专利名称：一种用于柴油机后处理尿素scr系统的空气助喷喷射系统的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及柴油机排气后处理系统领域，更具体的说是涉及一种用于降低柴油机NOx排放的尿素选择性还原SCR(Selective Catalyst Reduction)系统的尿素喷射系统。
背景技术：
我国重型柴油机已经全面实施国III排放标准，北京、上海、广州等发达地区也已经陆续开始实施国IV排放标准，并计划2012年I月全面实施国IV排放标准。和国III排放标准相比，国IV排放标准的NOx的排放限值下降30%左右，PM的排放限值下降60%左右。仅仅靠改善柴油机燃烧过程为主的各种机内净化技术(如燃烧方式的改进优化，电控·燃油喷射系统、增压中冷等)，已经很难满足排放的要求。因此，在柴油机先进机内净化的基础上，增加尾气后处理技术成为控制柴油机排放的发展趋势。根据发达国家的经验，当前实现国IV排放标准主要有两种技术路线其一是EGR+DPF/D0C,即先通过废气再循环降低NOx的生成量，再通过颗粒捕集器捕集颗粒物。其二是SCR技术，即通过优化燃烧，降低颗粒物的生成量，同时允许增加NOx的排放量，然后再通过SCR技术来降低NOx的排放量。实验结果表明国IV柴油机采用SCR技术比采用EGR加颗粒捕捉器技术油耗要低5%左右。选择SCR技术路线实现国IV时，具有可靠性高、稳定性好、燃油消耗量低、功率密度高、换油周期长、散热要求低等优点，而且升级国V时，SCR比EGR更容易。尤其是SCR技术对燃油的硫含量不敏感，因此SCR技术被认为是最符合中国国情的、能满足国IV排放要求的后处理技术之一。目前广泛应用的尿素SCR喷射系统主要分成两类空气辅助喷射系统和无空气辅助喷射系统。空气辅助SCR系统一般在尿素喷射泵中完成尿素水溶液和压缩空气的混合，然后两者的混合物在压缩空气的压力下沿着管路和喷嘴喷到排气管中，这种形式的SCR系统喷嘴结构简单、喷雾雾化效果较好、不易堵塞，但是其对尿素喷射泵的要求较高、成本较高。无空气辅助SCR系统一般直接通过尿素泵建立起压力，然后通过安装在排气管壁的电磁阀式喷嘴控制尿素水溶液的喷射。这种形式的SCR系统喷射泵的结构简单、成本较低，但是喷嘴结构比较复杂，尤其是喷嘴上的电磁阀需要进行冷却，目前通常采用发动机冷却水循环对喷嘴进行冷却，另外由于无空气辅助作用喷雾的雾化效果也较差。另外，尿素水溶液在管路和喷嘴中温度过高时会发生化学反应形成聚合物产生局部结晶，长时间积累后会影响喷嘴的功能甚至堵塞喷嘴。在实际应用中喷嘴内部的尿素水溶液的温度最好保持在95°C以下。由于一般柴油机在高负荷时的排气温度可能达到500-600°C，因此需要采取一定冷却措施，以免尿素水溶液过热。
发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的上述缺陷，其目的是通过在无空气辅助SCR系统喷嘴基础上引入了压缩空气助喷和空气冷却作用，克服了无空气辅助SCR系统喷嘴喷雾效果和冷却效果差的缺点，提供一种用于柴油机后处理尿素SCR系统的空气助喷喷射系统。为实现以上目的，本发明采用的技术方案是—种用于柴油机后处理尿素SCR系统的空气助喷喷射系统,它包括尿素箱总成、尿素泵总成、压缩空气总成、喷嘴、传感器及其控制器(DCU)，其特征在于所述的尿素箱总成包括尿素箱、尿素液位传感器、尿素温度传感器和粗滤器组成；所述的尿素泵总成包括电机泵、单向阀和过滤器；所述的压缩空气总成包括过滤器、调压阀和第一电磁阀组成；所述的喷嘴由第二电磁阀控制尿素水溶液喷射，由压缩空气对尿素水溶液进行压力助喷及其对喷嘴第二电磁阀和尿素水溶液进行冷却；所述的传感器包括SCR催化器前后的温度传感器和NOx传感器；所述的控制器(DCU)具有实现精确控制尿素水溶液的喷射量和SCR系统OBD功倉泛。
本发明的柴油机后处理尿素SCR系统的空气助喷喷射系统，尿素水溶液从尿素箱中由尿素泵总成经过过滤抽吸到喷嘴前端，根据SCR催化器前后传感器信息和发动机信息由控制器(DCU)进行逻辑计算控制喷嘴上的电磁阀控制尿素水溶液的喷射量。压缩空气经过过滤后，由调压阀调压至5-8bar，然后经过管路进入喷嘴，在喷嘴上对电磁阀和尿素水溶液进行冷却，并且在喷嘴喷孔附近对尿素水溶液起到助喷作用。通过控制器(DCU)实现SCR系统OBD功能。本发明的优点是由于本发明喷嘴采用了电磁阀控制尿素水溶液的喷射，因此SCR系统可以采用较低成本的喷射泵。由于本发明引入了压缩空气对喷嘴的尿素水溶液进行了压力助喷设计，因此喷雾的雾化效果更好，有利于SCR的催化转化效果。另外，压缩空气有助于清理喷射完成后喷嘴上的残余液滴能够有效避免喷嘴结晶堵塞。由于本发明采用了压缩空气对喷嘴的电磁阀和尿素水溶液进行隔热和冷却，因此能够避免电磁阀和尿素水溶液温度过高而造成不良后果。作为本发明的进一步改进，所述的喷嘴包括尿素水溶液流通管路和压缩空气流通管路，其特征在于所述的压缩空气流通管路包括具有压缩空气入口的起始段管路和主体段管路；所述的尿素水溶液流通管路的始端设有尿素水溶液入口，主体部分设有电磁阀且置于所述的压缩空气流通管路的主体段管路内部，末端侧壁上开设有压缩空气出口，同时该末端与压缩空气流通管路的末端相连，并设有伞形喷头；所述的伞形喷头上设有若干个喷孔。尿素水溶液流通管路位于压缩空气流通管路内部，压缩空气在其管路流动时对电磁阀及其尿素水溶液管路进行冷却；尿素水溶液的喷射由电磁阀控制，电磁阀开启时尿素水溶液进入尿素水溶液流通管路，到达喷孔区域在压缩空气的助喷作用下喷入排气管中。由于本发明喷嘴采用了电磁阀控制尿素水溶液的喷射，因此SCR系统可以采用较低成本的喷射泵。由于本发明引入了压缩空气对喷嘴的尿素水溶液进行了压力助喷以及伞形喷头设计，因此喷雾的雾化效果更好，有利于SCR的催化转化效果。另外，压缩空气有助于清理喷射完成后喷嘴上的残余液滴能够有效避免喷嘴结晶堵塞。由于本发明采用了压缩空气对喷嘴的电磁阀和尿素水溶液进行隔热和冷却，因此能够避免电磁阀和尿素水溶液温度过高而造成不良后果。作为本发明的再进一步改进，所述的伞形喷头包括I个中心喷孔和位于与所述中心喷孔同心圆周上的一组或多组外围喷孔。中心喷孔沿排气管轴向方向喷射，外围喷孔斜向排气管方向喷射，使喷出的尿素水溶液的雾化效果更好，同时进一步减少了尿素水溶液碰到排气管壁的现象。所述每组外围喷孔以4-6个为宜。作为本发明更进一步的改进，所述的尿素水溶液流通管路的末端为喇叭口，可以更好地与伞形喷头连接，同时也有助于压缩空气的导入。本发明的一种用于柴油机后处理尿素SCR系统的喷嘴的尿素水溶液流通外壳和整体外壳采用304或304以上不锈钢材制作，以适应于柴油机排气的高温和尿素水溶液特性。
图I为本发明用于柴油机后处理尿素SCR系统的空气助喷喷射系统的结构框图。图2为本发明用于柴油机后处理尿素SCR系统的空气助喷喷射系统的喷嘴的结构示意图。图3为本发明用于柴油机后处理尿素SCR系统喷嘴的前视图。图4为本发明用于柴油机后处理尿素SCR系统喷嘴的右侧视图。图中，尿素箱总成I、尿素液位和温度传感器2、尿素泵总成3、压缩空气总成4、喷嘴5、SCR催化器前温度传感器6、SCR催化器后温度传感器7、NOx传感器8、控制器(D⑶)9、管路10、粗滤器11、喷嘴的压缩空气入口 501、喷嘴的尿素水溶液入口 502、喷嘴尿素水溶液流通管路503、喷嘴的压缩空气流通管路504和505、喷嘴的电磁阀506、喷嘴的压缩空气出 口 507、喷嘴的尿素喷孔508、喷嘴的喷头509、喷嘴的尿素水溶液流通管路的末端5010、喷嘴的中央喷孔5011、喷嘴的周边喷孔5012。
具体实施例方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式
，例如各结构的形状、构造以及各部分之间的相互位置关系及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细的说明。参照图1、2，本发明的一种用于柴油机后处理尿素SCR系统的空气助喷喷射系统，它包括尿素箱总成I、尿素泵总成3、压缩空气总成4、喷嘴5、传感器6、7、8及其控制器(DCU) 9。所述的尿素箱总成I由尿素箱、尿素液位和温度传感器2、粗滤器11组成。所述的尿素泵总成3由结构较简单的电机泵、单向阀、过滤器等组成。所述的压缩空气总成4由过滤器、调压阀、电磁阀组成。所述的喷嘴5由电磁阀506控制尿素水溶液喷射，由压缩空气对尿素水溶液进行压力助喷及其对喷嘴电磁阀和尿素水溶液进行冷却。所述的传感器包括SCR催化器前后的温度传感器6、7和NOx传感器8。所述的控制器(DCU) 9具有实现精确控制尿素水溶液的喷射量和SCR系统OBD功倉泛。尿素水溶液从尿素箱总成I中由尿素泵总成3经过过滤抽吸到喷嘴前端，根据SCR催化器前后传感器6、7信息和发动机信息由控制器(DCU)9进行逻辑计算控制喷嘴上的电磁阀506的开启程度进而控制尿素水溶液的喷射量。压缩空气由压缩空气总成4经过过滤后，由调压阀调压至5-8bar，然后经过管路10进入喷嘴5，在喷嘴5上对电磁阀506和尿素水溶液进行冷却，并且在喷嘴喷孔5011附近对尿素水溶液起到助喷作用。这样的喷射喷雾的雾化效果更好，有利于SCR的催化转化效果。另外，压缩空气有助于清理喷射完成后喷嘴上的残余液滴能够有效避免喷嘴结晶堵塞。同时通过控制器(D⑶)9和尿素液位和温度传感器2、NOx传感器8等实现SCR系统OBD功能。参照图2、图3和图4，本发明的喷嘴，它包括尿素水溶液流通管路503和压缩空气流通管路504、505。所述的压缩空气流通管路504、505包括具有压缩空气入口 501的起始段管路504和主体段管路505。所述的尿素水溶液流通管路3的始端设有尿素水溶液入口 502 ;主体部分设有电磁阀506，且该主体部分和电磁阀506置于所述的压缩空气流通管路505的主体段管路505内；末端为喇叭口，其侧壁上开设有压缩空气出口 507，同时该末端与压缩空气流通管路504,505的末端相连，并设有伞形喷头509 ;所述的伞形喷头509上设有若干个喷孔508。·尿素水溶液通过其入口 502进入流通管路503,由电磁阀506控制尿素水溶液进入下面流通管路的量，尿素水溶液通过下端流通管路进入到末端区域5010，然后在压缩空气的辅助下从喷孔8喷入到柴油机排气管中。压缩空气通过其入口 501进入流通管路504和505中，沿着尿素水溶液流通管路503的方向流到压缩空气出口 507区域，在此助压尿素水溶液喷入柴油机排气管中。工作时，压缩空气在其流通管路中流动的过程中对电磁阀506以及流通管路503中尿素水溶液进行冷却。本发明喷孔采用伞形结构，在伞形的正中布置一个小孔5011，在外围区域斜面圆周方向布置504个小孔5012，这样形成5束喷雾，中间一束沿排气管轴向方向喷射，另外4束斜向排气管方向喷射，这样可以产生较好的物化效果，同时减少了尿素水溶液碰到排气管壁的现象。喷嘴的尿素水溶液流通外壳和整体外壳采用304或304以上不锈钢材制作，以适应于柴油机排气的高温和尿素水溶液特性。应该理解到的是上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于柴油机后处理尿素SCR系统的空气助喷喷射系统，它包括尿素箱总成(I)、尿素泵总成(3)、压缩空气总成(4)、喷嘴(5)、传感器及其控制器(9)，所述的尿素箱总成(I)包括尿素箱(12)、尿素液位传感器(13)、尿素温度传感器(2)和粗滤器(14)组成；所述的尿素泵总成⑶包括电机泵(15)、单向阀(16)和第一过滤器(17);所述的压缩空气总成⑷包括过滤器(18)、调压阀(19)和第一电磁阀(20)组成；所述的喷嘴(5)由第二电磁阀(506)控制尿素水溶液喷射，由压缩空气对尿素水溶液进行压力助喷及其对喷嘴第二电磁阀(506)和尿素水溶液进行冷却；所述的传感器包括SCR催化器前后的温度传感器(6、7)和NOx传感器(8);所述的控制器(9)具有实现精确控制尿素水溶液的喷射量和SCR系统OBD功能。
2.如权利要求I所述的用于柴油机后处理尿素SCR系统的空气助喷喷射系统，其特征在于所述的喷嘴包括尿素水溶液流通管路(503)和压缩空气流通管路(504、505)，其特征在于所述的压缩空气流通管路(504、505)包括具有压缩空气入口(501)的起始段管路(504)和主体段管路(505);所述的尿素水溶液流通管路(503)的始端设有尿素水溶液入口(502)，主体部分设有第二电磁阀(506)且置于所述的压缩空气流通管路(505)的主体段管路(505)内部，末端侧壁上开设有压缩空气出口(507)，同时该末端与压缩空气流通管路(504,505)的末端相连，并设有伞形喷头(509);所述的伞形喷头(509)上设有若干个喷孔(508)。
3.如权利要求2所述的用于柴油机后处理尿素SCR系统的空气助喷喷射系统，其特征在于所述的伞形喷头(509)包括I个中心喷孔(5011)和位于与所述中心喷孔(5011)同心圆周上的一组或多组外围喷孔(5012)。
4.如权利要求3所述的用于柴油机后处理尿素SCR系统的喷嘴，其特征在于所述每组外围喷孔(5012)为4-6个。
5.如权利要求2所述的用于柴油机后处理尿素SCR系统的喷嘴，其特征在于所述的尿素水溶液流通管路(503)的末端为喇叭口。
6.如权利要求2-5任何一项所述的用于柴油机后处理尿素SCR系统的喷嘴，其特征在于尿素水溶液流通外壳和整体外壳采用304或304以上不锈钢材制作。
全文摘要
本发明公开了一种用于柴油机后处理尿素SCR系统的空气助喷喷射系统，它包括尿素箱总成、尿素泵总成、压缩空气总成、喷嘴、传感器及其控制器。尿素水溶液从尿素箱中由尿素泵总成经过过滤抽吸到喷嘴前端，根据SCR催化器前后传感器信息和发动机信息由控制器进行逻辑计算控制喷嘴上的电磁阀控制尿素水溶液的喷射量。压缩空气经过过滤后，由调压阀调压至5-8bar，然后经过管路进入喷嘴，在喷嘴上对电磁阀和尿素水溶液进行冷却，并且在喷嘴喷孔附近对尿素水溶液起到助喷作用。通过控制器实现SCR系统OBD功能。本发明具有成本较低、喷雾的雾化效果好、催化转化率高、喷嘴不会结晶堵塞等优点，且能避免电磁阀和尿素水溶液温度过高。
文档编号B05B15/04GK102840014SQ201110166869
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者陈镇, 陆国栋 申请人:杭州银轮科技有限公司, 浙江银轮机械股份有限公司