Инжектор для водного раствора мочевины
Владельцы патента RU 2566208:
ЭМИТЕК ГЕЗЕЛЬШАФТ ФЮР ЭМИССИОНСТЕХНОЛОГИ МБХ (DE)
Изобретение относится к инжектору для водного раствора мочевины, с помощью которого водный раствор мочевины может быть введен в системы выпуска отработавшего газа (ОГ) автомобиля. Инжектор (1) для водного раствора мочевины, содержащий, по меньшей мере, основной корпус (2) с фитингом (3) для водного раствора мочевины, клапан (4) с приводом (5) клапана и отдельную питающую трубку (6) для водного раствора мочевины, причем питающая трубка (6), по меньшей мере частично, простирается через основной корпус (2). Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении надежной и долговечной защиты инжектора от повреждения в результате образования льда. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Настоящее изобретение относится к инжектору для водного раствора мочевины, с помощью которого водный раствор мочевины может быть введен, прежде всего, в системы выпуска отработавшего газа (ОГ) автомобиля. Прежде всего, инжектор необходим для ввода жидкого водного раствора мочевины точно дозированным образом в ОГ двигателя внутреннего сгорания (ДВС), тогда становится возможным проведение процесса селективного каталитического восстановления (СКВ) в системе выпуска ОГ таким образом, что оксиды азота, содержащиеся в ОГ, могут быть в значительной степени восстановлены.
Для этой цели уже было предложено большое число различных инжекторов. Однако существует потребность в улучшении, прежде всего, в отношении экономичного изготовления инжектора этого типа для автомобильной промышленности. Конкретная проблема, с которой сталкиваются в случае с ранее известными инжекторами, состоит в том, что инжекторы должны также оставаться работоспособными в условиях обледенения. В этом отношении следует учитывать, прежде всего, то, что содержащийся в инжекторе водный раствор мочевины также может замерзать в обычных условиях эксплуатации автомобиля, а это приводит к увеличению объема водного раствора мочевины. Это увеличение объема может периодически приводить к закупорке в системе трубопроводов, а также к неисправностям или разрушению деталей инжектора в результате высокого давления льда. Еще одна проблема, с которой сталкиваются в инжекторах этого типа, состоит в том, что обычно они располагаются на горячей выхлопной трубе. Эта подверженность нагреву, который иногда бывает значительным, также может порождать проблемы при подаче или дозировке водного раствора мочевины. Это справедливо, прежде всего, если нужно избежать газообразной подачи мочевины, где это возможно, или если пороговая температура водного раствора мочевины не должна быть превышена во время подачи. В этом отношении следует отметить, что водный раствор мочевины начинает испаряться уже при температуре приблизительно 110°C, так что контролируемая точно дозированная подача водного раствора мочевины может быть затруднена. Нежелательные остатки, которые трудно удалить, также могут образовываться и препятствовать подаче водного раствора мочевины в ОГ. В этом отношении также часто возникает проблема охлаждения инжектора.
Исходя из вышеизложенного, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы решить, по меньшей мере, некоторые из проблем, упомянутых со ссылкой на уровень техники. Прежде всего, должен быть предложен инжектор для водного раствора мочевины, который может быть изготовлен экономичным образом, не является чувствительным к давлению льда водного раствора мочевины при замерзании и достаточно защищен от высоких температур системы выпуска ОГ.
Эти цели достигнуты с помощью инжектора согласно признаками п.1 формулы изобретения. Другие благоприятные конфигурации инжектора предложены в зависимых пунктах формулы. Следует отметить, что признаки, указанные в формуле по отдельности, могут комбинироваться между собой любым технологически возможным образом и иллюстрируют дополнительные конфигурации изобретения. Описание, прежде всего, в сочетании с фигурами, поясняет изобретение и показывает дополнительные варианты его осуществления.
Инжектор для водного раствора мочевины содержит, по меньшей мере, основной корпус с фитингом для водного раствора мочевины, клапан с приводом клапана, отдельную питающую трубку для водного раствора мочевины, по меньшей мере частично простирающуюся через основной корпус, и по меньшей мере один пружинный элемент, который смещает клапан к основному корпусу.
Водный раствор мочевины иногда называется восстановителем или предшественником восстановителя, так как водный раствор мочевины преобразуется в аммиак после термолиза или гидролиза и тогда может вступать в реакцию с оксидами азота в ОГ. В этом примере, применяется, прежде всего, 32%-ный водный раствор мочевины, который, например, имеется в продаже под торговым названием AdBlue®.
Основной корпус, прежде всего, является металлической деталью, которая может быть сконструирована, с одной стороны, с проходами, углублениями поверхности, контактными поверхностями для клапана и системы охлаждения и с каналами для подачи водного раствора мочевины. Основной корпус, прежде всего, является цельной деталью, которая одновременно служит в качестве основания или опоры для клапана. Хотя, в принципе, возможно, что основной корпус содержит множество клапанов и/или множество фитингов для водного раствора мочевины, конфигурация с одним клапаном и одним фитингом все же является предпочтительной. Фитинг, в общем, выполнен в виде прохода в основном корпусе. Поскольку в этом отношении основной корпус также, по меньшей мере частично, находится в контакте с водным раствором мочевины, материал для основного корпуса и/или покрытия на контактных поверхностях, открытых для водного раствора мочевины, выполнен так, чтобы он был стойким к водному раствору мочевины. Фитинг, прежде всего, также выполнен таким образом, что в нем могут быть интегрированы или закреплены на нем обычные соединительные разъемы для труб.
Обычно, клапан содержит клапанный элемент, в котором образованы впускные трубки и трубки для дозированного потока. Кроме того, может быть предусмотрен управляемым образом приводимый в действие поршень, который может приводиться в действие приводом клапана, по мере необходимости, таким образом, что фитинг, прежде всего, от впускных трубок до трубки дозированного потока может открываться и закрываться, по мере необходимости (например, в зависимости от времени). Для этой цели клапан может дополнительно содержать штепсельный соединитель для соединения клапана или привода клапана с блоком управления (электрическим или проводящим сигналы), который инициирует работу клапана, а тем самым и инжектора, по мере необходимости. Является особо предпочтительным, если клапан и привод клапана выполнены как можно дальше от места подачи водного раствора мочевины, то есть, прежде всего, на удаленной от выхлопной трубы стороне основного корпуса. Это дает, прежде всего, положение фитинга для водного раствора мочевины, который поэтому располагается между выхлопной трубой и клапаном.
Также предусмотрено, что инжектор имеет отдельную питающую трубку для водного раствора мочевины, которая, по меньшей мере частично, проходит через основной корпус. Поэтому отдельная питающая трубка выполнена, прежде всего, таким образом, что она является отдельной деталью, которая размещается, предпочтительно полностью, внутри основного корпуса. Питающая трубка выполнена, прежде всего, в виде небольшой трубки, прежде всего, небольшой трубки, проходящей в виде прямой линии. Предпочтительно, используется металлическая питающая трубка, которая состоит, прежде всего, из материала отличного от материала основного корпуса. Кроме того, предпочтительно, чтобы отдельная питающая трубка была расположена главным образом на расстоянии от основного корпуса таким образом, чтобы, прежде всего, теплопроводность между отдельной питающей трубкой и основным корпусом была минимизирована. Поэтому наиболее предпочтительно, чтобы максимально 10% поверхности отдельной питающей трубки было в контакте с основным корпусом. Понятие «питающая трубка», прежде всего, относится к части системы труб для водного раствора мочевины, которая расположена ниже по потоку от клапана, прежде всего, прямо у места подачи в систему выпуска ОГ. Поскольку, согласно вышеописанному варианту клапан, предпочтительно, расположен на удаленной от выхлопной трубы стороне основного корпуса, питающая трубка простирается, например, по центру через весь основной корпус.
Такая конфигурация одного лишь инжектора приводит к значительному улучшению относительно проблем, детально изложенных выше. С одной стороны, таким образом клапан может быть защищен от высоких температур системы выпуска ОГ, но в то же время кипение водного раствора мочевины в отдельной питающей трубке также уменьшается в результате низкого уровня теплопроводности к основному корпусу.
Кроме того, в конструкции инжектора предусмотрен по меньшей мере один пружинный элемент, который смещает клапан к основному корпусу. Прежде всего, цель пружинного элемента заключается в том, чтобы реверсировать ход или движение клапана относительно основного корпуса, которое произошло после образования льда. Кроме того, учитывая резервуар или количество водного раствора мочевины, хранимого в нем, пружинный элемент может быть выполнен таким образом, что фактически он только обеспечивает возможность движения клапана относительно резервуара при образовании льда. Пружинный элемент может быть расположен, прежде всего, между крышкой и приводом клапана, но также возможно, например, закреплять крышку на основном корпусе с помощью крепежных средств, причем факультативно между крышкой и основным корпусом или крепежными средствами предусмотрены пружинные элементы. Прежде всего, пружинные элементы могут быть выполнены в виде кольцевых пружин или пружинных шайб.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении надежной и долговечной защите инжектора от повреждения в результате образования льда.
Согласно еще одному усовершенствованию инжектора также предлагается, чтобы отдельная питающая трубка заканчивалась в сопловой пластине. Эта сопловая пластина, предпочтительно, крепится напротив клапана на торце отдельной питающей трубки. Прежде всего, отдельная питающая трубка и сопловая пластина образуют отдельно отсоединяемый узел. Сопловая пластина отличается, прежде всего, тем, что она перфорирована сопловыми отверстиями, которые распыляют водный раствор мочевины из питающей трубки в выхлопную трубу под заданным углом струи. Угол струи может быть отрегулирован, прежде всего, чтобы обеспечивать конфигурацию сопла или распылительного конуса, производимого им. Предпочтительно, сопловая пластина выполнена в виде диска, прежде всего окружающее отдельную питающую трубку пространство является ограниченным при расположении в инжекторе, прежде всего, расположенным на расстоянии основным корпусом. Кроме того, сопловая пластина может быть использована для создания соединения или крепления на инжекторе, будучи расположенной на расстоянии от отдельной питающей трубки, таким образом, что является возможной точная ориентация направления подачи. Сопловая пластина также может быть предусмотрена с материалом, который имеет низкую теплопроводность (например, по сравнению с основным корпусом), является стойким к высоким температурам (так как он может контактировать с ОГ) и факультативно выполнена с поверхностью, которая отталкивает водный раствор мочевины. То есть, сопловая пластина выполнена, прежде всего, в направлении системы выпуска ОГ таким образом, что любые остающиеся капли водного раствора мочевины на ней могут оставаться там лишь краткосрочно. Это отталкивающее покрытие, прежде всего, предотвращает (только) частичное испарение водного раствора мочевины и таким образом образование нежелательных побочных продуктов или отложений. Внешняя поверхность сопловой пластины предпочтительно имеет шероховатость менее чем 0,2 мм и/или покрытие из оксида титана.
Согласно еще одному усовершенствованию этого инжектора также предлагается, чтобы сопловая пластина имела, по меньшей мере, множество сопловых отверстий или образовывала выступающий конец питающей трубки. Особо предпочтительно, чтобы были реализованы оба этих признака. Относительно числа сопловых отверстий, предпочтительно, чтобы были предусмотрены, по меньшей мере, два отверстия, но чтобы их число не превышало, например, 5. Наиболее предпочтительно, чтобы сопловые отверстия были ориентированы или расположены таким образом, чтобы выходящие из них струи водного раствора мочевины пересекались или сталкивались друг с другом. Так может быть получен особо благоприятный распылительный конус. Например, сопловые отверстия просверливаются через сопловую пластину в виде микроканалов, предпочтительно с помощью лазерного сверления.
Кроме того, предпочтительно, чтобы при использовании инжектора ОГ проходил, где это возможно, параллельно мимо сопловой пластины (и сопловых отверстий). Для того чтобы удалить, где это возможно, все капли водного раствора мочевины, все еще удерживающиеся в конце процесса дозирования, эта область должна выдаваться, то есть, прежде всего, выступать максимально в выхлопную трубу. Достаточно, если выступ является очень коротким, например максимально до 1 мм, прежде всего даже до 0,5 мм или до 0,2 мм. Этот короткий выступ дает то преимущество, что подверженность инжектора нагреву в области сопловой пластины одновременно уменьшается, прежде всего, и для присоединенной к ней отдельной питающей трубки.
Кроме того, считается особо благоприятным, если основной корпус также содержит систему охлаждения, которая имеет впускное отверстие и выпускное отверстие, а также по меньшей мере один канал охлаждения, который простирается через основной корпус и, частично, пронизывается питающей трубкой. Другими словами, это означает, прежде всего, что основной корпус содержит проходы, которые образуют впускное отверстие для охладителя и выпускное отверстие для охладителя. Особо предпочтительно, чтобы канал охлаждения был выполнен концентрично питающей трубке, то есть в виде кольцевого канала, прежде всего, вдоль преобладающей части отдельной питающей трубки. Следовательно, канал охлаждения, предпочтительно, простирается таким образом, что, начиная от впускного отверстия, он простирается во внутреннюю область основного корпуса, простирается вниз в области между питающей трубкой и внешней стенкой или в направлении стороны напротив клапана, там проводится в области места подачи или сопловой пластины по центру внутрь опять к оси подачи, а затем, по меньшей мере частично, простирается параллельно оси подачи и концентрично вокруг питающей трубки до того, как канал охлаждения, наконец, простирается к выпускному отверстию снова незадолго до того, как он достигнет стороны с клапаном. В этом отношении система охлаждения сконструирована, прежде всего, таким образом, что в области питающей трубки образуется противоточный теплообменник, причем охладитель течет к клапану, а введенный водный раствор мочевины течет от клапана. Наиболее предпочтительно, чтобы канал охлаждения также простирался до сопловой пластины, где, прежде всего, для свежего, холодного охладителя является возможным течь вокруг всей окружающей отдельную питающую трубку области.
Кроме того, также считается благоприятным, если основной корпус образует резервуар для водного раствора мочевины рядом с клапаном, причем клапан расположен подвижно относительно этого резервуара. Прежде всего, резервуар обеспечивает водный раствор мочевины для клапана. Таким образом, резервуар образован, прежде всего, между клапаном и основным корпусом. Наиболее предпочтительно, если клапан, по меньшей мере частично, расположен в резервуаре таким образом, что резервуар ограничен основным корпусом, клапаном и уплотнительными средствами, прежде всего, уплотнительными кольцами. Резервуар, в котором, в конечном счете, хранится водный раствор мочевины для клапана в процессе эксплуатации, предпочтительно, является кольцевым, прежде всего центральный кольцевой сегмент транспортирует введенную порцию водного раствора мочевины в направлении отдельной питающей трубки. Так как водный раствор мочевины обычно присутствует в указанном резервуаре и может замерзать при низких температурах, водный раствор мочевины расширяется в указанном резервуаре. Для предотвращения повреждения инжектора клапан расположен подвижно относительно указанного резервуара. Это, прежде всего, означает, что весь клапан может быть отодвинут от основного корпуса, прежде всего вдоль оси подачи. Это движение, прежде всего, ход (например, до 2 мм, прежде всего более 1 мм) является реверсивным, то есть когда водный раствор мочевины снова растаивает, клапан движется назад в нормальное положение. Таким образом, также обеспечивается то, что в резервуаре во время работы всегда хранится одно и то же количество водного раствора мочевины.
Кроме того, является благоприятным, если основной корпус образует резервуар для водного раствора мочевины рядом с клапаном, причем клапан содержит множество впускных трубок, которые ведут в резервуар. Является предпочтительным, если множество впускных трубок образуется, например, с равномерным шагом в направлении вдоль окружности клапана, то есть, например, одна впускная трубка через каждые 120°. Конфигурация с множеством впускных трубок дает то преимущество, что инжектор может использоваться универсальным образом относительно окончательного расположения относительно системы выпуска ОГ. Аналогичным образом, подача в клапан из резервуара также обеспечивается, если инжектор подвержен, например, вибрациям и т.п.во время работы. В зависимости от положения уровня наполнения резервуара, таким образом, в основном, обеспечивается то, что по меньшей мере одна из множества впускных трубок расположена в области резервуара, который в данный момент обеспечивает водный раствор мочевины. Это значительно увеличивает универсальность и повышает точность дозирования во время работы.
Кроме того, считается благоприятным, если предусмотрено основание с гнездом для основного корпуса, причем между основанием и основным корпусом в области вокруг части питающей трубки образована изоляция в виде воздушного зазора. Прежде всего, цель основания состоит в том, чтобы ориентировать основной корпус относительно выхлопной трубы и надежно фиксировать его там. Прежде всего, основание также является металлическим. Гнездо конфигурировано, прежде всего, таким образом, что в основании ориентируется положение основного корпуса. Тепловой поток к основному корпусу может быть уменьшен, так как большая область основания обычно закреплена на горячей системе выпуска ОГ. По этой причина предлагается, чтобы, прежде всего, нижняя область основного корпуса, обращенная к выхлопной трубе, была термически разъединена. Здесь является предпочтительным, главным образом, предотвращать нежелательный тепловой поток от выхлопной трубы к водному раствору мочевины, с одной стороны, (избежание кипения) и предотвращать нежелательное сильное охлаждение выхлопной трубы, с другой стороны (уменьшение риска отложений на внутренней стороне выхлопной трубы). Для этой цели кольцевая или чашеобразная полость образуется, прежде всего, основанием и основным корпусом и образует изоляцию в виде воздушного зазора. Таким образом, предпочтительно, прежде всего, чтобы контакт между основным корпусом и основанием был предусмотрен напрямую только на стороне основания, удаленной от выхлопной трубы. Прежде всего, также предпочтительно, чтобы только линейный контакт или повторяющийся точечный контакт был образован между питающей трубкой или сопловой пластиной и основанием в области подачи водного раствора мочевины. Зазор между основанием и сопловой пластиной факультативно также может быть уплотнен уплотнительным средством или прокладкой, расположенной в воздушном зазоре.
Согласно еще одному усовершенствованию инжектора по меньшей мере в одной изоляции в виде воздушного зазора предусмотрена по меньшей мере одна прокладка. Прокладка служит, прежде всего, для точной ориентации или упрощенной сборки основания и основного корпуса относительно друг друга. Эта прокладка может быть выполнена, например, в виде шайбы, в виде металлического уплотнения, в виде пружинного элемента или тому подобного. Прокладка, прежде всего, имеет такую форму, что теплопроводность от основания к основному корпусу является незначительной. Прежде всего, предусмотрены материалы, имеющие низкую теплопроводность, и/или детали, имеющие малую площадь контакта с основанием и основным корпусом. Наиболее предпочтительно, чтобы была предусмотрена только одна прокладка, которая образует направляющую для основного корпуса в гнезде основания.
Кроме того, также предлагается, чтобы фитинг для водного раствора мочевины был выполнен с закрываемым выходом. Инжектор этого типа обычно устанавливается ниже по потоку от устройства подачи водного раствора мочевины. Это означает, что водный раствор мочевины хранится под повышенным давлением, например, под давлением от 5 до 8 бар, в соединительной трубе от устройства подачи (например, насоса) к инжектору, а поэтому и в области фитинга в основном корпусе. Цель закрываемого выхода состоит в том, чтобы можно было снимать давление в заданном положении, например, когда инжектор требует обслуживания или замены. Прежде всего, давление на объем водного раствора мочевины под давлением в инжекторе может быть снято, и он может вытекать через выход, по меньшей мере, частично. Выход выполнен, прежде всего, в виде ответвления к фитингу и закрыт пробкой, например уплотнительным винтом.
Далее изобретение и технический контекст будут описаны более подробно со ссылкой на фигуры. Следует отметить, что на фигурах показаны особо предпочтительные варианты изобретения, хотя изобретение ими не ограничено. Показано на:
Фиг.1: внешний, частично покомпонентный, вид инжектора для водного раствора мочевины,
Фиг.2: вид инжектора для водного раствора в разрезе,
Фиг.3: вид в разрезе основного корпуса и основания в сборе,
Фиг.4: компонент, образованный отдельной питающей трубкой и сопловой пластиной,
Фиг.5: деталь фиг.4,
Фиг.6: деталь изоляции в виде воздушного зазора между основанием и основным корпусом,
Фиг.7: деталь инжектора для водного раствора мочевины с закрываемым выходом,
Фиг.8: автомобиль с системой дополнительной обработки ОГ, содержащей инжектор для водного раствора мочевины.
Фиг.1 представляет собой частично покомпонентный вид в перспективе варианта инжектора 1 для водного раствора мочевины. Адаптер для трубных фитингов 28 показан пунктирной линией с правой стороны фиг.1, причем направленные вверх трубные фитинги образуют, например, подачу и отвод охлаждающей воды, а центральный линейный трубный фитинг представляет собой трубку для водного раствора мочевины. Эти трубные фитинги 28 теперь могут быть удобно расположены на основном корпусе 2 инжектора 1, например, с помощью винтов, как показано в этом примере. Трубные фитинги 28 для системы охлаждения ведут во впускное отверстие 11 или выпускное отверстие 12, предусмотренные для этой цели. Фитинг 3 образован в основном корпусе 2 напротив трубного фитинга 28 для водного раствора мочевины, прежде всего в виде прохода. Основной корпус является литой деталью. Для предотвращения ввода твердых составляющих в инжектор 1 в области фитинга 3 также предусмотрен фильтр 27, и прежде всего, содержит фильтр грубой очистки (например, с размером ячеек больше 100 микрон) и фильтра тонкой очистки (например, с размером ячеек меньше 50 микрон), то есть он состоит из нескольких слоев. Следовательно, водный раствор мочевины течет в инжектор 1 через этот фитинг 3 и фильтр 27.
Над основным корпусом 2 также показан клапан 4, и в этом примере он расположен под крышкой 24. Крышка 24, в которой размещен клапан 4 с соответствующим штепсельным соединителем 26, смещена относительно основного корпуса 2 крепежными средствами 25. Факультативно, также возможно предусмотреть пружинные элементы между крепежными средствами 25 и крышкой 24 таким образом, что, прежде всего, когда клапан 4 движется, крышка факультативно также может совершать компенсирующее движение, прежде всего, в виде хода, относительно крепежных средств 25.
Этот компонент теперь может быть вставлен в основание 17, которое обычно соединено с выхлопной трубой. Для этой цели основание 17 содержит внутреннее гнездо 18 таким образом, что основной корпус 2 позиционирован с точной посадкой и вдоль окружности ориентирован относительно основания 17.
На фиг.2 показан вариант осуществления инжектора 1 для водного раствора мочевины. Фитинг 3 для водного раствора мочевины снова показан справа на фиг.2. Направление потока 30 водного раствора мочевины через инжектор 1 также показано черными стрелками. Фильтр 27, в свою очередь, показан в этом фитинге 3 и в этом примере изогнут против направления потока 30, что является особо благоприятным, так как любые входящие твердые составляющие откладываются во внешней краевой области и поэтому не мешают потоку в центре. Затем отфильтрованный водный раствор мочевины течет дальше через суженную часть канала к клапану 4. Основной корпус 2 сконфигурирован таким образом, что образуется резервуар 14 между клапаном 4, проникающим в основной корпус 2, и концом части канала от фитинга 3 для водного раствора мочевины. Резервуар 14 в этом примере является по существу круглым и ограничен или уплотнен внутри и снаружи уплотнительными кольцами 35 (кольцами круглого сечения). Клапан 4 содержит множество (а именно, три) впускных трубок 15, с помощью которых водный раствор мочевины может быть засосан в клапан. Сам клапан (с заслонкой клапана или стержнем клапана) расположен над ними и является приводимым в действие приводом 5 клапана. Управляющие сигналы или энергопитание для привода 5 клапана подводятся через штепсельный соединитель 26, который выступает из крышки 24. Таким образом, штепсельный соединитель 26 также значительно удален от выхлопной трубы и поэтому подвержен незначительному нагреву. Теперь, если клапан 4 приведен в действие, вход в питающую трубку 6 открывается таким образом, что заданное количество водного раствора мочевины может поступать в питающую трубку 6 до тех пор, пока он снова не выйдет из питающей трубки 6 на противоположном конце, прежде всего, в поток ОГ ДВС. Отдельная питающая трубка 6 расположена заподлицо на клапане 4 и, прежде всего, окружена внутренним уплотнительным кольцом 35. Факультативно может быть выполнено сварное соединение между отдельной питающей трубкой 6 и основным корпусом 2 в обращенной к клапану 4 контактной поверхности области.
Поскольку теперь водный раствор мочевины может накапливаться в резервуаре 14, существует риск того, что, если водный раствор мочевины замерзнет, может возникать существенное давление. Для этой цели клапан 4 (вместе с приводом 5 клапана) выполнен так, чтобы он был подвижным относительно основного корпуса 2 и крышки 24. Если давление внутри резервуара 14 увеличивается, является возможным, что клапан 4 и привод 5 клапана будут совершать смещение, прежде всего, в виде хода 22. Таким образом, внешнее уплотнительное кольцо 35 обеспечивает, что резервуар 14 по-прежнему герметичен. Компенсирующее движение или ход 22 делается возможным или регулируется пружинным элементом 16, с помощью которого клапан (вместе с приводом 5 клапана) смещается относительно основного корпуса 2. Если давление слишком велико в результате образования льда, клапан 4 движется вверх, а если замерзший водный раствор мочевины снова растаивает, и тогда давление там уменьшается, пружинный элемент 16 снова двигает клапан 4 вниз.
Система 10 охлаждения также показана в нижней области основного корпуса 2, причем направление 29 потока охладителя в этом примере показано белыми стрелками. Таким образом, охладитель течет через вход (здесь не показан) во внутренние области основного корпуса 2 до тех пор, пока он не достигнет показанной или видимой части канала 13 охлаждения. Обращаясь к фиг.2, охладитель течет вниз, на расстоянии от питающей трубки 6, в направлении места подачи или самой горячей точки для водного раствора мочевины, где он отклоняется (практически в противоположном направлении), а затем течет обратно концентрично в направлении клапана 4 через преобладающую часть отдельной питающей трубки 6 в виде покрывающей струи. Незадолго до того, как будет достигнут клапан 4, канал 13 охлаждения покидает область вокруг отдельной питающей трубки 6 и простирается дальше к выпускному отверстию (не показано). Таким образом образуется противоточный теплообменник внутри основного корпуса 2, независимо от конфигурации остальной части инжектора, и обеспечивает то, что водный раствор мочевины, находящийся в питающей трубке 6, надежно охлаждается, и что предотвращается кипение водного раствора мочевины. Чтобы обеспечить то, чтобы это происходило практически вплоть до места подачи водного раствора мочевины, канал 13 охлаждения простирается, прежде всего, до сопловой пластины 7, которая образует выступающий конец 9 инжектора 1. Поэтому даже эта часть, которая подвержена высоким температурам, может быть надежно охлаждена.
Кроме того, здесь также показано основание 17, причем изоляция 20 в виде воздушного зазора образуется по периметру вокруг основного корпуса 2, а также отдельной питающей трубки 6. Следовательно, с одной стороны, рубашка охлаждения, а с другой стороны, рубашка в виде воздушного зазора предусмотрены вокруг питающей трубки 6 в области 19 близко к месту подачи таким образом, что активная и пассивная теплоизоляция предусмотрены в направлении вдоль окружности концентрично питающей трубке 6.
Фиг.3 представляет собой поперечный разрез через устройство, в котором основной корпус вставлен в основание 17. Прежде всего, фиг.3 представляет собой увеличенный вид изоляции 20 в виде воздушного зазора. Видно, что основной корпус 2 фактически находится лишь в теплопроводном контакте в области торца напротив выхлопной трубы. Изоляция 20 в виде воздушного зазора и концентрический канал 13 охлаждения простираются вокруг центральной оси 31 питания практически на всю высоту основания 17, но, по меньшей мере, на 70% или на 80% высоты гнезда в основании 17. Изоляция 20 в виде воздушного зазора является наиболее сильной (например, в результате большого расстояния между основанием 17 и основным корпусом 2) где основание 17 является массивным в области выхлопной трубы, так как именно здесь предусмотрена высокая теплоемкость для отходящего тепла системы выпуска ОГ. Таким образом, изоляция 20 в виде воздушного зазора особенно ярко выражена именно в этой области 19.
Фиг.4 иллюстрирует компонент, состоящий из отдельной питающей трубки 6 для водного раствора мочевины и сопловой пластины 7 для расположения поблизости от места подачи, то есть напротив клапана (не показан). Отдельная питающая трубка 6 может содержать расширение 18 в области торцов, например, чтобы компенсировать позиционные допуски. Объем 32 трубки внутри питающей трубки 6 должен быть низким, если возможно, то есть, прежде всего, должно быть получено малое поперечное сечение 33 трубки. Например, объем 32 трубки может быть менее чем 100 мм или менее чем 60 мм. Таким образом, отдельная сопловая пластина 7 образуется на торце и жестко соединена (сварена) с питающей трубкой 6. Сопловая пластина 7 содержит углубление 19 вокруг области контакта с питающей трубкой 6, позволяя охладителю течь как можно ближе к торцу питающей трубки 6. Прежде всего, таким образом, также является возможным охлаждать сопловые отверстия 8, образованные в сопловой пластине 7 на конце питающей трубки 6. Увеличенный вид этой детали показан на фиг.5.
На фиг.5 показана вышеупомянутая деталь фиг.4. Видно, что спереди сопловая пластина 7 содержит сварной шов 37, соединяющий ее с торцом питающей трубки 6. Сварной шов 37 также может быть выполнен точечной сваркой. Сопловая пластина 7 установлена заподлицо с торцом питающей трубки 6, а также завершает конец питающей трубки в направлении вдоль окружности. Два сопловых отверстия 8, которые простираются под наклоном к оси 31 питания, показаны рядом с расширением 38, показанным в этом примере. Сопловые отверстия 8 конфигурированы, прежде всего, таким образом, что между ними получается угол 36 струи, который предпочтительно составляет меньше 20°. Сопловые отверстия 8 предпочтительно ориентированы таким образом, что образованные таким образом струи водного раствора мочевины соединяются после выхода из сопловой пластины 7. Особо эффективная схема разбрызгивания с очень малыми каплями водного раствора мочевины может быть получена со сталкивающимися струями этого типа, делая возможным достижение улучшенного распределения водного раствора мочевины в ОГ.
На фиг.6 показана еще одна деталь инжектора 1 для водного раствора мочевины. В этом примере, прежде всего, снова показан вариант изоляции 20 в виде воздушного зазора. Аналогичным образом, чтобы обеспечить, что основной корпус 2 прочно расположен в основании 17, и с малым движением, причем одновременно уменьшается теплопроводность от основания 17 к основному корпусу 2, изоляция 20 в виде воздушного зазора образуется выпускным отверстием 12. В этом примере прокладка 21 выполнена в виде профилированной металлической детали 39, которая вмещает основной корпус 2 как корзина. Профилированная металлическая деталь, прежде всего, является типом пружинного элемента, который имеет такую форму, что он образует только линейные контакты 10 с основным корпусом 2 или сопловой пластиной 7, с одной стороны, и основанием 17, с другой стороны. Линейные контакты 10 обеспечивают возможность ориентации основного корпуса 2 или сопловой пластины 7 относительно основания 17, но они не преодолевают значительную теплопроводность через профилированную металлическую деталь 39.
Фиг.7 представляет собой еще один поперечный разрез инжектора для водного раствора мочевины, в этом примере показана только нижняя частичная область. Отдельная питающая трубка 6, пронизывающая основной корпус 2, показана в центре с сопловой пластиной 7. В этом примере изоляция 20 в виде воздушного зазора также достигается посредством шайбы 34 в качестве прокладки. Шайба 34 может быть образована термическим изолятором и/или уплотнительным материалом в направлении выхлопной трубы. Таким образом, соответствующая изоляция 20 в виде воздушного зазора может быть получена между сопловой пластиной 7 и основанием 17 до места подачи, где сопловая пластина 7 пронизывает основание 17. Таким образом, изоляция 20 в виде воздушного зазора также может быть сохранена, когда основной корпус 2 и основание 17 собраны с помощью крепежных средств 25.
Выход 23 также показан на правой стороне фиг.7, который обеспечивает возможность сообщения с фитингом 3 в основном корпусе 2 для водного раствора мочевины. Выход 23 может закрываться пробкой 41, прежде всего, винтом. Пробка 41 может быть удалена для демонтажа или обслуживания инжектора таким образом, что объем водного раствора мочевины, находящийся в фитинге 3, может быть удален через этот выход 23.
На фиг.8 показана особо предпочтительная область применения инжектора 1 для водного раствора мочевины. Автомобиль 50 с ДВС 42, например дизельным двигателем, показан схематически. Образующийся в ДВС ОГ транспортируется в систему 43 выпуска ОГ, которая содержит по меньшей мере одну выхлопную трубу 44. Для проведения процесса СКВ восстановитель (в этом примере аммиак) сначала вводится в ОГ, а затем смесь подается через устройство 45 для обработки ОГ, прежде всего каталитический СКВ-конвертор. Затем содержащиеся в ОГ оксиды азота могут быть подвержены каталитическому преобразованию в устройстве 45 для обработки ОГ при надлежащей температуре ОГ и с селективной дозировкой водного раствора мочевины в ОГ выше по потоку от устройства 45 для обработки ОГ. Требующийся для этого процесса аммиак получается из водного раствора мочевины термолизом и/или гидролизом, в присутствии ОГ. В свою очередь, этот раствор подается через инжектор по мере необходимости. Водный раствор мочевины может храниться, например, в резервуаре 46 и может транспортироваться в инжектор 1 через подающее устройство 47, содержащее, прежде всего, насос. Работа подающего устройства 47 и/или инжектора 1 может управляться по мере необходимости вышестоящим блоком управления. Он может учитывать данные тестов, относящиеся к составу ОГ, температуре ОГ и/или состоянию ДВС. Этот блок управления также может быть частью системы управления двигателем.
Таким образом, изобретение раскрывает практичный, точно дозирующий и морозоустойчивый инжектор, который может быть изготовлен экономичным способом.
| ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ | |
| 1 | Инжектор |
| 2 | Основной корпус |
| 3 | Фитинг |
| 4 | Клапан |
| 5 | Привод клапана |
| 6 | Питающая трубка |
| 7 | Сопловая пластина |
| 8 | Сопловое отверстие |
| 9 | Конец |
| 10 | Система охлаждения |
| 11 | Впускное отверстие |
| 12 | Выпускное отверстие |
| 13 | Канал охлаждения |
| 14 | Резервуар |
| 15 | Впускные трубки |
| 16 | Пружинный элемент |
| 17 | Основание |
| 18 | Гнездо |
| 19 | Область |
| 20 | Изоляция в виде воздушного зазора |
| 21 | Прокладка |
| 22 | Ход |
| 23 | Выход |
| 24 | Крышка |
| 25 | Крепежные средства |
| 26 | Штепсельный соединитель |
| 27 | Фильтр |
| 28 | Трубные фитинги |
| 29 | Направление потока охладителя |
| 30 | Направление потока |
| 31 | Ось питания |
| 32 | Объем трубки |
| 33 | Поперечное сечение трубки |
| 34 | Шайба |
| 35 | Кольцевое уплотнение |
| 36 | Угол струи |
| 37 | Сварной шов |
| 38 | Расширение |
| 39 | Профилированная металлическая деталь |
| 40 | Линейный контакт |
| 41 | Пробка |
| 42 | две |
| 43 | Система выпуска ОГ |
| 44 | Выхлопная труба |
| 45 | Устройство для обработки ОГ |
| 46 | Бак |
| 47 | Подающее устройство |
| 48 | Соединительная трубка |
| 49 | Углубление |
| 50 | Автомобиль |
1. Инжектор (1) для водного раствора мочевины, содержащий, по меньшей мере, основной корпус (2) с фитингом (3) для водного раствора мочевины, клапан (4) с приводом (5) клапана, отдельную питающую трубку (6) для водного раствора мочевины, по меньшей мере частично простирающуюся через основной корпус (2), и по меньшей мере один пружинный элемент (16), который смещает клапан (4) к основному корпусу (2).
2. Инжектор (1) по п. 1, в котором отдельная питающая трубка (6) заканчивается в сопловой пластине (7).
3. Инжектор (1) по п. 2, в котором сопловая пластина (7) имеет, по меньшей мере, множество сопловых отверстий (8) или образует выступающий конец (9) питающей трубки (6).
4. Инжектор (1) по п. 1 или 2, в котором основной корпус (2) дополнительно содержит систему (10) охлаждения, содержащую впускное отверстие (11) и выпускное отверстие (12), а также по меньшей мере один канал (13) охлаждения, который простирается через основной корпус (2) и частично пронизывается питающей трубкой (6).
5. Инжектор (1) по п. 1 или 2, в котором основной корпус (2) образует резервуар (14) для водного раствора мочевины рядом с клапаном (4), причем клапан (4) установлен подвижно относительно резервуара (14).
6. Инжектор (1) по п. 1 или 2, в котором основной корпус (2) образует резервуар (14) для водного раствора мочевины рядом с клапаном (4), причем клапан (4) содержит множество впускных трубок (15), которые ведут в резервуар (14).
7. Инжектор (1) по п. 1 или 2, в котором предусмотрено основание (17) с гнездом (18) для основного корпуса (2), причем между основанием (17) и основным корпусом (2) в области (19) вокруг части питающей трубки (6) образована изоляция (20) в виде воздушного зазора.
8. Инжектор (1) по п. 7, в котором в изоляции (20) в виде воздушного зазора предусмотрена по меньшей мере одна прокладка (21).
9. Инжектор (1) по п. 1 или 2, в котором фитинг (3) для водного раствора мочевины выполнен с закрываемым выходом (23).
