用于车辆排气管线的喷射装置，该喷射装置包括：

-喷射室，该喷射室具有喷射区域，在该喷射区域中，废气流沿流动方向流动；

-含氮氧化物还原剂或这种还原剂的前体的液体的喷射器，其中，该喷射器相对于喷射室定向成将液体射流沿与流动方向形成270°与360°之间的角度的喷射方向喷射到喷射区域中；

-第一撞击器，该第一撞击器具有第一撞击表面，该第一撞击表面在喷射方向上设置在喷射器的前方，以直接截获液体射流的至少30％，其中，第一撞击表面由具有至少一个近部部分和远部部分的自由边缘定界，该近部部分在流动方向上距喷射器相对较近，该远部部分在流动方向上相对更远离喷射器或者尽可能地远离喷射器；

-至少一个第二撞击器，该第二撞击器具有第二撞击表面，该第二撞击表面具有下述区域：该区域在流动方向上位于远离第一撞击表面的自由边缘的部分的下方，使得沿着第一撞击表面被废气流驱动至远部部分的液体落在第二撞击表面上。

因此，当所喷射的液体的量很大并且在第一撞击表面上形成液膜时，该液体被废气流驱动至远离该第一撞击表面的自由边缘的部分并落在第二撞击表面上。

该第二撞击表面被热废气流扫过，因此该第二撞击表面处于高温，而落在该第二撞击表面上的液体蒸发。

因此，没有液体投射到喷射室的壁上，并且因此在该壁上没有沉积物。

喷射装置还可以具有被单独地考虑或者以任意技术上可行的组合的方式考虑的以下特征中的一个或更多个特征：

-第一撞击表面位于相对于流动方向倾斜的平面中；

-第一撞击表面的法线与流动方向形成100°与170°之间的角度；

-第二撞击表面位于相对于流动方向倾斜的平面中；

-第二撞击表面的法线与流动方向形成190°与260°之间的角度；

-第二撞击表面的法线与流动方向形成100°与170°之间的角度；

-第一撞击表面与第二撞击表面彼此平行；

-第一撞击表面和第二撞击表面垂直于流动方向，并且其中，第二撞击表面的表面面积大于第一撞击表面，而第一撞击表面在流动方向上遮蔽了第二撞击表面的中央区域；

-第二撞击表面由具有至少一个近部部分和远部部分的自由边缘定界，近部部分在流动方向上距喷射器相对较近，远部部分在流动方向上相对更远离喷射器或者尽可能地远离喷射器，其中，喷射装置具有至少一个第三撞击器，该第三撞击器具有第三撞击表面，其中，该第三撞击表面具有下述区域：该区域在流动方向上位于远离第二撞击表面的自由边缘的部分的下方，使得沿着第二撞击表面被废气流驱动至该远部部分的液体落在第三撞击表面上；

-第一撞击器和第二撞击器呈折叠件的部分的形式；

-第一撞击表面在喷射方向上设置在喷射器的前方，以直接截获液体射流的至少50％，优选地直接截获液体射流的至少60％。

根据第二方面，本发明涉及一种排气管线，该排气管线包括具有以上特征的喷射装置。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从以下参照附图给出的仅用于说明而决非是限制性的详细描述中变得明显，在附图中：

图1是根据本发明排气管线的简化示意图；

图2示出了图1的排气管线的喷射装置的立体图，在该立体图中，盖被部分地移除以使撞击器显露；

图3示出了图2的喷射室的局部俯视图；

图4示出了撞击器的示例性设置的简化示意图；

图5至图8示出了撞击器的设置的其他示例的简化示意图；

图9和图10示出了本发明的撞击器的两个特定的实施方式的立体图；

图11和图12分别示出了用于本发明的喷射装置的另一实施方式的喷射室的截面形式的视图和从上方观察的视图；以及

图13示出了根据本发明的又一实施方式的喷射装置的立体图，在该立体图中，喷射装置的一部分被移除以使喷射室显露。

具体实施方式

图1中所示的排气管线1用于整合到车辆中，特别地整合到机动车辆比如汽车或卡车中。

排气管线1捕获来自车辆的发动机3的废气，并且将废气在净化之后释放到大气中。

排气管线1包括喷射装置5。

喷射装置5自身包括喷射室7和用于液体的喷射器9，该液体包含氮氧化物还原剂或者这种还原剂的前体。

图2和图3中示出了喷射室7。喷射器9在图1中是可见的。

喷射室7包括喷射区域11，废气流沿着图2和图3中的箭头f1表示的流动方向流动。

喷射器9相对于喷射室7定向以用于将液体射流j沿喷射方向(图2和图3中的箭头f2)喷射在喷射区域11中。喷射器9是任何合适的类型的。喷射器9产生可以是任何形式的液体射流j。液体射流j是单个射流或包括若干子射流。

射流或子射流可以具有任何可行的形状：具有圆形基部的锥形、椭圆形、完整分布或中空分布。

喷射方向f2对应于液体射流j的中心轴线。喷射方向f2与流动方向f1形成在270°与360°之间的、并且优选地在300°与330°之间角度αi。

液体例如是氨的水溶液、尿素的水溶液或能够在热的作用下分解为氨的任何其他化合物，比如，例如三聚氰二胺或季胺的盐。

在图2至图4中所示的示例中，喷射方向f2基本上平行于流动方向f1，而因此角度αi基本上等于360°。

在一种变型中，喷射方向f2不平行于流动方向f1。这种示例在图5中被图示出。在图5的示意图中，其中角度αi是沿三角函数方向(trigonometricdirection)截取的。

喷射区域11对应于喷射室7的喷射有液体射流的区域。

流动方向f1对应于在喷射区域11中流动的废气流中的大部分废气流所依循的总体方向。

喷射室7被设计成使得废气流中的大部分优选地沿基本相同的方向流动到喷射区域11中。这种喷射室7的示例在文献fr1454149和fr1559199中被进行描述。

喷射室7具有废气入口13和废气出口15。废气入口13与歧管17流体地连通，该歧管17设置成收集离开内燃发动机3的燃烧室的废气气体。废气出口15与套管19流体地连通，经净化的废气通过套管19释放到大气中(图1)。

通常，喷射室7被置于上游净化构件21与下游净化构件23之间。在此，上游和下游被理解为与排气管线1中的废气的正常流动方向相关。

上游净化构件21例如是包括一种或更多种功能的催化剂，所述功能比如氮氧化物的氧化功能或吸附功能。

上游净化构件21例如是氧化催化剂、氮氧化物的被动吸收剂、nox捕集器(trap)或三元催化剂。

下游净化构件23例如是scr催化剂、或具有scr功能或不具有scr功能的过滤器。

根据一种示例性实施方式，净化构件21和23并排设置，并且具有基本上彼此平行的相应的中心轴线。这意味着上游净化构件21与下游净化构件23的相应的中心轴线彼此平行或彼此形成小于30°并且优选地小于15°的角度。

图2和图3中示出了这种构型。

喷射室7将上游净化构件21的出口与下游净化构件23的入口连接。

上游净化构件21的出口与废气入口13相一致，并且下游净化构件23的入口与废气出口15相一致。

喷射装置5还包括第一撞击器25和至少一个第二撞击器27。第一撞击器25具有第一撞击表面29，该第一撞击表面29在喷射方向f2上设置在喷射器9的前方，以便直接地截获液体射流j的至少30％。

优选地，第一撞击表面29截获液体射流j的至少50％，并且仍然更优选地截获液体射流j的至少60％。

例如，第一撞击表面29截获液体射流的100％(参见例如图5)。

术语“液体射流的x％”指的是已喷射的液体被第一撞击表面截获的体积的百分比。

当第一撞击表面29没有截获整个液体射流时，第二撞击表面37截获液体射流的剩余部分(参见例如图4)。

根据另一变型，喷射装置5包括多个撞击器，其中，每个撞击器具有截获液体射流的一部分的撞击表面(参见例如图6和图7)。

第一撞击表面29是连续表面。该第一撞击表面29不包括若干不连贯的部分。

第一撞击表面29由自由边缘31定界，该自由边缘31具有至少近部部分33和远部部分35，该近部部分33在流动方向f1上距喷射器9相对较近，并且远部部分35与近部部分33相比在流动方向f1上距喷射器9相对较远或者尽可能地远离喷射器9。

第二撞击器27包括具有区域39的第二撞击表面37，该区域39在流动方向f1上位于第一撞击表面的自由边缘31的远部部分35的下方(参见图9)。

区域39在流动方向f1上位于远部部分35的下方，这意味着区域39在流动方向f1上相对于远部部分35偏离，而远部部分35沿流动方向f1在第二表面37上的投影位于该区域39中。

因此，沿着第一撞击表面29被废气流驱动至远部部分35的液体落在第二撞击表面37上。

有利地，喷射装置5包括至少一个第三撞击器41，该第三撞击器41具有第三撞击表面43。第二撞击表面37由自由边缘45定界，该自由边缘45也具有近部部分47和远部部分49，该近部部分47距喷射器9相对较近，并且远部部分49与近部部分47相比在流动方向f1上距喷射器9相对较远或者尽可能地远离喷射器9(图9)。

第三撞击表面43具有在流动方向f1上位于第二撞击表面37的自由边缘45的远部部分49的下方的区域51(图4)。因此，沿着第二撞击表面37被废气流驱动至远部部分49的液体落在第三撞击表面43上。

有利地，喷射装置5还包括在第三撞击器41的后面设置为梯级(cascade)的一个或更多个附加的撞击器。每个撞击器设置成收集由废气流驱动的液体。

换言之，喷射装置5包括多个撞击器，所述多个撞击器设置为沿废气的流动方向f1一个接着另一个的梯级，其中，每个撞击器设置成收集被废气流被驱动到前一撞击器的撞击表面上的液体。

每个撞击器通常是金属板，该金属板相对于其表面面积而言是薄的。

撞击表面具有所有类型的形状。在所示的示例中，撞击表面是矩形的。替代性地，撞击表面可以是圆形、或椭圆形、或具有任意其他合适的形状。每个自由边缘31具有与撞击表面的形状对应的形状。在所示的示例中，自由边缘具有u形形状。在变型中，自由边缘具有圆弧形形状、或椭圆形截面、或任意其他可行的形状。

远部部分35也可以具有任意可行的形状。在所示的示例中，远部部分35具有直线形状。替代性地，远部部分35可以具有例如为圆弧的弓形形状。

通常，远部部分35是自由边缘31的在气体的流动方向上最远离喷射器9的部分。

根据示例性实施方式，第一撞击表面29位于相对于流动方向f1倾斜的平面中。这意味着，第一撞击表面29的法线n1与流动方向f1不平行也不垂直(图4)。换言之，法线n1与流动方向f1不形成0°、90°、180°、270°或360°的角度。

通常，第一撞击表面的法线n1与流动方向f1形成100°与170°之间的角度。图4中示出了这种取向。

在这种情况下，第二撞击表面37有利地也位于相对于流动方向f1倾斜的平面中。

有利地，第二撞击表面37处的法线n2与流动方向f1形成190°与260°之间的角度。图4和图5中示出了这种构型。

在图4的实施方式中，喷射装置5包括平行于第一撞击器25的第三撞击器41。该喷射装置5还包括平行于第二撞击器27的第四撞击器53。

在一种变型中，喷射装置5包括与第一撞击器25不平行的第三撞击器41以及/或者与第二撞击器27不平行的第四撞击器53。

第三撞击器41与第一撞击器25具有相同的形状和尺寸。

第四撞击器53与第二撞击器27具有相同的形状和尺寸。

替代性地，第三撞击器41与第一撞击器25不具有相同的形状，或者与第一撞击器25不具有相同的尺寸，或者与第一撞击器25具有相同的形状或者相同的尺寸。

在另一替代方案中，第四撞击器53与第二撞击器27不具有相同的形状，或者与第二撞击器27不具有相同的尺寸，或者与第二撞击器27具有相同的形状或者相同的尺寸。

此外，在图4的实施方式中，接近60％的液体射流j被第一撞击表面29截获，而剩余的液体射流j被第二撞击表面37截获。

在图4中，喷射方向f2与流动方向f1基本上彼此平行。

在图5的实施方式中，撞击器如图4的实施方式中那样设置。然而，喷射方向f2不平行于流动方向f1。第一撞击表面29截获液体射流的100％。

根据本发明的另一示例性实施方式，第一撞击表面29的法线n1与流动方向f1形成100°与170°之间的角度，而第二撞击表面37的法线n2也与流动方向f1形成100°与170°之间的角度。图6中图示出了这种设置。

通常，第一撞击表面29与第二撞击表面37彼此平行。替代性地，第一撞击表面29与第二撞击表面37彼此不平行。

因此，在图6的实施方式中，第一撞击表面29和第二撞击表面37相对于流动方向f1朝向同一侧倾斜，而在图4和图5的实施方式中，第一撞击表面29和第二撞击表面37相对于流动方向f1的相反两侧倾斜。

在图6的实施方式中，喷射装置5包括第三撞击器41和第四撞击器53，第三撞击器41和第四撞击器53平行于第一撞击器25和第二撞击器27。

撞击器25、27、41、53中的每个均具有面向喷射器9的截获液体射流j的一部分的撞击表面。

在另一实施方式中，第一撞击表面29和第二撞击表面37垂直于流动方向f1。第二撞击表面37的表面面积大于第一撞击表面29，而第一撞击表面29在流动方向f1上遮蔽了第二撞击表面37的中央区域。

在图7中示出了这种构型。

在该示例中，喷射装置5包括第三撞击器41和第四撞击器53，第三撞击器41和第四撞击器53被设置成使得第三撞击表面43和第四撞击表面54也垂直于流动方向f1。因此，所有的撞击表面彼此平行。

第三撞击表面43的表面面积大于第二撞击表面37，而第四撞击表面54的表面面积大于第三撞击表面43。第三撞击表面43在流动方向f1上遮蔽了第四撞击表面54的中央区域，而第二撞击表面37在流动方向f1上遮蔽了第三撞击表面43的中央区域。

在这种设置中，给定的撞击表面的自由边缘的所有部分与喷射器9相距相同的距离。

各个撞击器25、27、41、53通过穿过撞击器25、27、41、53的相应的中心的杆55固定至彼此。替代性地，杆55穿过不位于撞击器25、27、41、53的中心处的点。

图8图示了图7的一种替代性实施方式。下面仅描述图8的变型实施方式与图7的实施方式的不同之处。

第一撞击表面29和第二撞击表面37是锥形的，第一撞击表面29和第二撞击表面37的中心轴线与流动方向f1相一致且平行。第一撞击表面29和第二撞击表面37指向喷射器9。

由第一撞击表面29和第二撞击表面37形成的锥部的相应的开口角度基本上相同。因此，第一撞击表面29与第二撞击表面37彼此平行。

在该示例中，第三撞击表面43和第四撞击表面54也是锥形的，第三撞击表面43和第四撞击表面54的中心轴线与流动方向f1相一致且平行。第三撞击表面43和第四撞击表面54指向喷射器9。

由第三撞击表面43和第四撞击表面54形成的锥部的相应的开口角度与第一撞击表面29和第二撞击表面37的开口角度基本上相等。因此，所有的撞击表面29、37、43、54彼此平行。

替代性地，撞击表面29、37、43、54不是所有都具有相同的开口角度，其中，该开口角度例如从第一撞击表面向第四撞击表面增大。

通常，撞击表面29、37、43、54的开口角度在10°与80°之间。

根据有利的实施方式，第一撞击器25和第二撞击器27呈折叠件的部分的形式，如例如在图9和图10中图示的。

通常，所有的撞击器呈折叠件的部分的形式。

更具体地，喷射装置5包括像折叠件一样折叠的金属板57。在图9和图10中所示的示例中，折叠件包括由中间部分65和中间部分67连接的三个部分59、61、63。撞击器25、27、41通过对部分59、部分61、部分63分别进行切割来形成。

因此，撞击器通过对金属件进行折叠并进行冲压来制成。

例如，部分59与部分61在其之间形成15°与60°之间的角度，而部分61与部分63在其之间形成15°与60°之间的角度。每个撞击器25、27、41与部分59、61、63形成0°与45°之间的角度。

在图9的变型中，板57初始——即，在折叠之前——在纵向方向上是长形的。该板57由第一纵向边缘69和第二纵向边缘71以及两个横向边缘73和75定界。板57关于横向折叠线被进行折叠，以形成部分59、部分61和部分63。

第一撞击器25在三个边上被切开并且通过第四边连接至部分59，其中，该第四边朝向第一纵向边缘69转向。

第二撞击器27也在三个边上被切开并且通过面向第二纵向边缘71的边保持连接至第二部分61。

此外，第三撞击器41像第一撞击器25那样设置，即，第三撞击器41在三个边上被切开并且通过面向第一纵向边缘69的边保持连接至第三部分63。

图10示出了撞击器的另一实施方式。与图9的变型相比的不同之处仅在于：第一撞击器25通过面向板的横向边缘73的边连接至第一部分59。第二撞击器27通过面向中间部分65的横向边连接至第二部分61。第三撞击器41通过面向中间部分67的边连接至第三部分63。

根据一种替代性实施方式，撞击器如图2和图3中图示的那样设置。撞击器设置在fr1454149中所描述的类型的喷射室中。

在该实施方式中，喷射室7包括联动构件77和盖79，在联动构件77中设置有废气的入口13和出口15，该盖79附接至联动构件77。喷射室7还包括偏转件(deflector)81。该换向件呈舌状部的形式、从入口13的周缘的第一区域延伸至入口13的周缘的第二区域，其中，该第二区域在直径方向上与第一区域相反。

舌状部81在考虑在入口13上的正交投影时覆盖入口的总表面的20％与70％之间。舌状部81在考虑在入口13上的正交投影时在舌状部的两侧限定两个自由区域。这些自由区域优选地为同一尺寸并且关于舌状部81彼此对称。

优选地，舌状部81的材料与联动构件77的材料相同。撞击器固定至盖79。替代性地，撞击器可以固定至舌状部81。

通过入口3进入喷射室7的废气在舌状部81的两侧形成两个涡旋。这两个涡旋具有与喷射方向平行的旋转轴线，并且沿着其相应的轴线具有相反的旋转方向。废气沿着基本上平行于喷射方向的总体方向流动。

由喷射器9喷射的液体形成射流j(图3)。在该实施方式中，所有的液体碰撞第一撞击表面29。液体射流j与第一撞击器25相接触裂成小尺寸的液滴，该第一撞击器25通过废气保持处于高温。由于液滴的尺寸，液滴被废气快速地蒸发并且沿着废气流均匀地散开。

在第一撞击表面29上形成有液膜的情况下，该膜被废气流驱动至自由边缘31的远部部分35，并且该膜被投射到第二撞击表面27上。

如果到达第二撞击器27上的液体的流太强而在与第二撞击器27的撞击表面相接触时不能蒸发，则多余的液体被废气流被推回至第二撞击表面37的自由边缘45的远部部分49。该多余的液体随后落在第三撞击器41的撞击表面43上。

根据另一变型，撞击器是如在专利申请fr1559199中所描述的那样设置的。图11和12中示出了这种设置。

在该示例中，上游净化构件21和下游净化构件23不是并排地而是以呈彼此的延伸部的方式布置。上游构件21的净化基底83和下游构件23的净化基底85容纳在同一封壳87内。

喷射室7在此对应于将上游基底83的出口面与下游基底85的入口面分开的容积部。在喷射室7中设置有杯状部89。

杯状部89具有布置在喷射通道93的两侧上的两个凸缘91。这两个凸缘91是倾斜的，使得：从喷射通道93开始，这两个凸缘91彼此分离并朝向上游基底83延伸。换句话说，在垂直于喷射方向观察时，该杯状部具有v形截面。

喷射通道93构成喷射区域11。喷射通道93沿与杯状部89的直径对应的喷射方向延伸。

两个壳部95附接至封壳87的外表面。这两个壳部95各自对用于废气的内周流动路径97定界，该内周流动路径97从在杯状部89与上游基底83之间定界的容积部起，直至在杯状部89与下游基底85之间定界的容积部。这些通路具有用于废气的入口98，入口98位于喷射通道93的与喷射器9相反的端部处。

如图11和图12所观察到的，撞击器25、27和41布置在喷射通道93中。撞击器25、27和41刚性地固定至杯状部89的面向上游基底83的一个面。

离开上游基底83的出口面的废气直接撞击杯状部89。这些废气中的部分废气通过喷射通道93被直接收集，并沿着该通道转移至两个通路97的入口98。废气中的喷射两个翼部91的部分被这些翼部引导至喷射通道93。这些气体随后通过喷射通道93被引导至入口98。沿着通道93的流基本上平行于喷射方向。喷射器9将液体射流j沿喷射方向喷射到喷射通道93中。在所示的示例中，整个射流碰撞第一撞击器25的撞击表面。撞击器的操作如上所述。

图13中示出了撞击器的设置的第三示例。在这种情况下，喷射室7是如根据参考提交的专利申请fr0954199中所描述的那样设置的。

同样，上游净化构件21和下游净化构件23以彼此的延伸部的方式设置。上游基底83和下游基底85容纳在单个封壳87中。喷射室7定界在上游杯状部100与下游杯状部102之间并且布置在将上游基底83的出口面与入口面分开的容积部中。上游杯状部100和下游杯状部102均具有呈螺旋斜坡形式的底部。上游杯状部100限定喷射室7的入口，而下游杯状部102限定出口。

废气在喷射室7中遵循大致螺旋形路径。喷射器9布置成沿基本上与流动管线相切的方向喷射液体。撞击器25、27、41附接至下游杯状部102。

必须指出的是，在本发明的所有实施方式中，第一撞击器25是平的。因此第一撞击表面29是平的。第二撞击器25也是平的，因此第二撞击表面37是平的。

第一撞击表面29与第二撞击表面37彼此平行。

在另一实施方式中，第一撞击表面29朝向第二撞击表面37倾斜。这意味着第一撞击表面的在流动方向f1上最靠近喷射器的区域相对更远离第二撞击表面的位于远边缘35下方的区域39，并且第一撞击表面的在流动方向f1上最远离喷射器的区域相对更靠近第二撞击表面的位于远边缘35下方的区域39。

同样，第三撞击表面43有利地是平的。

第三撞击表面43平行于第一撞击表面29和第二撞击表面37。

在另一实施方式中，第二撞击表面37朝向第三撞击表面43倾斜。这意味着第二撞击表面37的在流动方向f1上最靠近喷射器的区域相对更远离第三撞击表面的位于远边缘49下方的区域51，并且第二撞击表面37的在流动方向f1上最远离喷射器的区域相对更靠近第三撞击表面的位于远边缘49下方的区域51。

因此，第一撞击表面29和第二撞击表面37不具有朝向喷射器的凸形形状，朝向喷射器的凸形形状趋于将在撞击表面上回弹的液滴散开。与之相比，在所给定的第一撞击表面29和第二撞击表面37的形状和取向的情况下，其趋于收集液体并将液体朝向梯级中的下一撞击表面引导。

这由于撞击器沿着喷射方向彼此靠近地布置的事实而变得更容易。沿着喷射方向，在梯级中给定的撞击器与下一撞击器之间的间隔小于给定的撞击器的撞击表面的最大尺寸。