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CN110573708B - 喷射器喷雾保护器 - Google Patents

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CN110573708B
CN110573708B CN201780087291.4A CN201780087291A CN110573708B CN 110573708 B CN110573708 B CN 110573708B CN 201780087291 A CN201780087291 A CN 201780087291A CN 110573708 B CN110573708 B CN 110573708B
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Abstract

一种车辆排气系统，包括喷射器组件，该喷射器组件具有喷射器安装部，该喷射器安装部构造成将喷射器安装到排气部件。喷射器安装部包括围绕喷雾轴线的喷雾开口。喷射器壳体从接纳废气的入口端延伸到出口端。入口端限定了横向于喷雾轴线的平面区域。喷雾保护器从喷射器安装部轴向延伸以突破平面区域。还公开了一种包括具有喷射器组件的混合器的车辆排气部件组件以及一种用于使用喷射器组件将流体喷射到排气部件中的方法。

Description

喷射器喷雾保护器
技术领域
本发明涉及用于车辆排气部件的喷射器组件、车辆排气部件组件以及用于将流体喷射到排气部件中的方法。
背景技术
排气系统引导发动机产生的热废气通过各种排气部件，以减少排放并控制噪声。排气系统包括喷射系统，其在选择性催化还原(SCR)催化器上游喷射柴油机排气流体(DEF)、或诸如尿素和水的溶液之类的还原剂。混合器定位在SCR催化器上游，并混合发动机废气和尿素转变的产物。喷射系统包括将尿素喷(雾)到排气流中的定量加料器。在到达SCR催化器之前，尿素应尽可能多地转变为氨(NH3)。因此，液滴喷雾尺寸在实现该目标中起重要作用。
行业正朝着提供更紧凑的排气系统发展，这导致系统的体积减小。当在更紧凑的系统构造中使用时，喷较大尺寸液滴的系统可能不能够提供足够的尿素转变。因此，这些更紧凑的构造需要更小的液滴尺寸定量加料器。
由于增加的表面接触面积，所以液滴尺寸越小，转变成氨的效率就越高。然而，由小液滴定量加料器产生的喷雾对再循环流动非常敏感。通常，位于定量加料器末端处的区域具有再循环流动的涡流。该涡流将喷雾液滴朝向喷射部位处的混合区域的壁推动，这沿着壁产生沉积起始部位。随着时间的推移，沉积物积聚并能对系统运行产生不利影响。例如，氨均匀性指数可能较低，横跨混合器的压降可能增大，或者在主动柴油颗粒过滤器(DPF)再生期间存在更高的氨排放。
发明内容
在一个示例性实施例中，车辆排气系统包括喷射器组件，该喷射器组件具有喷射器安装部，该喷射器安装部构造成将喷射器安装到排气部件。喷射器安装部包括围绕喷雾轴线的喷雾开口。喷射器壳体从接纳废气的入口端延伸到出口端。入口端限定了横向于喷雾轴线的平面区域。喷雾保护器从喷射器安装部轴向延伸以突破(打破)平面区域。
在上述的另一实施例中，喷雾保护器被保持固定到喷射器安装部并延伸到轴向延伸超出平面区域的远端。
在上述任一项的另一实施例中，喷射器壳体包括具有入口端的锥体，入口端的直径小于出口端的直径，并且其中喷射器安装部包括基板，基板包括喷雾开口，该喷雾开口构造成接纳来自喷射器的流体，并且其中基板具有面向锥体的第一表面，并且其中喷雾保护器包括管状构件，该管状构件围绕喷雾开口并且轴向地延伸远离第一表面到轴向延伸超出平面区域的远端。
在另一个示例性实施例中，车辆排气部件组件包括限定混合器中心轴线的混合器壳，并且其中混合器壳包括形成在混合器壳的外表面中的混合器开口。上游混合器挡板定位在混合器壳内，并且下游混合器挡板定位在混合器壳内，以在沿着混合器中心轴线的方向上与上游混合器挡板轴向间隔开。喷射器安装部相对于混合器壳保持固定，并且包括喷雾开口，该喷雾开口围绕喷雾轴线并且在混合器开口内对齐。喷射器壳体从接纳废气的入口端延伸到出口端，并且其中入口端限定横切喷雾轴线的平面区域。喷雾保护器从喷射器安装部轴向延伸到远端，该远端在沿着喷雾轴线的方向上轴向延伸超出平面区域。
在上述任一项的另一实施例中，喷射器安装部包括基板，该基板包括喷雾开口，该喷雾开口构造成从喷射器接纳流体。基板具有面向锥体的第一表面，并且喷雾保护器包括管状构件，该管状构件围绕喷雾开口并且轴向地延伸远离第一表面到轴向延伸超出平面区域的远端。
在另一个示例性实施例中，一种用于将流体喷射到排气部件中的方法包括以下步骤：提供构造成将喷射器安装到排气部件的喷射器安装部，喷射器安装部包括围绕喷雾轴线的喷雾开口；将喷射器壳体定位在喷射器安装部附近，喷射器壳体从接纳废气的入口端延伸到出口端，并且其中入口端限定与喷雾轴线相交的平面区域；以及提供喷雾保护器，其从喷射器安装部轴向延伸到远端，该远端在沿着喷雾轴线的方向上轴向延伸超出平面区域，使得离开喷雾保护器的远端的喷雾与进入喷射器壳体的入口端的废气混合。
在上述任一项的另一实施例中，喷雾保护器与基板一体地形成为单件式部件。
从以下说明书和附图将会最佳地理解本申请的这些和其它特征，以下是附图的简要说明。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的具有混合器的排气系统的一个示例。
图2是具有包括本发明的喷射组件的混合器的上游端的分解图。
图3是图2的混合器的下游端的分解图。
图4是图2所示的混合器的一侧的分解图。
图5是组装的混合器的侧视图。
图6是图2所示的喷射组件的分解图。
图7是组装的喷射组件的立体图。
图8是图5所示的混合器的下游端视图。
图9是图5所示的混和器的上游立体图。
图10是具有外壳体的喷射组件的剖视图。
图11是没有外壳体的喷射组件的剖视图。
具体实施方式
图1示出了车辆排气系统10，该车辆排气系统10引导由发动机12产生的热废气通过各种上游排气部件14，以便如已知的减少排放并控制噪音。各种上游排气部件14可包括以下部件中的一个或多个：排气管、过滤器、阀、催化器、消声器等。
在一个示例构造中，排气部件包括排气管件或管14，其将发动机废气引导到具有入口18和出口20的柴油氧化催化器(DOC)16中。如已知的，在DOC 16下游可存在柴油颗粒过滤器(DPF)21，其用于从废气中除去污染物。在DOC 16以及可选的DPF 21下游是选择性催化还原(SCR)催化器22，其具有入口24和出口26。出口26将废气连通到下游排气部件28。可选地，部件22可包括催化器，其构造成执行选择性催化还原功能和颗粒过滤器功能。各种下游排气部件28可包括以下部件中的一个或多个：排气管、过滤器、阀、催化器、消声器等。这些上游部件14和下游部件28可以根据车辆应用场合和可用的封装空间以各种不同的构造和组合安装。
在一个示例构造中，混合器30定位在DPF 21或DOC 16的出口20下游和SCR催化器22的入口24上游。上游催化器和下游催化器可以串联或并联。混合器30用于产生废气的涡旋或旋转运动。
喷射系统32用于将诸如尿素和水的溶液之类的流体还原剂喷射到SCR催化器22上游的废气流中，使得混合器30可将尿素和废气完全混合在一起。喷射系统32包括流体供给部34、定量加料器或喷射器36和如已知的那样控制尿素喷射的控制器38。
混合器30包括混合器本体，该混合器本体具有构造成接纳发动机废气的上游或入口端42和用于将涡旋的发动机废气和从尿素转变的产物的混合物引导至SCR催化器22的下游或出口端44。能在排气系统10中使用的混合器30的示例可以在US 2012/0216513和共同待审的美国申请号12/57693、12/57886和12/57768中找到，其也转让给本申请的受让人并且以参见的方式纳入本文。
如图2-4所示，混合器30包括外壳46、上游或入口挡板48以及下游或出口挡板50。外壳46限定在从上游端42至下游端44的方向上延伸的混合器中心轴线A。上游挡板48安装在外壳46的内腔52内，并且包括多个开口54，热发动机废气通过这些开口54进入混合器30。下游挡板50安装在内腔52内，并且包括多个开口56，发动机废气和还原剂的混合物通过这些开口56离开混合器30。
喷射系统32安装在形成于外壳46的外周表面60中的开口58处。在一个示例构造中，喷射系统32(图6-7)包括喷射器安装部62、喷射器壳体64和外壳体66，喷射器安装部62构造成将喷射器36安装到混合器30，外壳体66至少部分地围绕喷射器壳体64。喷射器安装部62包括围绕喷雾轴线S的喷雾开口68(图10)。在一个示例中，外壳56中的开口58限定了与喷雾轴线S同心的中心轴线。喷射器壳体64从接纳废气的入口端70延伸到出口端72。入口端70限定横向于喷雾轴线S的平面区域P(图3和10)。在一个示例中，喷雾轴线S垂直于平面区域P。喷雾保护器74从喷射器安装部62轴向延伸，以突破或与平面区域P相交(横切)。
如图10所示，喷射器36的末端76构造成将流体还原剂喷到喷射器安装部62的喷雾开口68中。喷雾保护器74具有保持固定到喷射器安装部62的第一端和在沿着喷雾轴线S的方向上轴向延伸超出平面区域P的第二端或远端78。在一个示例中，远端78轴向延伸超出平面区域P至少1-2mm。
在所示的示例中，喷雾保护器74与喷射器安装部62一体地形成为单件式部件。可选地，喷雾保护器74可包括(可以是)附连到喷射器安装部62的单独的部件。
喷射器壳体64定位在内腔52内，在上游挡板48和下游挡板50之间的位置处。在一个示例中，喷射器壳体64包括锥体80，其中基部或入口端70具有比出口端72小的直径。喷射器安装部62包括基板82，基板82包括喷雾开口68并且具有面向锥体80的第一表面84。喷雾保护器74包括管状构件，该管状构件围绕喷雾开口68并且轴向延伸远离第一表面84到轴向延伸超出平面区域P的远端78。
锥体80的入口端70定位在喷雾开口68附近，使得在锥体80的内表面88和喷雾保护器74的远端76的外表面90之间形成环形间隙86。废气通过环形间隙86被引导到锥体80的入口端70中。基板82的第一表面84包括从锥体80的入口端70径向向外延伸的弯曲的部分92，以便于将废气引导到环形间隙86中。喷雾离开喷雾保护器74的远端76并与锥体80内的废气混合。流体喷雾和废气的混合物然后经由出口端72离开锥体80。
在一个示例中，喷雾保护器74与基板82一体地形成为单件式部件。在该示例中，基板82包括弯曲的过渡表面94，其从第一表面84延伸到喷雾保护器74的外表面90。该弯曲的过渡表面94进一步促进废气流到环形间隙86中。
在一个示例中，外壳体66定位在内腔52内以至少部分地围绕锥体80。外壳体66引导废气朝向锥体80的入口端70流动。在一个示例中，外壳体66包括第一端96和第二端98。第一端96在弯曲的部分92的径向向外的位置处附连到喷射器安装部62(图10)。第一端96包括完全围绕锥体80的入口端70的管状部分100。第二端98包括附连到支架104(图2和8)的环形部分102，以便于将锥体80和壳体66安装至外壳46。在环形部分102和管状部分100之间形成大的开口区域106。在一个示例中，开口区域106围绕外壳体66的周缘的约至少一半延伸。
如图10所示，废气通过该开口区域106进入并被引导到锥体80的入口端70。图11示出了没有外壳体66的示例。在没有外壳体66的构造中，喷射器安装部62可以构造成安装到外壳46以将废气引导到环形间隙86中。
如图11所示，锥体80的入口端70具有管状部段108，该管状部段108具有大致恒定的直径D1，并且出口端72包括管状部段110，该管状部段110由大于D1的大致恒定的直径D2限定。锥体80从管状部段108到管状部段110连续向外成锥形。在一个示例中，锥体80与喷雾轴线S同轴。
混合器30的壳46和挡板48、50可以由适用于车辆排气系统的任何材料制成，并且可以是铸造、冲压、机加工的等。喷射器安装部62和锥体80也可以由适用于车辆排气系统的任何材料制成，并且可以是铸造、冲压、机加工的等。此外，虽然喷雾保护器74显示为具有管状形状，但是保护器也可以具有不同的几何形状并且可以在远端处具有喇叭形(扩口)端部部分或其它形状的特征部，以进一步促进将喷雾混合到废气中。另外，虽然喷射器壳体64显示为具有圆锥形形状，但是也可以使用其它形状和几何形状，诸如直筒体、方管等。可以根据需要修改喷射器安装部62的形状和表面以进一步促进将废气引导到喷射器壳体64中。
废气以均匀分布的方式被围绕喷雾保护器74引导进入锥体80的入口端70。喷射器安装部62的弯曲的表面部分92在横向于喷雾轴线S的方向上引导废气。弯曲的过渡表面94和喷雾保护器74然后将废气引导到环形间隙86中，以在与喷雾轴线S大致共同的方向上流动。喷雾保护器74保护喷雾在离开喷射器安装部62时免受横向流动的废气冲击，这防止尿素沉积物在邻近圆锥体80的入口端70的壁上形成。喷雾在与废气流大致共同的方向上离开喷雾保护器74，使得喷雾和废气能完全混合在一起。
如图10-11所示，喷射系统32定位在混合器30的入口挡板48和出口挡板50之间。入口挡板48在混合器30的上游端42处，并且构造成引发通过混合器30的主要废气流的涡旋。在一个示例中，入口挡板48包括一个或多个大的或主要的入口开口(图2和9)，其接纳大部分废气，并且其有助于引发废气的涡旋运动。入口挡板48还包括多个较小尺寸的穿孔、狭槽或附加入口开口，其确保废气的最佳均匀化并降低背压。
出口挡板50在混合器30的下游端44处，并且包括一个或多个大的或主要的出口开口(图3和8)，大部分废气通过该出口开口离开混合器30。出口挡板50还包括多个较小尺寸的穿孔、狭槽或附加出口开口，以促进均匀的离开流动。
传统的喷射系统具有在喷射器喷雾区域中形成的尿素沉积物，其可能不利地影响混合器组件的运行。本发明通过当喷雾从喷射器末端76过渡通过管状喷雾保护器74并进入扩张锥体80时，使用喷射器喷雾保护器74作为屏蔽来保护喷射器喷雾免受废气横向流动的影响。来自排气的流动必须转向大约180度以进入喷雾锥体入口端70并且然后离开喷雾锥体出口端72。来自喷射器36的喷雾必须从末端76过渡通过喷射器安装部62中的喷雾保护器74，并进入喷雾锥体80。随着喷雾通过并离开喷雾锥体80，喷雾与喷雾锥体80内部的排气流混合。随着来自喷射器的喷雾穿过喷射器安装部62和喷雾锥体80的入口端70之间的间隙86，喷射器喷雾保护器74保护该喷雾。随着排气速度增加，喷射器喷雾保护器74继续保护喷射器喷雾，因此消除了可能导致沉积物形成的设备内部喷雾偏转的可能性。通过将喷射器喷雾保护器74延伸穿过由喷雾锥体80的入口开口产生的平面P，消除了横向流动的不利影响。
尽管已经公开了本发明的实施例，但是本领域普通技术人员将认识到某些改型会落入本发明的范围内。因此，应研究以下权利要求以确定本发明的真实范围和内容。

Claims (23)

1.一种用于车辆排气部件的喷射器组件，包括：
喷射器安装部，所述喷射器安装部构造成将喷射器安装到排气部件，其中，所述喷射器安装部包括围绕喷雾轴线的喷雾开口；
喷射器壳体，所述喷射器壳体从接纳废气的入口端延伸到出口端，并且其中所述入口端限定横向于所述喷雾轴线的平面区域；以及
喷雾保护器，所述喷雾保护器从所述喷射器安装部轴向延伸以突破所述平面区域。
2.根据权利要求1所述的喷射器组件，其特征在于，所述喷雾保护器被保持固定到所述喷射器安装部，并延伸到轴向延伸超出所述平面区域的远端，使得所述远端的外表面暴露于进入所述喷射器壳体的废气流。
3.根据权利要求2所述的喷射器组件，其特征在于，所述排气部件包括限定内腔的混合器，其中发动机废气与离开所述喷雾开口的流体喷雾混合，并且其中所述喷射器壳体包括定位在所述内腔内的锥体。
4.根据权利要求3所述的喷射器组件，其特征在于，所述混合器包括限定中心轴线的在外周表面中的开口，并且其中所述中心轴线和所述喷雾轴线是同轴的。
5.根据权利要求3所述的喷射器组件，其特征在于，包括定位在所述内腔内的上游挡板和与所述上游挡板轴向间隔开的下游挡板，并且其中所述锥体定位在所述上游挡板和所述下游挡板之间。
6.根据权利要求1所述的喷射器组件，其特征在于，所述喷射器壳体包括具有所述入口端的锥体，所述入口端的直径小于所述出口端的直径，并且其中所述喷射器安装部包括基板，所述基板包括所述喷雾开口，所述喷雾开口构造成接纳来自所述喷射器的流体，并且其中所述基板具有面向所述锥体的第一表面，并且其中所述喷雾保护器包括管状构件，所述管状构件围绕所述喷雾开口并且轴向地延伸远离所述第一表面到轴向延伸超出所述平面区域的远端。
7.根据权利要求6所述的喷射器组件，其特征在于，所述锥体的所述入口端定位在所述喷雾开口附近，使得在所述锥体的内表面与所述喷雾保护器的所述远端的外表面之间形成环形间隙，并且其中废气通过所述环形间隙被引导到所述锥体的所述入口端中。
8.根据权利要求7所述的喷射器组件，其特征在于，所述基板的所述第一表面包括弯曲的部分，所述弯曲的部分从所述锥体的所述入口端径向向外延伸，以便于将废气引导到所述环形间隙中。
9.根据权利要求7所述的喷射器组件，其特征在于，所述喷雾保护器与所述基板一体地形成为单件式部件，并且其中所述基板包括从所述第一表面延伸到所述喷雾保护器的所述外表面的弯曲的过渡表面。
10.根据权利要求6所述的喷射器组件，其特征在于，包括至少部分地围绕所述锥体的外壳体，并且其中所述外壳体将废气流朝向所述锥体的所述入口端引导。
11.根据权利要求10所述的喷射器组件，其特征在于，包括上游挡板和下游挡板，并且其中所述外壳体和所述锥体定位在所述上游挡板和所述下游挡板之间的区域中。
12.根据权利要求1所述的喷射器组件，其特征在于，废气沿着所述喷雾保护器的外表面被引导到远端，所述远端突破平面区域，使得喷雾保护器在所述喷射器壳体的内表面与所述远端的外表面之间限定废气通道的一部分。
13.一种车辆排气部件组件，包括：
混合器壳，所述混合器壳限定混合器中心轴线，所述混合器壳包括形成在所述混合器壳的外表面中的混合器开口；
上游混合器挡板，所述上游混合器挡板定位在所述混合器壳内；
下游混合器挡板，所述下游混合器挡板定位在所述混合器壳内，并在沿着所述混合器中心轴线的方向上与所述上游混合器挡板轴向间隔开；
喷射器安装部，所述喷射器安装部相对于所述混合器壳被保持固定，并且其中所述喷射器安装部包括喷雾开口，所述喷雾开口围绕喷雾轴线并且在所述混合器开口内对齐；
喷射器壳体，所述喷射器壳体从接纳废气的入口端延伸到出口端，并且其中所述入口端限定与所述喷雾轴线相交的平面区域；以及
喷雾保护器，所述喷雾保护器从所述喷射器安装部轴向延伸到远端，所述远端在沿着所述喷雾轴线的方向上轴向延伸超出所述平面区域。
14.根据权利要求13所述的车辆排气部件组件，其特征在于，所述喷射器壳体包括具有所述入口端的锥体，所述入口端的直径小于所述出口端的直径，并且其中所述喷射器安装部包括基板，所述基板包括所述喷雾开口，所述喷雾开口构造成接纳来自喷射器的流体，并且其中所述基板具有面向所述锥体的第一表面，并且其中所述喷雾保护器包括管状构件，所述管状构件围绕所述喷雾开口并且轴向地延伸远离所述第一表面到轴向延伸超出所述平面区域的远端，使得所述远端的外表面暴露于进入所述喷射器壳体的废气流。
15.根据权利要求14所述的车辆排气部件组件，其特征在于，所述锥体的所述入口端定位在所述喷雾开口附近，使得在所述锥体的内表面与所述喷雾保护器的所述远端的外表面之间形成环形间隙，并且其中废气通过所述环形间隙被引导到所述锥体的所述入口端中。
16.根据权利要求14所述的车辆排气部件组件，其特征在于，所述喷雾保护器与所述基板一体地形成为单件式部件。
17.根据权利要求13所述的车辆排气部件组件，其特征在于，所述喷射器壳体定位在混合器壳内，并且其中废气沿着所述喷雾保护器的外表面被引导到远端，所述远端突破平面区域，使得喷雾保护器在所述喷射器壳体的内表面与所述远端的外表面之间限定废气通道的一部分。
18.一种用于将流体喷射到排气部件中的方法，包括以下步骤：
提供构造成将喷射器安装到排气部件的喷射器安装部，所述喷射器安装部包括围绕喷雾轴线的喷雾开口；
将喷射器壳体定位在所述喷射器安装部附近，所述喷射器壳体从接纳废气的入口端延伸到出口端，并且其中所述入口端限定与所述喷雾轴线相交的平面区域；以及
提供喷雾保护器，所述喷雾保护器从所述喷射器安装部轴向延伸到远端，所述远端在沿着所述喷雾轴线的方向上轴向延伸超出所述平面区域，使得离开所述喷雾保护器的所述远端的喷雾与进入所述喷射器壳体的所述入口端的废气混合。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，包括将所述喷射器壳体设置为锥体，其中所述入口端的直径小于所述出口端的直径。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，包括形成所述喷射器安装部以包括基板，所述基板包括所述喷雾开口，所述喷雾开口构造成接纳来自喷射器的流体，并且其中所述基板具有面向所述锥体的第一表面，以及包括形成所述喷雾保护器以包括管状构件，所述管状构件围绕所述喷雾开口并且轴向地延伸远离所述第一表面到轴向延伸超出所述平面区域的所述远端，使得所述远端的外表面暴露于进入所述喷射器壳体的废气流。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，包括将所述锥体的所述入口端定位在所述喷雾开口附近，使得在所述锥体的内表面与所述喷雾保护器的所述远端的外表面之间形成环形间隙，并且通过所述环形间隙将废气引导到所述锥体的所述入口端中。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，包括将所述喷雾保护器与所述基板一体地形成为单件式部件。
23.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述排气部件包括限定内腔的混合器，并且所述方法包括将喷射器壳体定位在所述内腔内，以及沿着所述喷雾保护器的外表面将废气引导到远端，所述远端突破平面区域，使得喷雾保护器在所述喷射器壳体的内表面与所述远端的外表面之间限定废气通道的一部分。
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