CN103620174A - 用于注射流体的注射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将流体注射到废气处理装置(15)中的注射装置(1)，其具有设置在注射器支架(3)中的注射器(2)，其中注射器(2)具有供应开口(4)，并且注射器支架(3)的部件(5)延伸到供应开口(4)中。这种类型的注射装置(1)特别适合于将尿素/水溶液供给到机动车的废气处理装置(15)中。部件(5)优选地在纵向方向(23)中为刚性并且通过可变形的橡胶壳体而在径向方向(24)中被压缩，以补偿如果溶液冻结而产生的溶液体积膨胀。

Description

用于注射流体的注射装置

技术领域

本发明涉及一种用于将流体注入到废气处理装置中的注射装置，其具有设置在注射器支架中的注射器。

背景技术

所熟知地是，为了净化内燃机废气的目的，可以针对性的方式将流体供应到废气处理装置处，例如以实现废气组分的化学转化。所述类型的流体例如是氧化剂或还原剂。作为流体，所使用的特别是尿素水溶液。尤其通常用于降低废气中的有害的氮氧化物的32.5%的尿素水溶液可在例如在商品名

下获得。通过所述类型的尿素水溶液，可在废气处理装置中进行选择性催化还原[SCR]方法。可通过具有注射器的注射装置来进行流体的计量式加入。可以针对性地重复打开和关闭注射器，以便按计量方式来供应流体。

在这种注射装置的情况中，通常必须要考虑所供应的流体可形成沉淀物。这种沉淀物通常处于注射装置中，特别是处于注射器的区域中。在所述区域中，用于待供应到注射器的流体的流动路径通常具有结构性引发的分流部和扩宽部，其会导致待供应的流体减慢和/或形成漩涡。这有助于形成沉淀物。此外，在注射装置处通常会遇到非常大的温度波动。这也加剧了沉淀物的形成。特别是，如果使用尿素水溶液作为该流体，则升高的温度（在排放系统附近）可导致已经处于注射装置内的尿素水溶液发生化学变化，这会加速沉淀物的形成。同样，必须考虑地是，流体也会在低温下冻结，因此会由于体积膨胀而导致损坏和/或堵塞注射器。

发明内容

以此为出发点，本发明的目的是至少部分地解决对于现有技术中突出存在的问题。特别是，公开了一种注射装置，其技术结构简单，并且改善了在温度波动情况下的注射器的功能。

通过根据权利要求1的特征的注射装置实现了所述目的。在从属权利要求中说明了注射装置的其他有益实施方案。应当注意地是，在权利要求中单独说明的特征可以任何所希望的技术上适当的方式相互结合并且形成本发明额外的实施方案。说明书，特别是结合附图更详细地描述了本发明并且说明了额外的示例性实施方案。

因此，本发明涉及用于将流体注入到废气处理装置中的注射装置，所述注射装置具有设置在注射器支架中的注射器，其中注射器具有供应开口，并且部件延伸进入供应开口中。

如果部件在定向为与供应开口平行的纵向方向中（大体）是刚性的，并且其在相对于纵向方向的径向方向中是至少部分地可压缩的，则所描述的注射装置是特别有益的。

注射装置特别适合于将流体注射到废气处理装置中。特别地，流体是还原剂或尿素水溶液。因此，这里特别提出的是用于将尿素水溶液注射到机动车的废气处理装置的排放管路中的注射装置。

通过延伸进入到注射器的供应开口中的部件，首先能够加速进入到注射器的流体的流动。此外，可将进入到注射器的流动路径或流动均匀化。通过该部件，也能够使将（否则）流动较少地（有效地）经过的区域经受较好的流动或较好的清洁，使得在所述区域中更有效地避免沉淀物。此外，可降低在注射器的供应开口的区域中的由连接器导致的或由注射器导致的大的体积，使得甚至在温度波动（沸腾和/或冻结）的情况中也可降低或甚至消除气泡、沉淀物和/或高的冰压。

通过所提出的注射装置，可以特别有效的方式补偿流体的膨胀。例如当流体冻结时，其（例如尿素水溶液）会膨胀。特别是在注射装置的注射器区域中，这是一个问题，这是由于注射器会由于流体的体积增加而被破坏。

注射装置的管路系统（即，特别是注射装置的流体填充的体积）应当优选为尽可能刚性的，以获得注射装置的最大可能的加料准确性。这是由于，管路系统的刚性越大，在操作期间的压力波动对管路系统的体积影响越小。为了在流体冻结时能特别良好地补偿流体的膨胀，高度柔性的管路系统是特别有益的。柔性程度越高，在形成冰的期间在膨胀时所出现的压力越低，并且在冻结过程期间对注射装置（并且特别是对注射器）的破坏几率越低。

已经发现，通过所描述的部件，随着流体在注射装置区域中冻结，借助于管路系统（或流体填充的体积）的特别低的压缩能力，能够实现特别有效地补偿流体膨胀。这里，还原剂的膨胀是特别危险的，这是由于所述膨胀可在供应开口的方向中（在纵向方向中）分流到注射装置的供给导管中。因此，有益地是，这里在供应开口中提供在垂直于供应开口的纵向方向的径向方向中表现出可压缩性（特别是用于膨胀的补偿）的部件。

所述（大体上仅在径向上）可压缩性例如可通过部件相对于供应导管的侧向的移位和/或变形而实现。为了这种目的，适当地是使用提供在部件内的空间，所述空间在冻结过程中提供了用于冰的（可逆的）替代性空间。特别是，在出现冰压的情况下，部件的一部分和/或部件本身能够变形和/或被压缩。

如果该部件通过至少一个与注射器一起设置在注射器支架内的插入物而形成，则注射装置是更加有益的。

为了将注射器保持在其位置中的目的，可将所述类型的插入物设置在注射器支架中。插入物优选地形成注射器的供给导管的部件。供给导管通常通过其他的管路部分与用于流体的输送单元和用于流体的储槽相连。

如果插入物具有与部件和供应开口相通并且延伸穿过注射器支架的供给导管，则注射装置也是有益的。

延伸进入到注射器的供应开口中的部件优选地构造为使得在注射器的供应开口区域中，还原剂可流过经的横截面表现为其与供给导管的横截面大体相致。

如果该部件包括管道，则注射装置是更加有益的。管道例如可形成注射器的供给导管的一个连续部分。所述类型的管道会引起进入到注射器内的流动路径的特别有效的均匀化。所述管道优选地具有与注射器的与供应开口相邻的内导管大体相应的内横截面。

如果该部件具有至少一个穿孔，则注射装置是更加有益的。在所述实施方案中，部件优选地为具有管壁的管道的形式。穿孔（换句话说，多个通道开口、孔等）提供在所述管壁内。管道优选地具有均匀地分布在整个部件上并且由多个开口组成的相同的穿孔。通过所述穿孔，管壁的表面积和体积优选地降低至少20%，其中表面积和体积应当特别优选地降低不多于50%。

也提出了部件由至少一个橡胶防护件而围绕。橡胶防护件进一步阻止了沉淀物的形成。橡胶防护件的表面能单独地阻止沉淀物的永久性粘附。此外，橡胶防护件是弹性的，并且当供给导管内的流体压力波动时，其体积和其形状会变化。橡胶防护件例如可为在部件上的硫化部分。橡胶防护件优选地由可压缩的材料制成。通过橡胶防护件，实现了部件可在径向方向中至少部分地压缩。橡胶防护件也可特别地理解为部件的一个组成部分。该部件又优选地为多部分的形式，并且具有（优选为刚性的）核心和围绕的、柔性橡胶防护件。

部件在橡胶防护件的区域中还可具有粗糙的表面。所述类型的表面为在其上的硫化橡胶防护件提供了特别良好的抓紧。粗糙的表面优选地具有在5μm[微米]和15μm[微米]之间的（平均）粗糙深度RZ。

在一个变体中，橡胶防护件也可收缩式配合到部件上。橡胶防护件例如可以收缩配合软管的方式安装到部件上。在已经将收缩配合软管形式的橡胶防护件安装到部件上之后，通过环境条件中的特定变化来促动并收缩该收缩配合软管。环境条件中的变化例如可为环境温度的短暂增加。由于收缩配合的原因，收缩配合软管或橡胶防护件可紧密地贴合部件。部件表面和收缩软管表面优选地设计为使得在部件和橡胶防护件之间存在高的摩擦系数。该摩擦系数优选地大于0.6，更优选地甚至大于0.8。摩擦系数限定了可在橡胶防护件和部件之间传递的剪应力与作用在橡胶防护件和部件之间的正应力之间的比例。在本情况中，正应力大体上由收缩配合软管随着其收缩到部件上而施加的力来确定。所述摩擦系越大，橡胶防护件在部件上就固定地越稳定，并且橡胶防护件在部件上滑动的风险也较低。

由于所述类型的橡胶防护件例如可单独地形成在管道的内侧和外侧上，因此也能够对一个部件提供多个（不同的）橡胶防护件。

例如，在管道形式的部件的外侧上的橡胶防护件可构造为使得能以有效的方式阻止还原剂沉积物的形成。为了这种目的，在外侧上的橡胶防护件例如可为疏水性的，使得尿素水溶液能够以滴状方式从这里的橡胶防护件处滚落。

还原剂流通常流经管道形式的部件的内侧，使得沉淀物在这里的问题不像在外侧上那么大，在所述外侧上经常存在有新鲜的还原剂流不经常流过的区域。因此，这里橡胶防护件可优选地构造为使得流动的还原剂在橡胶防护件上的摩擦非常低，并且因此部件表现出特别低的流动阻力。为了这种目的，橡胶防护件优选地在管道形式的部件的内侧上表现出特别低的粗糙水平。例如，在内侧上的橡胶防护件的表面具有小于2μm[微米]、优选地小于1μm[微米]的平均粗糙深度RZ。

部件优选地由相对于橡胶防护件为大体刚性的材料制成。因此，当供给导管内的流体压力波动时，保证了部件的基本形状（例如具有管壁的管道形状）不会变形。

橡胶防护件可密封处于注射器供应开口内的部件。橡胶防护件可形成为使得可将部件以形状匹配的方式插入到供给开口中，并且密封部件和供给开口之间的连接。橡胶防护件可在部件和供给开口之间的连接区域内被（轻微）压缩，使得橡胶防护件会通过预载荷顶靠供给开口的壁。

在一个进一步优选的实施方案中，部件具有橡胶防护件和穿孔，其中橡胶防护件至少部分地覆盖了穿孔。当供给管道内的流体的压力显著增加时，（至少一个）橡胶防护件可变形进入穿孔中。例如，如果供给管道内的流体冻结时，这种情况便会发生。这种实施方案可通过作为收缩配合软管施加到部件上的橡胶防护件而以特别有益并且便宜的方式来实现。所述类型的橡胶防护件可毫无问题地延伸穿过穿孔，而不会使穿孔完全被橡胶防护件所覆盖。

由于橡胶防护件与部件的穿孔的结合，额外地能够实现对于注射装置特别有效的冻结保护方式。如果注射装置内的流体冻结，橡胶防护件可变形进入到穿孔中，并且因此补偿由于流体冻结而发生的流体体积膨胀。

橡胶防护件和穿孔的结合优选地提供为使得橡胶防护件仅在处于正常操作压力之上的压力下变形到可延伸进入穿孔中的显著程度。这尤其可通过适当地选择下面的参数而实现：

-穿孔的单个开口的尺寸；

-橡胶防护件的厚度；

-橡胶防护件的弹性模量；以及

-橡胶防护件在穿孔开口上方的张力。

橡胶防护件优选地形成为使得橡胶防护件在低于阈值压力的压力下的变形会导致最多100μl[微升]、优选为最多50μl[微升]、以及特别优选地最多10μl[微升]的最大体积膨胀。阈值压力例如处于3和10bar之间的范围中。在高于阈值压力的压力下，根据压力的进一步增加发生优选大于50μl/bar[微升/巴]、优选大于100μl/bar[微升/巴]的体积膨胀。因此，可保证在正常操作期间填充有还原剂的体积为大体恒定，但是当还原剂冻结时可能有显著的体积膨胀。

在注射装置的一个实施方案中，部件由柔性材料形成。部件可特别地为由柔性材料组成的管道。部件可至少部分地包括或甚至整体上由带有孔隙的材料构成，所述孔隙为封闭的并且填充有可压缩的气体（例如空气）。流体优选地不能透入孔中。当注射装置内的压力升高时，孔隙中的气体可被压缩。因此，部件可被压缩，并且因此所述部件是可压缩的。可任选地是，也可将至少一个刚性结构件提供在部件（或管道）中。所述刚性结构件可防止部件在纵向方向中被压缩。刚性结构件优选在径向方向中对部件的可压缩性没有影响。

对于部件来说，优选将其设计为至少在相对于供给导管的侧向的部分（特别是接近或相邻于注射器的部分）中在纵向方向中比在径向方向中刚度更大。特别地，注射器内的或供给导管内的沿纵向方向的冰压会导致部件的整体移位。相比之下，注射器内的或供给导管内的沿径向方向的冰压会导致部件的变形/压缩（其局部地限制和设置为接近供应开口）。

将部件设计为以提高的速度将流体供应到注射器中也是有益的。部件也可形成为供给导管的缩窄部分。因此可实现注射器的该区域内的流体的加速。通过这种方式可进一步改善阻止沉淀物。

也提出了供应开口具有第一横截面区域，并且第一横截面区域的至少40%由部件填充。优选地，至少50%并且特别优选至少70%的横截面积区域被填充。为了保证流体进入注射器中，部件不言自明不可填充整个横截面区域，并且因此优选不应当超过最多85%的填充比率。因此，以有效的方式降低了注射器的区域内的流体填充体积。这样可阻止沉淀物的形成，这是由于可获得通过流体和流体流动的加速的有效清洁。

在注射装置上提供设计为容纳流体在纵向方向中的膨胀的冰压补偿件是有益的。冰压补偿件优选地在纵向方向中与供应开口相反地设置。冰压补偿件例如为弹性波纹管和/或柔性接合物的形式，当注射装置内的冰压升高（由于流体冻结）时，其可变形和/或被移位。流体的膨胀可在纵向方向中从注射器的供应开口中分流出来，并且在一个特别有益的实施方案中，分流到设置在注射器外侧的冰压补偿件处。冰压补偿件优选地设计为使得在注射装置的操作期间（在通常的操作压力下）其表现出大体上刚性的特征，并且在较高压的情况中开启额外的体积并且容纳流体的膨胀。注射装置内的冰压补偿件的数量和位置可例如与注射装置内的冰形成过程相适应。

如果通过弹簧将注射器保持在注射器支架中，则根据本发明的注射装置是进一步有益的。注射器可通过所述类型的弹簧稳定地设置于注射器支架中，并且同时使用于密封供给导管和注射器的密封件处在弹簧的预载荷下，从而保证了可靠的密封。对于注射器特别有益地是，其与插入物一起保持在注射器支架中，其中插入物形成了供给导管。

通过将注射器保持在注射器支架中，能够以特别有益的方式将冰压补偿件提供在注射装置上。部件优选地设置在弹簧和注射器之间。部件则能够克服弹簧施加的预载荷力而相对于注射器移位。通过部件的移位可补偿在纵向方向中的膨胀。弹簧施加的预载荷力优选地设置为使得在注射装置的操作期间（在正常的操作压力下）部件不会移位。

本发明特别用在机动车中，所述机动车具有内燃机、用于净化内燃机废气的废气处理装置和根据本发明的用于将流体供应到废气处理装置的注射装置。

附图说明

将根据附图更详细地解释本发明。应注意，附图显示了本发明的特别优选的实施方案变体，但是本发明不限于此。特别地，应当注意附图以及特别是所说明的比例仅是示意性的。在图中：

图1显示了注射装置，

图2显示了注射装置的细节，

图3显示了具有不同注射装置的机动车，以及

图4显示了注射装置的进一步细节。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的注射装置1，其具有设置在注射器支架3中的注射器2。注射器2具有电端子18，在所述电端子处可导入用于打开和关闭注射器2的控制信号。注射器2具有插入物9的部件5延伸到其中的供应开口4。插入物9与注射器2一起通过弹簧11设置在注射器支架3中。弹簧11优选为板簧。注射器支架3的上部区域由帽状体16形成。插入物9形成了供给管道10，流体可流经所述供给管道进入注射器2中，或进入注射器2的供应开口4中。

注射器2和插入物9通过O形密封件17相对于周围环境而密封。

为了说明的目的，与供应开口4平行的方向为纵向方向23，垂直于所述纵向方向的方向为径向方向24。

图2以更详细的方式说明了在图1中标出的细节A。所述附图显示了注射器2的插入物9和在其中设置了供应开口4的部分。插入物9的部件5延伸到供应开口4中。插入物9形成了用于将流体供应到供应开口4中的供给导管10。在这种情况中，部件5为（狭窄）管道6的形状，其中管道6的管壁14具有穿孔7。穿孔7优选地由部件5或管壁14中的多个开口或凹陷形成。

部件5或管壁4由硫化橡胶防护件22围绕。橡胶防护件22优选地延伸经过穿孔7。在处于附图右侧中的部件5的区域中，可以看出当供给导管10内的压力升高时，橡胶防护件22如何变形进入到穿孔7中。

注射器2的供应开口4具有第一横截面区域8。所述第一横截面区域8由管道6或管道6的管壁14的横截面区域至少部分地填充。插入物9和注射器2通过O形密封件17相对于周围环境而密封。

图3显示了机动车12，其具有内燃机13并且具有用于净化内燃机13的废气的废气处理装置15。在图3中显示了两个不同的注射装置1。第一注射装置1设置在内燃机13上，并且例如用于将燃料供应到内燃机13中。为了这种目的，所述注射装置1从燃料储槽20来供应燃料。在废气处理装置15（的排放管路）上显示了第二注射装置1，并且所述第二注射装置用于将还原剂供应到废气处理装置15中，其中通过还原剂，在SCR催化转化器（未示出）中可进行内燃机13的废气中的氮氧化物的选择性催化还原。所述注射器1从还原剂储槽19处供给还原剂，其中通过控制器21来根据要求而控制（多个）注射装置1的操作。

图4详细显示了注射装置的另一个实施方案。这里，将不再解释图4中的相应于图2的这些细节，这些细节可以参照关于图2的说明。

在图4中，注射器支架3的部件5同样延伸到注射器2的供应开口4中。在这种情况中，部件5也为管道6的形式。但是，所述管道6不具有穿孔，而是作为替代由柔性的和/或可压缩的材料组成。管道6例如可由带有孔隙26的材料组成，这些孔隙为封闭的并且填充有可压缩的气体（例如空气）。流体优选地不能透入到孔隙26中。当注射装置内的压力升高时，孔隙26内的气体可被压缩。因此，部件5可被压缩（即其固有体积减小），并且所述体积减小可至少部分地补偿由冰导致的膨胀。作为附加或替代，也能够在部件5或管道6中提供至少一个刚性结构件25。所述刚性结构件25可阻止部件5在纵向方向23中被压缩。刚性结构件25优选地在径向方向24中不（显著地）影响部件5的压缩性能。

相对于图的描述也指出了，也可将这里提出的操作和技术特征的功能、模块用于发明本身和/或用于其他图的细节。在阅读本说明书时，本领域的技术人员将易于确定这里为一幅图提出的操作和/或技术细节的功能、模块也可与其他附图的这些特征单独地彼此结合。在这种情况中，仅有的例外是如果这种结合是被明确排除的或技术上不可能的。

附图标记列表

1注射装置

2注射器

3注射器支架

4供应开口

5部件

6管道

7穿孔

8第一横截面区域

9插入物

10供给导管

11弹簧

12机动车

13内燃机

14管壁

15废气处理装置

16帽状体

17O形密封件

18电端子

19还原剂储槽

20燃料储槽

21控制器

22橡胶防护件

23纵向方向

24径向方向

25刚性结构件

26孔隙

Claims (9)

1.一种用于将流体注射到废气处理装置(15)中的注射装置(1)，具有设置在注射器支架(3)中的注射器(2)，其中所述注射器(2)具有供应开口(4)，并且所述注射器支架(3)的部件(5)延伸到所述供应开口(4)中。

2.根据权利要求1所述的注射装置(1)，其特征在于，所述部件(5)在取向为与所述供应开口(4)平行的纵向方向(23)中为刚性，并且在相对于纵向方向(23)的径向方向(24)中能至少部分地压缩。

3.根据上述权利要求中任一项所述的注射装置(1)，其特征在于，所述部件(5)被至少一个橡胶防护件(22)所围绕。

4.根据上述权利要求中任一项所述的注射装置(1)，其特征在于，所述部件(5)具有橡胶防护件(22)和穿孔(7)，并且所述橡胶防护件(22)至少部分地覆盖了所述穿孔(7)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的注射装置(1)，其特征在于，所述部件(5)设计为以提高的速度将流体供应到所述注射器(2)处。

6.根据上述权利要求中任一项所述的注射装置(1)，其特征在于，所述供应开口(4)具有第一横截面区域(8)，并且所述第一横截面区域(8)的至少40%由所述部件(5)所填充。

7.根据上述权利要求中任一项所述的注射装置(1)，其特征在于，在所述注射器(3)上提供有设计为容纳流体在纵向方向(23)中的膨胀的冰压补偿件。

8.根据上述权利要求中任一项所述的注射装置(1)，其特征在于，所述注射器(2)通过弹簧(11)保持在注射器支架(3)中。

9.一种机动车(12)，其具有内燃机(13)，具有用于净化内燃机(13)废气的废气处理装置(15)，并且具有根据上述权利要求中任一项所述的用于将流体供应到废气处理装置(15)的注射装置(1)。

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