CN101999034B - 具有反应物喷射器的排放管路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及排放管路，其具有：管道(3)，所述管道(3)具有喷射部段(7)，所述喷射部段(7)具有由侧壁限定的内导管，排放气体气流在所述内导管(17)的中央区域具有排放气体中央脉流，在所述侧壁附近具有排放气体周边脉流；反应物喷射器(5)，其适于沿喷射方向(F1)喷射反应物。所述管道(3)适于使所述排放气体中央脉流基本上与所述内导管的中心线(L1)相平行地流动，所述排气管路(1)具有装置(31)，其用于使至少某些周边脉流围绕相对于所述喷射方向(F1)稍微倾斜的旋转轴线，具有通过所述内导管的旋转运动。

Description

具有反应物喷射器的排放管路
技术领域
本发明一般涉及机动车排放管路，所述机动车排放管路配有反应物喷射器，所述反应物例如尿素。
更确切地说，本发明涉及机动车的排放管路，其具有：
-管道，其具有喷射部段，所述喷射部段具有排放气体气流的流通内导管，所述流通内导管由侧壁限定，且具有上游端和下游端，所述排放气体气流在所述内导管的中央区域具有排放气体中央脉流，且在所述侧壁附近具有排放气体周边脉流；
-反应物喷射器，其安装在所述喷射部段上，且适于沿喷射方向将反应物喷射到所述内导管中。
背景技术
这种排放管路用于装备内燃机，例如狄塞尔发动机。所述排放管路具有催化剂，用于还原氮氧化物(oxydes d’azote)，喷射点布置在催化剂的上游。所述喷射器用于将尿素喷射到所述排放管路，所述尿素连续进行两种化学反应——热解和水解，并转变成氨气。在所述催化剂中，当排放气体达到一定温度时，氨气与氮氧化物进行化学反应，使之还原为氮和水。
FR-A-2891305述及排放管路，其管道具有直的上游部段和下游部段，其由一中间螺旋部段加以连接。排放管路具有一喷射器，所述喷射器的喷射方向基本上重合于所述下游部段的中央轴线。来自所述中间螺旋形部分的排放气体切向进入所述下游部段。
这种布置在排放管路中产生很大的背压，其有害于发动机的工作。
此外，喷射的反应物液滴由排放气体驱动旋转，在排放气体管道的壁上进行离心分离。在某些情况下，可能形成沉积物，并引起排放气体管道的壁过早氧化，直至被穿透。
发明内容
在本文中，本发明旨在提出其工作较为令人满意的排放管路。
为此，本发明涉及前述类型的排放管路，其特征在于，所述喷射部段的内导管具有从所述上游端延伸至所述下游端的中心线，所述管道被构造成使得所述排放气体中央脉流基本上与所述中心线相平行地、从所述上游端流动至所述内导管的下游端，所述排放管路具有造旋装置，所述造旋装置用于使至少某些周边脉流具有穿过所述内导管围绕相对于所述喷射方向稍微倾斜的旋转轴线旋转的运动。
所述排放管路可单独地或根据所有可能的技术组合，具有下面一个或多个特征：
-所述喷射部段具有突出部，所述突出部相对于所述侧壁突出，且限定与所述内导管连通的喷射室，所述突出部具有喷射孔，所述喷射器适于沿所述喷射方向、从所述喷射孔将反应物喷射到所述内导管中。
-所述用于使至少某些周边脉流具有旋转运动的造旋装置包括涡螺形体(volute)。
-所述涡螺形体具有由所述突出部支承的螺旋形部分，所述螺旋形部分的轴线相对于所述喷射方向稍微倾斜。
-所述螺旋形部分的轴线与所述喷射方向形成小于30°的角度。
-所述涡螺形体具有由所述侧壁支承的上游部分，所述喷射部段具有通过截面，所述通过截面在与所述涡螺形体的上游部分的交接处比在所述内导管的上游端处更大。
-所述喷射方向与所述内导管的中心线相交。
-所述中心线是一直线。
-所述管道具有上游部段和下游部段，所述上游部段和下游部段相应具有上游内导管和下游内导管，所述上游内导管和下游内导管直接连通于所述喷射部段的内导管的上游端和下游端，所述上游内导管和下游内导管具有直的中心线。
-所述排放管路具有氮氧化物还原催化剂，所述氮氧化物还原催化剂布置在所述喷射部段的下游。
附图说明
在下文中，根据参照附图作为说明和非限制性地给出的详细说明，本发明的其它特征和优越性将得到更好的理解，附图如下：
图1是侧视立体图，其示出用于接纳一反应物喷射器的排放管路的管道，所述喷射器仅象征性地示出；
图2是图1所示的管道沿另一方向的立体图；
图3是类似于图2的立体图，一部分管道予以剖切，以示出所述涡螺形体(volute)的开始部分，其可使排放气体的某些周边脉流具有旋转运动；
图4类似于图2，管道的一附加部分被剖切，以便示出所述涡螺形体的螺旋形部分；
图5是类似于图2的立体图，其示出各种排放气体脉流的路径的气流路线在所述附图上予以叠置。
具体实施方式
在下文的描述中，上游和下游应理解为相对于排放气体的正常的流通方向。
排放管路1局部地示于图1，其用于安装在配有内燃机例如狄塞尔发动机的机动车上。排放管路1具有：氮氧化物还原催化剂(未示出)；位于氮氧化物还原催化剂上游的一管道3；以及用于将反应物喷射到所述管道3中的一喷射器5。
所述管道3其中具有：一喷射部段7，其上安装所述喷射器5：一下游部段9，其使所述喷射部段7连接于所述氮氧化物还原催化剂：以及一上游部段11，其紧接在所述喷射部段7的上游。氮氧化物还原催化剂向下游连接于一引流管，可将净化的排放气体排放到大气中。所述上游部段11在上游连接于一排放气体歧管(collecteur)(未示出)，其用于收集来自发动机燃烧室的排放气体。其它设备——例如一催化净化部件或一滤尘器——可间置在所述收集器和所述管道的上游部段之间。
所述部分7、9和11具有排放气体气流流通的内导管，所述内导管分别布置在彼此的延伸部分。所述上游部段11的内导管直接连接于所述部段7的内导管的上游端。所述部段9的内导管直接连接于所述部段7的内导管的下游端。
所述喷射器5用于将液滴状的水与尿素的混合物喷射到所述喷射部段的内导管中。所述液滴蒸发时与排放气体混合。尿素在所述部段9进行化学转化(热解和水解)，从而产生氨气。氨气在氮氧化物还原催化剂中与氮氧化物化合，通过化学反应形成惰性物质(氮和水)。
如图2所示，所述喷射部段7具有一侧壁13和一突出部15。所述侧壁13在内部限定排放气体流通的内导管17。其具有基本上呈圆形的直管段。所述侧壁13在所述上游端19和下游端21附近具有第一直径，其基本上等于所述上游部段和下游部段的壁的直径。相反，所述侧壁13在内导管的中央区域23具有第二直径，其大于第一直径。
所述突出部15突出于所述侧壁13。其在内部限定一个与所述喷射部段的内导管17连通的喷射室。所述喷射室和所述内导管之间的通孔具有大的尺寸。其覆盖所述侧壁上所述突出部的整个腔室。
所述突出部15具有一喷射孔25。所述喷射器5安装在所述喷射部段7上。其适于沿着图1中箭头F1所示的喷射方向，从所述喷射孔25，将反应物喷射到所述内导管17中。
所述喷射方向从所述内导管的上游至下游且从外向内径向地定向。
所述内导管17的中心线L1从所述上游端19延伸至所述下游端21。所述管路L1通过所述内导管的每个直管段的几何中心。在图1所示的实施方式中，所述管路L1基本上是直的。所述喷射方向F1和所述中心线L1相交。
所述部分9和11至少在所述喷射部段7附近的端部部分也呈圆柱形，在所述中心线L2和L3部分也是直的。所述管路L1、L2和L3对齐。
如图5所示，通过所述喷射部段的排放气体气流在内导管的中央区域具有排放气体中央脉流27，在内导管的侧壁13附近具有周边脉流29。
为了在所述喷射室中形成旋转运动，所述排放管路具有装置31，用于使至少某些周边脉流29围绕相对于喷射轴线稍微倾斜的旋转轴线，具有通过所述内导管17的旋转运动。
所述装置31具有一涡螺形体33。所述涡螺形体33具有由所述侧壁13支承的一上游吸入部分35、以及由所述突出部15支承的一螺旋形部分37。
所述涡螺形体33在其全长上朝所述内导管或所述喷射室开口。所述上游部分35突出于所述侧壁13。这样，所述喷射部段7的排放气体通过截面在与所述涡螺形体的所述上游部分35的交接处比在所述上游端19或在所述上游部段11处更大。因此，所述排放气体被吸入。由于这种吸入，气体加速流动，且更易于沿着所述涡螺形体流动。
所述部分37呈螺旋形
Figure BPA00001235208900051
，其轴线相对于喷射方向稍微倾斜。所述轴线与喷射方向形成小于30°的角度。优选地，所述轴线与喷射方向形成小于15°的角度，例如，所述轴线重合于喷射方向。例如，所述部分37围绕其轴线延伸约270°。
所述部分37突出于所述突出部15。
所述螺旋形部分37的截面基本上呈半盘形。所述螺旋形部分的截面从所述部分35开始缩小，直至与所述部分35相对的端部39。
现在来详述上述排放管路的工作情况。
借助于氮氧化物探测器，控制排放管路的计算器确定尿素溶液所需的量，所述尿素溶液一旦转换为氨气，就将减少专用催化剂中的氮氧化物。
所述喷射器5沿喷射方向F1喷射水和尿素的混合物液滴。所述液滴从所述孔25呈锥形喷射。
排放气体歧管收集的排放气体被引向所述上游部段11，由所述上游端19进入所述喷射部段。在所述上游端19，所有排放气体脉流——中央脉流和周边脉流——均平行于所述中心线L1和L3。由于所述管道的形状，尤其是所述上游部段和喷射部段的形状，所述中央脉流27基本上与所述中心线L1平行地通过所述喷射部段。
如图5所示，所述中心线27在通过所述喷射部段7时实际上不偏离。
相反，位于所述涡螺形体的上游部分35对面的周边脉流29被引向所述涡螺形体33中，如图5所示。这种效果因为提供给排放气体的通过截面在与所述上游区域35的交接处增大而更加显著。在与所述侧壁13的其它区域对面行进的所述周边脉流29不被引向所述涡螺形体33中。
进入所述涡螺形体33中的排放气体脉流经此直至进入其相对端部39。这样，除了与所述中心线L1平行的速度分量之外，这些气体脉流还获得围绕所述喷射轴线旋转的速度分量。因此，这些周边脉流进行螺旋运动，其轴线基本上相应于喷射方向，或者其轴线相对于喷射方向稍微倾斜。所谓“稍微倾斜”，这里是指与所述喷射方向形成小于30°的角度。
这样，围绕液滴锥体产生气体覆盖层，至少在喷射孔25附近阻止液滴触及所述突出部15的壁。所述涡螺形体33吸入的气体脉流(veine)连续扫过液滴孔25的附近区域。这样，在两次相继的喷射之间，阻止液体沉积在所述突出部的内壁上。
此外，气体的脉流的螺旋涡流运动围绕喷射方向驱动喷射的液滴，尤其是最轻的液滴。液滴被驱往排放气体中央脉流。这些中央脉流与所述中心线L1平行地流动，因此不趋向于以离心的方式将液滴喷射到所述喷射部段的侧壁13上。另外，这有助于改善喷射的液滴和排放气体之间的混合。
此外，排放气体周边脉流围绕喷射方向的螺旋运动阻止在所述突出部内形成涡流。实际上，在不存在气体周边脉流的螺旋形流通的情况下，可在所述突出部中形成排放气体涡流，其围绕与总排放气体流通方向即所述中心线L1垂直的轴线旋转。这种涡流趋于将液滴喷射到所述喷射室的内壁上，且形成沉积物。固态混杂物可在沉积物内形成，其由尿素和尿素分解物结晶而成。这些沉积物具有很大的附着力，久而久之会不利于所述喷射装置的正常工作。
此外，某些尿素分解物(氰酸或异氰酸、amélide、améline等)酸性很强，可严重腐蚀所述喷射室的壁。
上述排放管路也具有其它优越性。
所述管道尤其可简单地通过所述喷射部段模制而成。
其易于校准气体围绕喷射方向的螺旋运动强度。为此，只需相对于内导管的通过截面调整所述涡螺形体的内截面。这样，在所述涡螺形体中可吸入相当大的排放气体比例。例如，在与所述上游部段35的接合处，所述螺旋形部分37的通过截面基本上等于内导管正截面的30％。
所述排放管路可具有多种实施例。
所述涡螺形体可围绕喷射方向沿顺时针方向或沿反时针方向盘绕。
所述涡螺形体的围绕喷射方向的部分37不必呈螺旋形。其可围绕喷射方向形成螺线(spirale)。其也可围绕喷射方向形成圆圈。
不管怎样，在本发明的优选实施方式中，所述涡螺形体呈蜗旋的总体形状，其轴线相对于喷射方向稍微倾斜。
喷射器不仅可喷射尿素，而且可喷射另一种反应液体例如燃料。
所述喷射器5可以是任何类型的。
所述喷射部段、上游部段、下游部段的中心线L1、L2、L3可如上文所述那样对齐。或者，上游部段和下游部段的中心线可彼此形成一角度。同样，所述喷射部段的中心线可与所述下游部段的中心线和/或所述上游部段的中心线形成一角度。
所述喷射部段的中心线并非强制性地为一直线，而可具有一个或多个略微弯曲的部分。
所述喷射部段可具有一个或多个节流口以及一个或多个扩口。
在一非优选实施方式中，喷射方向不与所述喷射部段的中心线相交。
所谓“喷射部段”，这里是指在上游延伸至所述涡螺形体的上游部分35的端部、在下游延伸至所述突出部的下游端部的管道部分。

Claims (10)

1.机动车的排放管路，所述排放管路(1)具有： 
-管道(3)，其具有喷射部段(7)，所述喷射部段(7)具有排放气体气流流通的内导管(17)，所述内导管(17)由侧壁(13)限定，且所述喷射部段(7)具有上游端(19)和下游端(21)，所述排放气体气流在所述内导管(17)的中央区域具有排放气体中央脉流(27)，且在所述侧壁(13)附近具有排放气体周边脉流(29)； 
-反应物的喷射器(5)，其安装在所述喷射部段(7)上，且适于沿喷射方向(F1)将反应物喷射到所述内导管(17)中； 
其特征在于，所述喷射部段(7)的内导管(17)具有从所述上游端(19)延伸至所述下游端(21)的中心线(L1)，所述管道(3)被构造成使得所述排放气体中央脉流(27)基本上与所述中心线(L1)相平行地、从所述上游端(19)流动至所述内导管(17)的下游端(21)，所述排放管路(1)具有造旋装置(31)，所述造旋装置(31)用于使至少某些周边脉流(29)具有穿过所述内导管(17)围绕相对于所述喷射方向(F1)稍微倾斜的旋转轴线旋转的运动。 
2.根据权利要求1所述的机动车的排放管路，其特征在于，所述喷射部段(7)具有突出部(15)，所述突出部(15)相对于所述侧壁(13)突出，且限定与所述内导管(17)连通的喷射室，所述突出部(15)具有喷射孔(25)，所述喷射器(5)适于沿所述喷射方向(F1)、从所述喷射孔(25)将反应物喷射到所述内导管(17)中。 
3.根据权利要求1或2所述的机动车的排放管路，其特征在于，用于使至少某些周边脉流(29)具有旋转运动的所述造旋装置(31)包括涡螺形体(33)。 
4.根据权利要求2所述的机动车的排放管路，其特征在于，用于使至少某些周边脉流(29)具有旋转运动的所述造旋装置(31)包括涡螺形体(33)；并且，所述涡螺形体(33)具有由所述突出部(15)支承的螺旋形部分(37)，所述螺旋形部分(37)的轴线相对于所述喷射方向(F1)稍微倾斜。 
5.根据权利要求4所述的机动车的排放管路，其特征在于，所述螺旋形部分(37)的轴线与所述喷射方向(F1)形成小于30°的角度。 
6.根据权利要求3所述的机动车的排放管路，其特征在于，所述涡螺形体(33)具有由所述侧壁(13)支承的上游部分(35)，所述喷射部段(7)具有通过截面，所述通过截面在与所述涡螺形体(33)的上游部分(35)的交接处比在所述内导管(17)的上游端(19)处更大。 
7.根据权利要求1或2所述的机动车的排放管路，其特征在于，所述喷射方向(F1)与所述内导管(17)的中心线(L1)相交。 
8.根据权利要求1或2所述的机动车的排放管路，其特征在于，所述中心线(L1)是一直线。 
9.根据权利要求1或2所述的机动车的排放管路，其特征在于，所述管道(3)具有上游部段(11)和下游部段(9)，所述上游部段(11)和下游部段(9)相应具有上游内导管和下游内导管，所述上游内导管和下游内导管直接连通于所述喷射部段(7)的内导管(17)的上游端(19)和下游端(21)，所述上游内导管和下游内导管具有直的中心线(L3，L2)。 
10.根据权利要求1或2所述的机动车的排放管路，其特征在于，所述排放管路具有氮氧化物还原催化剂，所述氮氧化物还原催化剂布置在所述喷射部段(7)的下游。 
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