[发明专利]用于还原剂制备的加热注射喷嘴和还原剂计量系统

说明书

本申请涉及用于还原剂制备的加热注射喷嘴和还原剂计量系统。将还原剂注入内燃机废气流以选择性催化还原的注射喷嘴(100)，注射喷嘴(100)包括外部喷嘴外壳(110)、布置在喷嘴外壳(110)中的内主体(160)和带至少一个出口开口(140)的喷嘴头(130)，喷嘴外壳(110)具有还原剂入口(120)，在喷嘴外壳(110)和内主体(160)之间形成从还原剂入口(120)延伸到喷嘴头(130)的至少一个流动通道(150)，内主体(160)具有至少一个加热元件或形成为加热元件，流动通道(150)至少部分由螺纹，特别单线螺纹或多线螺纹，围绕内主体(110)从还原剂入口(120)形成到喷嘴头(130)。

本发明涉及一种用于将还原剂注入到内燃机的废气流中以进行选择性催化还原的注射喷嘴(Einspritzdüse)，其中注射喷嘴包括外部的喷嘴外壳(Düsenmantel)、布置在喷嘴外壳中的内主体和具有至少一个出口开口的喷嘴头，其中喷嘴外壳具有还原剂入口，并且在喷嘴外壳和内主体之间形成从还原剂入口延伸到出口开口的至少一个流动通道，其中注射喷嘴具有至少一个加热元件。

这种喷嘴在现有技术中是已知的。其缺点在于，用于加热喷嘴的结构很复杂，并且占据了非常大的安装空间。已知喷嘴的另一个缺点在于，在内燃机的冷启动阶段，为提高选择性催化还原的效率而加热喷嘴的预期效果不够充分。

此外，本发明还涉及一种用于将还原剂注入到内燃机的废气流中以进行选择性催化还原的还原剂计量系统(Reduktionsmitteldosiersystem)，该还原剂计量系统具有至少一个输送泵，借助该输送泵将还原剂储箱中的还原剂经由抽吸管路从储箱中吸出，经由至少一个压力管路进行输送，并经由至少一个喷嘴引入到内燃机的废气流中。

用于选择性催化还原(英语：selective catalyic reduction，缩写：SCR)的催化器，即所谓的SCR催化器，用于降低柴油机、燃烧设备、垃圾焚化设备、工业设备等的氮氧化物排放。为此，使用计量装置将还原剂喷入到废气系统中。氨或氨溶液或其他还原剂用作还原剂。

由于车辆中携带氨对安全要求至关重要，因此，特别是根据DIN70070，使用尿素含量通常为32.5％的尿素水溶液。当温度超过150摄氏度时，废气中的尿素会分解成气态的氨和CO₂。尿素分解的参数主要是时间(蒸发时间和反应时间)、温度以及喷入的尿素溶液的微滴大小。在这些SCR催化器中，通过选择性催化还原使氮氧化物的排放降低大约90％。

术语还原剂溶液或还原剂包括适合用于选择性催化还原的任何还原剂，在此优选使用根据DIN 70070的尿素溶液。但本发明并不限于此。术语还原剂计量系统或计量系统在本发明中被同义使用。术语喷嘴和注射喷嘴也被同义使用。

在已知的用于将还原剂注入到内燃机的废气流中以便进行选择性催化还原的还原剂计量系统中，废气相对较低的温度，例如在内燃机冷启动时，即在达到内燃机的操作温度之前，会对SCR催化器的功能产生不利影响。

在将尿素水溶液注入到废气道(Abgasstrang)中后，必须先形成氨(NH₃)以进行SCR反应。在这里，还原作用的氨通过尿素的热分解(热解)和生成的异氰酸的水解释放出来。

在第一个反应，即热解中，尿素在温度的作用下转化为氨(NH₃)和异氰酸(HNCO)。在第二步骤中，在有水的情况下进行水解，其中异氰酸也随着二氧化碳(CO₂)的生成而转化为氨。相对较低的温度，如内燃机冷启动时的温度，可以减缓这些反应的进程。

因此，本发明的任务在于，进一步构造用于还原剂计量系统的注射喷嘴，从而改善SCR催化器的功能，特别是在低温下，例如在内燃机冷启动时出现的低温下，即特别是在达到内燃机的操作温度之前改善SCR催化器的功能。

根据本发明，该任务通过根据权利要求1的注射喷嘴和根据权利要求14的还原剂计量系统得以实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中指出。