CN103649479A - 流体冷却喷射器和使用流体冷却喷射器的排气后处理系统、车辆和方法 - Google Patents

Abstract

一种流体冷却喷射器，该流体冷却喷射器包括喷射器本体和导热罩，该喷射器本体包括喷射器尖端和冷却通道，喷射器尖端包括喷射器孔，该导热罩包括导热罩孔，该导热罩孔与喷射器孔共轴地布置，导热罩与喷射器尖端及喷射器本体中的至少一个直接接触。还公开了包括这种喷射器的排气后处理系统和车辆，以及涉及这种喷射器的用途的方法。

Description

流体冷却喷射器和使用流体冷却喷射器的排气后处理系统、车辆和方法

技术领域

本发明总体上涉及流体冷却喷射器，更具体地，涉及如下这种喷射器：它包括导热罩，以便于从喷射器尖端的热传递。

背景技术

在用于柴油发动机的排气后处理系统中，虽然当第七喷射器被用于提高排气温度时存在有其它情况，但典型的是使用所谓的第七喷射器将燃料喷射到排气流中以提高排气流的温度，通常是为了使排气后处理系统中的柴油颗粒过滤器再生。在长途运输卡车所用的柴油发动机中，这些喷射器趋于每20-40,000英里阻塞一次。这些喷射器的阻塞导致了很多问题，过去，通常通过进行空气吹扫来解决阻塞，而这很浪费时间和燃料。

发明人已公开了他们所理解的，即，这种阻塞问题背后的机制，并且提出了一种解决该问题的简单解决方案。发明人认识到，当柴油燃料被加热到大约180-230℃时，该燃料趋向变粘并可能粘附于表面。进一步的研究显示，在该温度范围内，碳烟和燃料的混合物能够牢固地固结在金属表面上。高于该温度范围，该固结的混合物变得松散，通常会容易地从表面脱离，而当低于该温度范围，碳烟和燃料的混合物通常不会粘附于表面。

发明人注意到，车辆中的第七喷射器的尖端周围的温度能够从大约100-280℃变化，这取决于发动机应用和运行情况。他们相信，这解释了为什么有些车辆趋于发生阻塞，但其它车辆不会，这是因为第七喷射器的尖端处的温度变化。对于某些车辆和情况来说，第七喷射器的尖端周围的温度能够在大约180-230℃的范围内，在该范围，燃料趋于变粘并粘附于表面，因此，趋于阻塞这些车辆中的第七喷射器。

希望提供一种针对第七喷射器的阻塞问题的解决方案。还希望提供一种仅少量使用或不过度使用燃料来克服阻塞问题的解决方案，该解决方案实施起来成本低，并适于在现有的车辆上改进。

发明内容

根据本发明的一方面，流体冷却喷射器包括：喷射器本体，该喷射器本体包括喷射器尖端和冷却通道，该喷射器尖端包括喷射器孔；和导热罩，该导热罩包括导热罩孔，该导热罩孔与喷射器孔共轴地布置，导热罩直接接触喷射器本体和喷射器尖端中的至少一个，以将热量从喷射器尖端传递到冷却的喷射器本体。

根据本发明的另一方面，提供了用于流体冷却喷射器的导热罩，该流体冷却喷射器包括喷射器本体，该喷射器本体包括喷射器尖端和冷却通道，该喷射器尖端包括喷射器孔。导热罩包括：第一部分，该第一部分具有适于与喷射器孔共轴地布置的导热罩孔；和第二部分，该第二部分与第一部分分离，所述第一部分和第二部分中的至少一个适于与喷射器本体直接接触。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于使排气后处理中的柴油颗粒过滤器(DPF)再生的方法，该方法包括：将燃料通过喷射器的喷射器尖端中的喷射器孔喷射到DPF中或喷射到DPF的上游；通过使冷却剂循环通过喷射器中的通道来冷却喷射器的主体，所述喷射器尖端从喷射器的主体延伸；以及，经由导热罩从喷射器尖端传递热量，该导热罩与喷射器尖端及围绕该喷射器尖端的主体中的至少一个直接接触，并且该导热罩包括与喷射器孔共轴地布置的导热罩孔。

根据本发明的另一个方面，所述导热罩可以包括材料涂层，以防止燃料和排气成分粘附于该罩。合适的材料可以是

或另一种非粘性的涂层。优选地，该涂层材料被涂布于所述导热罩的、暴露在排气流中的表面。

附图说明

通过结合附图阅读以下的详细描述，会很好地理解本发明的特征和优点，其中，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1A是根据本发明一方面的喷射器的示意性截面图；

图1B是根据本发明一方面的喷射器的一部分的示意性截面图；

图2是根据本发明一方面的导热罩的截面图；并且

图3示意性地示出了根据本发明一方面的发动机和排气后处理系统的一部分。

具体实施方式

图1A示出了根据本发明一方面的流体冷却喷射器21。喷射器21包括喷射器本体23，该喷射器本体23包括喷射器尖端25和冷却通道27，冷却剂（未示出）循环通过该冷却通道27。通常，该冷却通道27呈环形并环绕中心通路28，中心通路28通向喷射器尖端中的喷射器孔29。

喷射器21还包括导热罩31，导热罩31便于将热量从喷射器尖端25（更具体地，从该喷射器尖端的围绕喷射器孔29的出口的部分33）传递到被冷却的喷射器本体23，以使围绕喷射器孔的出口的所述部分的温度保持低于临界温度，即，通常低于大约180℃。该导热罩包括导热罩孔35，该导热罩孔35与喷射器孔29共轴地布置。该导热罩31直接接触喷射器本体23和喷射器尖端25中的至少一个（在图1A和1B中，示出了该导热罩31与二者都接触）。图1B和图2中的截面示出了导热罩31。导热罩31通常由至少与喷射器尖端25的构成材料具有相同导热性的材料制成。用于导热罩31的目前优选的材料是铜，但其它材料也是合适的。

喷射器21可以是柴油发动机排气系统中通常所用类型的第七喷射器，如图3所示的第七喷射器。该排气系统可以是用在车辆100中的类型，如概图中示意性地示出的。喷射器21可以布置在柴油发动机37下游并在诸如柴油颗粒过滤器39（DPF）的排气后处理部件中或在该排气后处理部件的上游。喷射器21可以布置成将燃料喷射到排气流中，以便例如提高DPF39中的温度，从而使该DPF再生。喷射器21可用于除了在再生期间提高DPF的温度之外的其他目的，然而，这是这种喷射器的一种典型应用。

喷射器本体23包括主体部分41，并且喷射器尖端25包括从该主体部分延伸的柱形部分43。柱形部分43可以是大致圆柱形的或者是一系列阶梯状的圆柱形部分，如图1A至1B所示，这些形状能够便于制造，或者也可以是其它形状。为了便于从柱形部分43（更具体地，从喷射器尖端25的围绕喷射器孔29的部分）的热传递，通常希望该柱形部分没有主体部分41宽大。

导热罩31可以与柱形部分43的至少一部分直接接触，该至少一部分通常至少是喷射器尖端25的围绕喷射器孔29的出口的部分33，其典型地是该柱形部分的围绕喷射器孔的顶表面。如图1B可见，导热罩31可以与柱形部分43的至少一部分间隔开，从而该导热罩可以仅在围绕喷射器孔29的出口的所述部分33处与该柱形部分接触，然而,该导热罩也可接触喷射器尖端25的整个外表面。导热罩31也能够或替代地与主体部分41直接导热接触。为了便于导热罩31与该喷射器之间的热传递，尤其是被冷却的本体部分41与喷射器尖端25之间的热传递，可以在导热罩与该本体部分及尖端之间涂有散热膏。

希望将该导热罩31的接触限制为与喷射器尖端25的围绕喷射器孔29的部分33直接接触以及与冷却的主体部分41的直接接触，并最小化了导热罩在喷射器尖端的其它部分处的接触，以更好地确保将热量从围绕喷射器孔的部分传递开，从而更好地确保喷射器尖端的上述部分被冷却到低于临界温度。因此，如图1B可见，在喷射器尖端25的外壁表面47、49、51与导热罩31的内壁表面53、55、57之间可以设有空的空间45。

在图1B中，导热罩31的外侧表面（即，与面向喷射器21的一侧相反的表面）旨在暴露于排气和未燃烧的碳氢化合物（燃料）中。为了避免排气成分和燃料粘附于导热罩，该导热罩的暴露的外表面可以涂有非粘性涂层，例如或其他合适的涂料。

导热罩31能够以任何合适的方式固定到喷射器21。图1B示出了：借助于导热罩31的内表面59与喷射器尖端25的外表面61之间的过盈配合，将导热罩31固定到喷射器21。若不使用过盈配合，喷射器25和导热罩31也可具有螺纹连接部，或者，例如可通过熔焊、铜焊、某些合适的紧固件或者通过诸如环氧树脂的粘合剂将该导热罩固定到主体部分41。

导热罩31可以具有各种形状，然而，目前优选的形状包括第一部分63，该第一部分63具有导热罩孔35，其中，导热罩孔和喷射器孔被共轴地布置。第一部分63能够适于通过喷射器尖端的围绕喷射器孔29的部分33而与喷射器尖端25接触。导热罩31的第二部分65与第一部分63分离，并能够适于与喷射器本体23及喷射器尖端直接接触。导热罩31包括大致柱形的壁67，该壁67包括内表面53、55、57和59，这些内表面53、55、57和59限定了用于接纳喷射器尖端25的开口。导热罩31的第二部分65能够包括环绕第一部分63布置的凸缘69。

在根据本发明一方面的方法中，通过经由喷射器21的喷射器尖端(25，见图1A至图2)中的喷射器孔（29，见图1A至图2）将燃料喷射到DPF中或喷射到DPF的上游，使图3所示的排气后处理系统的DPF39再生。通过使冷却剂循环通过喷射器21中的通道（27，见图1A）来冷却喷射器21的主体（41，见图1A至图1B），喷射器尖端从喷射器21的主体延伸。来自喷射器尖端的热量经由导热罩（31，见图1A至2）而被传递，该导热罩与喷射器尖端及围绕喷射器尖端的所述主体中的至少一个直接接触。喷射器尖端25的围绕喷射器孔29的部分33的温度被保持在比大约180℃的临界温度（当高于该临界温度时，柴油机燃料趋于变粘并粘附于喷射器尖端）低的温度，因此，降低了阻塞的可能性。能够控制冷却剂流量，以响应于不同条件来调整喷射器尖端25的部分33的温度。

本发明的各个方面提出了通过防止第七喷射器尖端处的温度处于如下温度范围内来解决第七喷射器的阻塞问题：在该温度范围内，柴油燃料趋于变粘并粘附于金属。通过在常规的第七喷射器上使用简单的导热罩，提供了一种解决方案，它仅少量使用或不过度使用燃料来克服阻塞问题，该解决方案实施起来成本低，并适于在现有的车辆上改进。

在本申请中，使用的诸如“包括”的术语是开放的，并且，旨在与诸如“包括”的术语具有相同的意思，但不排除其它结构、材料或行为的存在。相似地，虽然所使用的诸如“能够”或“可以”的用语旨在是开放的，并且旨在表明结构、材料或行为是非必要的，但是，没有使用这种术语也不旨在表明其结构、材料或行为是必要的。对于当前被认为必需的结构、材料或行为，它们像这样同样地被标识。

虽然，根据优选实施例，已经图示和描述了本发明，但是应该意识到的是，可在不脱离在权利要求中阐述的本发明的前提下，在其中做变型和变化。

Claims (17)

1.一种流体冷却喷射器，包括：

喷射器本体，所述喷射器本体包括喷射器尖端和冷却通道，所述喷射器尖端包括喷射器孔；和

导热罩，所述导热罩包括导热罩孔，所述导热罩孔与所述喷射器孔共轴地布置，所述导热罩与所述喷射器本体及所述喷射器尖端中的至少一个直接导热接触。

2.如权利要求1所述的流体冷却喷射器，其中，所述喷射器本体包括主体部分，并且所述喷射器尖端包括从所述主体部分延伸的柱形部分。

3.如权利要求2所述的流体冷却喷射器，其中，所述导热罩与所述柱形部分的至少一部分直接接触。

4.如权利要求2所述的流体冷却喷射器，其中，所述导热罩直接接触所述柱形部分的围绕所述喷射器孔的顶表面。

5.如权利要求2所述的流体冷却喷射器，其中，所述导热罩与所述柱形部分的至少一部分间隔开。

6.如权利要求2所述的流体冷却喷射器，其中，所述导热罩直接接触所述主体部分和所述柱形部分。

7.如权利要求1所述的流体冷却喷射器，其中，所述导热罩由至少与所述喷射器尖端具有相同导热性的材料制成。

8.如权利要求1所述的流体冷却喷射器，其中，所述冷却通道呈环形并环绕通向所述喷射器孔的中心通路。

9.如权利要求1所述的流体冷却喷射器，其中，所述导热罩在外表面上包括非粘性材料。

10.一种用于发动机的排气系统，所述发动机包括柴油颗粒过滤器和根据权利要求1所述的流体冷却喷射器，所述流体冷却喷射器在所述柴油颗粒过滤器的上游。

11.一种车辆，其包括根据权利要求10所述的发动机和排气系统。

12.一种用于流体冷却喷射器的导热罩，所述流体冷却喷射器包括喷射器本体，所述喷射器本体包括喷射器尖端和冷却通道，所述喷射器尖端包括喷射器孔，所述导热罩包括：第一部分，所述第一部分具有适于与所述喷射器孔共轴地布置的导热罩孔；和第二部分，所述第二部分与所述第一部分分离，所述第一部分和所述第二部分中的至少一个适于与所述喷射器本体直接接触。

13.如权利要求12所述的导热罩，其中，所述导热罩包括大致柱形的壁，所述壁限定用于接纳所述喷射器尖端的开口。

14.如权利要求12所述的导热罩，其中，所述导热罩的第二部分包括从所述第一部分延伸并环绕所述第一部分的凸缘。

15.如权利要求12所述的导热罩，其中，所述导热罩由铜制成。

16.如权利要求12所述的导热罩，其中，所述导热罩在外表面上包括非粘性材料。

17.一种使排气后处理系统中的柴油颗粒过滤器（DPF）再生的方法，包括：

将燃料通过喷射器的喷射器尖端中的喷射器孔喷射到所述DPF中或喷射到所述DPF的上游；

通过使冷却剂循环通过所述喷射器中的通道来冷却所述喷射器的主体，所述喷射器尖端从所述喷射器的主体延伸；以及

经由导热罩从所述喷射器尖端传递热量，所述导热罩与所述喷射器尖端及围绕所述喷射器尖端的所述主体中的至少一个直接接触，并且所述导热罩包括与所述喷射器孔共轴地布置的导热罩孔。

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