[发明专利]用于喷射雾化流体的方法和装置

说明书

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。