用于向排氣管路中噴射反應(yīng)物的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于向發(fā)動機的排氣管路中噴射反應(yīng)物的系統(tǒng)。它尤其可以(但不限于)在車輛中、在對發(fā)動機排氣管路中流動的排氣中含有的氮氧化物進(jìn)行處理的情形中使用。
【背景技術(shù)】
[0002]由于內(nèi)燃機中的燃料的燃燒而形成的排氣可能含有一定比例的不良成分，尤其是氮氧化物(NOx)。
[0003]已知存在各種用于去除或減少不良成分的量的排氣后處理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中的某些系統(tǒng)要求向排氣管路中噴射至少一種反應(yīng)物流體，以在經(jīng)歷一個或若干個化學(xué)運輸之后和/或在催化劑的幫助下與排氣直接或間接地反應(yīng)。
[0004]這種排氣后處理系統(tǒng)的一個知名實例是所謂的選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，它已經(jīng)在包括車載發(fā)動機設(shè)備在內(nèi)的各種發(fā)動機設(shè)備上實施了若干年，以處理所述氮氧化物并減少空氣污染。在這種系統(tǒng)中，與作為還原劑的氨混合的排氣在特定的催化轉(zhuǎn)化器中被處理，在該催化轉(zhuǎn)化器中，氮氧化物被轉(zhuǎn)化成水和氮氣，水和氮氣都是無毒物質(zhì)。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)的第一種設(shè)備中，氨能夠以尿素水溶液的形式被引入到排氣管路中，通過水解，可以從所述尿素水溶液中獲得氨。尿素水溶液是一種反應(yīng)物，它實際上是與NOx反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)(氨)的前體。因此，它可以作為間接反應(yīng)物，因為其內(nèi)在地包含至少一部分將與不良成分直接反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)。尿素水溶液通常在排氣管路中霧化以與催化轉(zhuǎn)化器上游的排氣混合。為此，液體尿素噴射噴嘴在催化轉(zhuǎn)化器的上游裝配在排氣管路上。已經(jīng)提出了使用空氣輔助式噴射器來噴射尿素水溶液?？諝庥兄谔岣邍娚鋰婌F的質(zhì)量，但在去除NOx的化學(xué)反應(yīng)中，空氣不用作反應(yīng)物。
[0006]這種排氣處理系統(tǒng)的一個問題是:在發(fā)動機的某些運行條件中，特別是當(dāng)排氣的溫度較低(例如約200°C)時，尿素和/或在其轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡倪^程中的中間產(chǎn)物可能在它轉(zhuǎn)變成氨之前結(jié)晶。具體而言，通過噴嘴沿著可相對于排氣流動方向成一定角度的方向噴射到排氣管內(nèi)的尿素水溶液可能至少在特定情形下傾向于在排氣管路內(nèi)形成固體沉淀，例如在排氣管的壁上，在排氣管的內(nèi)側(cè)，例如在噴射點的相反位置處。一個后果是排氣管的橫截面可能逐漸減小，這可能降低發(fā)動機效率，長期來說，這可能嚴(yán)重影響發(fā)動機的運行。而且，這也可能導(dǎo)致對排氣的不適當(dāng)處理，從而遺漏太多的NOx。
[0007]在現(xiàn)有技術(shù)的第二種設(shè)備中，氨能夠以氣態(tài)氨的形式被直接引入到排氣管路中。在實踐中，可以提供單純的氨的加壓儲罐，或者優(yōu)選地提供一個或若干個包含預(yù)先吸收或吸附了氨的固體的容器。在使用中，氨在一定的運行條件下從所述罐或容器中釋放，并朝著催化轉(zhuǎn)化器上游的排氣管路引導(dǎo)。這種實施方式的優(yōu)勢是它避免了在噴射液體尿素溶液時發(fā)生結(jié)晶，因此在較低的溫度下提供了良好性能。然而，在實踐中，當(dāng)所述固體中包含的所有氨釋放完時，顧客需要更換所述容器，以滿足NOx排放的法律要求。因此，該解決方案在一定程度上是不方便的，因為它要求頻繁地更換容器和和相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，以搬運和更換這些容器。
[0008]US-2011/0219754描述了一種排氣凈化裝置，在該排氣凈化裝置中，氣體添加物和液體添加物被供應(yīng)到排氣管路中。提供了兩個分離的噴射系統(tǒng)，每個噴射系統(tǒng)均在排氣管路中具有自己的噴射器。這種系統(tǒng)是昂貴的并且安裝復(fù)雜，尤其是在可用空間常常非常稀少的車輛上。
[0009]因此，從多個角度來看，用于向發(fā)動機的排氣管路中噴射反應(yīng)物的系統(tǒng)似乎都存在一定改進(jìn)的空間，特別是在排氣中含有的氮氧化物的處理方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種用于向發(fā)動機的排氣管路中噴射反應(yīng)物的系統(tǒng)，尤其為了處理排氣中含有的氮氧化物，該系統(tǒng)能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點。
[0011]更具體地，本發(fā)明的目的是提供這樣一種系統(tǒng):該系統(tǒng)即使在低溫下也是有效的，它具有提高的自主性并能夠在車輛上實施，而不會過多地影響周圍的元件。
[0012]根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種裝配在機動車輛上的用于向發(fā)動機的排氣管路中噴射反應(yīng)物的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括:
[0013]氨的液態(tài)前體的源；
[0014]氣態(tài)氨的源；
[0015]噴射組件，該噴射組件被設(shè)計成裝配在排氣管路上并將液態(tài)前體和/或氣態(tài)氨噴射到排氣管路內(nèi)，該噴射組件包括裝配在排氣管路上的單個噴射器本體，所述噴射器本體具有用于液態(tài)前體的第一入口、用于氣態(tài)氨的第二入口、以及用于向排氣管路內(nèi)噴射的至少一個出口。
[0016]因此，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)提供了兩個反應(yīng)物源一一液態(tài)或氣態(tài)。根據(jù)當(dāng)前條件，一種或兩種反應(yīng)物被噴射帶排氣管路中。液態(tài)反應(yīng)物能夠以液態(tài)形式噴射，而氣體反應(yīng)物能夠以氣態(tài)形式噴射。結(jié)果，本發(fā)明能將兩種源的優(yōu)勢結(jié)合起來并能限制它們的缺點。
[0017]因此，該系統(tǒng)允許在發(fā)動機設(shè)備的幾乎任何運行點、尤其在排氣的幾乎任何溫度下有效地噴射還原劑。實際上，在較低的溫度，液態(tài)前體能被氣態(tài)氨替換，這防止了固體沉淀的形成。
[0018]而且，如果一個源被耗盡，則可以使用另一個源。這確保在車輛持續(xù)運行的同時也考慮發(fā)動機排放方面的法規(guī)。
[0019]由于除了氣態(tài)氨的源之外還具有液態(tài)前體的源，確保了氣態(tài)氨的源不需要頻繁被更換。換言之，這意味著，除了提高自主性之外，車輛駕駛者在所述源不足的情況下將不必自己更換氣態(tài)氨的源。在實際中，液態(tài)前體可以用作常用的還原劑，而氣態(tài)氨僅在需要獲得足夠效率時的具體運行點上使用。這能節(jié)省氣態(tài)氨的源。
[0020]因此，所述反應(yīng)物能夠在發(fā)動機的不同運行條件下、因此在不同時間被噴射。替代地，能夠通過同時使用上述兩種源來增加在給定時間點的還原劑的噴射量，這意味著不必為每個源開發(fā)高容量系統(tǒng)，同時仍滿足在特別惡劣的發(fā)動機運行條件下的還原劑的需求量，在特別惡劣的發(fā)動機運行條件下，需要高流量的氨來有效去除NOx。另一方面，對上述兩個源的使用的優(yōu)化使得能夠延長所述源之一(特別是氣態(tài)氨的源)的使用時間并降低其更換頻率，或者減小所述源之一的尺寸。
[0021]本發(fā)明的另一個優(yōu)勢在于:噴射器能被簡化，因為在一些困難的運行點，對噴射噴霧的質(zhì)量要求較低。實際上，因為在非最優(yōu)運行條件下可以避免噴射液體反應(yīng)物，所以不需要具有完美的霧化噴射。并且，在本發(fā)明的一些實施例中，在所述運行點，特別是在條件相對于液體反應(yīng)物是臨界的運行點，在同一時間同時噴射液態(tài)前體和氣態(tài)氨足以能夠獲得滿意的噴射噴霧的質(zhì)量。
[0022]此外，由于提供了單個噴射器本體，本發(fā)明提高了緊湊性并且在小的分配空間中簡化了系統(tǒng)集成。這進(jìn)一步允許降低系統(tǒng)的總成本，也因為提供了噴射器組件的各種部件的單個保護(hù)封裝，特別是單個熱保護(hù)封裝。
[0023]在實際中，可以設(shè)置一個或若干個第一入口以及一個或若干個第二入口。第一入口和第二入口是彼此分離的。替代地，還可以設(shè)置用于液態(tài)前體和用于氣態(tài)氨的一個或若干個公用入口。
[0024]根據(jù)實施例，噴射器本體能包括用于液態(tài)前體和氣態(tài)氨的一個或若干個公用入口。在這種情況下，噴射器本體內(nèi)側(cè)的液態(tài)前體流動路徑和氣態(tài)氨流動路徑具有至少一個公用的下游部分。如果第一入口和第二入口也是公用的，則液態(tài)前體的流動路徑和氣態(tài)氨的流動路徑可以是在噴射器本體的整體長度上的同一條路徑。
[0025]根據(jù)另一個實施例，第一入口和第二入口可以是分離的，并且噴射器本體可以包括用于液態(tài)前體的至少一個第一入口和用于氣態(tài)氨的至少一個第二入口。在這種情況下，第一入口可以與第二入口分離，噴射器本體內(nèi)側(cè)的液態(tài)前體流動路徑和氣態(tài)氨流動路徑是分離的。液態(tài)前體的流動路徑從第一入口延伸到第一出口，而氣態(tài)氨的流動路徑從第二入口延伸到第二出口。在本實施例中，這些路徑是完全分離的，這意味著它們在噴射器本體中沒有公用部分。這樣的實施例允許優(yōu)化噴射器中的用于氣態(tài)氨和液態(tài)前體中的每一個的流動路徑。例如，對于氣態(tài)氨和液態(tài)前體，不同地優(yōu)化所述出口的數(shù)量、形狀、和/或方向。
[0026]該系統(tǒng)還可以包括流動控制系統(tǒng)，用于控制液體反應(yīng)物和/或氣體反應(yīng)物的流動，例如，用于控制由噴射組件噴射的液態(tài)前體或氣態(tài)氨的流動。由于該流動控制系統(tǒng)，能根據(jù)當(dāng)前條件來決定向排氣管路中噴射液體反應(yīng)物還是噴射氣態(tài)反應(yīng)物，或者兩者都噴射。
[0027]典型地，該流動控制系統(tǒng)可以包括至少一個定量配送裝置，用于定量配送要噴射到排氣管路內(nèi)的液態(tài)前體和/或氣態(tài)氨。
[0028]根據(jù)能夠相互結(jié)合的本發(fā)明的若干實施方式:
[0029]—個定量配送裝置能夠安裝在噴射器本體內(nèi)。然后，噴射器不是簡單的噴嘴，而是受控制的噴射器