本發(fā)明涉及一種噴射模塊，尤其是用于將還原劑噴射到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣系統(tǒng)中的噴射模塊，本發(fā)明還涉及一種裝備有這種噴射模塊的廢氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為了使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣脫氮，使用含尿素的液體還原劑的SCR技術(shù)(selective catalytic reduction:選擇性催化還原)被證明是有效的。在此，在廢氣-還原劑混合物供給SCR催化器之前，液體還原劑，即尿素水溶液，在還原劑催化器的上游被噴射到廢氣流中，并且在此精細(xì)霧化。

為了在盡可能小的還原劑消耗的情況下實(shí)現(xiàn)氮氧化物的高轉(zhuǎn)化率，還原劑必須盡可能均勻地分布在催化器的入口面上。直今，這或通過(guò)在排氣管中安裝的混合器或通過(guò)在配量地輸入還原劑的位置和催化器之間的長(zhǎng)混合路段來(lái)實(shí)現(xiàn)。

DE 44 17 238 A1公開(kāi)了一種用于減少內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的氮氧化物的裝置，該裝置具有進(jìn)口室、水解催化器、脫硝催化器(DeNOx催化劑)和氧化催化器，在該裝置中，流入室、水解催化器、脫硝催化器和氧化催化器基本構(gòu)造成圓柱形的、可被廢氣流以該順序流過(guò)的單元，并且流入室的直徑超過(guò)水解催化器的直徑。由此實(shí)現(xiàn)，在流入室中與還原劑混合的廢氣以還原劑的均勻分布和在廢氣系統(tǒng)的橫截面上盡可能均勻的廢氣流密度的方式進(jìn)入催化器中。

DE 10 2010 039 079 A1描述了一種用于將流體噴射到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣系統(tǒng)中的噴射裝置，該噴射裝置具有：第一流動(dòng)區(qū)域，該第一流動(dòng)區(qū)域這樣構(gòu)造，使得流體在運(yùn)行中在第一流動(dòng)區(qū)域中基本沿平行于閥軸線的第一流動(dòng)方向流動(dòng)；閥板，該閥板限界下游流動(dòng)區(qū)域，其中，在閥板中構(gòu)造有閥開(kāi)口，該閥開(kāi)口在垂直于閥軸線的平面中具有比所述第一流動(dòng)區(qū)域更小的橫截面；至少一個(gè)噴孔板，該噴孔板構(gòu)造在閥開(kāi)口的上游，并且具有至少一個(gè)噴射孔，該噴射孔這樣構(gòu)造，使得流體在運(yùn)行中沿第二流動(dòng)方向從噴射孔中流出。在此，第二流動(dòng)方向具有沿對(duì)準(zhǔn)到閥軸線上的方向的分量。

為了實(shí)現(xiàn)還原劑與廢氣所希望的均勻化，需要盡可能平的甚至整面的還原劑噴霧(Reduktionsmittel-Spray)。為了在廢氣設(shè)備中避免還原劑的不希望的沉積，僅允許還原劑的限定的量射到廢氣設(shè)備的壁上。

DE 10 2013 223 296公開(kāi)了一種用于將還原劑噴射到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣系統(tǒng)中的噴射模塊，該噴射模塊具有至少兩個(gè)用于分別排出還原劑一次射流的出口開(kāi)口。在此，出口開(kāi)口這樣構(gòu)造，使得通過(guò)出口開(kāi)口流出的還原劑一次射流在廢氣系統(tǒng)中相互會(huì)合，以便產(chǎn)生噴霧。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)在于，優(yōu)化通過(guò)射流碰撞在廢氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的噴霧，并且尤其產(chǎn)生具有盡可能均勻的質(zhì)量分布的盡可能整面的噴霧(“Spray”)。

根據(jù)本發(fā)明的用于將還原劑噴射到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣系統(tǒng)中的噴射模塊具有至少兩個(gè)用于分別排出至少一個(gè)還原劑一次射流的出口開(kāi)口。

在此，出口開(kāi)口這樣構(gòu)造，使得通過(guò)至少兩個(gè)出口開(kāi)口排出的還原劑一次射流不是整面重疊地，而是僅部分重疊地彼此會(huì)合，以便通過(guò)碰撞在廢氣系統(tǒng)中產(chǎn)生噴霧。

本發(fā)明還包括一種將還原劑噴射到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣系統(tǒng)中的方法，其中，該方法包括將至少兩個(gè)還原劑一次射流這樣噴射到廢氣系統(tǒng)中，使得這些還原劑一次射流不是整面重疊地而是僅部分重疊地彼此會(huì)合，以便在廢氣系統(tǒng)中產(chǎn)生合適的噴霧。

以這種方式，通過(guò)射流碰撞在廢氣系統(tǒng)中產(chǎn)生具有非常均勻的質(zhì)量分布的、扁平的整面的還原劑噴霧，該還原劑噴霧與流經(jīng)廢氣系統(tǒng)的廢氣優(yōu)化地混合，因此能夠在小的還原劑消耗的情況下有效地還原有害物質(zhì)。

為了實(shí)現(xiàn)還原劑一次射流的根據(jù)本發(fā)明的部分重疊的彼此會(huì)合，出口開(kāi)口尤其能夠彼此錯(cuò)位和/或彼此傾斜地布置。通過(guò)出口開(kāi)口的彼此錯(cuò)位和/或彼此傾斜的布置，能夠有效地及用簡(jiǎn)單器件實(shí)現(xiàn)還原劑一次射流的部分重疊的彼此會(huì)合。

在一個(gè)實(shí)施方式中，該重疊處于一次射流面積的30％到至70％的范圍中，尤其在40％到60％的范圍中。在該范圍中的重疊對(duì)于產(chǎn)生盡可能均勻的噴霧已被證明是特別有利的。

在一個(gè)實(shí)施方式中，出口開(kāi)口彼此具有小于5mm、尤其小于2mm的間距，使得一次射流從它們各自的出口開(kāi)口直至碰撞點(diǎn)都是緊湊的射流，這些射流還未分散成單個(gè)液滴。如果一次射流已經(jīng)分散成單個(gè)液滴，那么這些單個(gè)液滴一再缺少碰撞對(duì)象；通過(guò)緊湊的射流因而優(yōu)化了碰撞。

在一個(gè)實(shí)施方式中，出口開(kāi)口這樣構(gòu)造，使得還原劑一次射流以大于30°的角度彼此會(huì)合，以便優(yōu)化在兩個(gè)一次射流之間的碰撞并引起一次射流的最優(yōu)霧化。

在一個(gè)實(shí)施方式中，出口開(kāi)口這樣構(gòu)造，使得還原劑一次射流在小于10mm、尤其小于5mm的自由路段后彼此會(huì)合，以便避免一次射流在碰撞點(diǎn)之前散開(kāi)成單個(gè)液滴。

出口開(kāi)口優(yōu)選具有圓形橫截面，因?yàn)樯淞鞯纳淞髦睆胶统隹诮窃趫A形橫截面的情況下被準(zhǔn)確限定。但是，出口開(kāi)口也可以構(gòu)造成具有橢圓形橫截面。

本發(fā)明還包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣系統(tǒng)的一個(gè)區(qū)段，在該區(qū)段中設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的噴射模塊。

在一個(gè)實(shí)施方式中，除噴射模塊外，廢氣系統(tǒng)的區(qū)段還具有屏蔽板，該屏蔽板這樣構(gòu)造和布置，使得該屏蔽板阻止噴霧射到廢氣系統(tǒng)的壁上。以該方式可靠地阻止了在廢氣系統(tǒng)中可能負(fù)面影響流動(dòng)特性的不希望的還原劑沉積。

屏蔽板可以具有一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口，這些開(kāi)口能夠限定通過(guò)屏蔽板的廢氣流動(dòng)，以便在廢氣系統(tǒng)中有針對(duì)地影響廢氣的流動(dòng)特性。

在一個(gè)實(shí)施方式中，屏蔽板這樣布置，使得在該屏蔽板和廢氣系統(tǒng)的至少一個(gè)壁之間構(gòu)造存儲(chǔ)室。在運(yùn)行中，在儲(chǔ)存室中形成廢氣過(guò)壓力，該廢氣過(guò)壓力引起穿過(guò)在屏蔽板中構(gòu)造的孔的廢氣流動(dòng)，這導(dǎo)致廢氣與根據(jù)本發(fā)明霧化的還原劑的特別有效的混合。

在一個(gè)實(shí)施方式中，附加的板布置在噴射模塊上游，以便阻止還原劑噴霧在一次射流的碰撞點(diǎn)上被廢氣流吹散，因而保證了可靠地由一次射流產(chǎn)生噴霧。

在一個(gè)實(shí)施方式中，氧化催化器布置在噴射模塊的上游，并且還原催化器布置在噴射模塊的下游，以便引起優(yōu)化的廢氣凈化。噴射模塊尤其布置在連接通道中，該連接通道連接氧化催化器的出口與還原催化器的入口，以便在還原催化器前面將還原劑直接供給廢氣。

在一個(gè)實(shí)施例中，廢氣的流動(dòng)方向由連接通道來(lái)改變。這能夠?qū)崿F(xiàn)廢氣系統(tǒng)的特別緊湊的構(gòu)型，并且引起廢氣流動(dòng)的渦流。廢氣流動(dòng)的這種渦流導(dǎo)致廢氣與還原劑噴霧特別有效的混合。

附圖說(shuō)明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的廢氣系統(tǒng)的示意性截面視圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的噴射模塊的示意性部分截面視圖；

圖3a示出兩個(gè)一次射流的碰撞，這兩個(gè)一次射流整面地彼此會(huì)合；

圖3b示出例如通過(guò)圖3a所示的碰撞所產(chǎn)生的噴霧的圖形；

圖4a示出兩個(gè)一次射流的碰撞，這兩個(gè)一次射流以小的重疊的方式相互會(huì)合；

圖4b示出例如通過(guò)圖4a所示的碰撞所形成的噴霧的圖形；

圖5a示出兩個(gè)一次射流13的碰撞，這兩個(gè)一次射流13以顯著的但不完全的重疊的方式相互會(huì)合；

圖5b示出例如通過(guò)圖5a所示的碰撞所形成的噴霧的圖形。

具體實(shí)施方式

圖1示出具有廢氣系統(tǒng)22的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)2的示意性視圖。

新鮮空氣7a經(jīng)過(guò)渦輪增壓器1、3的壓縮機(jī)1被輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)2的氣缸2a-2d中。在運(yùn)行中在氣缸2a-2d中形成的廢氣通過(guò)渦輪增壓器1、3的、驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)1的渦輪機(jī)3到達(dá)在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)2下游布置的氧化催化器4中。

在氧化催化器4旁邊存在還原劑催化器6。該還原劑催化器能夠構(gòu)造成SCR催化器6或者具有SCR催化器涂層的顆粒過(guò)濾器。氧化催化器4的出口和還原劑催化器6的入口通過(guò)連接通道5在流動(dòng)方面相互連接，使得廢氣從氧化催化器4通過(guò)連接通道5流動(dòng)到還原劑催化器6中。被催化器4、5凈化的廢氣7b從還原劑催化器6中排出到環(huán)境中。

在連接通道5上安裝有根據(jù)本發(fā)明的噴射模塊10，該噴射模塊由常用的因而未詳細(xì)示出的還原劑配量系統(tǒng)以液體還原劑、尤其以尿素水溶液來(lái)供給。

噴射模塊10在運(yùn)行中在氧化催化器4和還原劑催化器6之間的連接通道5中產(chǎn)生還原劑噴霧11。

為了阻止還原劑噴霧11被從氧化催化器4中排出的廢氣流壓抵到連接通道5的與氧化催化器4對(duì)置的(在圖1中右側(cè)示出)壁24上，并且在那里構(gòu)成不希望的還原劑沉積，在壁24的前面，尤其在噴射模塊10和壁24之間，布置屏蔽板20。該屏蔽板20比連接通道5更狹窄，使得在屏蔽板20的側(cè)面(在圖1的圖示中在屏蔽板上方)，一部分從氧化催化器4中排出的廢氣流流動(dòng)到構(gòu)造在連接通道5的壁24和屏蔽板20之間的儲(chǔ)存室15中，并且在那里產(chǎn)生過(guò)壓力(“背壓”)。

廢氣從儲(chǔ)存室15中穿過(guò)在屏蔽板20中構(gòu)造的開(kāi)口16流動(dòng)到屏蔽板20的面向氧化催化器4的一側(cè)上的一區(qū)域中，在那里廢氣與還原劑噴霧11混合。從儲(chǔ)存室15中穿過(guò)開(kāi)口16到噴霧11的區(qū)域中的廢氣流動(dòng)用廢氣流箭頭7c標(biāo)明。屏蔽板20尤其能夠?qū)嵤┏傻统杀镜目装濉?/p>

附加的擋板17能夠在下游安裝在噴射模塊10旁邊，以便阻止還原劑噴霧11在一次射流的碰撞點(diǎn)P上被吹散，因而保證了可靠的噴霧產(chǎn)生。

圖2以局部放大的截面圖示出噴射模塊10的面向連接通道5的端部。圖2中示出的噴射模塊10具有用于還原劑的兩個(gè)出口開(kāi)口12，在運(yùn)行中，各一個(gè)還原劑一次射流13分別通過(guò)這兩個(gè)出口開(kāi)口排出。根據(jù)本發(fā)明的噴射模塊10的在視圖中未示出其他實(shí)施例可以具有附加的出口開(kāi)口12。

從出口開(kāi)口12中排出的一次射流13在噴射模塊10前面的區(qū)域中的、在圖2中未示出的連接通道5的內(nèi)部碰撞。由于這些一次射流13的相應(yīng)脈沖，在連接通道中通過(guò)根據(jù)碰撞束原理(Collision-Beam-Prinzip)形成的碰撞產(chǎn)生精細(xì)霧化的還原劑噴霧11。以該方式產(chǎn)生的還原劑噴霧11是整面的和扁平的。

這些出口開(kāi)口12之間的間距d小于5mm，尤其小于2mm。由于這些出口開(kāi)口12之間的小的間距d，一次射流13在出口開(kāi)口12和兩個(gè)一次射流13的碰撞點(diǎn)P之間的區(qū)域中是緊湊的、還未被散開(kāi)成單個(gè)液滴的射流；通過(guò)緊湊的一次射流13的相互會(huì)合優(yōu)化碰撞，因?yàn)榈谝灰淮紊淞?3的每個(gè)部分會(huì)合到第二一次射流13的相應(yīng)部分上，并且在一次射流13中不存在不產(chǎn)生碰撞的空隙。

出口開(kāi)口12優(yōu)選具有圓形橫截面，因?yàn)橐淮紊淞?3的射流直徑和出口角在圓形橫截面的情況下可以被準(zhǔn)確限定。但出口開(kāi)口12也可以構(gòu)造成具有橢圓形橫截面。

也能夠存在在圖2中未示出的其它出口開(kāi)口12，以便產(chǎn)生附加的一次射流13，這些附加的一次射流13優(yōu)選對(duì)準(zhǔn)同一碰撞點(diǎn)P。替代地可以存在多個(gè)碰撞點(diǎn)P，至少兩個(gè)一次射流13分別對(duì)準(zhǔn)一個(gè)碰撞點(diǎn)P，使得在連接通道5中，借助每個(gè)碰撞點(diǎn)存在一個(gè)噴霧源。

在一個(gè)實(shí)施方式中，出口開(kāi)口12這樣構(gòu)造，使得一次射流13以大于30°的角度α相互會(huì)合，以便優(yōu)化在兩個(gè)一次射流13之間的碰撞，并且以這種方式引起一次射流13的優(yōu)化霧化，由此，在連接通道5中產(chǎn)生特別細(xì)化的噴霧11，并且還原劑特別有效地與廢氣在廢氣系統(tǒng)22中混合。

在一個(gè)實(shí)施方式中，出口開(kāi)口12這樣構(gòu)造，使得一次射流13在小于10mm，尤其小于5mm的自由路程L之后，即在從各自的出口開(kāi)口12排出小于10mm、尤其小于5mm之后互相會(huì)合。以該方式可靠地避免一次射流13在碰撞點(diǎn)P之前分散成單個(gè)液滴，否則可能會(huì)降低噴霧產(chǎn)生的效果。

在圖3a中示意性地示出兩個(gè)整面地相互會(huì)合的一次射流13的碰撞。在一次射流13的這種整面碰撞時(shí)產(chǎn)生的噴霧11具有不均勻的質(zhì)量分布，其中，還原劑的絕大部分質(zhì)量存在于噴霧11的中心。

箭頭14示出在碰撞時(shí)產(chǎn)生的液滴的優(yōu)選流動(dòng)方向，其中，箭頭14的長(zhǎng)度和強(qiáng)度與沿各個(gè)方向的質(zhì)量密度成比例。在噴霧11下面，在圖3a中以圖形曲線圖示出噴霧11的質(zhì)量分布δ作為沿噴霧11的寬度的位置x的函數(shù)。

圖3b示出如在一次射流13整面碰撞時(shí)產(chǎn)生的這種噴霧11的示意性圖形。在圖3b的圖示中，點(diǎn)的密度與質(zhì)量密度δ成比例。不僅在圖3a的圖形曲線圖中，而且在圖3b的圖示中都能夠在噴霧11的中心中清楚地看出增大的質(zhì)量濃度。

圖4a中示出兩個(gè)一次射流13的碰撞，這兩個(gè)一次射流以明顯比兩個(gè)一次射流13的各自面積小的重疊來(lái)互相會(huì)合。

以該方式產(chǎn)生的噴霧11也具有不均勻的質(zhì)量分布。

在一次射流重疊較小的情況下，還原劑的絕大部分質(zhì)量存在于噴霧11的邊緣上。箭頭14重新示出在碰撞時(shí)產(chǎn)生的液滴的優(yōu)選流動(dòng)方向，其中，箭頭14的長(zhǎng)度和粗細(xì)與沿各個(gè)方向的質(zhì)量密度成比例。在噴霧11下面重新示出噴霧11的質(zhì)量密度δ，作為關(guān)于噴霧11寬度的曲線。

圖4b示出這種噴霧11的圖形圖示，其中，點(diǎn)密度又與質(zhì)量密度δ成比例。

不僅在圖4a的圖形圖示中而且在圖4b的圖示中都能夠在噴霧11的邊緣上清楚地看出更大質(zhì)量密度δ。

圖5a中示出兩個(gè)一次射流13的碰撞，這兩個(gè)一次射流以比圖4a和圖4b中明顯更大的、但不是以如圖3a和圖3b中所示的完全重疊的方式相互會(huì)合。

通過(guò)兩個(gè)一次射流13的更大的但不完全的重疊，還原劑的質(zhì)量不僅均勻地傳遞到噴霧11的中心，而且均勻地傳遞到它的邊緣區(qū)域中。箭頭14示出在碰撞時(shí)產(chǎn)生的液滴的優(yōu)選流動(dòng)方向，其中，箭頭14的長(zhǎng)度和粗細(xì)與沿各流動(dòng)方向的質(zhì)量密度δ成比例。箭頭14對(duì)于所有方向具有基本相同的密度和長(zhǎng)度。

在噴霧11下面以圖形的方式重新示出關(guān)于噴霧11的寬度的噴霧11的質(zhì)量密度δ。圖5b示出這種噴霧11的圖形圖示，其中，點(diǎn)密度與質(zhì)量密度δ成比例。

不僅在圖5a的圖形圖示中而且在圖5b的圖示中，尤其與圖3a、3b、4a和4b直接對(duì)比能夠在噴霧11中清楚地看出非常均勻的質(zhì)量分布。

一次射流13的重疊在一次射流13的面積的30％到70％的范圍中、尤其40％到60％的范圍中已證明是特別適合的。利用在該范圍中的重疊可以產(chǎn)生具有特別均勻的質(zhì)量分布的噴霧11。