用于將反應劑釋放到內燃機的排氣流中的設備的制作方法

本發明涉及一種用于將反應劑釋放到內燃機的排氣流中的設備，所述設備包括反應劑噴射組件、用于將反應劑從反應劑貯存器輸送到所述反應劑噴射組件的反應劑輸送組件、用于加熱通過所述反應劑輸送組件輸送到所述反應劑噴射組件的反應劑的加熱組件以及用于操控所述反應劑輸送組件、所述加熱組件和所述反應劑噴射組件的操控組件。

背景技術：

由DE 10 2006 049 591 A1已知一種用于將反應劑釋放到內燃機的排氣流中的設備。要通過該設備釋放的反應劑是尿素溶液。為了將借助于反應劑輸送組件輸送到反應劑噴射組件的尿素溶液盡可能有效地與排氣流混合，在該已知的設備中加熱朝反應劑噴射組件的方向輸送的反應劑，例如加熱到大約200℃的溫度。同時在釋放到排氣流中之前以液態形式輸送的反應劑處于這樣高的壓力下，使得在反應劑釋放到排氣流中之前不出現反應劑蒸發。這樣的設備利用如下效果，即，在將被加熱的且首先處于增大的壓力下的反應劑釋放到排氣流中時出現自發的降壓，這一方面導致自發的反應劑蒸發，另一方面導致非自發蒸發的份額的反應劑的非常微小的反應劑微滴，由此實現反應劑與內燃機的在排氣引導系統中流動的排氣的非常有效且精細的混勻。

技術實現要素：

本發明的任務在于，提供一種用于將反應劑釋放到內燃機的排氣流中的設備，利用該設備可以在結構上簡單的構造方案中實現反應劑與內燃機的接收反應劑的排氣的有效混勻。

根據本發明，該任務通過一種用于將反應劑釋放到內燃機的排氣流中的設備得以解決，所述設備包括反應劑噴射組件、用于將反應劑從反應劑貯存器輸送到所述反應劑噴射組件的反應劑輸送組件、用于加熱通過所述反應劑輸送組件輸送到所述反應劑噴射組件的反應劑的加熱組件以及用于操控所述反應劑輸送組件、所述加熱組件和所述反應劑噴射組件的操控組件。

在此，在所述反應劑輸送組件下游設置有過壓閥或/和蓄壓器組件。

通過借助于加熱組件將反應劑加熱到在正常條件時、亦即在正常壓力下會導致反應劑蒸發的溫度，可以利用自發蒸發或在從反應劑噴射組件釋放時產生非常細微的反應劑噴霧的在先描述的效果。因此，這樣的設備也可以已經在相對低的排氣溫度時使用，該排氣溫度否則不適用于足夠的反應劑蒸發。在使用根據本發明的設備時也實現例如構造為尿素/水溶液的反應劑向氨的改進轉化，相關于在設置在內燃機的燃燒排氣的排氣引導系統中的催化器的較小體積能實現的同時經改進的NOx轉化和反應劑的較小消耗。通過除了自發的反應劑蒸發之外出現的非常細微的反應劑微滴的產生，由于較好的表面積/體積比例也實現以微滴形狀釋放的反應劑的較快蒸發，因為微滴的要加熱的質量與其體積成比例。輔助支持反應劑與在排氣流中引導的排氣的混勻的其他技術措施、例如在噴霧產生時的壓縮空氣輔助支持或借助于設置在排氣流中的混合元件的混勻可以因此至少部分地取消。

在此，特別重要的是，在根據本發明的設備中規定結構上的措施，所述措施實質上改進將反應劑釋放到排氣流中的質量。通過提供過壓閥確保：在釋放階段開始時總是存在限定的壓力比，所述壓力比導致反應劑通過反應劑噴射組件的對應限定的釋放。因為通過提供過壓閥也可以在非釋放階段期間運行反應劑輸送組件，以便一方面形成或維持所希望的反應劑壓力，但另一方面通過過壓閥的作用避免過度的壓力增大，所以不必需的是，在釋放階段開始時(由在反應劑輸送組件下游的管線區域中的此時出現的壓力下降引起地)觸發反應劑輸送組件的輸送率的僅隨著延遲所使用的增大。該反應劑輸送組件原則上可以這樣運行，使得在過渡到釋放階段中時可以充分地再輸送反應劑，以便能夠一方面將所希望的反應劑量釋放到排氣流中，但另一方面避免過度的壓力下降、特別是壓力下降到反應劑的蒸汽壓力以下。

設置蓄壓器組件導致：在釋放階段期間，在處于反應劑輸送組件下游的區域中、特別是在反應劑噴射組件的區域中的壓力可以基本上恒定地保持在確保限定的反應劑釋放的水平上，即使通過反應劑輸送組件在釋放階段期間能補充的反應劑體積不完全足以取代在釋放階段期間釋放到排氣流中的反應劑。

在一種特別有利的構造方案中，組合地實現兩個在先描述的技術措施、亦即設置過壓閥和設置蓄壓器組件，雖然每個所述措施本身單獨地已經有助于特別有利地工作的系統。

在根據本發明的設備中，所述反應劑輸送組件可以包括用于將反應劑輸送到反應劑噴射組件的反應劑泵，其中，所述反應劑泵構造用于產生處于通過所述加熱組件加熱的反應劑的蒸汽壓力以上的反應劑壓力。在此，所述反應劑泵優選是連續輸送的泵、例如齒輪泵。

為了利用簡單的結構上的措施特別是在反應劑噴射組件的區域中也在釋放階段期間維持對于阻止反應劑在設備本身中的蒸發必需的壓力并且因此也可以用于限定的反應劑釋放，提出：所述蓄壓器組件包括：

-在所述反應劑輸送組件下游的反應劑的流動路徑中的至少一個可壓縮的體積補償元件，或/和

-用于反應劑的至少一個可彈性延伸的管線區域，或/和

-至少一個通過彈性的元件、優選膜片與反應劑分開的可壓縮的體積補償介質、優選氣體。

為了能夠特別有效地利用蓄壓器組件的壓力補償效果和因此還有體積補償效果，提出：所述蓄壓器組件設置在所述反應劑噴射組件的區域中。

以有利的方式，在根據本發明的設備中，通過所述蓄壓器組件提供的反應劑緩沖體積確定成，使得滿足如下條件：

V_P>V_E–V_N

其中：

V_P是所述反應劑緩沖體積，

V_E是在反應劑噴射過程中通過所述反應劑噴射組件釋放的反應劑體積，

V_N是在反應劑噴射過程中通過所述反應劑輸送組件再輸送的反應劑體積。

因此可以保證：通過一方面蓄壓器組件的作用和另一方面反應劑輸送組件的作用在噴射過程期間、亦即在釋放階段期間提供的反應劑體積足以能夠使所希望的反應劑量釋放到排氣中。

為了能夠在根據本發明的設備中限定地調節一方面反應劑的所希望的溫度和另一方面對于阻止反應劑蒸發必需的壓力，進一步提出：所述操控組件構造用于基于在所述加熱組件或/和所述反應劑釋放組件的區域中的反應劑溫度或/和基于理論反應劑溫度來操控所述加熱組件，或/和構造用于基于在所述加熱組件或/和所述反應劑噴射組件的區域中的反應劑壓力或/和基于理論反應劑壓力來操控所述反應劑輸送組件。

此外，本發明涉及一種用于內燃機的排氣系統，該排氣系統包括排氣引導通道和根據本發明的用于將反應劑釋放到在所述排氣引導通道中流動的排氣中的設備。

附圖說明

下面參考附圖詳細說明本發明。附圖中：

圖1示出用于將反應劑釋放到內燃機的排氣流中的設備的原理圖；

圖2示出在圖1中示出的設備的反應劑噴射組件的剖視圖。

具體實施方式

在圖1中，用于將反應劑釋放到內燃機的排氣流中的設備一般地以10標記。設備10包括反應劑輸送組件12，借助于該反應劑輸送組件，反應劑R可以從反應劑貯存器14、亦即例如存儲容器取出并且通過反應劑管線16輸送給例如可電激勵的加熱組件18。在加熱組件18中，借助于反應劑輸送組件12輸送的或處于壓力下的反應劑R加熱到過熱溫度并且進一步輸送到反應劑噴射組件20。借助于反應劑噴射組件，反應劑R釋放或噴射到示意性示出的且在內燃機的排氣系統的排氣引導通道中引導的排氣流A中。

反應劑輸送組件12包括反應劑泵22，該反應劑泵通過輸送管線24接收來自反應劑貯存器14的反應劑R并且將該反應劑通過過壓閥26輸送到反應劑管線16中并且朝加熱組件18的方向輸送。過壓閥26在達到切換壓力時釋放反應劑貯存器14的回流路徑28，從而用于：在運行反應劑泵22期間在過壓閥26下游的流動區域中的反應劑壓力基本上不超過切換壓力。反應劑泵22優選構造為連續工作的泵、例如構造為齒輪泵，該泵原則上可以如此運行，使得該泵可能生成處于過壓閥26的切換壓力以上的壓力。

在圖1中，在加熱組件18和反應劑噴射組件20之間的區域中象征性地示出蓄壓器組件30。蓄壓器組件30的用于提供反應劑緩沖體積的功能性緊接著特別是也參考圖2還要描述。

此外，設備10包括操控組件32，該操控組件設置用于操控反應劑輸送組件12、亦即特別是反應劑泵22、加熱組件18和反應劑噴射組件20。在此，通過信號線S₁給操控組件22輸送一個或多個壓力傳感器的壓力信號，所述壓力信號描繪出在過壓閥26下游的流動區域中、特別是在加熱組件18或/和反應劑噴射組件20的區域中的壓力。由一個或多個溫度傳感器提供的溫度信號通過信號線S₂導入到操控組件32中，該溫度信號顯示特別是在加熱組件18或/和反應劑噴射組件20的區域中的反應劑的溫度。此外，其他信息、例如關于內燃機的運行狀態并且因此也關于釋放的排氣量的信息可以輸送給操控組件32。

例如也可以整合到發動機控制器中的操控組件32這樣操控加熱組件18，使得在加熱組件18的區域中或也在然后在下游接著的管線區域中或在反應劑噴射組件20的區域中的反應劑處于100℃至370℃之間的范圍內。例如用于反應劑R的理論溫度可以處于120至300℃、優選130至250℃之間、最優選在150和200℃之間的范圍內。不言而喻，反應劑的理論溫度可以根據要使用的反應劑來選擇。優選地，作為反應劑使用尿素/水溶液。也可以使用其他類型的反應劑、例如Denoxium或異氰酸。

為了阻止在反應劑R的這樣高的溫度時該反應劑已經在從反應劑噴射組件20釋放之前、亦即在設備10的內部發生蒸發，反應劑泵22這樣運行，使得在反應劑R的處于反應劑泵下游的流動區域中達到并且保持在反應劑的所希望的溫度時處于反應劑R的蒸汽壓力以上的反應劑壓力。過壓閥26的切換壓力特別是也這樣選擇，使得當達到所述切換壓力并且因此不再出現進一步壓力上升時，反應劑壓力處于反應劑R的蒸汽壓力以上。

為了借助于反應劑噴射組件20釋放反應劑R，操控組件32操控反應劑噴射組件20的在圖2中原理式示出的電磁鐵組件34。該電磁鐵組件包括設置在殼體36中的電磁鐵線圈38和能利用鎖定件40運動的銜鐵42。鎖定件-銜鐵-結構組件通過預緊彈簧44朝阻塞殼體36中的釋放室46的方向預張緊。在此，鎖定件40以尖端區域48安放在殼體36中構造的開口50的邊緣上。通過管線52例如從加熱組件18輸送的反應劑在該狀態中不能從釋放室46溢出。在激勵線圈組件34時，通過對應的電磁相互作用，鎖定件-銜鐵-結構組件朝在圖2中示出的打開位置的方向移動，在該打開位置中，釋放室46通過開口50打開并且因此將處于壓力下的反應劑R通過開口50和一般以54標記的、也稱為噴射孔盤的釋放噴嘴組件的多個噴嘴孔52向外釋放或噴射到排氣A中。相應的釋放階段的持續時間、亦即在有節拍的運行中鎖定件40處于其打開位置中的持續時間或釋放階段的持續時間與非釋放階段的持續時間的比例可以根據必需的反應劑量來調節，在所述非釋放階段期間，鎖定件40在其鎖定位置中并且因此阻止反應劑釋放。反應劑噴射組件20通過操控組件32例如以用于實施具有交替的釋放階段和非釋放階段的這種有節拍的運行的必需反應劑量為依據進行操控。

在釋放階段期間，在過壓閥26下游的區域中并且特別是在加熱組件18或反應劑噴射組件20的區域中的首先處于過壓閥26的切換壓力的范圍內的反應劑壓力下降到過壓閥26的切換壓力以下。如果低于切換壓力，則過壓閥26關閉。因為反應劑泵22基本上連續運行，以便至少維持切換壓力，所以在相應的釋放階段開始時原則上也不需要在運行反應劑泵22方面的改變。反應劑泵22這樣運行，使得在鎖定件40定位在打開位置中時、亦即在釋放階段期間首先下降到切換壓力以下的反應劑壓力也不可以下降到下極限壓力以下，該下極限壓力例如可以處于特別是在加熱組件18或反應劑噴射組件20的區域中的反應劑R的蒸汽壓力的110至120％的范圍內。因此確保：在釋放階段期間也在過壓閥26下游的流動區域中通過不低于下極限壓力的反應劑壓力還在設備10本身中阻止反應劑蒸發，仍可以維持足夠高的且限定的壓力，以便將限定的反應劑量噴入到排氣流A中。

因此，在設備10的該構造方案中，例如也在沒有蓄壓器組件30的情況中，反應劑泵22這樣構造和運行，使得該反應劑泵能避免反應劑壓力下降到下極限壓力以下并且此時補充足夠大的反應劑量，以便能夠將對于相應的釋放階段所希望的反應劑量釋放到排氣流A中。設備10的在圖1中示出的蓄壓器組件30也不取決于是否設置過壓閥26、但優選與過壓閥26相結合地導致：在相應的釋放階段期間特別是在反應劑噴射組件20亦或加熱組件18的區域中的反應劑壓力保持在高水平上、例如在過壓閥26的切換壓力的范圍內或在對應的壓力中，但在任何情況中不下降到下極限壓力以下。

蓄壓器組件30提供反應劑緩沖體積，亦即在非釋放階段期間、也就是在鎖定件40在定位鎖定位置中時在壓力下接收反應劑R的體積。如果鎖定件40運動到其打開位置中并且反應劑從釋放室46中通過開口50釋放，則來自由蓄壓器組件30提供的反應劑緩沖體積的反應劑R可以補償已經通過開口50釋放的反應劑R或者特別是也在反應劑噴射組件20的區域中的反應劑壓力可以得到維持。為了用于在釋放階段期間不出現反應劑壓力的實質下降、亦即反應劑壓力例如保持在切換壓力或對應高的壓力的范圍內、但在任何情況中不下降到下極限壓力以下，由蓄壓器組件30提供的反應劑緩沖體積優選這樣確定大小，使得該反應劑緩沖體積大于在反應劑噴射過程、亦即釋放階段期間釋放到排氣流A中的反應劑體積與由反應劑輸送組件在釋放階段期間再輸送的反應劑體積之間的差。

蓄壓器組件30的構造實例在圖2中以原理式的方式示出。在那里示出的蓄壓器組件30包括可壓縮的、亦即在壓力載荷時改變其體積的蓄壓器元件36。該蓄壓器元件設置在釋放室46的區域中并且因此可以特別是在反應劑從反應劑噴射組件20釋放的地方提供體積補償。蓄壓器元件56例如可以利用閉孔的泡沫材料構造。包含在例如由塑料材料制成的柔性外套中的氣體體積也可以提供所希望的可壓縮性。不言而喻，多個這樣的可壓縮的蓄壓器元件36可以設置在反應劑噴射組件20的區域中或/和也可以設置在反應劑噴射組件上游的區域中。

在一種備選的構造組件中，蓄壓器組件30可以包括可彈性延伸的管線區域、亦即例如利用橡膠材料或類似彈性的材料構造的管線區段。該管線區段可以在對應的壓力上升時延伸并且在釋放階段期間、亦即在出現壓力下降時又收縮并且因此補償所釋放的反應劑體積的所述部分或一部分。

在另一種備選的構造方案中，蓄壓器組件30例如可以包括從管線52或反應劑管線16分支的管線區域，該管線區域包括通過膜片與反應劑流分開的、封閉的氣體體積。通過反應劑壓力，該膜片可以變形并且因此將包含在封閉的體積中的氣體置于壓力以下并且使其壓縮。不言而喻，不同的蓄壓器元件的組合也是可能的，各蓄壓器元件可以分別在壓力加載時提供反應劑緩沖體積。

蓄壓器組件30的設置和因此反應劑緩沖體積的提供另外具有如下優點，即，設備10在相對低的溫度時也不會由于凍結的且此時膨脹的反應劑受到損壞并且因此不需要排空設備10。對于反應劑在相對低的溫度時的膨脹必需的體積可以通過蓄壓器組件30的反應劑緩沖體積來提供。

利用在先描述的設備可能的是，在未釋放階段期間特別是在加熱組件18和反應劑噴射組件20的區域中的反應劑R保持在蒸汽壓力以上的基礎壓力，其中，該蒸汽壓力可以相應地與在加熱組件18的區域中相應要提供的過熱溫度相配地在考慮相應所使用的反應劑的蒸汽壓力曲線的情況下確定。在釋放階段期間，處于增大的壓力以下的反應劑R在過熱的狀態中從反應劑噴射組件20釋放。在此，出現反應劑R的自發的降壓，這導致同樣自發地一部分反應劑R蒸發，因此，亦即以蒸汽形式導入到排氣流A中。從反應劑噴射組件20釋放的反應劑R的剩余的、亦即未蒸發的部分以具有亞微米范圍內的大小的很小微滴的形式釋放到排氣流A中。該小的微滴大小一方面輔助支持反應劑R在排氣流中的快速分布并且另一方面輔助支持該首先還以微滴形式、亦即原則上以液態形式存在的反應劑的快速蒸發，因為在每個具有很小的大小的所述微滴中，僅很小的反應劑體積可加熱和可蒸發。由于該自發出現的蒸發或以微滴形狀釋放的反應劑的接著非常快速出現的蒸發，液態的反應劑在反應劑噴射組件20的區域中的停留時間是非常短的，從而盡量消除產生反應副產品的危險，所述反應副產品可能導致使反應劑噴射組件20的功能性受影響。因此，用于產生噴霧的壓縮空氣輔助支持不是必需的，并且也可以盡量放棄用于混勻反應劑與排氣流A的其他措施，例如在排氣引導系統的下游區域中提供混合元件。

通過根據本發明構造的設備，在利用在從反應劑噴射組件20排出時的自發蒸發的在先描述的效果的情況下確保反應劑的限定的釋放，所述設備可以通過使用過壓閥26或使用蓄壓器組件30或同時使用過壓閥26和蓄壓器組件30在釋放階段期間也用于基本上恒定的、在任何情況下不非常強烈地下降的反應劑壓力。基于在反應劑噴射組件的區域中的非常均勻的壓力比，產生還以微滴形狀釋放的反應劑的均勻的噴霧，所述噴霧的分布在釋放階段的持續時間上也基本上保持相同。在此，在先描述的設備10上不言而喻可以規定處于本發明的范圍內的結構上的措施或進行改變。加熱組件18例如可以包括整合到管線區段中的熱導體、必要時也包括能由反應劑環流的且因此能與反應劑置于直接的熱相互作用中的熱導體，該熱導體在對操控設備進行操控的情況下是可激勵的，以便將特別是靠近反應劑噴射組件20的區域中的反應劑加熱到過熱溫度。此外，壓力傳感器可以設置在處于加熱組件18上游的區域中、亦即例如設置在加熱組件18和過壓閥之間。傳感器整合到加熱組件18或/和反應劑噴射組件20中也是可能的。

為了在使用根據本發明的設備時也改進在排氣流中釋放的反應劑與排氣的混合，可以在排氣系統中在噴射位置的下游、亦即在排氣通道中設置有用于二次分散的元件、亦即所謂的混合元件。在這樣的混合元件的碰撞面上，射到所述碰撞面上的反應劑微滴可以脹裂。此外，這樣的混合元件的被加熱的表面輔助支持進一步的反應劑蒸發。為了在反應劑噴射組件中避免由于相對高的反應劑溫度而損壞電磁鐵組件的功能性，該電磁鐵組件可以設置在進一步遠離釋放室的區域中。為此，鎖定件例如也可以以相對大的長度構造。反應劑噴射組件也可以構造有關閉點識別裝置，以便識別何時鎖定件安放在殼體36上并且封閉開口50，以便因此實施對鎖定件的由熱引起的長度變化的電補償。這樣的由熱引起的長度變化的機械補償也是可能的。

此外，為了在反應劑的流動路徑中在從釋放室46釋放時將還在排出到排氣流中之前已經出現反應劑蒸發的體積保持得盡可能小，可能放棄設置釋放噴嘴組件54或將該釋放噴嘴組件已經通過具有多個開口的對應構造而整合到殼體36中。