CN115573796A - 流体喷射器、包括这种喷射器的组件和排气管路 - Google Patents

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Abstract

提供了一种流体喷射器、包括这种喷射器的组件和排气管路。喷射器包括：单一的流体入口(20)；喷射通道(26)，其将入口(20)流体连接至喷射端口(24)；具有致动器(42)的用于喷射端口(24)的关闭装置(38)；冷却通道(76)，其流体连接至喷射通道(26)并被构造为对致动器(42)进行冷却；插在冷却通道(76)中的流体压力调节器(82)。

Description

流体喷射器、包括这种喷射器的组件和排气管路
技术领域
本发明总体上涉及排气管道中的流体喷射器，该流体是尿素水溶液。
背景技术
这种喷射器可包括流体入口和排气管路中的流体喷射端口，喷射通道将该入口流体连接至该喷射端口。
该喷射器还可包括关闭装置，其具有能够在允许流体通过喷射端口循环的打开位置与禁止流体通过喷射端口循环的关闭位置之间移动的挡板以及被构造为选择性地使挡板在其打开位置与关闭位置之间移动的致动器。
流体喷射器通过泵经由储存器来供应。
在这种喷射器中，致动器在通过排气管路循环的气体具有高温的特定的发动机速度下经受高温。这会最终导致致动器过早损坏。
另外，在具有某些类型的泵时，供应给喷射器的流体压力不是恒定的，导致对喷入到排气管路中的流体的计量不精确。
发明内容
在这种情况下，本发明的目的在于提出一种不具有上述缺陷的流体喷射器。
为此，本发明涉及一种排气管道中的流体喷射器，该流体是尿素水溶液，该喷射器包括：
-单一的流体入口；
-流体出口；
-排气管道中的流体喷射端口；
-喷射通道，其将入口流体连接至喷射端口；
-关闭装置，其包括能够在允许流体通过喷射端口循环的打开位置与禁止流体通过喷射端口循环的关闭位置之间移动的挡板以及被构造为选择性地使挡板在其打开位置与关闭位置之间移动的致动器；
-冷却通道，其具有流体连接至喷射通道的上游部分和连接至流体出口的下游部分，冷却通道被构造为使得沿着冷却通道循环的流体对关闭装置的致动器进行冷却；
-插在冷却通道中的流体压力调节器。
如此，流体喷射器具有被设置为对关闭装置的致动器进行冷却的通道。通过循环与喷入到排气管道中的流体相同的流体来实现这种冷却。这简化了交通工具上的喷射器布置，因为没有必要将该喷射器连接至另一个流体源(例如发动机冷却回路)。
有利地，喷射通道和冷却通道利用单一的流体入口。这还帮助简化了流体喷射器的安装，因为没有必要使一个管道用于喷射通道并且使另一个管道用于冷却通道。喷射器连接至单一的管道，这简化了其在交通工具上的布置。该喷射器占用较小的空间。
另外，冷却通道用于容纳流体压力调节器，其能够平衡供应给喷射器的流体的压力。因此改进了对喷入到排气管路中的流体的计量。在不显著增加喷射器的尺寸的情况下得到这种优点。
流体喷射器还可具有单独地或通过任何技术上可行的组合考虑的以下一个或多个特征：
-压力调节器被构造为调节通过单一的入口进入的流体的压力；
-压力调节器包括：封闭冷却通道的一部分的基部，其具有用于流体的通过的调节开口；活塞；柔性构件，其被设置为将活塞偏置到封闭调节开口的关闭位置，活塞能够在流体的压力作用下对抗柔性构件施加的偏置力从关闭位置移动到使调节开口打开的一系列位置；
-关闭装置是电磁阀，致动器包括通过流体的循环来冷却的磁性线圈；
-磁性线圈设置在喷射通道的沿着中心轴线X延伸的中间部分的周围，冷却通道包括设置在磁性线圈的周围的冷却部分、与冷却部分流体连通且在径向上位于冷却部分的外侧的上游腔室以及与冷却部分流体连通且在径向上位于冷却部分的外侧的下游腔室，上游部分将上游腔室连接至喷射通道；
-流体压力调节器设置在上游部分中；
-上游部分通入到喷射通道的入口部分中，该入口部分位于流体入口与中间部分之间；
-喷射通道包括流体加热腔室和通入到加热腔室中的流体进入端口，喷射器包括另外的关闭装置，其包括能够在允许流体通过流体进入端口循环的打开位置与禁止流体通过流体进入端口循环的关闭位置之间移动的另外的挡板以及被构造为选择性地使另外的挡板在其打开位置与关闭位置之间移动的另外的致动器。
根据第二方面，本发明涉及一种组件，其包括流体储存器、具有连接至流体储存器的吸入部和排出部的泵以及具有上述特征的喷射器，单一的流体入口流体连接至泵的排出部，并且流体出口流体连接至储存器。
根据第三方面，本发明涉及一种排气管路，其包括排气管道和具有上述特征的组件，喷射器被构造为将流体喷入到排气管道中。
附图说明
本发明的另外的特征和优点将通过下面参考附图通过说明性而非任何限制性的方式给出的详细描述变得显而易见，在附图中：
图1是具有根据本发明的排气管路的交通工具的简化示意图；
图2是图1的排气管路的喷射器的立体图，其中冷却通道的一部分剖视表示，以露出压力调节器；
图3是图2的喷射器从另一个角度观察的立体图，其中喷射器的其他部分剖视表示；
图4是图3的喷射器的一部分的放大视图，其中喷射器的其他部分再次剖视表示；
图5是喷射通道的一部分和关闭装置的放大剖视图；并且
图6是本发明的变型实施方式的与图4类似的视图。
具体实施方式
在下文中，相对于流体的总体流动方向来限定词语上游和下游，该流体可以是尿素水溶液或废气。
在图1中示意性示出交通工具2。
交通工具2通常是陆地交通工具，例如汽车、卡车、公共汽车、厢式货车或者在道路上行驶的其他交通工具。
在一种变型中，交通工具是火车或船舶。
交通工具2包括内燃机4和排气管路10，排气管路10接收内燃机4排出的废气。
发动机4通常是柴油机。
废气在排气管路10中进行净化，并且净化后的废气随后被排入到环境中。
排气管路10包括使废气进行循环的排气管道12以及被设置为将流体喷入到排气管道12中的组件14。
排气管道12的上游端部连接至歧管(没有示出)，该歧管收集内燃机4产生的废气。
排气管路10包括选择性催化还原(SCR)净化构件16，其沿着排气管道12插在喷射组件14的下游。
净化构件16在存在氨的情况下将废气中的NOX还原为N2。通过组件14和/或排气管道12中的尿素来产生氨。
排气管路10通常包括图1中没有示出的其他部件：催化氧化装置、粒子过滤器、增压器涡轮、一个或多个***等等。
流体是尿素水溶液，例如AUS32(“Aqueous Urea Solution(尿素水溶液)”的简称)，还通常被称为
Figure BDA0003719180820000041
这种流体有时被称为柴油机尾气处理液(DEF)。
Figure BDA0003719180820000042
是一种按质量计包含有32.5％的尿素和67.5％的脱盐水的尿素水溶液。
在一种变型中，使用例如按质量计具有32.5％以外的尿素浓度的另一种尿素水溶液。
喷射组件14包括喷射器18，其在图2至图5中更详细地示出。
喷射器18包括单一的流体入口20、流体出口22、通入到排气管道12中的流体喷射端口24以及将入口20流体连接至喷射端口24的喷射通道26。
组件14还包括流体储存器28、具有排出部34和连接至流体储存器28的吸入部32的泵30，其中单一的流体入口20连接至泵30的排出部34(图1)。流体出口22流体连接至储存器28。
流体入口20被称为是单一的，因为喷射器18不具有除了单一的入口20之外的其他流体入口。因此，喷射器18具有用于流体的单一的入口20。
喷射器14通常借助于附接凸缘36(在图2中可见)附接至管道12。
在示出的例子中，入口20和喷射端口24沿着轴线X位于喷射器18的相对两端处。
喷射通道26基本上在轴向上从入口20延伸至喷射端口24。
喷射端口24通常直接通入到排气管道12中。
喷射器14还包括关闭装置38，其具有能够在允许流体通过喷射端口24循环的打开位置与禁止流体通过喷射端口24循环的关闭位置之间移动的挡板40(图5)。
关闭装置38还包括致动器42，其被构造为选择性地使挡板40在其打开位置与关闭位置之间移动。
在示出的例子中，关闭装置38是电磁阀。
挡板40刚性地附接至滑动杆44。
致动器42包括柔性构件46，例如弹簧，其与挡板40相对地与杆44的端部相互作用。其通过杆44朝向挡板40的关闭位置向挡板40施力。
致动器42还包括磁性线圈48。当被激活时，磁性线圈48通过杆44对抗柔性构件46的恢复力使挡板40移动至其打开位置。
磁性线圈48设置在喷射通道26的中间部分50的周围。
中间部分50沿着轴线X延伸。
柔性构件46位于中间部分50内。
在示出的例子中，喷射通道26包括流体加热腔室52，其中流体进入端口54控制流体进入加热腔室52。
喷射器14还包括另外的关闭装置56，其具有能够在允许流体通过流体进入端口54循环的打开位置与禁止流体通过流体进入端口54循环的关闭位置之间移动的另外的挡板58。
另外的关闭装置56还包括另外的致动器60，其被构造为选择性地使另外的挡板58在其打开位置与关闭位置之间移动。
通常，另外的致动器60与致动器38的类型相同。其包括朝向另外的挡板58的关闭位置对另外的挡板58施力的诸如为弹簧的柔性构件62。其还包括被设置为对抗柔性构件62的恢复力使另外的挡板58移动至其打开位置的磁性线圈64。
如图5所示，加热腔室52构成喷射通道26的下游端部。
其通过形成有喷射端口24的板65与排气管道12隔开。
杆44完全穿过加热腔室52。
流体进入端口54设置在中间部分50的上游，即，设置在单一的入口20与中间部分50之间。
中间部分50通过在图5中可见的通道66与加热腔室52连通。
加热腔室52在径向外侧通过壁68封闭。诸如为电阻器的加热构件70设置在壁68的周围，并且通过经由壁68进行传导来对加热腔室52内的流体进行加热。
螺旋形构件72位于加热腔室52内，并且在加热腔室中限定了从腔室52的朝向中间部分50定位的轴向端部到腔室52的定位在喷射端口24处的轴向端部的用于流体的螺旋形通路。
另外的磁性线圈64相对于磁性线圈48在轴向上朝向入口20偏移。其位于喷射通道26的另外的中间部分74的周围。柔性构件62位于另外的中间部分74中。
中间部分50和另外的中间部分74位于进入端口54的相对两侧上。
根据本发明，喷射器14包括冷却通道76，其具有流体连接至喷射通道26的上游部分78和流体连接至流体出口22的下游部分80。
冷却通道76被构造为使得流体沿着冷却通道的循环对关闭装置38的致动器42进行冷却。
另外，流体压力调节器82插在冷却通道76中，如图2至图4所示。
具体地，磁性线圈48通过流体沿着冷却通道76的循环来冷却。
为了实现这一点，冷却通道76包括设置在磁性线圈48的周围的冷却部分83。
冷却部分83在径向上位于磁性线圈48的外侧。其邻接磁性线圈48，使得通过冷却部分83循环的流体与磁性线圈48进行热接触。
例如，致动器42具有环绕线圈48且位于线圈48的外侧的盖体84。冷却部分83在径向内侧通过盖体84封闭。换句话说，流过冷却部分83的流体与盖体84直接接触。
冷却部分83延伸跨过磁性线圈48的外周的至少30％，优选至少50％，通常为磁性线圈的外周的75％。
冷却通道76还包括上游腔室86，其与冷却部分83流体连通并且在径向上位于冷却部分83的外侧。上游腔室86通过上游部分78连接至喷射通道26。
如图所示，上游腔室86相对于覆盖主要喷射器构件的外壳87在径向上从喷射器向外突出。这便于将冷却部分83连接至喷射通道26。
类似地，冷却通道76包括下游腔室88，其与冷却部分83流体连通并且在径向上位于冷却部分83的外侧。
在示出的例子中，下游腔室88构成冷却通道的下游部分80。
出口22直接通过下游腔室88来支撑。
再次，下游腔室88在径向上从覆盖主要喷射器构件的外壳87向外突出。这便于对出口22进行定位并且便于将该出口22连接至储存器28。
特别是如图3所示，上游部分78通入到位于流体入口20与中间部分50之间的喷射通道的入口部分90中。
更具体地，入口部分90位于流体入口20与另外的中间部分74之间。
压力调节器82被构造为调节通过流体入口20进入的流体的压力。
如图2至图4所示，其具有封闭冷却通道76的一部分的基部92，该基部具有对流体的通过进行调节的开口94。
压力调节器82还包括活塞96、被设置为将活塞96偏置到封闭调节开口94的关闭位置的柔性构件98，活塞96能够在流体压力作用下对抗柔性构件98施加的偏置力从其关闭位置移动到使调节开口94打开的一系列位置。
换句话说，由通过入口20进入的流体施加的压力使活塞96抬起且远离基部92。
冷却通道76包括容纳压力调节器82的管道100。
基部92设置在管道100的上游端部中，完全封闭管道100，仅保持开口94畅通以使流体通过。
支撑环102刚性地固定在管道100的下游端部内。环102具有用于流体的中心通道开口104。
柔性构件98例如是螺旋弹簧。该弹簧在一侧上抵靠环102并且在另一侧上抵靠活塞96。环102能够调节柔性构件98施加在活塞96上的支承力。
这种调节是通过在基部92的上游施加特定的空气压力实现的。使环102在管道100中朝向基部92移动，逐渐挤压柔性构件98直到空气流速降到0为止。随后例如通过点焊将环102在管道100中锁定到位。
活塞96在管道100的中间部分内移动，该中间部分在基部92与环102之间延伸。活塞96的外部部分基本上对应于管道100的中间部分的内部部分，因此该中间部分用作活塞96的缸体。
当活塞96处于间隙位置时，活塞96与管道100之间的流体流能够穿过为此目的而形成在活塞96的外周上的没有示出的缺口。因此，能够在活塞的间隙位置实现流体在冷却通道中的流动。
在示出的例子中，管道100是平直的并且通过上游腔室86承载。其基本上平行于轴线X延伸。上游部分78还包括基本上直线形的径向分支106，其将管道100的上游端部连接至入口部分90。
压力调节器82的所有元件都由耐受所喷射的流体的化学腐蚀并耐受温度的材料制成。该流体通常是pH值高达10的碱性溶液。压力调节器经受-40℃至+120℃的温度。
优选地，压力调节器82的元件由不锈钢制成，例如奥氏体钢。
现在将描述组件14的操作。
当发动机4运行时，组件14将流体喷入到排气管道12中。
为此，泵30从储存器28抽取流体并且将其输送至喷射器18。
流体通过入口20接收并流向入口部分90。
其被部分地分配到喷射通道29中并且被部分地分配到冷却通道76中。
关闭装置38和另外的关闭装置56以定时的方式打开和关闭，从而允许流体进入加热腔室40、在腔室40内对其进行加热并且随后在流体达到设定的温度时将其喷入到排气管道12中。关闭装置38和另外的关闭装置56通过为此目的编程的没有示出的控制构件来控制。
距离排气管道12相对较近的致动器42在高温废气流过排气管道时被显著加热。
其被通过冷却通道76循环的流体保持在可接受的温度下。
该流体首先通过上游部分78流向上游腔室86。其从上游腔室86沿着冷却部分83到达下游腔室88。其从下游腔室88流入出口22并且回到储存器28。
在来自入口20的流体的压力作用下，活塞96对抗柔性构件98的恢复力移动到其间隙位置范围内。流体可随后沿着冷却通道流动。
当流体压力在喷射入口20处由于泵30的操作而改变时，流体施加在活塞96上的力也改变。
如果流体压力在入口20处减小，则柔性构件98将使活塞96朝向基部92移动，这将帮助挤压流体并因此至少部分地补偿入口20处减小的流体压力。
相反，如果流体压力增大，则流体施加在活塞96上的力也增大，使得活塞远离基部92。这种位移将至少部分地补偿入口20处增大的流体压力。
上述的喷射器具有多种优点。
其能够将致动器保持在可接受的温度下，符合致动器长期良好操作的要求。
其能够减弱喷射器入口处的流体压力变化，有助于对喷射器喷入到排气管道中的流体量进行良好计量。
该喷射器特别紧凑并且易于安装在交通工具上，尤其是因为使用尿素水溶液作为传热流体。
喷射器仅具有一个流体入口也有助于使其变得紧凑。
将流体压力调节器集成在喷射器内，这进一步减小了***的总体尺寸。
冷却通道通过其结构可适配原先被设计为通过诸如发动机冷却液的流体循环来冷却的喷射器。
喷射器可具有多种变型。
喷射器无需具有两个关闭装置，一个控制流体进入加热腔室而另一个控制流体从加热腔室排出。在一种变型中，喷射器仅包括一个用于关闭喷射端口的关闭装置。
喷射器无需具有加热腔室。
关闭装置无需是具有包括磁性线圈的致动器的电磁阀。致动器可以是任何合适的类型。
类似地，流体压力调节器无需是活塞类型。可以考虑其他的压力调节器。
图6中示出了一种变型。
下面将仅详细描述该变型与图1至图5的不同之处。相同或执行相同功能的元件将通过与图1至5的变型相同的附图标记表示。
在图6所示的变型中，流体入口20位于管道100的延长部中。其并不是沿着轴线X。
径向分支106因此属于喷射通道26，流体在该径向分支中从流体入口20循环到入口部分90。
该变型对于调节柔性构件98施加在活塞96上的支承力是有利的。
在图6所示的变型中通过从流体入口20***负载传感器并通过开口94将其放置为抵靠活塞96来实现这种调节。环102的位置在负载传感器测得的力对应于使活塞96从基部92抬起的所需压力时是固定的。
这个步骤能够直接且容易地校准压力调节器82的开启压力。

Claims (10)

1.一种排气管道(12)中的流体的喷射器，所述流体是尿素水溶液，所述喷射器(18)包括：
-单一的流体入口(20)；
-流体出口(22)；
-端口(24)，其用于将所述流体喷入到所述排气管道(12)中；
-喷射通道(26)，其将所述入口(20)流体连接至所述喷射端口(24)；
-关闭装置(38)，其包括能够在允许所述流体通过所述喷射端口(24)循环的打开位置与禁止所述流体通过所述喷射端口(24)循环的关闭位置之间移动的挡板(40)以及被构造为选择性地使所述挡板(40)在其打开位置与关闭位置之间移动的致动器(42)；
-冷却通道(76)，其具有流体连接至所述喷射通道(26)的上游部分(78)和连接至所述流体出口(22)的下游部分(80)，所述冷却通道(76)被构造为使得沿着所述冷却通道(76)流动的流体对所述关闭装置(38)的所述致动器(42)进行冷却；
-插在所述冷却通道(76)中的流体压力调节器(82)。
2.根据权利要求1所述的喷射器，其中，所述压力调节器(82)被构造为调节通过单一的入口(20)进入的所述流体的压力。
3.根据权利要求1或2所述的喷射器，其中，所述压力调节器(82)包括：封闭所述冷却通道(76)的一部分的基部(92)，其具有用于所述流体的通过的调节开口(94)；活塞(96)；柔性构件(98)，其被设置为将所述活塞(96)偏置到封闭所述调节开口(94)的关闭位置，所述活塞(96)能够在所述流体的压力作用下对抗所述柔性构件(98)施加的偏置力从关闭位置移动到使所述调节开口(94)打开的一系列位置。
4.根据权利要求1或2所述的喷射器，其中，所述关闭装置(38)是电磁阀，所述致动器(42)包括通过所述流体的循环来冷却的磁性线圈(48)。
5.根据权利要求4所述的喷射器，其中，所述磁性线圈(48)设置在所述喷射通道(26)的沿着中心轴线X延伸的中间部分(50)的周围，所述冷却通道(76)包括设置在所述磁性线圈(48)的周围的冷却部分(83)、与所述冷却部分(83)流体连通且在径向上位于所述冷却部分(83)的外侧的上游腔室(86)以及与所述冷却部分(83)流体连通且在径向上位于所述冷却部分(83)的外侧的下游腔室(88)，所述上游部分(78)将所述上游腔室(86)连接至所述喷射通道(26)。
6.根据权利要求5所述的喷射器，其中，所述流体压力调节器(82)设置在所述上游部分(78)中。
7.根据权利要求5所述的喷射器，其中，所述上游部分(78)通入到所述喷射通道(76)的入口部分(90)中，所述入口部分(90)位于所述流体入口(20)与所述中间部分(50)之间。
8.根据权利要求1或2所述的喷射器，其中，所述喷射通道(26)包括流体加热腔室(52)和通入到所述加热腔室(54)中的流体进入端口(54)，所述喷射器(18)包括另外的关闭装置(56)，其包括能够在允许所述流体通过所述流体进入端口(54)循环的打开位置与禁止所述流体通过所述流体进入端口(54)循环的关闭位置之间移动的另外的挡板(58)以及被构造为选择性地使所述另外的挡板(58)在其打开位置与关闭位置之间移动的另外的致动器(60)。
9.一种组件(14)，其包括流体储存器(28)、具有排出部(34)和连接至所述流体储存器(28)的吸入部(32)的泵(30)以及根据权利要求1或2所述的喷射器(18)，单一的流体入口(20)流体连接至所述泵(30)的所述排出部(34)，并且流体出口(22)流体连接至所述储存器(28)。
10.一种排气管路(10)，其包括排气管道(12)和根据权利要求9所述的组件，所述喷射器(18)被构造为将所述流体喷入到所述排气管道(12)中。
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