CN105765189A - 喷射模块和具有喷射模块的排气*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷射模块(10)，其用于将还原剂喷射到内燃机(2)的排气***(22)中，所述喷射模块具有至少两个用于输出至少一个还原剂初级射束(13)的排出开口(12)，其中，所述排出开口(12)构造为使得由所述排出开口(12)排出的还原剂初级射束(13)相互撞击并且在所述排气***(22)中产生喷雾(11)。

Description

喷射模块和具有喷射模块的排气***
技术领域
本发明涉及一种喷射模块、尤其一种用于将还原剂喷射到内燃机的排气***中的喷射模块，并且涉及一种配备有这种喷射模块的排气***。
背景技术
对于使柴油发动机的废气脱氮，用含尿素的还原剂的SCR技术(选择性催化还原，“selectivecatalyticreduction”)证明是有效的。在这里，液态的还原剂在还原剂催化器之前经精细雾化地被喷射到废气流中。
为了在还原剂滑脱尽可能小的情况下实现氮氧化物的高的转化度，还原剂必须尽可能均匀地分布在催化器进入面上。这或者通过安装在废气管中的混合器或者通过在还原剂被配量输入的位置和催化器之间的长混合路段实现。
DE4417238A1公开了一种用于减少内燃机的废气中的氮氧化物的装置，该装置具有入口室、水解催化器、脱硝催化器和氧化催化器，在所述装置中，入口室、水解催化器、脱硝催化器和氧化催化器构成基本上圆柱形的、可被废气以上述的顺序通流的单元并且入口室的直径超过水解催化器的直径。由此实现，在入口室中与还原剂混合的废气以均匀的还原剂分布和在排气***的横截面上尽可能均匀的废气流密度进入催化器中。
为了造成还原剂与废气的必要的均匀化，需要尽可能扁平的、但全面状的还原剂喷雾(英语为“Spray”)。为了避免还原剂在排气设备中沉积，仅允许有限量的还原剂撞击到排气设备的壁上。
发明内容
本发明的任务在于，在紧凑的排气设备中也实现废气和还原剂高的均匀化并且同时使还原剂最小化地撞击到排气设备的壁上。
用于将还原剂喷射到内燃机的排气***中的根据本发明的喷射模块(配量模块)具有至少两个用于分别输出至少一个还原剂初级射束的排出开口。在此，排出开口布置和构造为使得由排出开口排出的还原剂初级射束相互撞击并且通过碰撞在排气***中产生喷雾。
本发明也包括一种将还原剂喷射到内燃机的排气***中的方法，其中，该方法包括：将至少两个还原剂初级射束喷射到排气***中，以使得所述至少两个还原剂初级射束相互撞击并且在排气***中产生合适的喷雾。
以此方式，通过在排气***中的射束碰撞产生扁平的和均匀的还原剂喷雾，所述还原剂喷雾最优地与流动经过排气***的废气混合并且因此在还原剂消耗小的情况下实现有效的有害物质减少。
在一种实施形式中，排出开口彼此之间具有小于5mm、尤其小于2mm的间距，从而初级射束从其相应的排出开口至碰撞点为还未分解成单个液滴的紧密射束。如果初级射束已经分解成单个液滴，则总是又缺乏碰撞伙伴；而通过紧密射束，碰撞被优化。
在一种实施形式中，排出开口构造为使得这些还原剂初级射束以大于30°的角度相互撞击，以便优化在两个初级射束之间的碰撞并且实现初级射束的最优雾化。
在一种实施形式中，排出开口构造为使得还原剂初级射束在一段小于10mm、尤其小于5mm的自由路段之后相互撞击，以避免初级射束在碰撞点之前散开成单个液滴。
排出开口优选具有圆形的横截面，因为在圆形横截面的情况下，射束的射束直径和排出角度被准确地定义。但是，排出开口也可以构造有椭圆形的横截面。
本发明也包括内燃机的排气***的一个区段，在所述区段中设置有根据本发明的喷射模块。
在一种实施方式中，排气***的该区段除了喷射模块之外还具有屏蔽板，所述屏蔽板构造和布置为使得所述屏蔽板防止喷雾撞击到排气***的壁上。以此方式可靠地防止不希望的还原剂沉积，所述还原剂沉积可能不利地影响在排气***中的流动特性。
屏蔽板可以具有一个或多个开口，所述开口实现废气经定义地流动穿过屏蔽板，以便有针对性地影响废气在排气***中的流动行为。
在一种实施形式中，屏蔽板布置为使得在屏蔽板和排气***的至少一个壁之间构成速滞室。在运行时，在速滞室中出现废气过压，所述废气过压引起废气流动穿过构造在屏蔽板中的孔，这引起废气和根据本发明的经雾化的还原剂特别有效的混合。
在一种实施形式中，在喷射模块上游布置附加的板，以便防止还原剂喷雾在初级射束的碰撞位置上被废气流吹散，并且因此确保通过初级射束可靠地产生喷雾。
在一种实施形式中，在喷射模块上游布置有氧化催化器并且在喷射模块下游布置有还原催化器，以便实现最优的废气净化。喷射模块尤其布置在使氧化催化器的输出端与还原催化器的输入端以流动方式连接的连接通道中，以便直接在还原催化器之前将还原剂供应给废气。
在一种实施形式中，通过连接通道，废气的流动方向被改变。这实现排气***的特别紧凑的结构形式并且引起废气流的涡旋。废气流的这样的涡旋导致废气与还原剂喷雾特别有效的混合。
附图说明
图1示出根据本发明的排气***的示意性的截面视图。
图2示出根据本发明的喷射模块的示意性的部分截面视图。
图3以放大图示出排气***的催化器之间的连接通道的截面示图。
图4从另外的视向示出排气***的催化器之间的连接通道的截面示图。
具体实施方式
图1示出具有根据本发明构造的排气***22的内燃机2的示意性视图。
新鲜空气7a通过涡轮增压器1，3的压缩机1被输送到发动机2的缸2a-2d中。在运行时在缸2a-2d中产生的废气通过涡轮增压器1，3的驱动该压缩机1的涡轮3到达布置在内燃机2下游的氧化催化器4中。
还原剂催化器6位于氧化催化器4旁边。所述还原剂催化器可以构造为SCR催化器6或者构造为具有SCR催化层的颗粒过滤器。氧化催化器4的输出端和还原剂催化器6的输入端通过连接通道5以流动方式相互连接，从而废气从氧化催化器4经过连接通道5流动到还原剂催化器6中。经由催化器4，5净化的废气7b从还原剂催化器6排出到周围环境中。
在连接通道5上安装有根据本发明的喷射模块10，该喷射模块被通常的并且因此未详细示出的还原剂配量***供给液态的还原剂、尤其含水的尿素溶液
喷射模块10在运行时在氧化催化器4和还原剂催化器6之间的连接通道5中产生还原剂喷雾11。
图2以放大的部分截面示图示出喷射模块10的面对连接通道5的端部。在图2中所示出的喷射模块10具有两个用于还原剂的排出开口12，在运行时，由所述两个用于还原剂的排出开口分别排出还原剂初级射束13。根据本发明的喷射模块10的另外的在该图中未示出的实施例可以具有附加的排出开口12。
从排出开口12排出的初级射束13在图2中未示出的连接通道5内部在喷射模块10之前的区域中相撞。由于初级射束13的相应的冲量，根据“碰撞束原理(英语为：Collision-Beam-Prinzip)”在连接通道中通过碰撞产生精细雾化的还原剂喷雾11。以此方式产生的还原剂喷雾11全面状地和扁平地构型并且因此特别好地适合于引起还原剂与流动经过连接通道5的废气有效的混合。
排出开口12之间的间距d小于5mm、尤其小于2mm。由于排出开口12之间小的间距，初级射束13在排出开口12和两个初级射束13的碰撞点P之间的区域中是还未散开成单个液滴的紧密射束；由于紧密的初级射束13相互撞击，碰撞被优化，因为第一初级射束13的每个部分撞击到第二初级射束13的相应的部分上并且在初级射束13中不存在不发生碰撞的空隙。
排出开口12优选具有圆形的横截面，因为在圆形横截面的情况下初级射束13的射束直径和排出角度被准确地定义。但是，排出开口12也可以构造有椭圆形的横截面。
也可能存在另外的、在图2中未示出的排出开口12，以便产生附加的初级射束13，所述附加的初级射束优选对准相同的碰撞点P。可选地，可能存在多个碰撞点P，分别至少两个初级射束13对准所述碰撞点，从而在连接通道5中随着每个碰撞点P存在一个喷雾源。
在一种实施形式中，所述排出开口12构造为，使得初级射束13以大于30°的角度α相互撞击，以便优化两个初级射束13之间的碰撞并且以此方式造成初级射束13最优的雾化，由此在连接通道5中产生特别精细的喷雾11并且还原剂特别有效地与排气***22中的废气混合。
在一种实施形式中，排出开口12构造为，使得初级射束13在一段小于10mm、尤其小于5mm的自由路段L之后、即在从其相应的排出开口12中排出之后的自由路段之后相互撞击。以此方式可靠地避免：初级射束13在碰撞点P之前分解为单个液滴，由此可能会降低喷雾产生的效率。
图3以放大的示图示出使氧化催化器4的输出端与还原剂催化器6的输入端连接的连接通道5的截面示图。
为了避免由初级射束13的碰撞所产生的还原剂喷雾11被从氧化催化器4排出的废气流压向连接通道5的与氧化催化器4相对置(在图3中右边示出的)壁24并且在那里形成不希望的沉积，在壁24前方、尤其在喷射模块10和壁24之间布置有屏蔽板20。屏蔽板20比连接通道5窄，从而在屏蔽板20侧向(在图3的示图中在所述屏蔽板上方)，从氧化催化器4排出的废气流的一部分流入到构造在连接通道5的壁24和屏蔽板20之间的速滞室15中并且在那里产生过压(速滞压力)。
屏蔽板20尤其可以实施为成本低廉的孔板。
废气经过在屏蔽板20中构造的开口16从速滞室15流入到屏蔽板20的面对氧化催化器4那侧的区域中，在那里，废气与还原剂喷雾11混合。从速滞室15经过开口16到喷雾11的区域中的废气流由废气流箭头7c象征性地表示。
在喷射模块10上游旁边可以安装附加的导流板17，以便防止还原剂喷雾11在初级射束13的碰撞点P上吹散并且因此确保由初级射束13可靠地产生喷雾。
图4从喷射模块10的方向、即在图3的示图中从上看地示出排气***22的截面示图。
在图4的右侧上，在氧化催化器4右边可看到连接通道5、喷射模块10和由喷射模块10产生的还原剂喷雾11。
附加的屏蔽板17位于喷射模块10和氧化催化器4的输出端之间，如之前结合图3所说明的那样。
在喷射模块10右边，在还原剂喷雾11和连接通道5的壁24之间可看到屏蔽板20。在屏蔽板20和连接通道5的壁24之间可见在之前所说明的速滞室15。流到速滞室15中的废气流由废气流箭头7c象征性地表示。

Claims (10)

1.喷射模块(10)，其用于将还原剂喷射到内燃机(2)的排气***(22)中，其特征在于，所述喷射模块(10)具有至少两个用于输出至少一个还原剂初级射束(13)的排出开口(12)，其中，所述排出开口(12)构造为使得由所述排出开口(12)排出的还原剂初级射束(13)相互撞击并且在所述排气***(22)中产生喷雾(11)。
2.根据权利要求1所述的喷射模块(10)，其中，所述排出开口(12)彼此之间具有小于5mm、尤其小于2mm的间距(d)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的喷射模块(10)，其中，所述排出开口(12)构造为使得所述还原剂初级射束(13)以大于30°的角度(α)相互撞击。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的喷射模块(10)，其中，所述排出开口(12)构造为使得所述还原剂初级射束(13)在一段小于10mm、尤其小于5mm的自由路段(L)之后相互撞击。
5.内燃机(2)的排气***(22)的区段，所述区段具有根据权利要求1至4中任一项所述的喷射模块(10)。
6.根据权利要求5所述的排气***(22)的区段，其具有屏蔽板(20)，所述屏蔽板构造和布置为使得所述屏蔽板防止所述喷雾(11)撞击到所述排气***(22)的壁(24)上，其中，所述屏蔽板(20)尤其具有一个或多个开口(16)。
7.根据权利要求6所述的排气***(22)的区段，其中，所述屏蔽板(20)布置为使得在所述屏蔽板(20)和所述排气***(22)的至少一个壁(24)之间构成速滞室(15)。
8.根据权利要求中5至7中任一项所述的排气***(22)的区段，其中，在所述喷射模块(10)上游布置另一个屏蔽板(20)。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的排气***(22)的区段，其中，在所述喷射模块(10)上游布置有氧化催化器(4)并且在所述喷射模块(10)下游布置有还原催化器(6)，其中，所述喷射模块(10)尤其布置在所述氧化催化器(4)和所述还原催化器(6)之间的连接通道(5)中，其中，所述废气的流动方向通过所述连接通道(5)被转向。
10.将还原剂喷射到内燃机(2)的排气***(22)中的方法，其特征在于，所述方法包括：将至少两个还原剂初级射束(13)喷射到所述排气***(22)中，以使得所述至少两个还原剂初级射束相互撞击并且在所述排气***(22)的区域中产生喷雾(11)。
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