排气处理设备和用于排气处理设备的喷嘴制造技术

本发明专利技术提供一种用于排气处理系统的喷嘴(1)，包括喷嘴体部(10)、活塞(2)和夹在喷嘴体部(10)与活塞(2)之间的弹性件(3)。在喷嘴体部(10)上形成有用于液体还原剂的喷嘴入口(11)和喷嘴孔(14)。用于还原剂的流动通道(12)在喷嘴入口(11)和喷嘴孔(14)之间延伸，喷嘴孔(14)从流动通道(12)朝向喷嘴开口(13)变宽。活塞(2)包括活塞头(21)。活塞头(21)设置在喷嘴孔(14)的内部并构造成选择性地关闭或打开喷嘴孔(14)。弹性件(3)将活塞(2)朝着活塞头(21)关闭喷嘴孔(14)的方向偏压。喷嘴开口(13)的最大直径(D13)大于活塞头(21)的最大直径(D21)。还提供一种用于机动车辆的排气处理装置(5)。

Exhaust treatment equipment and nozzles for exhaust treatment equipment

The invention provides a nozzle (1) for the exhaust treatment system, which comprises a nozzle body part (10), a piston (2) and an elastic part (3) sandwiched between the nozzle body part (10) and the piston (2). A nozzle entrance (11) and a nozzle hole (14) are formed on the nozzle body part (10) for the liquid reducing agent. The flow channel (12) for the reducing agent (11) extends between the nozzle entrance (11) and the nozzle hole (14), and the nozzle hole (14) widens from the flow channel (12) toward the nozzle opening (13). The piston (2) consists of a piston head (21). The piston head (21) is arranged inside the nozzle hole (14) and is configured to selectively close or open the nozzle hole (14). The elastic part (3) pushes the piston (2) toward the direction of the piston head (21) to close the nozzle hole (14). The maximum diameter (D13) of the nozzle opening (13) is larger than the maximum diameter (D21) of the piston head (21). An exhaust treatment device for a motor vehicle (5) is also provided.

【技术实现步骤摘要】
排气处理设备和用于排气处理设备的喷嘴相关申请本申请要求于2016年9月23日在德国提交的专利申请No.102016118043.2的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及一种使用液体还原剂处理排气的机动车辆排气处理装置。更具体地，本专利技术涉及一种用于排气处理系统的SCR催化转化器(SCR＝选择性催化还原)的喷嘴。
技术介绍
来自燃烧设备、焚烧厂、工业设施的烟道气以及来自燃气轮机和发动机的排气通常含有氧化氮NOX。固体、气体和液体的天然和化石可燃物如煤、天然气、油和木材的热利用形成氧化氮。来自机动车辆和商业车辆的内燃发动机的排气中尤其存在氧化氮。来自柴油发动机的排气中的氧化氮含量特别高。怀疑氧化氮刺激或伤害人体呼吸系统(特别是二氧化氮NO2)。由于通过反应(2NO2+H2O→HNO3+HNO2)形成硝酸(HNO3)或在气溶胶颗粒中吸收N2O5，随后形成液相NO3-，氧化氮还与“酸雨”的形成有关。当暴露于UV辐射时，认为氧化氮有助于形成烟雾和臭氧O3。因此，已经努力减少排气中的氧化氮的量。为此，已知将精确计量的水和尿素CH4N2O的无毒还原剂注入到(仍然热着)的排气流中。这导致氨NH3和二氧化碳CO2的形成。在沿着排气流的注射下游布置的SCR催化转化器中，氨与排气的氧化氮反应产生无害的氮气N2和水H2O。作为还原剂，可以分别以品牌名称AdBlue(欧洲)或DieselExhaustFluid(美国)购买与水混合的尿素(32.5％尿素水溶液)。还原剂可与压缩空气混合或直接以液体形式注入。理论上可以直接使用氨作为还原剂代替尿素，但由于氨的酸性、有害性和毒性等因素而产生问题。除了在燃料之外还必须提供还原剂的事实之外，用这种特别是液体还原剂处理排气的不利之处在于，还原剂必须以精确比率计量到内燃发动机的氧化氮排放中，从而实现高NOX还原。这要求待处理的排气与还原剂充分混合。通过将还原剂在高压(通常为4.5巴至8.5巴)下注入到待处理的排气所经过的排气道中来促进相应的充分混合。具有集成主动阀的喷嘴通常用于注入还原剂。这些喷嘴容易发生故障，因为它们经受排放气体的高温并且还需要电能以使其运行。使用带主动阀的喷嘴的一个原因是32.5％尿素水溶液的凝固点在-11.5℃。因此，用于输送尿素溶液的管道系统必须设计成在零度以下的温度下排出。为了排放管道系统，通常打开喷嘴的阀，并且将尿素溶液的泵的流动方向反向，使得管道系统中的尿素溶液返回到提供尿素溶液的储罐中。储罐可具有可加热的构造。使用主动阀的另一个原因是喷射的还原剂的量通常由喷嘴的相应时钟控制。从US2014/0182271A1已知相应的系统。使用具有集成主动阀的喷嘴的问题是，当暴露于排气的高温时，这些通常会失效。从蒸汽涡轮机领域，已知使用被动喷嘴将水注入超临界蒸汽。但是，当用于将还原剂注入热排气道中时，这些喷嘴的喷射模式不能充分促进还原剂和排气的混合。作为各喷嘴的示例，参考WO2014/055691A1。
技术实现思路
实施例提供了一种用于机动车辆的排气处理装置和配置成在该排气处理装置中使用的喷嘴，所述喷嘴增大了坚固性并因此对故障敏感性较低。另外的实施例提供了用于注入还原剂的喷嘴，喷嘴的喷射模式促进还原剂和排气的混合。用于排气处理系统的喷嘴的实施例包括喷嘴体部、可移动地设置在喷嘴体部内的活塞、以及弹性件(例如弹簧)。喷嘴体部配置有用于液体还原剂的喷嘴入口和用于排出还原剂的喷嘴孔。此外，在喷嘴入口和喷嘴孔之间的喷嘴体部内设置有用于还原剂的流动通道。流动通道使还原剂从喷嘴入口流到喷嘴口。因此，喷嘴孔被成形为使其从流动通道朝向喷嘴开口变宽。换句话说，由喷嘴孔在圆周方向上包围的空截面区域直径从流动通道朝向喷嘴开口增加。喷嘴体部内是具有活塞头的可移动地设置的活塞。活塞头设置在喷嘴孔的内部并且构造成选择性地关闭或打开喷嘴孔。弹性件设置在喷嘴体部和活塞之间，并且在活塞头关闭喷嘴孔的方向上偏压活塞。因此，喷嘴孔的最大直径大于活塞头的最大直径。根据一个实施例，这些最大直径垂直于流动通道的纵向延伸部或者垂直于活塞的纵向延伸部确定。因此，喷嘴包括由活塞和与喷嘴孔配合的弹性件形成的集成的被动阀。由于喷嘴被动地操作，因此没有诸如电动马达等有源部件，其非常坚固。喷嘴相对于高温的优异的耐用性允许在需要喷射的还原剂的闪蒸的应用中使用喷嘴。由于喷嘴孔的最大直径大于活塞头的最大直径，所以喷嘴孔至少在操作状态下延伸超过活塞头，活塞头靠接喷嘴孔从而封闭喷嘴孔。这导致在(由于活塞头和喷嘴孔之间的相对运动)打开喷嘴时喷嘴孔提供用于使液体还原剂离开喷嘴的引导区域，从而控制喷射模式。上述喷嘴在所供应的还原剂的压力下自动打开，还原剂的压力可通过所使用的弹性件(或其弹簧常数)进行调节，并且当所供给的还原剂的压力下降到该压力以下时还自动闭塞。当不需要供给还原剂时，这防止了还原剂流动和灰尘等的渗透。上述喷嘴的输出/计量的量取决于喷嘴开口前后的还原剂液压差。喷嘴的使用进一步导致输送的还原剂的压力由喷嘴(特别是喷嘴中使用的弹性件及其弹簧常数)确定并且基本上是恒定的。此外，喷嘴的打开状态在还原剂的压力基本上恒定的情况下自动适应于还原剂的相应输出，从而产生相应的喷射模式。根据一个实施例，喷嘴开口垂直于流动通道的纵向延伸部或垂直于活塞的纵向延伸部定向。根据实施例，弹性件设置在喷嘴体部内。根据替代实施例，弹性件设置在喷嘴体部外。根据一个实施例，喷嘴开口的最大直径比活塞头的最大直径大至少5％，或至少10％。相应的尺寸设置确保喷嘴孔在活塞头的所有或几乎所有位置上延伸超出活塞头。根据一个实施例，在活塞的每个操作状态下，喷嘴孔周围的喷嘴体部的延伸部在流动通道的纵向方向或活塞的纵向方向(即，活塞头的每个位置相对于喷嘴孔)大于活塞头的延伸部。根据一个实施例，在活塞头靠接喷嘴孔从而使活塞孔关闭的操作状态下，喷嘴孔延伸超出活塞头达到以下至少一者：-活塞头(21)的最大直径(D21)的8.6％或8.6％以上；-活塞头(21)的最大直径(D21)的17％或17％以上；-活塞头(21)的最大直径(D21)的64％或大于64％；-活塞头(21)的最大直径(D21)的一半以上。根据一个实施例，喷嘴孔与活塞头形成对向的角度，该相对角在活塞关闭位置的活塞与喷嘴孔的接触点处大于1°或大于2°或大于3°。相对角导致喷嘴孔附近的还原剂的压力增大并且促进了细微的喷雾模式。根据一个实施例，在活塞关闭位置的活塞与喷嘴孔的接触点处，喷嘴孔和活塞的纵向延伸部之间形成开口角度，其小于在活塞关闭位置的活塞与喷嘴孔的接触点处的活塞头和活塞纵向延伸部形成的角度。相应的构造允许以简单的方式在喷嘴孔和活塞头之间提供大于1°的相对角。根据一个实施例，沿着圆周方向被喷嘴孔包围的空截面区域的直径在流动通道的纵向方向上沿着流道的远侧方向以增大的梯度/斜率连续地增大。这导致喷嘴孔的沿着流动通道的纵向的直径变化的一阶导数也是连续的。根据一个实施例，喷嘴孔的直径在活塞的纵向方向上沿着背离活塞脚的方向以增大的梯度连续地增大。这导致喷嘴孔沿活塞纵向方向的直径变化的一阶导数也是连续的。根据实施例，增大的梯度具有抛物线或双曲线连续性，顶点位于流动通道远侧的喷嘴体部的端部。根据替代实施例，喷嘴孔的直径沿着本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于排气处理系统的喷嘴(1)，包括：喷嘴体部(10)，其具有喷嘴孔(14)和用于液体还原剂的喷嘴入口(11)，以及形成在喷嘴入口(11)和喷嘴孔(14)之间的用于还原剂的流动通道(12)，所述喷嘴孔(14)从流动通道(12)朝向喷嘴开口(13)变宽；活塞(2)，其可移动地设置在所述喷嘴体部(10)的内部并具有活塞头(21)，所述活塞头(21)设置在喷嘴孔(14)的内部并构造成选择性地关闭或打开所述喷嘴孔(14)；和弹性件(3)，其夹置在喷嘴体部(10)和活塞(2)之间并将活塞(2)朝着活塞头(21)关闭喷嘴孔(14)的方向偏压，其中，喷嘴开口(13)的最大直径(D13)大于活塞头(21)的最大直径(D21)。

【技术特征摘要】
2016.09.23 DE 102016118043.21.一种用于排气处理系统的喷嘴(1)，包括：喷嘴体部(10)，其具有喷嘴孔(14)和用于液体还原剂的喷嘴入口(11)，以及形成在喷嘴入口(11)和喷嘴孔(14)之间的用于还原剂的流动通道(12)，所述喷嘴孔(14)从流动通道(12)朝向喷嘴开口(13)变宽；活塞(2)，其可移动地设置在所述喷嘴体部(10)的内部并具有活塞头(21)，所述活塞头(21)设置在喷嘴孔(14)的内部并构造成选择性地关闭或打开所述喷嘴孔(14)；和弹性件(3)，其夹置在喷嘴体部(10)和活塞(2)之间并将活塞(2)朝着活塞头(21)关闭喷嘴孔(14)的方向偏压，其中，喷嘴开口(13)的最大直径(D13)大于活塞头(21)的最大直径(D21)。2.根据权利要求1所述的喷嘴(1)，其中，喷嘴开口(13)的最大直径(D13)比活塞头(21)的最大直径(D21)大至少5％或至少10％。3.根据权利要求1或2所述的喷嘴(1)，其中，至少在活塞头(21)靠接喷嘴孔(14)从而关闭该喷嘴孔的操作状态下，喷嘴孔(14)延伸超过活塞头(21)，由此提供用于液体还原剂离开喷嘴(1)的引导区域。4.根据权利要求3所述的喷嘴(1)，其中，在活塞头(21)的所有位置，喷嘴孔(14)都延伸超过活塞头(21)。5.根据权利要求3或4所述的喷嘴(1)，其中，在活塞头(21)靠接喷嘴孔(14)从而关闭该喷嘴孔的操作状态下，喷嘴孔(14)延伸超过活塞头(21)达到以下至少一者：-活塞头(21)的最大直径(D21)的8.6％或8.6％以上；-活塞头(21)的最大直径(D21)的17％或17％以上；-活塞头(21)的最大直径(D21)的64％或64％以上；-活塞头(21)的最大直径(D21)的一半以上。6.根据权利要求1至5中任一项所述的喷嘴(1)，其中，喷嘴孔(14)与活塞头(21)形成相对角(γ)，在活塞(2)处于其关闭位置的接触点处所述相对角大于1°或大于2°或大于3°。7.根据权利要求1至6中任一项所述的喷嘴(1)，其中，喷嘴孔(14)的直径在流动通道(12)或活塞(2)的纵向上沿着背离流动通道(12)或活塞(2)的活塞脚(22)的方向以增大的梯度连续地增大；或者其中，喷嘴孔(14)的直径在流动通道(12)或活塞(2)的纵向上沿着背离流动通道(12)或活塞(2)的活塞脚(22)的方向线性地增大。8.根据权利要求1至7中任一项所述的喷嘴(1)，其中，活塞头(21)的直径在活塞(2)的纵向上沿着背离活塞(2)的活塞脚(22)的方向以增大的梯度连续地增大；或者其中，活塞头(21)的直径在活塞(2)的纵向上沿着背离活塞...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·韦勒，G·盖瑟，
申请(专利权)人：埃贝施佩歇尔排气技术有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE