專利名稱：用于噴射霧化流體的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及由貧燃發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的排放物的減少。具體而言，本發(fā)明提供用于將諸如尿素水溶液的試劑噴射到廢蒸汽以減少來自柴油機(jī)排氣部的氮氧化物(NOx)排放物的方法和裝置?？商娲兀景l(fā)明可適于為了顆粒減少而將烴類試劑(hydrocarbon reagent)噴射到柴油機(jī)排氣。
背景技術(shù)：
貧燃發(fā)動機(jī)通過與超過使燃料完全燃燒所需的量的過量氧氣協(xié)作而提供改進(jìn)的燃料效率。這種發(fā)動機(jī)被稱為“貧油”運轉(zhuǎn)或處于“貧油混合物”。然而，這種燃料節(jié)約的提高被不希望的污染排放物(特別是采用氮氧化物(NOx)的形式)所抵消。用于減少來自貧燃內(nèi)燃機(jī)的NOx排放物的一種方法已知為選擇性催化還原 (SCR)。SCR在例如用于減少來自柴油發(fā)動機(jī)的NOx排放物時涉及根據(jù)一個或多于一個選擇的發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)參數(shù)(例如廢氣溫度、發(fā)動機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)或由發(fā)動機(jī)燃料流測量到的發(fā)動機(jī)負(fù)載、渦輪增壓或排放的NOx質(zhì)量流)，將霧化試劑噴射到發(fā)動機(jī)的廢蒸汽中。試劑/ 廢氣混合物被傳送通過反應(yīng)器，該反應(yīng)器包含例如活性炭的催化劑，或者能夠在存在試劑的情況下減少NOx濃度的諸如鉬、釩或鎢的金屬。這種類型的SCR系統(tǒng)被公開在美國專利 No. 5，976，475 中。尿素水溶液已知為用于柴油發(fā)動機(jī)的SCR系統(tǒng)中的有效試劑。然而，這種尿素水溶液的使用包含很多缺點。尿素為高腐蝕性并侵蝕SCR系統(tǒng)的機(jī)械部件，例如用于將尿素混合物噴射到廢氣流中的噴射器。尿素還常常在長期暴露于高溫下(例如在柴油排氣系統(tǒng)中遇到的情況)時固化。固化的尿素將積聚狹窄通道中并離開典型地存在于噴射器中的孔口。固化的尿素可污染噴射器的移動部件并阻塞任何開口，從而使噴射器不可使用。另外，如果尿素混合物沒有被精細(xì)霧化，則尿素沉積物將形成在催化反應(yīng)器中，從而阻止催化劑的作用并由此降低SCR系統(tǒng)效率。高噴射壓力為使尿素混合物的不充分霧化的問題最小化的一種方式。然而，高噴射壓力經(jīng)常導(dǎo)致噴射器噴射羽流過度透入到廢蒸汽中，從而致使羽流撞擊排氣管的與噴射器相對的內(nèi)表面。過度透入導(dǎo)致尿素混合物的不充分使用，并減小車輛能夠在減少的NOx排放物下運轉(zhuǎn)的路程。在車輛上能夠攜帶僅僅有限量的含水尿素，并且所攜帶的含水尿素應(yīng)有效用于最大化車輛路程并減小經(jīng)常充填試劑的需求。進(jìn)一步，含水尿素為低劣潤滑劑。該特性不利地影響噴射器內(nèi)的移動部件，并要求在噴射器內(nèi)的相對移動部件之間采用專門的配合、間隙和公差。含水尿素還具有較高的泄漏傾向。該特性不利地影響要求在很多位置提高密封源的配合表面?，F(xiàn)有技術(shù)的用于將含水尿素噴射到貧油燃燒柴油機(jī)的廢蒸汽中的噴射器的示例被描述在美國專利No. 6，279，603中。該現(xiàn)有技術(shù)的噴射器使用在噴射器外部的霧化鉤來散發(fā)從噴射器排出的尿素溶液。尿素溶液循環(huán)流動在噴射器主體的出口孔的區(qū)域中以提供冷卻。優(yōu)選的是，提供用于將尿素水溶液噴射到貧油燃燒發(fā)動機(jī)的廢蒸汽中的方法和裝置，其中尿素溶液在被噴射到廢蒸汽之前在噴射器內(nèi)部發(fā)生霧化。進(jìn)一步優(yōu)選的是，提供對噴射器的冷卻，以防止尿素固化并延長噴射器部件的壽命。優(yōu)選的是，最小化從排氣管向噴射器的熱傳遞，以最小化在噴射器內(nèi)部沉積物的形成。還優(yōu)選的是，最小化從熱氣向出口孔的熱傳遞，以防止煙灰和尿素被吸到相對冷卻的噴射器出口孔，從而在噴射器外部形成沉積物。還優(yōu)選的是，出于經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的目的，提供一種不會泄漏的噴射器。本發(fā)明的方法和裝置提供前述和其他優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供改進(jìn)的用于將諸如尿素水溶液的試劑噴射到廢蒸汽以減少來自發(fā)動機(jī)排放部的排放物的方法和裝置。具體而言，本發(fā)明的噴射器為用于任何發(fā)動機(jī)的增強性能的霧化器，所述發(fā)動機(jī)例如為柴油、天然氣、噴氣、渦輪、燃料電池或其他發(fā)動機(jī)類型。現(xiàn)有的較小排量的道路及越野柴油機(jī)的尿素噴射器使用雙試劑霧化技術(shù)。 該過程要求單獨的空氣壓縮機(jī)。其他現(xiàn)有技術(shù)的霧化技術(shù)(例如公開在美國專利 No. 6, 279,603(' 603專利)中的技術(shù))使用在噴射器內(nèi)部不具有霧化過程的噴射器。描述在'603專利中的噴射器噴射液體的自由射流，其在沖擊位于噴射器主體的外側(cè)的熱板或鉤時產(chǎn)生小液滴。本發(fā)明提供對現(xiàn)有技術(shù)的含水尿素噴射器的改進(jìn)，特別是提供對在'603專利中所描述類型的含水尿素噴射器的改進(jìn)。本發(fā)明使用霧化技術(shù)，其在噴射器內(nèi)部發(fā)生。具體而言，本發(fā)明使用機(jī)械灑回(spill return)霧化技術(shù)來產(chǎn)生比發(fā)明人預(yù)期的液滴小的液滴， 特別是約50μπι SMD(索特爾平均直徑)或更小的液滴。該尺寸范圍適于允許尿素在與道路柴油機(jī)關(guān)聯(lián)的滯留時間內(nèi)作用于氨，而不同于在'603專利中描述的噴射器。該效果通過使用渦流板實現(xiàn)，該渦流板具有圍繞噴射器的出口孔的多個渦流槽，所述多個渦流槽在渦流室中產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)流。當(dāng)試劑的旋轉(zhuǎn)流的一部分通過出口孔傳送到廢蒸汽中時，隨著試劑噴射到廢蒸汽中，由于離心力以及空氣對試劑的剪切的組合而發(fā)生霧化。另外，本發(fā)明提供對'603專利的噴射器的進(jìn)一步改進(jìn)，包括在大溫度范圍內(nèi)增大計量塞的磁引力強度、延長噴射器閥以及關(guān)聯(lián)的致動部件的壽命和在整個噴射器中用尿素冷卻。另外，本發(fā)明并入在線的可調(diào)節(jié)噴射質(zhì)量特性，以及針對多種尺寸應(yīng)用的孔板的互換性。帶肋的噴射器主體提供額外的冷卻能力。本發(fā)明可進(jìn)一步適于提供用于噴射烴的噴射器，其特別出于柴油機(jī)排放部中的顆粒減少的目的。提供瞬時定時控制的脈沖寬度調(diào)制和機(jī)械霧化技術(shù)的組合適用于利用精確定時來提供少量的烴。由本發(fā)明提供的冷卻方面允許噴射器經(jīng)受得住熱的排氣條件以及防止烴的提前點火。在本發(fā)明的示例性實施例中，提供用于噴射霧化試劑的方法和裝置。提供一種低壓噴射器，其包括噴射器主體和布置在該噴射器主體上的渦流室。所述渦流室具有出口孔。 多個渦流槽可被設(shè)置在所述渦流室中，用于向引入到所述渦流室中的試劑施加旋轉(zhuǎn)速度。 位于所述渦流室內(nèi)的閥座圍繞所述出口孔。計量塞可被布置在所述噴射器主體內(nèi)。致動器也可被安裝在所述噴射器主體上，并連接到所述計量塞，以使所述計量塞在關(guān)閉和打開位置之間移動。所述致動器可位于所述噴射器主體中，并連接到所述計量塞，以使所述計量塞能夠從所述關(guān)閉位置移動到所述打開位置。所述計量塞可位于所述噴射器主體中，從而當(dāng)所述計量塞處于關(guān)閉位置時，所述計量塞坐靠在所述閥座中，從而防止試劑從所述出口孔散發(fā)。在一個示例性實施例中，所述試劑可循環(huán)通過所述噴射器，以在所述計量塞處于所述關(guān)閉位置時冷卻所述噴射器。當(dāng)所述計量塞處于所述打開位置時，所述計量塞從所述閥座移開，從而允許試劑從所述出口孔散發(fā)。在所述打開位置，所述計量塞的端部從所述閥座移開，并且來自所述渦流室的試劑的旋轉(zhuǎn)流的一部分被傳送通過所述出口孔，在試劑被散發(fā)到所述廢蒸汽中時，由于離心力和空氣和/或廢蒸汽對試劑的剪切的組合而發(fā)生霧化。所述噴射器可進(jìn)一步包括延伸到所述噴射器中的試劑入口和延伸到所述噴射器外的試劑出口。所述試劑入口和試劑出口可經(jīng)由所述計量塞的中空部與所述渦流室連通。 所述試劑入口、所述試劑出口和所述計量塞的所述中空部可提供用于供試劑通過所述噴射器的流動路徑，由此實現(xiàn)所述噴射器的冷卻。用于供所述試劑通過所述噴射器的所述流動路徑可獨立于所述計量塞的位置而提供。位于所述噴射器主體中的計量孔可控制在給定入口壓力下流動通過所述噴射器的冷卻試劑的流動速率。在進(jìn)一步的示例性實施例中，可提供圍繞所述噴射器主體的多個肋條，用于將熱散發(fā)離開所述噴射器主體。也可提供圍繞所述出口孔的絕熱板，用于減小從所述廢蒸汽到所述噴射器主體的熱傳遞。所述絕熱板可具有從中穿過的與所述出口孔對齊的孔道，由此允許從所述渦流室釋放的試劑穿過所述絕熱板。所述絕熱板可包括圍繞所述出口孔的板和布置在所述板上的絕緣材料層。所述噴射器主體和計量塞可包括不銹鋼。應(yīng)該認(rèn)識到，在一些實施例中，所述噴射器主體和計量塞可包括塑料、熱塑性塑料、熱固塑料或任何其他與尿素或所使用的試劑兼容的材料。偏壓構(gòu)件可被提供用于將所述計量塞偏壓到所述關(guān)閉位置，由此提供出故障時自動關(guān)閉的閥(fail-closed valve) 0所述偏壓構(gòu)件可為與所述計量塞同軸布置的卷簧。所述致動器可包括產(chǎn)生磁力的磁性線圈。所述磁力可在所述磁性線圈被激勵時實現(xiàn)所述計量塞抵靠所述偏壓構(gòu)件的滑移運動。由此，當(dāng)致動器被激勵時，所述計量塞可在所述渦流室內(nèi)從所述關(guān)閉位置移動到所述打開位置，從而使試劑能夠從所述渦流室的所述出口孔散發(fā)?？商峁┯糜诩畲判跃€圈的機(jī)構(gòu)。例如，12V的脈沖寬度調(diào)制信號可激勵所述磁性線圈一定的時間周期，以噴射特定量的試劑。也可使用將對本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的用于激勵所述磁性線圈的其他機(jī)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明還提供用于將試劑噴射到氣流中的方法。該方法包括將試劑引入到噴射器主體，提供預(yù)定壓力設(shè)定點以對所述噴射器主體中的所述試劑加壓，向所述噴射器主體內(nèi)的所述加壓試劑的至少一部分施加高速旋轉(zhuǎn)流，并計量具有旋轉(zhuǎn)速度的從出口孔到氣體流路中的精確量的試劑。多于精確計量的量的試劑可被保持在所述噴射器中和循環(huán)通過所述噴射器，以將所述試劑保持在希望的溫度范圍。對于包括含水尿素的尿素溶液，所述希望的溫度范圍可為約5°C至85°C。應(yīng)該認(rèn)識到，所述希望的溫度范圍可為比所述試劑的凝固點高且比沸點低的溫度。所述試劑可以可替代地為烴。所述氣流可謂柴油機(jī)廢蒸汽，然而，應(yīng)該認(rèn)識到， 本公開可應(yīng)用于多個廢蒸汽和/或希望的處理協(xié)議中的任意一個。所述預(yù)定壓力設(shè)定點可響應(yīng)操作條件而改變，以提供增大的操作范圍和/或變化的噴射形式。還根據(jù)本發(fā)明提供一種裝置，其提供用于實現(xiàn)本文所述方法的機(jī)構(gòu)。


將在下文中結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行描述，其中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件， 并且圖1示出具有使用根據(jù)本發(fā)明的噴射器的污染排放物控制系統(tǒng)的道路柴油機(jī)的示例性實施例的示意圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的噴射器的示例性實施例的縱向剖視圖；圖3(圖3A、;3B和3C)示出根據(jù)本發(fā)明的渦流板的示例性實施例的俯視圖、剖視圖和仰視圖；圖4(圖4A和4B)示出使用在圖2的噴射器中的計量塞的示例性實施例；以及圖5示出根據(jù)本發(fā)明的安裝在排氣管上的噴射器的示例性實施例的透視圖。
具體實施例方式隨后的詳細(xì)描述僅僅提供示例性實施例，并不意欲限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)用或構(gòu)造。相反，隨后的示例性實施例的詳細(xì)描述將向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實現(xiàn)本發(fā)明示例性實施例的詳盡描述。應(yīng)該理解的是，在不背離所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對各元件的功能和設(shè)置作出各種變化。還應(yīng)該理解的是，盡管本教示可關(guān)于柴油機(jī)和NOx排放物的減少來描述，但本教示可關(guān)于多個廢蒸汽中的任意一個而使用，例如， 作為非限制示例，所述多個廢蒸汽為來自柴油、汽油、渦輪、燃料電池、噴氣或任何其他輸出泄放流路的動力源的廢蒸汽。而且，本教示可關(guān)于減少多個不希望的排放物中的任意一種而使用。圖1示出用于減少來自柴油機(jī)21的排氣的NOx排放物的示例性污染控制系統(tǒng)。在圖1中，系統(tǒng)的元件之間的實線代表試劑的流體線路，虛線代表電連接。本發(fā)明的系統(tǒng)可包括用于盛放試劑的試劑盒10和用于從盒10輸送試劑的輸送模塊12。試劑可謂尿素溶液、 烴、烷基酯、酒精、有機(jī)化合物、水等，并可為其混合或組合。還應(yīng)該認(rèn)識到，一種或多于一種試劑可存在于系統(tǒng)中并可單獨或組合使用。盒10和輸送模塊12可形成集成式試劑盒/輸送模塊。電子噴射控制單元14、低壓噴射器模塊16和具有至少一個催化劑床17的排氣系統(tǒng)19也被提供作為系統(tǒng)的一部分。輸送模塊12可包括泵，其將試劑從盒10通過內(nèi)聯(lián)過濾器23經(jīng)由供應(yīng)線路9供應(yīng)。
8試劑盒10可為聚丙烯、涂覆碳鋼的環(huán)氧樹脂、PVC或不銹鋼，且根據(jù)應(yīng)用(例如，車輛尺寸、 車輛的預(yù)期用途等)設(shè)定尺寸。過濾器23可包括具有可移除卡盤的由剛性塑料或不銹鋼構(gòu)成的殼體。壓力調(diào)節(jié)器(未示出)可被提供用于將系統(tǒng)保持在預(yù)定壓力設(shè)定點(例如約 60-80psi的相對低壓，或者在一些情況下約60-150psi的壓力)，并可位于來自試劑噴射器 16的返回線路35中。壓力傳感器可被提供在通向試劑噴射器16的柔性線路中。該系統(tǒng)也可并入各種防凍策略，以對凍結(jié)的尿素解凍或防止尿素凍結(jié)。例如，在系統(tǒng)操作期間，不論噴射器是否將試劑釋放到廢氣中，試劑都在盒10與試劑噴射器16之間連續(xù)循環(huán)，以冷卻噴射器并最小化噴射器中的試劑的停留時間，從而試劑保持冷卻。連續(xù)的試劑循環(huán)對于溫度敏感的試劑，例如含水尿素是必須的，其往往在暴露于300°C到650°C的高溫下(這可能在發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)中經(jīng)歷)時固化。已發(fā)現(xiàn)重要的是將尿素混合物保持低于140°C并優(yōu)選在 5°C到95°C的較低操作范圍內(nèi)，以提供安全裕度，從而確保防止尿素固化。如果形成固化的尿素，則其會腐蝕噴射器的移動部件和開口，最終使噴射器無法使用。將意識到，流動速率將取決于發(fā)動機(jī)尺寸和NOx水平。所需的試劑量可隨負(fù)載、發(fā)動機(jī)RPM、發(fā)動機(jī)速度、廢氣溫度、廢氣流量、發(fā)動機(jī)燃料噴射定時和希望的NOx減小量而改變。發(fā)動機(jī)操作參數(shù)中的所有或一些可經(jīng)由發(fā)動機(jī)/ 車輛數(shù)據(jù)總線從發(fā)動機(jī)控制單元27供應(yīng)到試劑噴射控制器14。如果卡車制造商同意提供該功能，則試劑噴射控制單元14也可被包括作為發(fā)動機(jī)控制單元27的一部分。廢氣溫度、廢氣流量和排氣背壓可由相應(yīng)的傳感器測量?；陔妷旱淖钚≡噭┧介_關(guān)或程序控制邏輯可用于防止噴射系統(tǒng)干涸和過熱。 一旦達(dá)到盒10中的最小試劑水平，則將停止噴射，且故障燈和/或文本警告將在車輛的駕駛室中發(fā)光。噴射速率可通過利用噴射控制策略或映射表對試劑噴射控制單元14編程而設(shè)定，如于2005年9月13日公布的名稱為“汽車柴油選擇性催化還原系統(tǒng)和方法”的本申請人共有的共同懸而未決的美國專利No. 6，941，746中所描述的那樣，該美國專利通過引用合并于此并作為本文的一部分。如其中所述，噴射策略可通過在車輛上臨時安裝NOx檢測器25而形成。NOx檢測器25可為具有采樣系統(tǒng)的傳感器或計量器。圖1示出NOx計量器 25，其分析排其系統(tǒng)19外部某一位置處的氣體濃度或質(zhì)量。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的試劑噴射器16的示例性實施例的剖視圖，其可被使用在圖 1所示的系統(tǒng)中。試劑噴射器16可包括具有上部18a和下部18b的噴射器主體18。細(xì)長圓柱形室30可被設(shè)置在噴射器主體18內(nèi)。室30可與渦流板50流體連通，渦流板50具有出口孔22，當(dāng)渦流板50被安裝在柴油發(fā)動機(jī)上時，出口孔22通向柴油發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng) 19(圖1)內(nèi)的廢氣。閥座M可圍繞出口孔22，閥座M可具有任何實際形狀，但優(yōu)選為圓錐形(例如，如圖3B所示)。采用細(xì)長計量塞沈形式的閥構(gòu)件可以被可滑動地安裝在室 30內(nèi)。圖3A示出渦流板50的俯視圖。圖:3B示出渦流板50的剖視圖。圖3C示出渦流板 50的仰視圖。如根據(jù)圖3A可見，渦流板50可包括多個渦流槽51 (即，兩個或多于兩個)， 其圍繞閥座M并在圍繞計量塞沈(見圖幻的端部觀的區(qū)域中形成渦流室52。應(yīng)該認(rèn)識到，渦流槽51可限定多種形狀中的任意一種，其足以形成充分的試劑流量，以引入廢蒸汽。 作為非限制示例，渦流槽51可以各種角度、偏移和徑向方位設(shè)置，或可限定角對稱/不對稱等。每個渦流槽51也可限定各種輪廓，包括直的、弓形的、非線性的等，以及各種尺寸，包括寬度和長度。如圖3B所示，當(dāng)渦流室52由圓錐形閥座M限定時，渦流室52可為圓錐形渦流室。如根據(jù)圖3A和;3B可見，閥座M圍繞出口孔22，以從渦流室52散發(fā)霧化試劑。渦流板50可通過保持蓋74依附到下噴射器主體18b。在所示的示例性構(gòu)造中，流體保持襯墊60可介于渦流板50與下噴射器主體18b 之間，以防止試劑在渦流板50、噴射器主體18和保持蓋74的配合表面之間泄漏。襯墊可包括硅材料。上噴射器主體18a可包括若干密封0形圈76，介于上噴射器主體18a和下噴射器主體18b的配合表面之間、下噴射器主體18b和底板75的配合表面之間、底板75和線圈 38的配合表面之間以及線圈38和上噴射器主體18a的配合表面之間，以防止試劑泄漏。圖4A和4B分別示出計量塞沈的示例性實施例的剖視圖和外部視圖。計量塞沈可具有端部觀，其形成為密封地接合閥座24，由此關(guān)閉出口孔22，以使出口孔22不與渦流室52流體連通。計量塞沈可在渦流室52內(nèi)在圖2所示的關(guān)閉位置和其中端部28從與閥座M密封接合移開的打開位置之間移動。在打開位置，出口孔22被打開以與渦流室52流體連通。試劑可經(jīng)由試劑入口 34 (圖幻被輸送到渦流室52。試劑入口 34可與渦流室52 流體連通，并可經(jīng)由供應(yīng)線路9在外部連接到盒10。試劑可在預(yù)定壓力設(shè)定點被泵送到試劑入口 34并泵送到渦流室52中。加壓試劑可在渦流槽51中被加速到高速。這在渦流室 52中產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)流。當(dāng)計量塞的端部觀從閥座M移開時，試劑的旋轉(zhuǎn)流的一部分被傳送通過出口孔22，其中在試劑噴射到廢蒸汽中時，由于離心力和空氣對試劑的剪切的組合而發(fā)生霧化。預(yù)定壓力設(shè)定點可響應(yīng)操作條件而改變，以提供增大的操作范圍和來自出口孔22 的變化噴射形式中的至少之一。為了實現(xiàn)出口孔22的打開和關(guān)閉，可提供致動器，例如采用安裝在噴射器主體18 中的磁性線圈38的形式。當(dāng)磁體38被激勵時，計量塞沈從關(guān)閉位置向上牽引到打開位置。底板75和上噴射器主體18a可由磁性不銹鋼構(gòu)成，以提供磁化表面，并保持防腐蝕特性。下噴射器主體18b可由例如316型不銹鋼的非磁性不銹鋼構(gòu)成。這增強底板75處的磁特性的隔離，并限制計量塞沈被朝向出口孔22磁化的可能性。磁體可例如響應(yīng)來自圖 1的電子控制器14的信號而被激勵，當(dāng)試劑需要用于廢蒸汽中的NOx排放物的選擇性催化還原時，電子控制器14基于傳感器輸入信號和其預(yù)編程算法來判定。圖5示出連接到排氣管80的試劑噴射器16的外部視圖。電連接部82可被提供用于向試劑噴射器16提供控制信號，例如來自試劑噴射控制器14(圖1)的信號。磁性線圈38可由具有脈沖寬度調(diào)制數(shù)字信號的12-24 VDC電流激勵。如圖4A所示，計量塞沈包括中空部90，該中空部90可經(jīng)由計量塞沈中的孔92 與渦流室52流體連通。計量塞沈的中空部90可至少在噴射器主體18的下部18b (圖2) 內(nèi)延伸。未從出口孔22排出的來自渦流室52的加壓試劑可通過計量塞沈的中空頂部94 中的出口部被驅(qū)使到孔92、中空部90并最終到出口 36中。試劑出口 36可如圖2所示定位，以將試劑從計量塞沈的中空部90的頂部94移除。試劑出口 36可在外部連接到返回線路35 (圖幻，由此允許試劑從圖1的盒10循環(huán)流動通過供應(yīng)線路9、通過試劑入口 34、進(jìn)入到渦流室52中、通過孔92、通過計量塞沈的中空部90、離開中空頂部94中的出口部并進(jìn)入到試劑出口 36中、通過返回線路35并返回到圖1的盒10中。該循環(huán)使試劑噴射器16 保持冷卻，并使試劑在噴射器中的停留時間最小化。試劑入口 34、試劑出口 36和計量塞沈的中空部90可提供用于供試劑流動通過試劑噴射器16的流動路徑，由此使試劑噴射器16 能夠冷卻。用于供試劑通過試劑噴射器16的流動路徑可與計量塞沈的位置無關(guān)。應(yīng)該認(rèn)識到，這種流動路徑(和/或本附圖所例示的流動路徑)的特殊次序可改變，而不背離本教示的精神。因此，除非另外聲明，否則這種變化被認(rèn)為在本申請的范圍內(nèi)。計量孔37可被提供用于控制流動通過試劑噴射器16的冷卻試劑的量。因此，例如，含水尿素在與該冷卻的試劑噴射器16 —同使用時，在試劑噴射器16 內(nèi)的任何位置特別是在渦流室52的區(qū)域中都不會固化。如果允許被固化，則尿素可防止計量塞沈適當(dāng)?shù)刈?，或可?dǎo)致計量塞沈在打開或關(guān)閉位置卡住和/或出口孔22可變得被阻塞。另外，高溫對試劑、移動部件和閥的開口的有害影響被避免。例如，通過直接冷卻噴射器，與僅僅在閥座的區(qū)域中提供冷卻的現(xiàn)有技術(shù)相比實現(xiàn)了提高的性能。進(jìn)一步，增大的冷卻延長噴射器部件的壽命，包括計量塞26和關(guān)聯(lián)的致動部件以及閥座M。提供在噴射器主體的上部18a的外部上的冷卻肋72提供額外的冷卻能力。作為示例，每小時約10加侖的試劑可循環(huán)通過噴射器，這大于從出口孔22分配的試劑量。該流動速率可根據(jù)應(yīng)用而變化。在計量塞沈的端部觀從閥座M移開時，根據(jù)應(yīng)用和/或所使用的控制算法，霧化試劑可以約1-600克每分鐘的速率或更優(yōu)選地以約3-500 克每分鐘的速率排出。從出口孔22排出的試劑的飛濺特性可根據(jù)在返回和供應(yīng)線路中保持的壓力的壓力比而變化。例如，液滴的尺寸可通過改變供應(yīng)線路9中的壓力進(jìn)行控制。 另外，飛濺特性可通過更換不同的噴射板而改變。例如，通過保持蓋74依附到噴射器主體的渦流板50可被移除并更換為具有不同尺寸的出口孔22、不同數(shù)量的渦流槽51或不同長度、深度或?qū)挾鹊臏u流槽的渦流板。進(jìn)一步，噴射板在依附到噴射器主體的下部18a時可被配置為提供更大或更小的渦流室52。試劑循環(huán)速率也可通過修改計量孔37的內(nèi)直徑來改變。改變試劑循環(huán)速率使液滴尺寸變化并影響試劑提供的冷卻水平。計量塞沈的圓形引導(dǎo)部32可提供主要引導(dǎo)功能，用于使計量塞沈在室30內(nèi)滑動。圓形引導(dǎo)部32與室30之間的公差足以允許計量塞沈的相對運動和潤滑，同時還引導(dǎo)計量塞的運動。大體上，在計量塞沈和室30之間的各個部分所需的特定公差將根據(jù)操作溫度、操作壓力、希望的流動速率和試劑的循環(huán)速率、試劑的摩擦性質(zhì)和針對計量塞沈和噴射器主體18選擇的材料而改變。針對最佳噴射器性能的公差可通過現(xiàn)場試驗而用實驗方法得到。如圖2可見，計量塞沈可在關(guān)閉位置由偏壓構(gòu)件偏壓，偏壓構(gòu)件例如可采用與計量塞沈的中空頂部94同軸布置的卷簧42的形式，中空頂部94用作彈簧座，彈簧42可抵靠該彈簧座而推動，以偏壓計量塞26。在所示構(gòu)造中，絕熱板58可在外部安裝到渦流板50，保持蓋74防止來自廢氣的熱被傳送到渦流板50和噴射器主體18，同時提供加熱的表面，從而確保不小心接觸噴射器主體的液滴不會形成沉積物。例如，絕熱板58可由因科鐐合金制成。可替換地，出口孔22 可從噴射器16凹入，或者移動到渦流板50的外部或噴射端，由此增大噴射角α，并還允許較大范圍的噴射角，同時保持冷卻性質(zhì)。熱襯墊70可由覆蓋有不銹鋼材料的柔性石墨箔制成，其較低的熱導(dǎo)率用于將噴射器主體18和渦流板50與熱排氣管80隔離，降低到試劑噴射器16的傳導(dǎo)熱傳遞，并由此幫助保持在閥內(nèi)循環(huán)的試劑冷卻。計量塞沈可由優(yōu)選涂覆有涂層的430C或440F型不銹鋼制成，其保持尿素的防腐性質(zhì)和磁性，同時減小在噴射器的壽命期間產(chǎn)生的金屬疲勞。渦流板50可由因科鐐合金或 316型不銹鋼制成并涂覆有涂層，其保持尿素的防腐性質(zhì)，同時減小在試劑噴射器16的壽命期間產(chǎn)生的金屬疲勞。底板75可與計量塞沈分離，計量塞沈可被縮短到針對制造可行的最短長度，以提供顯著減小的計量塞質(zhì)量。計量塞26的減小的質(zhì)量延長塞的壽命，特別是延伸計量塞的端部觀的壽命，其由于重復(fù)沖擊閥座M而受到磨損和變形?，F(xiàn)在應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明提供用于將尿素水溶液噴射到道路柴油機(jī)的廢蒸汽中以減少NOx排放物的有利方法和裝置。盡管已結(jié)合各種例示的實施例描述了本發(fā)明，但在不背離權(quán)利要求中闡釋的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對本發(fā)明作出多種修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于噴射試劑的霧化噴射器，所述霧化噴射器包括具有試劑入口、試劑出口和渦流室的噴射器主體，所述渦流室具有出口孔；設(shè)置在所述渦流室中的多個渦流槽，用于向引入到所述渦流室中的試劑施加旋轉(zhuǎn)速度；能移動地設(shè)置在所述噴射器主體內(nèi)的計量塞，所述計量塞具有與該計量塞關(guān)聯(lián)的且與所述試劑入口和所述試劑出口連通的中空通道，所述計量塞能在關(guān)閉位置和打開位置之間移動；以及用于供試劑通過所述注入器主體的流動路徑，包括所述試劑入口、所述渦流室、所述多個渦流槽、所述中空通道和所述試劑出口，所述流動路徑允許所述噴射器在所述計量塞的所述關(guān)閉位置和打開位置時的連續(xù)冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，進(jìn)一步包括用于將所述試劑引入到所述噴射器主體的機(jī)構(gòu)；以及用于提供預(yù)定壓力設(shè)定點以對所述噴射器主體中的所述試劑加壓的機(jī)構(gòu)；其中所述計量塞從所述出口孔計量具有所述旋轉(zhuǎn)速度的所述試劑的精確量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的霧化噴射器，其中所述預(yù)定壓力設(shè)定點響應(yīng)操作條件而變化，以提供增大的操作范圍和變化的噴射形式中的至少之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的霧化噴射器，其中所述預(yù)定設(shè)定點改變從所述出口孔計量的所述試劑的液滴尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的霧化噴射器，其中所述液滴尺寸在約50μ m SMD或更小的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的霧化噴射器，其中所述預(yù)定設(shè)定點改變從所述出口孔計量的所述試劑的流動速率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的霧化噴射器，其中從所述出口孔計量的所述試劑的所述流動速率在約1至600克每分鐘的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，進(jìn)一步包括將所述計量塞偏壓到所述關(guān)閉位置的偏壓構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的霧化噴射器，其中所述偏壓構(gòu)件包括相對于所述計量塞同軸設(shè)置的卷簧。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的霧化噴射器，進(jìn)一步包括在所述關(guān)閉位置和打開位置之間致動所述計量塞的致動器，所述致動器具有產(chǎn)生磁力的磁性線圈，當(dāng)所述磁性線圈被激勵時，所述磁力實現(xiàn)所述計量塞抵抗所述偏壓構(gòu)件的滑移運動，并由此將所述計量塞在所述渦流室內(nèi)從所述關(guān)閉位置移動到所述打開位置，以使試劑能夠從所述渦流室通過所述出口孔釋放。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，其中所述中空通道基本上延伸通過所述計量塞的一定長度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的霧化噴射器，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述計量塞的接近所述渦流室的第一端中的多個孔，所述多個孔與所述中空通道連通；以及設(shè)置在所述計量塞的第二端中的出口，所述出口與所述中空通道連通，從而用于供試劑通過所述噴射器主體的所述流動路徑延伸通過所述試劑入口、所述渦流室、所述多個渦流槽、所述計量塞的所述多個孔、所述中空通道、所述出口、以及所述試劑出口，而與所述計量塞的位置無關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，進(jìn)一步包括圍繞所述出口孔的絕熱板，所述絕熱板具有從中通過的與所述出口孔對準(zhǔn)的孔道，由此允許從所述渦流室釋放的試劑穿過所述絕熱板。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的霧化噴射器，其中所述絕熱板包括圍繞所述出口孔的板；和布置在所述板上的絕緣材料層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，其中所述渦流室包括能移除的渦流板。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，其中在所述打開位置，霧化試劑從所述出口孔以約1至600克每分鐘的速率散發(fā)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，進(jìn)一步包括在所述試劑出口中的用于控制流動通過所述流動路徑的所述試劑的量的計量孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，進(jìn)一步包括從所述噴射器主體延伸的多個散熱片。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，其中所述噴射器主體和所述計量塞中的至少一個包括不銹鋼。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，其中所述噴射器主體和所述計量塞中的至少一個包括熱塑性塑料。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，其中所述噴射器主體和所述計量塞中的至少一個包括熱固塑料。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，其中所述噴射器主體和所述計量塞中的至少一個包括與尿素兼容的材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，其中所述噴射器主體中的所述試劑的壓力在約60至150磅每平方英寸的范圍內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，其中所述多個渦流槽包括至少兩個渦流槽。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，其中所述渦流槽橫切于所述計量塞的縱向軸線布置。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴射器，其中所述試劑入口接近所述渦流室。
27.一種用于噴射霧化試劑的方法，包括將試劑引入到噴射器主體；通過使所述試劑循環(huán)通過設(shè)置在所述噴射器主體中的渦流室向所述試劑施加旋轉(zhuǎn)速度，所述渦流室具有多個渦流槽；將設(shè)置在所述噴射器主體內(nèi)的計量塞選擇性地在關(guān)閉位置和打開位置之間致動；提供通過所述噴射器主體的流動路徑，所述流動路徑包括設(shè)置在所述噴射器主體中的試劑入口、所述多個渦流槽、所述渦流室、與所述計量塞關(guān)聯(lián)的中空通道和設(shè)置在所述噴射器主體中的試劑出口；使所述試劑連續(xù)循環(huán)通過所述流動路徑，由此實現(xiàn)所述噴射器在所述計量塞的所述打開位置和關(guān)閉位置時的連續(xù)冷卻；以及當(dāng)所述計量塞處于所述打開位置時從所述渦流室的出口孔計量霧化試劑。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中用于所述冷卻的循環(huán)通過所述噴射器主體的試劑量大于從所述出口孔計量的試劑量。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述試劑包括尿素溶液。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述試劑包括烴。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述試劑包括烷基酯。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述試劑包括酒精。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述試劑包括有機(jī)化合物。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述試劑包括水。
全文摘要
用于將諸如尿素水溶液的試劑噴射到廢蒸汽以減少來自發(fā)動機(jī)排放部的排放物的方法和裝置。本教導(dǎo)可使用渦流板，該渦流板具有圍繞噴射器的出口孔的多個渦流槽，所述多個渦流槽在渦流室中產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)流。當(dāng)試劑的旋轉(zhuǎn)流通過所述出口孔傳送到所述廢蒸汽中時，隨著試劑噴射到所述廢蒸汽，由于離心力和空氣對試劑的剪切的組合而發(fā)生霧化。
文檔編號F01N3/36GK102209840SQ200980144521
公開日2011年10月5日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者P·羅伯特·圣安杰利, R·吉福德·布羅德里克, 斯考特·M·馬丁, 斯蒂芬·M·托馬斯, 艾莉森·A·錢伯斯, 西爾多·J·塔拉布斯克 申請人:坦尼科汽車操作有限公司