CN107869377A - 排气处理设备和用于排气处理设备的喷嘴 - Google Patents

排气处理设备和用于排气处理设备的喷嘴 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于排气处理系统的喷嘴(1)，包括喷嘴体部(10)、活塞(2)和夹在喷嘴体部(10)与活塞(2)之间的弹性件(3)。在喷嘴体部(10)上形成有用于液体还原剂的喷嘴入口(11)和喷嘴孔(14)。用于还原剂的流动通道(12)在喷嘴入口(11)和喷嘴孔(14)之间延伸，喷嘴孔(14)从流动通道(12)朝向喷嘴开口(13)变宽。活塞(2)包括活塞头(21)。活塞头(21)设置在喷嘴孔(14)的内部并构造成选择性地关闭或打开喷嘴孔(14)。弹性件(3)将活塞(2)朝着活塞头(21)关闭喷嘴孔(14)的方向偏压。喷嘴开口(13)的最大直径(D13)大于活塞头(21)的最大直径(D21)。还提供一种用于机动车辆的排气处理装置(5)。

Description

排气处理设备和用于排气处理设备的喷嘴
相关申请
本申请要求于2016年9月23日在德国提交的专利申请No.10 2016 118 043.2的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种使用液体还原剂处理排气的机动车辆排气处理装置。更具体地，本发明涉及一种用于排气处理系统的SCR催化转化器(SCR＝选择性催化还原)的喷嘴。
背景技术
来自燃烧设备、焚烧厂、工业设施的烟道气以及来自燃气轮机和发动机的排气通常含有氧化氮NOX。固体、气体和液体的天然和化石可燃物如煤、天然气、油和木材的热利用形成氧化氮。来自机动车辆和商业车辆的内燃发动机的排气中尤其存在氧化氮。来自柴油发动机的排气中的氧化氮含量特别高。
怀疑氧化氮刺激或伤害人体呼吸系统(特别是二氧化氮NO2)。由于通过反应(2NO2+H2O→HNO3+HNO2)形成硝酸(HNO3)或在气溶胶颗粒中吸收N2O5，随后形成液相NO3 -，氧化氮还与“酸雨”的形成有关。当暴露于UV辐射时，认为氧化氮有助于形成烟雾和臭氧O3。
因此，已经努力减少排气中的氧化氮的量。为此，已知将精确计量的水和尿素CH4N2O的无毒还原剂注入到(仍然热着)的排气流中。这导致氨NH3和二氧化碳CO2的形成。在沿着排气流的注射下游布置的SCR催化转化器中，氨与排气的氧化氮反应产生无害的氮气N2和水H2O。作为还原剂，可以分别以品牌名称AdBlue(欧洲)或Diesel Exhaust Fluid(美国)购买与水混合的尿素(32.5％尿素水溶液)。还原剂可与压缩空气混合或直接以液体形式注入。理论上可以直接使用氨作为还原剂代替尿素，但由于氨的酸性、有害性和毒性等因素而产生问题。
除了在燃料之外还必须提供还原剂的事实之外，用这种特别是液体还原剂处理排气的不利之处在于，还原剂必须以精确比率计量到内燃发动机的氧化氮排放中，从而实现高NOX还原。这要求待处理的排气与还原剂充分混合。通过将还原剂在高压(通常为4.5巴至8.5巴)下注入到待处理的排气所经过的排气道中来促进相应的充分混合。
具有集成主动阀的喷嘴通常用于注入还原剂。这些喷嘴容易发生故障，因为它们经受排放气体的高温并且还需要电能以使其运行。使用带主动阀的喷嘴的一个原因是32.5％尿素水溶液的凝固点在-11.5℃。因此，用于输送尿素溶液的管道系统必须设计成在零度以下的温度下排出。为了排放管道系统，通常打开喷嘴的阀，并且将尿素溶液的泵的流动方向反向，使得管道系统中的尿素溶液返回到提供尿素溶液的储罐中。储罐可具有可加热的构造。使用主动阀的另一个原因是喷射的还原剂的量通常由喷嘴的相应时钟控制。从US 2014/0182271 A1已知相应的系统。使用具有集成主动阀的喷嘴的问题是，当暴露于排气的高温时，这些通常会失效。
从蒸汽涡轮机领域，已知使用被动喷嘴将水注入超临界蒸汽。但是，当用于将还原剂注入热排气道中时，这些喷嘴的喷射模式不能充分促进还原剂和排气的混合。作为各喷嘴的示例，参考WO 2014/055691 A1。
发明内容
实施例提供了一种用于机动车辆的排气处理装置和配置成在该排气处理装置中使用的喷嘴，所述喷嘴增大了坚固性并因此对故障敏感性较低。另外的实施例提供了用于注入还原剂的喷嘴，喷嘴的喷射模式促进还原剂和排气的混合。
用于排气处理系统的喷嘴的实施例包括喷嘴体部、可移动地设置在喷嘴体部内的活塞、以及弹性件(例如弹簧)。喷嘴体部配置有用于液体还原剂的喷嘴入口和用于排出还原剂的喷嘴孔。此外，在喷嘴入口和喷嘴孔之间的喷嘴体部内设置有用于还原剂的流动通道。流动通道使还原剂从喷嘴入口流到喷嘴口。因此，喷嘴孔被成形为使其从流动通道朝向喷嘴开口变宽。换句话说，由喷嘴孔在圆周方向上包围的空截面区域直径从流动通道朝向喷嘴开口增加。喷嘴体部内是具有活塞头的可移动地设置的活塞。活塞头设置在喷嘴孔的内部并且构造成选择性地关闭或打开喷嘴孔。弹性件设置在喷嘴体部和活塞之间，并且在活塞头关闭喷嘴孔的方向上偏压活塞。因此，喷嘴孔的最大直径大于活塞头的最大直径。
根据一个实施例，这些最大直径垂直于流动通道的纵向延伸部或者垂直于活塞的纵向延伸部确定。
因此，喷嘴包括由活塞和与喷嘴孔配合的弹性件形成的集成的被动阀。由于喷嘴被动地操作，因此没有诸如电动马达等有源部件，其非常坚固。喷嘴相对于高温的优异的耐用性允许在需要喷射的还原剂的闪蒸的应用中使用喷嘴。由于喷嘴孔的最大直径大于活塞头的最大直径，所以喷嘴孔至少在操作状态下延伸超过活塞头，活塞头靠接喷嘴孔从而封闭喷嘴孔。这导致在(由于活塞头和喷嘴孔之间的相对运动)打开喷嘴时喷嘴孔提供用于使液体还原剂离开喷嘴的引导区域，从而控制喷射模式。
上述喷嘴在所供应的还原剂的压力下自动打开，还原剂的压力可通过所使用的弹性件(或其弹簧常数)进行调节，并且当所供给的还原剂的压力下降到该压力以下时还自动闭塞。当不需要供给还原剂时，这防止了还原剂流动和灰尘等的渗透。上述喷嘴的输出/计量的量取决于喷嘴开口前后的还原剂液压差。喷嘴的使用进一步导致输送的还原剂的压力由喷嘴(特别是喷嘴中使用的弹性件及其弹簧常数)确定并且基本上是恒定的。此外，喷嘴的打开状态在还原剂的压力基本上恒定的情况下自动适应于还原剂的相应输出，从而产生相应的喷射模式。
根据一个实施例，喷嘴开口垂直于流动通道的纵向延伸部或垂直于活塞的纵向延伸部定向。根据实施例，弹性件设置在喷嘴体部内。根据替代实施例，弹性件设置在喷嘴体部外。
根据一个实施例，喷嘴开口的最大直径比活塞头的最大直径大至少5％，或至少10％。相应的尺寸设置确保喷嘴孔在活塞头的所有或几乎所有位置上延伸超出活塞头。
根据一个实施例，在活塞的每个操作状态下，喷嘴孔周围的喷嘴体部的延伸部在流动通道的纵向方向或活塞的纵向方向(即，活塞头的每个位置相对于喷嘴孔)大于活塞头的延伸部。
根据一个实施例，在活塞头靠接喷嘴孔从而使活塞孔关闭的操作状态下，喷嘴孔延伸超出活塞头达到以下至少一者：
-活塞头(21)的最大直径(D21)的8.6％或8.6％以上；
-活塞头(21)的最大直径(D21)的17％或17％以上；
-活塞头(21)的最大直径(D21)的64％或大于64％；
-活塞头(21)的最大直径(D21)的一半以上。
根据一个实施例，喷嘴孔与活塞头形成对向的角度，该相对角在活塞关闭位置的活塞与喷嘴孔的接触点处大于1°或大于2°或大于3°。相对角导致喷嘴孔附近的还原剂的压力增大并且促进了细微的喷雾模式。
根据一个实施例，在活塞关闭位置的活塞与喷嘴孔的接触点处，喷嘴孔和活塞的纵向延伸部之间形成开口角度，其小于在活塞关闭位置的活塞与喷嘴孔的接触点处的活塞头和活塞纵向延伸部形成的角度。相应的构造允许以简单的方式在喷嘴孔和活塞头之间提供大于1°的相对角。
根据一个实施例，沿着圆周方向被喷嘴孔包围的空截面区域的直径在流动通道的纵向方向上沿着流道的远侧方向以增大的梯度/斜率连续地增大。这导致喷嘴孔的沿着流动通道的纵向的直径变化的一阶导数也是连续的。根据一个实施例，喷嘴孔的直径在活塞的纵向方向上沿着背离活塞脚的方向以增大的梯度连续地增大。这导致喷嘴孔沿活塞纵向方向的直径变化的一阶导数也是连续的。根据实施例，增大的梯度具有抛物线或双曲线连续性，顶点位于流动通道远侧的喷嘴体部的端部。根据替代实施例，喷嘴孔的直径沿着圆形路径在流动通道的纵向方向上前进。喷嘴孔的相应构造允许将喷雾模式调整为不同的还原剂输出。
根据替代实施例，沿着圆周方向被喷嘴孔围绕的空截面区域的直径在流动通道的纵向方向上沿着流动通道的远侧的方向线性地增加。根据另一替代实施例，喷嘴孔的直径在活塞的纵向方向上沿着背离活塞的活塞脚的方向线性地增加。各个喷嘴孔通常具有截头圆锥体的侧面形状，并且特别容易制造。
根据一个实施例，活塞头的直径在活塞的纵向方向上沿着活塞的活塞脚的方向以增大的梯度连续地增大。这导致活塞头沿着活塞的纵向方向的直径变化的一阶导数也是连续的。根据实施例，增大的梯度具有抛物线或双曲线连续性，顶点位于活塞头远侧的活塞头的端部。根据替代实施例，活塞头的直径沿着圆形路径在活塞的纵向方向上前进。活塞头的相应配置允许将喷雾模式调整为不同的还原剂输出。
根据替代实施例，活塞头的直径在活塞的纵向方向上沿着背离活塞的活塞脚的方向线性地增加。
根据一个实施例，喷嘴开口和垂直于活塞的纵向的活塞头的横截面各自为圆形。可以特别简单且高精度地制造各个喷嘴开口和活塞头。
根据替代实施例，喷嘴开口和垂直于活塞的纵向的活塞头的横截面各自为卵形。
根据替代实施例，喷嘴开口和垂直于活塞的纵向的活塞头的横截面各自为几何相似的多边形。
根据替代实施例，喷嘴开口和垂直于活塞的纵向的活塞头的横截面各自为几何相似的不对称形状。使用不对称的横截面允许产生非常显着的喷雾模式。
当喷嘴开口和活塞头的横截面可以通过均匀的缩放彼此变换时，特别认为它们是几何相似的。
根据一个实施例，活塞的活塞脚与活塞头之间的过渡在活塞的纵向上是连续的。根据替代实施例，在活塞脚和活塞头之间沿着活塞的纵向提供弯曲部，这导致活塞的纵向方向上的直径变化的一阶导数不连续。
用于机动车辆的排气处理装置的实施例包括用于液体还原剂的储罐、具有集成的被动阀的喷嘴、用于使液体还原剂从储罐流到喷嘴的喷嘴入口的还原剂管道、沿着还原剂管道定位在储罐和喷嘴之间的还原剂泵，以及用于控制还原剂泵的控制装置。因此，喷嘴可以具有上述配置。在这种情况下，控制装置配置成以可变输出连续地操作还原剂泵和/或喷嘴。
因此，这种排气处理装置不是通过对喷嘴计时(如使用具有集成的主动阀的喷嘴)或通过对还原剂泵计时来进行注入的还原剂的计量。而是还原剂泵连续工作，控制输出液体还原剂的用量。有益的是，避免了在每个计时周期的开始和结束时注入的还原剂的不恒定的喷雾模式，而是实现了恒定的喷雾模式。使用具有被动阀的喷嘴确保排放压力保持在基本恒定的水平。
根据一个实施例，还原剂泵的连续操作是指还原剂泵不计时，而是非间歇地向喷嘴供给还原剂至少10秒、特别是至少30秒、更特别是至少100秒。根据一个实施例，喷嘴的连续操作是指喷嘴不定时，而是非间歇地供给还原剂至少10秒、特别是至少30秒、更特别是至少100秒。在喷嘴的这种长时间操作下，操作开始和结束时的状态将只是次要的。根据替代实施例，还原剂泵的连续操作是指还原剂泵在排气处理的整个操作期间非间歇性地将还原剂供应给喷嘴。根据替代实施例，喷嘴的连续操作是指喷嘴在排气处理的全部操作期间非间歇地供应还原剂。
根据一个实施例，还原剂泵是齿轮泵。根据一个实施例，还原剂泵是内齿轮泵或外齿轮泵或摆线泵或螺杆泵。相应的泵非常坚固并允许通过控制还原剂泵的转速(转数)来精确地调节输出介质的体积。在介质基本不可压缩(例如液体还原剂)的情况下，泵容积对应于输出。因此，只要确定还原剂泵的转速并且已知还原剂泵的几何形状，就不需要额外的测量装置来确定输出。
根据一个实施例，排气处理装置还包括沿着还原剂管道定位在泵和喷嘴之间的压力传感器，该压力传感器配置成确定在还原剂管道中通过的还原剂的(尤其是静态的)压力。使用相应的压力传感器允许检测喷嘴或还原剂泵或还原剂管道(或类似物)处的故障，从而监测排气处理装置的正常工作。
根据一个实施例，排气处理装置还包括构造成对储罐、还原剂管道和喷嘴中的至少一个进行加热的加热装置。这允许在低环境温度下防止还原剂冻结。
根据一个实施例，排气处理装置还包括配置成将加压空气吹过还原剂管道和喷嘴以便从还原剂管道和喷嘴排出还原剂的压缩空气源。压缩空气源可以是例如压缩机、或者在这些情况下是压缩机单元、压力阀。当用压缩空气操作以清洗还原剂管道和喷嘴时，这些部件内的低温下不会有还原剂冻结。
根据一个实施例，排气处理装置还包括用于待处理的排气的排气管线，喷嘴的喷嘴孔定位在排气管线中，特别定位在穿过排气管线的截面的形心/质心。因此排气在喷嘴孔周围流动。根据一个实施例，整个喷嘴设置在穿过排气管线的横截面的重心。随着喷嘴孔进一步沿排气的流动方向定向，相应构造使得注入的还原剂的分布特别均匀。此外，周围的排气已经对喷嘴中的还原剂进行了预热。排气处理装置还包括催化转化器，其沿着流过排气管线的排气的流动方向设置在喷嘴下游并且配置成为使用由喷嘴注入的还原剂对排气进行选择性催化还原。
附图说明
从以下参考附图对示例性实施例的详细描述中，本公开的前述以及其它有利特征将更加明显。应当注意，并不是所有可能的实施方式都必须展示本文中所标识的每一个或任一个优点。在以下对示例性实施例的描述中，参考附图，其中：
图1A示出了根据第一实施例的喷嘴的示意性横截面图；
图1B示出了图1A的喷嘴的细节的放大图；
图2A至2C示出了在不同操作状态下根据第二实施例的喷嘴的孔区域的示意性横截面图；
图3示出了根据第三实施例的喷嘴的孔区域的示意性俯视图和两个示意性横截面图；
图4示出了根据第四实施例的喷嘴的孔区域的示意性俯视图和两个示意性横截面图；
图5A至5C示出了根据第五、第六和第七实施例的喷嘴的孔区域的示意性横截面图；和
图6示出了根据实施例的排气处理系统的示意性框图。
具体实施方式
在下面描述的示例性实施例中，功能和结构相似的部件尽可能地通过相似的附图标记指定。因此，为了理解特定实施例的各个部件的特征，应当参考其他实施例的描述和公开内容的概述。
参考图1A和1B，下面描述根据第一实施例的喷嘴。
喷嘴1包括由不锈钢制成的喷嘴体部10。总的来说，喷嘴体部10具有柱体侧面的形式，其一端封闭，另一端侧形成具有圆形喷嘴开口13的喷嘴孔14。通孔形式的喷孔入口11设置在喷嘴体部10的侧壁上，用于允许液体还原剂进入喷嘴1。在喷嘴入口11和喷嘴孔14之间形成流动通道12，在所示实施例中流动通道具有恒定的圆形横截面。
活塞2被容纳在喷嘴1的内部，活塞2也由不锈钢制成并安装在喷嘴1中，允许其沿着流动通道12线性地往复运动。在一端，活塞2包括设置在喷嘴孔14内部的活塞头21。在活塞2的与活塞头21对向的端部处，活塞2穿过喷嘴体部10的端侧并设置有整体T形活塞脚22。在活塞头21和T形活塞脚22的长腿之间的过渡是弯曲的。
螺旋弹簧3夹在活塞脚22和喷嘴体部10之间，螺旋弹簧3沿着活塞头21靠接喷嘴孔14的壁的方向偏压活塞2，从而封闭喷嘴开口13。在图1A和1B中示出了喷嘴1的这种操作状态。螺旋弹簧3在本实施例中由耐蚀镍基合金制成，其可以从位于美国西弗吉尼亚州Huntington的特种金属公司以“Inconel”的品牌购买。
当供给到喷嘴入口11的还原剂的压力超过弹簧3的偏压时，活塞2朝向喷嘴孔14移动。结果，活塞头21停止靠接喷嘴孔14的壁并且不阻碍环形间隙。通过该环形间隙，还原剂可以通过喷嘴开口13离开喷嘴1。
如图1B所示，喷嘴孔14从流动通道12朝向喷嘴开口13线性地变宽，从而与活塞2的纵向轴线L2形成第一角度α。因此，喷嘴孔14具有截头圆锥侧面的形式。此外，活塞头21的直径也围绕喷嘴孔14朝向喷嘴开口13线性地增大，从而与活塞2的纵向轴线L2形成第二角度β。因此，活塞头21也具有截头圆锥侧面的形式。第二角度β大于第一角度α，以便在活塞头21和喷嘴孔14的壁之间形成相对角γ。在所示实施例中，相对角γ约为8°。喷嘴开口13的最大直径D13比活塞头21的最大直径D21进一步大了约8％。这导致活塞头21在喷嘴开口13关闭时靠接喷嘴孔13的壁的一部分，该部分相对于喷嘴孔13回缩。
现在将参考图2A至2C描述根据第二实施例的喷嘴。在此，在图2A至2C中，每个下部部分示出了喷嘴孔14的区域的横截面图，而每个上部部分示出了喷嘴开口13的俯视图。此外，图2A至2C示出了喷嘴的不同操作状态。由于根据第二实施例的喷嘴与根据上述第一实施例的喷嘴1非常相似，因此在下文中将仅更详细地描述差异，其余的将参考第一实施例。
根据第一和第二实施例的喷嘴的不同之处在于在喷嘴孔的壁和活塞的纵向轴线之间形成的第一角度、在活塞头的壁和活塞的纵向轴线之间形成的第二角度，和产生相对角的具体值不同。此外，在第二实施例中，喷嘴开口13的最大直径大于活塞头21的最大直径约47％。最后，喷嘴体部10的壁不是朝向喷嘴开口13渐缩形成锐角，而是在喷嘴开口13周围形成肩部。
图2A示出了处于关闭状态的喷嘴，其中喷嘴头21靠接喷嘴孔14的壁，从而关闭喷嘴开口13。这导致在喷嘴孔14和活塞头21之间不存在开口间隙4。
图2B示出了处于稍微打开状态的喷嘴，其中活塞头21不再靠接喷嘴孔14的壁。这导致在喷嘴孔14和活塞头21之间存在开口间隙4。
图2C示出了处于比图2B中更远的打开状态的喷嘴，其中活塞头21甚至与喷嘴孔14的壁进一步间隔开。这导致在喷嘴孔14和活塞头21之间存在开口间隙4，其横截面积相对于图2B中的开口间隙4的横截面积增大。
如图1A、1B和2A所示，至少在活塞头21靠接喷嘴孔14从而关闭该喷嘴孔的操作状态下，喷嘴孔14延伸超过活塞头21。由此，所构造成的喷嘴能够提供引导区域以便液体还原剂离开喷嘴1。
在一个优选实施例中，在活塞头21的所有位置，喷嘴孔14都延伸超过活塞头21。
具体地，在活塞头21靠接喷嘴孔14从而关闭该喷嘴孔的操作状态下，喷嘴孔14可有利地延伸超过活塞头21达到以下至少一者：活塞头21的最大直径D21的8.6％或8.6％以上；活塞头21的最大直径D21的17％或17％以上；活塞头21的最大直径D21的64％或64％以上；以及活塞头21的最大直径D21的一半以上。前述数值(如8.6％或8.6％以上、17％或17％以上、64％或64％以上以及一半以上)指的是：在活塞头21靠接喷嘴孔14从而关闭该喷嘴孔的操作状态下，喷嘴孔延伸超过活塞头的突出部分的量(或者说高度)。
现在将参考图3描述根据第三实施例的喷嘴。图3的下部部分在此示出了喷嘴孔区域中的第一横截面，而上部示出了喷嘴开口13的俯视图，以及右侧的部分示出了喷嘴孔的区域中的第二横截面，第一和第二横截面的截面轴线的方向彼此垂直。由于根据第三实施例的喷嘴与根据上述第一实施例的喷嘴1非常相似，因此在下文中将仅更详细地描述差异，其余的将参考第一实施例。
根据第三实施例的喷嘴与根据第一实施例的喷嘴的不同之处特别在于喷嘴开口13和沿着与活塞2的纵向方向垂直的方向的活塞头21的横截面各自具有卵形。喷嘴体部10也具有卵形并且壁厚增加。此外，在第三实施例中，由喷嘴孔在圆周方向上包围的孔截面区域的直径不沿着流动通道的远侧的方向线性增大，而是以连续增加的坡度/曲率而增大。因此，当活塞线性移动时，梯度选择成导致所得到的开口间隙的横截面积逐渐增大。
现在参考图4描述根据第四实施例的喷嘴。图4的下部部分在此示出了喷嘴孔区域中的第一横截面，而上部示出了喷嘴开口13的俯视图，并且在右侧的部分示出了在喷嘴孔的区域中的第二横截面，第一和第二横截面的截面轴线的方向彼此垂直。由于根据第四实施例的喷嘴与根据上述第三实施例的喷嘴非常相似，因此在下文中将仅更详细地描述差异，其余的将参考第三实施例的描述。
根据第四实施例的喷嘴与根据第三实施例的喷嘴的不同之处仅在于喷嘴体部10，喷嘴开口13以及沿着与活塞的纵向垂直的方向穿过活塞头21的横截面各具有几何相似的不对称形状。这允许喷雾模式沿着圆周方向更灵活地配置并且如果注入特别大量的还原剂则提供例如优先方向，并且如果注入特别小量还原剂则提供非优先方向。这允许例如在设置于排气道中的雾化器表面上的提供特定喷雾模式。
现在将参考图5A至5C描述根据第五、第六和第七实施例的喷嘴。由于这些喷嘴与上述第一实施方式的喷嘴1非常相似，因此以下仅对差别进行更详细的说明，其余部分参照第一实施方式的说明。
如图5A所示，活塞头在活塞的纵向方向上沿着背离活塞的活塞脚的方向线性增大，从而导致其沿着活塞的纵向线性延伸的表面23可以与喷嘴孔14组合，喷嘴孔14的直径在流动通道的纵向方向上沿着流动通道的远侧的方向以增大的梯度连续地增大，并因此延伸曲线。应注意的是，在该实施例中，活塞脚和活塞头之间的过渡具有弯曲部。
如图5B所示，直径在活塞纵向上沿远离活塞脚的方向以增大的梯度连续增大以导致其表面23沿着活塞纵向弯曲的活塞头，可以与直径在流动通道纵向上沿着流动通道远侧方向线性增大并因此线性延伸的喷嘴孔14组合。应注意的是，在该实施例中活塞脚和活塞头之间的过渡没有弯曲部。
如图5C所示，直径在活塞纵向上沿远离活塞脚的方向以增大的梯度连续增大以导致其表面23沿着活塞纵向弯曲的活塞头，可以与直径在流动通道纵向上沿着流动通道远侧方向以增大的梯度连续增大并因此延伸曲线的喷嘴孔14组合。应注意的是，在该实施例中活塞脚和活塞头之间的过渡没有弯曲部。
现在将参考图6所示的示意性框图描述排气处理系统的一个实施例。
排气处理装置5包括用于液体还原剂(在本例中为尿素水溶液)的塑料储罐51。减压剂泵53和加热装置56设置在塑料储罐51中。所示实施例的还原剂泵53是内齿轮泵，因此是输出取决于其速度的泵，并且是能够连续地输出还原剂的泵。加热装置56分别防止塑料储罐51和还原剂泵53中的还原剂冻结，或对冻结的还原剂进行化冻。
还原剂泵53的出口与用于使还原剂通过的还原剂管道52连通。在所示的实施例中，还原剂管道52是延伸到如上文参考第一实施例所述的具有集成的被动阀的喷嘴1的喷嘴入口11中的耐热塑料软管。
在所示实施例中，喷嘴1通过排气处理装置5的排气管线58设置在横截面区域的形心/质心，并被定向为使得喷嘴孔的方向是喷嘴开口处于排气的流动方向上。排气管线58中排气的流动方向在图6中用箭头表示。这导致排气围绕喷嘴1流动。
在喷嘴1的下游，排气管线58进入排气处理装置5的SCR催化转换器59，排气处理装置5配置成使用由喷嘴1注入的还原剂对排气进行选择性催化还原。
此外，压缩机57形式的压缩空气源设置在与储罐相邻的还原剂管道52处。压缩机57配置成当还原剂泵53不使用时，将加压空气吹送通过还原剂管道52和喷嘴1，以便使还原剂从还原剂管道52和喷嘴1排出。
最后，压力传感器55设置在还原剂管道52处，用于确定通过还原剂管道52的还原剂的静水压力。
还原剂泵53、压力传感器55、加热器56和压缩机57与排气处理系统5的中央控制装置54连通。控制装置54在排气处理装置5操作期间连续地操作还原剂泵53，并且如果需要，在低温下启动加热装置56。由此，控制装置通过还原剂泵53的速度控制还原剂泵53的输出。因此，由于喷嘴1的活塞的打开位置调整为相应的输出，喷嘴1将排放压力维持在大致恒定的水平。压力传感器55监测系统的正常运行。由压力传感器55指示的压力太高意味着喷嘴1的堵塞。由压力传感器55指示的压力太低可能表明还原剂泵53的故障或还原剂管道52中的泄漏。在一个优选实施例中，控制装置54配置成以可变的输出连续地操作喷嘴1。
控制装置54可以与发动机控制单元(未示出)通信，并从其接收对排气处理所需的还原剂量的请求。或者，控制器54也可以与发动机控制单元一体形成。
虽然已经关于其某些示例性实施例描述了本公开，但是显而易见的是，许多替代方案、修改和变化对于本领域技术人员将是明显的。因此，本文阐述的本公开的示例性实施方式旨在是说明性的而不是以任何方式进行限制。在不脱离如所附权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种变型。
附图参考标记
1 喷嘴
10 喷嘴体部
11 喷嘴入口
12 流动通道
13 喷嘴开口
14 喷嘴孔
2 活塞
21 活塞头
22 活塞脚
23 周向的活塞头表面
3 弹性件
4 开口间隙
5 排气处理装置
51 储罐
52 还原剂管道
53 还原剂泵
54 控制装置
55 压力传感器
56 加热装置
57 压缩空气源
58 排气管线
59 催化转化器
α 喷嘴孔与活塞纵轴之间的角度
β 活塞头与活塞纵轴之间的角度
γ 活塞头与喷嘴孔之间的相对角
D13 喷嘴孔的最大直径
D21 活塞头的最大直径
L2 活塞的纵轴

Claims (18)

1.一种用于排气处理系统的喷嘴(1)，包括：
喷嘴体部(10)，其具有喷嘴孔(14)和用于液体还原剂的喷嘴入口(11)，以及形成在喷嘴入口(11)和喷嘴孔(14)之间的用于还原剂的流动通道(12)，所述喷嘴孔(14)从流动通道(12)朝向喷嘴开口(13)变宽；
活塞(2)，其可移动地设置在所述喷嘴体部(10)的内部并具有活塞头(21)，所述活塞头(21)设置在喷嘴孔(14)的内部并构造成选择性地关闭或打开所述喷嘴孔(14)；和
弹性件(3)，其夹置在喷嘴体部(10)和活塞(2)之间并将活塞(2)朝着活塞头(21)关闭喷嘴孔(14)的方向偏压，
其中，喷嘴开口(13)的最大直径(D13)大于活塞头(21)的最大直径(D21)。
2.根据权利要求1所述的喷嘴(1)，其中，喷嘴开口(13)的最大直径(D13)比活塞头(21)的最大直径(D21)大至少5％或至少10％。
3.根据权利要求1或2所述的喷嘴(1)，其中，至少在活塞头(21)靠接喷嘴孔(14)从而关闭该喷嘴孔的操作状态下，喷嘴孔(14)延伸超过活塞头(21)，由此提供用于液体还原剂离开喷嘴(1)的引导区域。
4.根据权利要求3所述的喷嘴(1)，其中，在活塞头(21)的所有位置，喷嘴孔(14)都延伸超过活塞头(21)。
5.根据权利要求3或4所述的喷嘴(1)，其中，在活塞头(21)靠接喷嘴孔(14)从而关闭该喷嘴孔的操作状态下，喷嘴孔(14)延伸超过活塞头(21)达到以下至少一者：
-活塞头(21)的最大直径(D21)的8.6％或8.6％以上；
-活塞头(21)的最大直径(D21)的17％或17％以上；
-活塞头(21)的最大直径(D21)的64％或64％以上；
-活塞头(21)的最大直径(D21)的一半以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的喷嘴(1)，其中，喷嘴孔(14)与活塞头(21)形成相对角(γ)，在活塞(2)处于其关闭位置的接触点处所述相对角大于1°或大于2°或大于3°。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的喷嘴(1)，
其中，喷嘴孔(14)的直径在流动通道(12)或活塞(2)的纵向上沿着背离流动通道(12)或活塞(2)的活塞脚(22)的方向以增大的梯度连续地增大；或者
其中，喷嘴孔(14)的直径在流动通道(12)或活塞(2)的纵向上沿着背离流动通道(12)或活塞(2)的活塞脚(22)的方向线性地增大。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的喷嘴(1)，
其中，活塞头(21)的直径在活塞(2)的纵向上沿着背离活塞(2)的活塞脚(22)的方向以增大的梯度连续地增大；或者
其中，活塞头(21)的直径在活塞(2)的纵向上沿着背离活塞(2)的活塞脚(22)的方向线性地增大。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的喷嘴(1)，
其中，喷嘴开口(13)和垂直于活塞(2)的纵向穿过活塞头(21)的截面均为圆形；或者
其中，喷嘴开口(13)和垂直于活塞(2)的纵向穿过活塞头(21)的截面均为卵形；或者
其中，喷嘴开口(13)和垂直于活塞(2)的纵向穿过活塞头(21)的截面分别具有几何相似的多边形形状；或者
其中，喷嘴开口(13)和垂直于活塞(2)的纵向穿过活塞头(21)的截面分别具有几何相似的不对称形状。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的喷嘴(1)，其中，活塞(2)的活塞脚(22)与活塞头(21)之间的过渡部是沿着活塞(2)的纵向连续的或者具有弯曲部。
11.一种用于机动车辆的排气处理装置(5)，包括：
用于液体还原剂的储罐(51)；
具有集成的被动阀的喷嘴(1)，特别是根据权利要求1至10中任一项所述的喷嘴(1)；
用于使液体还原剂从储罐(51)流通到喷嘴(1)的喷嘴入口(11)的还原剂管道(52)；
沿着还原剂管道(52)设置在储罐(51)和喷嘴(1)之间的还原剂泵(53)；和
用于控制还原剂泵(53)的控制装置(54)；
其中，控制装置(54)配置成以可变的输出连续地操作还原剂泵(53)。
12.根据权利要求11所述的排气处理装置(5)，其中，控制装置(54)配置成以可变的输出连续地操作所述喷嘴(1)。
13.根据权利要求11或12所述的排气处理装置(5)，其中，还原剂泵(53)是齿轮泵特别是内齿轮泵或外齿轮泵，或摆线泵或螺杆泵。
14.根据权利要求11、12或13所述的排气处理装置(5)，还包括沿着还原剂管道(52)定位于还原剂泵(53)和喷嘴(1)之间的压力传感器(55)，所述压力传感器(55)配置成确定在还原剂管道(52)中流通的还原剂的压力。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的排气处理装置(5)，还包括：加热装置(56)，其配置成加热储罐(51)、还原剂管道(52)和喷嘴(1)中的至少一者。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的排气处理装置(5)，还包括：
压缩空气源(57)，其配置成将加压空气吹过还原剂管道(52)和喷嘴(1)以将还原剂从还原剂管道(52)和喷嘴(1)排出。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的排气处理装置(5)，还包括：
用于使待处理的排气流通的排气管线(58)，喷嘴(1)的喷嘴孔(14)位于排气管线(58)中，特别是位于穿过排气管线(58)的截面的形心；以及
催化转化器，其沿着排气管线(58)设置在喷嘴(1)的下游，并且配置成使用由喷嘴(1)喷射的还原剂选择性地催化还原排气。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的排气处理装置(5)，其中，既不为喷嘴(1)也不为还原剂泵(53)计时。
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