CN102209840A - 用于喷射雾化流体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于将诸如尿素水溶液的试剂喷射到废蒸汽以减少来自发动机排放部的排放物的方法和装置。本教导可使用涡流板，该涡流板具有围绕喷射器的出口孔的多个涡流槽，所述多个涡流槽在涡流室中产生高速旋转流。当试剂的旋转流通过所述出口孔传送到所述废蒸汽中时，随着试剂喷射到所述废蒸汽，由于离心力和空气对试剂的剪切的组合而发生雾化。

Description

用于喷射雾化流体的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年11月21日递交的美国专利申请No.12/275,539的优先权，美国专利申请No.12/275,539为于2005年4月22日递交的美国专利申请No.11/112,039的连续部分，美国专利申请No.11/112,039要求于2004年4月26日递交的美国临时申请No.60/565,356的权益。本申请也是于2007年3月5日递交的美国专利申请No.11/714,718的连续部分，美国专利申请No.11/714,718要求于2004年4月26日递交的美国临时申请No.60/565,356的权益。以上申请的全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明总体上涉及由贫燃发动机产生的排放物的减少。具体而言，本发明提供用于将诸如尿素水溶液的试剂喷射到废蒸汽以减少来自柴油机排气部的氮氧化物(NOx)排放物的方法和装置。可替代地，本发明可适于为了颗粒减少而将烃类试剂(hydrocarbon reagent)喷射到柴油机排气。

背景技术

贫燃发动机通过与超过使燃料完全燃烧所需的量的过量氧气协作而提供改进的燃料效率。这种发动机被称为“贫油”运转或处于“贫油混合物”。然而，这种燃料节约的提高被不希望的污染排放物(特别是采用氮氧化物(NOx)的形式)所抵消。

用于减少来自贫燃内燃机的NOx排放物的一种方法已知为选择性催化还原(SCR)。SCR在例如用于减少来自柴油发动机的NOx排放物时涉及：根据一个或多于一个选择的发动机运转参数(例如废气温度、发动机每分钟转数或由发动机燃料流测量到的发动机负载、涡轮增压或排放的NOx质量流)，将雾化试剂喷射到发动机的废蒸汽中。试剂/废气混合物被传送通过反应器，该反应器包含例如活性炭的催化剂，或者能够在存在试剂的情况下减少NOx浓度的诸如铂、钒或钨的金属。这种类型的SCR系统被公开在美国专利No.5,976,475中。

尿素水溶液已知为用于柴油发动机的SCR系统中的有效试剂。然而，这种尿素水溶液的使用包含很多缺点。尿素为高腐蚀性并侵蚀SCR系统的机械部件，例如用于将尿素混合物喷射到废气流中的喷射器。尿素还常常在长期暴露于高温下(例如在柴油排气系统中遇到的情况)时固化。固化的尿素将积聚狭窄通道中并离开典型地存在于喷射器中的孔口。固化的尿素可污染喷射器的移动部件并阻塞任何开口，从而使喷射器不可使用。

另外，如果尿素混合物没有被精细雾化，则尿素沉积物将形成在催化反应器中，从而阻止催化剂的作用并由此降低SCR系统效率。高喷射压力为使尿素混合物的不充分雾化的问题最小化的一种方式。然而，高喷射压力经常导致喷射器喷射羽流过度透入到废蒸汽中，从而致使羽流撞击排气管的与喷射器相对的内表面。过度透入导致尿素混合物的不充分使用，并减小车辆能够在减少的NOx排放物下运转的路程。在车辆上能够携带仅仅有限量的含水尿素，并且所携带的含水尿素应有效用于最大化车辆路程并减小经常充填试剂的需求。

进一步，含水尿素为低劣润滑剂。该特性不利地影响喷射器内的移动部件，并要求在喷射器内的相对移动部件之间采用专门的配合、间隙和公差。含水尿素还具有较高的泄漏倾向。该特性不利地影响要求在很多位置提高密封源的配合表面。

现有技术的用于将含水尿素喷射到贫油燃烧柴油机的废蒸汽中的喷射器的示例被描述在美国专利No.6,279,603中。该现有技术的喷射器使用在喷射器外部的雾化钩来散发从喷射器排出的尿素溶液。尿素溶液循环流动在喷射器主体的出口孔的区域中以提供冷却。

优选的是，提供用于将尿素水溶液喷射到贫油燃烧发动机的废蒸汽中的方法和装置，其中尿素溶液在被喷射到废蒸汽之前在喷射器内部发生雾化。进一步优选的是，提供对喷射器的冷却，以防止尿素固化并延长喷射器部件的寿命。优选的是，最小化从排气管向喷射器的热传递，以最小化在喷射器内部沉积物的形成。还优选的是，最小化从热气向出口孔的热传递，以防止烟灰和尿素被吸到相对冷却的喷射器出口孔，从而在喷射器外部形成沉积物。还优选的是，出于经济且环保的目的，提供一种不会泄漏的喷射器。

本发明的方法和装置提供前述和其他优点。

发明内容

本发明提供改进的用于将诸如尿素水溶液的试剂喷射到废蒸汽以减少来自发动机排放部的排放物的方法和装置。具体而言，本发明的喷射器为用于任何发动机的增强性能的雾化器，所述发动机例如为柴油、天然气、喷气、涡轮、燃料电池或其他发动机类型。

现有的较小排量的道路及越野柴油机的尿素喷射器使用双试剂雾化技术。该过程要求单独的空气压缩机。其他现有技术的雾化技术(例如公开在美国专利No.6,279,603(′603专利)中的技术)使用在喷射器内部不具有雾化过程的喷射器。描述在′603专利中的喷射器喷射液体的自由射流，其在冲击位于喷射器主体的外侧的热板或钩时产生小液滴。

本发明提供对现有技术的含水尿素喷射器的改进，特别是提供对在′603专利中所描述类型的含水尿素喷射器的改进。本发明使用雾化技术，其在喷射器内部发生。具体而言，本发明使用机械洒回(spill return)雾化技术来产生比发明人预期的液滴小的液滴，特别是约50μm SMD(索特尔平均直径)或更小的液滴。该尺寸范围适于允许尿素在与道路柴油机关联的滞留时间内作用于氨，而不同于在′603专利中描述的喷射器。该效果通过使用涡流板实现，该涡流板具有围绕喷射器的出口孔的多个涡流槽，所述多个涡流槽在涡流室中产生高速旋转流。当试剂的旋转流的一部分通过出口孔传送到废蒸汽中时，随着试剂喷射到废蒸汽中，由于离心力以及空气对试剂的剪切的组合而发生雾化。

另外，本发明提供对′603专利的喷射器的进一步改进，包括在大温度范围内增大计量塞的磁引力强度、延长喷射器阀以及关联的致动部件的寿命和在整个喷射器中用尿素冷却。另外，本发明并入在线的可调节喷射质量特性，以及针对多种尺寸应用的孔板的互换性。带肋的喷射器主体提供额外的冷却能力。

本发明可进一步适于提供用于喷射烃的喷射器，其特别出于柴油机排放部中的颗粒减少的目的。提供瞬时定时控制的脉冲宽度调制和机械雾化技术的组合适用于利用精确定时来提供少量的烃。由本发明提供的冷却方面允许喷射器经受得住热的排气条件以及防止烃的提前点火。

在本发明的示例性实施例中，提供用于喷射雾化试剂的方法和装置。提供一种低压喷射器，其包括喷射器主体和布置在该喷射器主体上的涡流室。所述涡流室具有出口孔。多个涡流槽可被设置在所述涡流室中，用于向引入到所述涡流室中的试剂施加旋转速度。位于所述涡流室内的阀座围绕所述出口孔。计量塞可被布置在所述喷射器主体内。致动器也可被安装在所述喷射器主体上，并连接到所述计量塞，以使所述计量塞在关闭和打开位置之间移动。所述致动器可位于所述喷射器主体中，并连接到所述计量塞，以使所述计量塞能够从所述关闭位置移动到所述打开位置。

所述计量塞可位于所述喷射器主体中，从而当所述计量塞处于关闭位置时，所述计量塞坐靠在所述阀座中，从而防止试剂从所述出口孔散发。在一个示例性实施例中，所述试剂可循环通过所述喷射器，以在所述计量塞处于所述关闭位置时冷却所述喷射器。当所述计量塞处于所述打开位置时，所述计量塞从所述阀座移开，从而允许试剂从所述出口孔散发。在所述打开位置，所述计量塞的端部从所述阀座移开，并且来自所述涡流室的试剂的旋转流的一部分被传送通过所述出口孔，在试剂被散发到所述废蒸汽中时，由于离心力和空气和/或废蒸汽对试剂的剪切的组合而发生雾化。

所述喷射器可进一步包括延伸到所述喷射器中的试剂入口和延伸到所述喷射器外的试剂出口。所述试剂入口和试剂出口可经由所述计量塞的中空部与所述涡流室连通。所述试剂入口、所述试剂出口和所述计量塞的所述中空部可提供用于供试剂通过所述喷射器的流动路径，由此实现所述喷射器的冷却。用于供所述试剂通过所述喷射器的所述流动路径可独立于所述计量塞的位置而提供。

位于所述喷射器主体中的计量孔可控制在给定入口压力下流动通过所述喷射器的冷却试剂的流动速率。

在进一步的示例性实施例中，可提供围绕所述喷射器主体的多个肋条，用于将热散发离开所述喷射器主体。也可提供围绕所述出口孔的绝热板，用于减小从所述废蒸汽到所述喷射器主体的热传递。所述绝热板可具有从中穿过的与所述出口孔对齐的孔道，由此允许从所述涡流室释放的试剂穿过所述绝热板。所述绝热板可包括围绕所述出口孔的板和布置在所述板上的绝缘材料层。

所述喷射器主体和计量塞可包括不锈钢。应该认识到，在一些实施例中，所述喷射器主体和计量塞可包括塑料、热塑性塑料、热固塑料或任何其他与尿素或所使用的试剂兼容的材料。偏压构件可被提供用于将所述计量塞偏压到所述关闭位置，由此提供出故障时自动关闭的阀(fail-closed valve)。所述偏压构件可为与所述计量塞同轴布置的卷簧。

所述致动器可包括产生磁力的磁性线圈。所述磁力可在所述磁性线圈被激励时实现所述计量塞抵靠所述偏压构件的滑移运动。由此，当致动器被激励时，所述计量塞可在所述涡流室内从所述关闭位置移动到所述打开位置，从而使试剂能够从所述涡流室的所述出口孔散发。可提供用于激励磁性线圈的机构。例如，12V的脉冲宽度调制信号可激励所述磁性线圈一定的时间周期，以喷射特定量的试剂。也可使用将对本领域技术人员明显的用于激励所述磁性线圈的其他机构。

根据本发明还提供用于将试剂喷射到气流中的方法。该方法包括：将试剂引入到喷射器主体，提供预定压力设定点以对所述喷射器主体中的所述试剂加压，向所述喷射器主体内的所述加压试剂的至少一部分施加高速旋转流，并计量具有旋转速度的从出口孔到气体流路中的精确量的试剂。

多于精确计量的量的试剂可被保持在所述喷射器中和循环通过所述喷射器，以将所述试剂保持在希望的温度范围。对于包括含水尿素的尿素溶液，所述希望的温度范围可为约5℃至85℃。应该认识到，所述希望的温度范围可为比所述试剂的凝固点高且比沸点低的温度。所述试剂可以可替代地为烃。所述气流可谓柴油机废蒸汽，然而，应该认识到，本公开可应用于多个废蒸汽和/或希望的处理协议中的任意一个。所述预定压力设定点可响应操作条件而改变，以提供增大的操作范围和/或变化的喷射形式。

还根据本发明提供一种装置，其提供用于实现本文所述方法的机构。

附图说明

将在下文中结合附图对本发明进行描述，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且：

图1示出具有使用根据本发明的喷射器的污染排放物控制系统的道路柴油机的示例性实施例的示意图；

图2示出根据本发明的喷射器的示例性实施例的纵向剖视图；

图3(图3A、3B和3C)示出根据本发明的涡流板的示例性实施例的俯视图、剖视图和仰视图；

图4(图4A和4B)示出使用在图2的喷射器中的计量塞的示例性实施例；以及

图5示出根据本发明的安装在排气管上的喷射器的示例性实施例的透视图。

具体实施方式

随后的详细描述仅仅提供示例性实施例，并不意欲限制本发明的范围、应用或构造。相反，随后的示例性实施例的详细描述将向本领域技术人员提供实现本发明示例性实施例的详尽描述。应该理解的是，在不背离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以对各元件的功能和设置作出各种变化。还应该理解的是，尽管本教示可关于柴油机和NOx排放物的减少来描述，但本教示可关于多个废蒸汽中的任意一个而使用，例如，作为非限制示例，所述多个废蒸汽为来自柴油、汽油、涡轮、燃料电池、喷气或任何其他输出泄放流路的动力源的废蒸汽。而且，本教示可关于减少多个不希望的排放物中的任意一种而使用。

图1示出用于减少来自柴油机21的排气的NOx排放物的示例性污染控制系统。在图1中，系统的元件之间的实线代表试剂的流体线路，虚线代表电连接。本发明的系统可包括用于盛放试剂的试剂盒10和用于从盒10输送试剂的输送模块12。试剂可谓尿素溶液、烃、烷基酯、酒精、有机化合物、水等，并可为其混合或组合。还应该认识到，一种或多于一种试剂可存在于系统中并可单独或组合使用。盒10和输送模块12可形成集成式试剂盒/输送模块。电子喷射控制单元14、低压喷射器模块16和具有至少一个催化剂床17的排气系统19也被提供作为系统的一部分。

输送模块12可包括泵，其将试剂从盒10通过内联过滤器23经由供应线路9供应。试剂盒10可为聚丙烯、涂覆碳钢的环氧树脂、PVC或不锈钢，且根据应用(例如，车辆尺寸、车辆的预期用途等)设定尺寸。过滤器23可包括具有可移除卡盘的由刚性塑料或不锈钢构成的壳体。压力调节器(未示出)可被提供用于将系统保持在预定压力设定点(例如约60-80psi的相对低压，或者在一些情况下约60-150psi的压力)，并可位于来自试剂喷射器16的返回线路35中。压力传感器可被提供在通向试剂喷射器16的柔性线路中。该系统也可并入各种防冻策略，以对冻结的尿素解冻或防止尿素冻结。例如，在系统操作期间，不论喷射器是否将试剂释放到废气中，试剂都在盒10与试剂喷射器16之间连续循环，以冷却喷射器并最小化喷射器中的试剂的停留时间，从而试剂保持冷却。连续的试剂循环对于温度敏感的试剂，例如含水尿素是必须的，其往往在暴露于300℃到650℃的高温下(这可能在发动机排气系统中经历)时固化。已发现重要的是将尿素混合物保持低于140℃并优选在5℃到95℃的较低操作范围内，以提供安全裕度，从而确保防止尿素固化。如果形成固化的尿素，则其会腐蚀喷射器的移动部件和开口，最终使喷射器无法使用。将意识到，流动速率将取决于发动机尺寸和NOx水平。

所需的试剂量可随负载、发动机RPM、发动机速度、废气温度、废气流量、发动机燃料喷射定时和希望的NOx减小量而改变。发动机操作参数中的所有或一些可经由发动机/车辆数据总线从发动机控制单元27供应到试剂喷射控制器14。如果卡车制造商同意提供该功能，则试剂喷射控制单元14也可被包括作为发动机控制单元27的一部分。

废气温度、废气流量和排气背压可由相应的传感器测量。

基于电压的最小试剂水平开关或程序控制逻辑可用于防止喷射系统干涸和过热。一旦达到盒10中的最小试剂水平，则将停止喷射，且故障灯和/或文本警告将在车辆的驾驶室中发光。

喷射速率可通过利用喷射控制策略或映射表对试剂喷射控制单元14编程而设定，如于2005年9月13日公布的名称为“汽车柴油选择性催化还原系统和方法”的本申请人共有的共同悬而未决的美国专利No.6,941,746中所描述的那样，该美国专利通过引用合并于此并作为本文的一部分。如其中所述，喷射策略可通过在车辆上临时安装NOx检测器25而形成。NOx检测器25可为具有采样系统的传感器或计量器。图1示出NOx计量器25，其分析排其系统19外部某一位置处的气体浓度或质量。

图2示出根据本发明的试剂喷射器16的示例性实施例的剖视图，其可被使用在图1所示的系统中。试剂喷射器16可包括具有上部18a和下部18b的喷射器主体18。细长圆柱形室30可被设置在喷射器主体18内。室30可与涡流板50流体连通，涡流板50具有出口孔22，当涡流板50被安装在柴油发动机上时，出口孔22通向柴油发动机的排气系统19(图1)内的废气。阀座24可围绕出口孔22，阀座24可具有任何实际形状，但优选为圆锥形(例如，如图3B所示)。采用细长计量塞26形式的阀构件可以被可滑动地安装在室30内。

图3A示出涡流板50的俯视图。图3B示出涡流板50的剖视图。图3C示出涡流板50的仰视图。如根据图3A可见，涡流板50可包括多个涡流槽51(即，两个或多于两个)，其围绕阀座24并在围绕计量塞26(见图2)的端部28的区域中形成涡流室52。应该认识到，涡流槽51可限定多种形状中的任意一种，其足以形成充分的试剂流量，以引入废蒸汽。作为非限制示例，涡流槽51可以各种角度、偏移和径向方位设置，或可限定角对称/不对称等。每个涡流槽51也可限定各种轮廓，包括直的、弓形的、非线性的等，以及各种尺寸，包括宽度和长度。如图3B所示，当涡流室52由圆锥形阀座24限定时，涡流室52可为圆锥形涡流室。如根据图3A和3B可见，阀座24围绕出口孔22，以从涡流室52散发雾化试剂。涡流板50可通过保持盖74依附到下喷射器主体18b。

在所示的示例性构造中，流体保持衬垫60可介于涡流板50与下喷射器主体18b之间，以防止试剂在涡流板50、喷射器主体18和保持盖74的配合表面之间泄漏。衬垫可包括硅材料。上喷射器主体18a可包括若干密封O形圈76，介于上喷射器主体18a和下喷射器主体18b的配合表面之间、下喷射器主体18b和底板75的配合表面之间、底板75和线圈38的配合表面之间以及线圈38和上喷射器主体18a的配合表面之间，以防止试剂泄漏。

图4A和4B分别示出计量塞26的示例性实施例的剖视图和外部视图。计量塞26可具有端部28，其形成为密封地接合阀座24，由此关闭出口孔22，以使出口孔22不与涡流室52流体连通。计量塞26可在涡流室52内在图2所示的关闭位置和其中端部28从与阀座24密封接合移开的打开位置之间移动。在打开位置，出口孔22被打开以与涡流室52流体连通。

试剂可经由试剂入口34(图2)被输送到涡流室52。试剂入口34可与涡流室52流体连通，并可经由供应线路9在外部连接到盒10。试剂可在预定压力设定点被泵送到试剂入口34并泵送到涡流室52中。加压试剂可在涡流槽51中被加速到高速。这在涡流室52中产生高速旋转流。当计量塞的端部28从阀座24移开时，试剂的旋转流的一部分被传送通过出口孔22，其中在试剂喷射到废蒸汽中时，由于离心力和空气对试剂的剪切的组合而发生雾化。

预定压力设定点可响应操作条件而改变，以提供增大的操作范围和来自出口孔22的变化喷射形式中的至少之一。

为了实现出口孔22的打开和关闭，可提供致动器，例如采用安装在喷射器主体18中的磁性线圈38的形式。当磁体38被激励时，计量塞26从关闭位置向上牵引到打开位置。底板75和上喷射器主体18a可由磁性不锈钢构成，以提供磁化表面，并保持防腐蚀特性。下喷射器主体18b可由例如316型不锈钢的非磁性不锈钢构成。这增强底板75处的磁特性的隔离，并限制计量塞26被朝向出口孔22磁化的可能性。磁体可例如响应来自图1的电子控制器14的信号而被激励，当试剂需要用于废蒸汽中的NOx排放物的选择性催化还原时，电子控制器14基于传感器输入信号和其预编程算法来判定。

图5示出连接到排气管80的试剂喷射器16的外部视图。电连接部82可被提供用于向试剂喷射器16提供控制信号，例如来自试剂喷射控制器14(图1)的信号。磁性线圈38可由具有脉冲宽度调制数字信号的12-24 VDC电流激励。

如图4A所示，计量塞26包括中空部90，该中空部90可经由计量塞26中的孔92与涡流室52流体连通。计量塞26的中空部90可至少在喷射器主体18的下部18b(图2)内延伸。未从出口孔22排出的来自涡流室52的加压试剂可通过计量塞26的中空顶部94中的出口部被驱使到孔92、中空部90并最终到出口36中。试剂出口36可如图2所示定位，以将试剂从计量塞26的中空部90的顶部94移除。试剂出口36可在外部连接到返回线路35(图5)，由此允许试剂从图1的盒10循环流动通过供应线路9、通过试剂入口34、进入到涡流室52中、通过孔92、通过计量塞26的中空部90、离开中空顶部94中的出口部并进入到试剂出口36中、通过返回线路35并返回到图1的盒10中。该循环使试剂喷射器16保持冷却，并使试剂在喷射器中的停留时间最小化。试剂入口34、试剂出口36和计量塞26的中空部90可提供用于供试剂流动通过试剂喷射器16的流动路径，由此使试剂喷射器16能够冷却。用于供试剂通过试剂喷射器16的流动路径可与计量塞26的位置无关。应该认识到，这种流动路径(和/或本附图所例示的流动路径)的特殊次序可改变，而不背离本教示的精神。因此，除非另外声明，否则这种变化被认为在本申请的范围内。计量孔37可被提供用于控制流动通过试剂喷射器16的冷却试剂的量。

因此，例如，含水尿素在与该冷却的试剂喷射器16一同使用时，在试剂喷射器16内的任何位置特别是在涡流室52的区域中都不会固化。如果允许被固化，则尿素可防止计量塞26适当地坐靠，或可导致计量塞26在打开或关闭位置卡住和/或出口孔22可变得被阻塞。另外，高温对试剂、移动部件和阀的开口的有害影响被避免。例如，通过直接冷却喷射器，与仅仅在阀座的区域中提供冷却的现有技术相比实现了提高的性能。进一步，增大的冷却延长喷射器部件的寿命，包括计量塞26和关联的致动部件以及阀座24。提供在喷射器主体的上部18a的外部上的冷却肋72提供额外的冷却能力。

作为示例，每小时约10加仑的试剂可循环通过喷射器，这大于从出口孔22分配的试剂量。该流动速率可根据应用而变化。在计量塞26的端部28从阀座24移开时，根据应用和/或所使用的控制算法，雾化试剂可以约1-600克每分钟的速率或更优选地以约3-500克每分钟的速率排出。从出口孔22排出的试剂的飞溅特性可根据在返回和供应线路中保持的压力的压力比而变化。例如，液滴的尺寸可通过改变供应线路9中的压力进行控制。另外，飞溅特性可通过更换不同的喷射板而改变。例如，通过保持盖74依附到喷射器主体的涡流板50可被移除并更换为具有不同尺寸的出口孔22、不同数量的涡流槽51或不同长度、深度或宽度的涡流槽的涡流板。进一步，喷射板在依附到喷射器主体的下部18a时可被配置为提供更大或更小的涡流室52。试剂循环速率也可通过修改计量孔37的内直径来改变。改变试剂循环速率使液滴尺寸变化并影响试剂提供的冷却水平。

计量塞26的圆形引导部32可提供主要引导功能，用于使计量塞26在室30内滑动。圆形引导部32与室30之间的公差足以允许计量塞26的相对运动和润滑，同时还引导计量塞的运动。

大体上，在计量塞26和室30之间的各个部分所需的特定公差将根据操作温度、操作压力、希望的流动速率和试剂的循环速率、试剂的摩擦性质和针对计量塞26和喷射器主体18选择的材料而改变。针对最佳喷射器性能的公差可通过现场试验而用实验方法得到。

如图2可见，计量塞26可在关闭位置由偏压构件偏压，偏压构件例如可采用与计量塞26的中空顶部94同轴布置的卷簧42的形式，中空顶部94用作弹簧座，弹簧42可抵靠该弹簧座而推动，以偏压计量塞26。

在所示构造中，绝热板58可在外部安装到涡流板50，保持盖74防止来自废气的热被传送到涡流板50和喷射器主体18，同时提供加热的表面，从而确保不小心接触喷射器主体的液滴不会形成沉积物。例如，绝热板58可由因科镣合金制成。可替换地，出口孔22可从喷射器16凹入，或者移动到涡流板50的外部或喷射端，由此增大喷射角α，并还允许较大范围的喷射角，同时保持冷却性质。热衬垫70可由覆盖有不锈钢材料的柔性石墨箔制成，其较低的热导率用于将喷射器主体18和涡流板50与热排气管80隔离，降低到试剂喷射器16的传导热传递，并由此帮助保持在阀内循环的试剂冷却。

计量塞26可由优选涂覆有涂层的430C或440F型不锈钢制成，其保持尿素的防腐性质和磁性，同时减小在喷射器的寿命期间产生的金属疲劳。涡流板50可由因科镣合金或316型不锈钢制成并涂覆有涂层，其保持尿素的防腐性质，同时减小在试剂喷射器16的寿命期间产生的金属疲劳。底板75可与计量塞26分离，计量塞26可被缩短到针对制造可行的最短长度，以提供显著减小的计量塞质量。计量塞26的减小的质量延长塞的寿命，特别是延伸计量塞的端部28的寿命，其由于重复冲击阀座24而受到磨损和变形。

现在应该认识到，本发明提供用于将尿素水溶液喷射到道路柴油机的废蒸汽中以减少NOx排放物的有利方法和装置。

尽管已结合各种例示的实施例描述了本发明，但在不背离权利要求中阐释的本发明的精神和范围的情况下可以对本发明作出多种修改和改变。

Claims (34)

1.一种用于喷射试剂的雾化喷射器，所述雾化喷射器包括：

具有试剂入口、试剂出口和涡流室的喷射器主体，所述涡流室具有出口孔；

设置在所述涡流室中的多个涡流槽，用于向引入到所述涡流室中的试剂施加旋转速度；

能移动地设置在所述喷射器主体内的计量塞，所述计量塞具有与该计量塞关联的且与所述试剂入口和所述试剂出口连通的中空通道，所述计量塞能在关闭位置和打开位置之间移动；以及

用于供试剂通过所述注入器主体的流动路径，包括所述试剂入口、所述涡流室、所述多个涡流槽、所述中空通道和所述试剂出口，所述流动路径允许所述喷射器在所述计量塞的所述关闭位置和打开位置时的连续冷却。

2.根据权利要求1所述的雾化喷射器，进一步包括：

用于将所述试剂引入到所述喷射器主体的机构；以及

用于提供预定压力设定点以对所述喷射器主体中的所述试剂加压的机构；

其中所述计量塞从所述出口孔计量具有所述旋转速度的所述试剂的精确量。

3.根据权利要求2所述的雾化喷射器，其中所述预定压力设定点响应操作条件而变化，以提供增大的操作范围和变化的喷射形式中的至少之一。

4.根据权利要求2所述的雾化喷射器，其中所述预定设定点改变从所述出口孔计量的所述试剂的液滴尺寸。

5.根据权利要求4所述的雾化喷射器，其中所述液滴尺寸在约50μm SMD或更小的范围内。

6.根据权利要求2所述的雾化喷射器，其中所述预定设定点改变从所述出口孔计量的所述试剂的流动速率。

7.根据权利要求6所述的雾化喷射器，其中从所述出口孔计量的所述试剂的所述流动速率在约1至600克每分钟的范围内。

8.根据权利要求1所述的雾化喷射器，进一步包括将所述计量塞偏压到所述关闭位置的偏压构件。

9.根据权利要求8所述的雾化喷射器，其中所述偏压构件包括相对于所述计量塞同轴设置的卷簧。

10.根据权利要求8所述的雾化喷射器，进一步包括：

在所述关闭位置和打开位置之间致动所述计量塞的致动器，所述致动器具有产生磁力的磁性线圈，当所述磁性线圈被激励时，所述磁力实现所述计量塞抵抗所述偏压构件的滑移运动，并由此将所述计量塞在所述涡流室内从所述关闭位置移动到所述打开位置，以使试剂能够从所述涡流室通过所述出口孔释放。

11.根据权利要求1所述的雾化喷射器，其中所述中空通道基本上延伸通过所述计量塞的一定长度。

12.根据权利要求11所述的雾化喷射器，进一步包括：

设置在所述计量塞的接近所述涡流室的第一端中的多个孔，所述多个孔与所述中空通道连通；以及

设置在所述计量塞的第二端中的出口，所述出口与所述中空通道连通，从而用于供试剂通过所述喷射器主体的所述流动路径延伸通过所述试剂入口、所述涡流室、所述多个涡流槽、所述计量塞的所述多个孔、所述中空通道、所述出口、以及所述试剂出口，而与所述计量塞的位置无关。

13.根据权利要求1所述的雾化喷射器，进一步包括：

围绕所述出口孔的绝热板，所述绝热板具有从中通过的与所述出口孔对准的孔道，由此允许从所述涡流室释放的试剂穿过所述绝热板。

14.根据权利要求13所述的雾化喷射器，其中所述绝热板包括：

围绕所述出口孔的板；和

布置在所述板上的绝缘材料层。

15.根据权利要求1所述的雾化喷射器，其中所述涡流室包括能移除的涡流板。

16.根据权利要求1所述的雾化喷射器，其中在所述打开位置，雾化试剂从所述出口孔以约1至600克每分钟的速率散发。

17.根据权利要求1所述的雾化喷射器，进一步包括：

在所述试剂出口中的用于控制流动通过所述流动路径的所述试剂的量的计量孔。

18.根据权利要求1所述的雾化喷射器，进一步包括：从所述喷射器主体延伸的多个散热片。

19.根据权利要求1所述的雾化喷射器，其中所述喷射器主体和所述计量塞中的至少一个包括不锈钢。

20.根据权利要求1所述的雾化喷射器，其中所述喷射器主体和所述计量塞中的至少一个包括热塑性塑料。

21.根据权利要求1所述的雾化喷射器，其中所述喷射器主体和所述计量塞中的至少一个包括热固塑料。

22.根据权利要求1所述的雾化喷射器，其中所述喷射器主体和所述计量塞中的至少一个包括与尿素兼容的材料。

23.根据权利要求1所述的雾化喷射器，其中所述喷射器主体中的所述试剂的压力在约60至150磅每平方英寸的范围内。

24.根据权利要求1所述的雾化喷射器，其中所述多个涡流槽包括至少两个涡流槽。

25.根据权利要求1所述的雾化喷射器，其中所述涡流槽横切于所述计量塞的纵向轴线布置。

26.根据权利要求1所述的雾化喷射器，其中所述试剂入口接近所述涡流室。

27.一种用于喷射雾化试剂的方法，包括：

将试剂引入到喷射器主体；

通过使所述试剂循环通过设置在所述喷射器主体中的涡流室向所述试剂施加旋转速度，所述涡流室具有多个涡流槽；

将设置在所述喷射器主体内的计量塞选择性地在关闭位置和打开位置之间致动；

提供通过所述喷射器主体的流动路径，所述流动路径包括设置在所述喷射器主体中的试剂入口、所述多个涡流槽、所述涡流室、与所述计量塞关联的中空通道和设置在所述喷射器主体中的试剂出口；

使所述试剂连续循环通过所述流动路径，由此实现所述喷射器在所述计量塞的所述打开位置和关闭位置时的连续冷却；以及

当所述计量塞处于所述打开位置时从所述涡流室的出口孔计量雾化试剂。

28.根据权利要求27所述的方法，其中用于所述冷却的循环通过所述喷射器主体的试剂量大于从所述出口孔计量的试剂量。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述试剂包括尿素溶液。

30.根据权利要求27所述的方法，其中所述试剂包括烃。

31.根据权利要求27所述的方法，其中所述试剂包括烷基酯。

32.根据权利要求27所述的方法，其中所述试剂包括酒精。

33.根据权利要求27所述的方法，其中所述试剂包括有机化合物。

34.根据权利要求27所述的方法，其中所述试剂包括水。

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