一种用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构的制作方法

专利名称：一种用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构的制作方法
技术领域：
此项发明系关于内燃机排放控制，具体地说，是包括内燃机尾气净化方法及装置 在内的后处理系统。
背景技术：
由于对改进燃油经济性的迫切需要，柴油机及稀薄燃烧(Ieanburn)汽油机的应 用近年来迅速增加。然而由于燃烧室及其废气中含有过多的氧，使这些发动机排出大量氮 氧化物而致使采用普通的三元催化剂的方法无法起作用。针对此问题，人们已经提出多种 减少氮氧化物的后处理技术。其中，在尾气中注入如氨作为还原添加剂与选择性催化剂 (SCR)配合使用被认为是将有毒的氮氧化物转化为无害气体的一种最有效的方法。然而氨 本身是一种有毒之气体，并且在机动车上携带大量压缩氨也存在安全及其它问题。尿素溶 液被认为是氨气的一种很好的替代物，因为前者在高温时可分解出氨，而且安全性高，对环 境无害。事实上，可向发动机尾气注入尿素水溶液，其产生的氨在SCR作用下与氮氧化物反 应形成无害气体。目前已有很多关于尿素及SCR催化剂尾气处理系统的发明专利。
背景技术：
最有代表性的有以下两项第一项是由本专利申请发明人之一，吴靖雄关于添加剂输送系统的专利。该项专 利采用一个气压差分计来控制压缩空气的压力。该专利还采用j量，液泵及混合室等多项 功能于一体的计量泵。这样高度的集成虽能节省空间，但却增加了制造难度与维修成本。第二项是Bosch(博市)公司的关于添加剂供给的专利。该专利采用一个液泵不 停加压，同时用一个回流和液压调节器来达到恒定液压。该专利构造复杂，成本昂贵，耗能 过大。关于加热系统，有几项专利都提到了用发动机回流燃油来加热添加剂。然而效率极差。理想的尿素添加剂输送系统需具备如下性能及特征1)能精确确定发动机尾气 中的氮氧化物所需尿素的剂量，幻能迅速，即时及精确地将溶液均勻地注入到尾气当中。3) 在寒冷天气下，当尿素溶液处于或接近冰冻状态时，能在发动机启动后短时间内迅速，有效 地向发动机尾气注入足够的尿素溶液。4)在寒冷天气情况下能经济而有效地保持在液罐 里的添加剂溶液及输送装置的温度高于其凝固点。幻为了防止由于添加剂溶液凝固而导 致对输送装置的损坏，在发动机停止工作时能将所有剩余在输送装置内的液体全部清除干 净。6)减少体积，重量及能耗。7)耐久性优越，维护修理经济，容易，次数少。8)备有智能 的随车监测诊断系统来监测所有可能的非正常工作或失效状况，并且通知有关人员采取及 时纠正措施，9)产品可靠，而且经济实惠。非常遗憾的是，没有一项背景(先前)技术能提供令人满意办法来达到以上要求。它们当中，绝大部分只能解决问题的某一个方面，从而只能是一些支离破碎的不完全不可 行的办法。根据这些办法，很难制作出实用的产品来。其它有些专利试图提供一些比较全 面的产品，虽然具备所需的基本功能，但由于有些关键的问题没解决而无法做出成品例如 添加剂注射反应时间慢，注射剂量不准确，不可靠，雾化差或者经常被堵塞等等。由于以上 所述的种种原因，如今能够有成品上市的寥寥无几。剩下的虽然能够具有比较完整可靠的 功能并且已有商业产品上市，但却存在以下先天的不足硬件结构太复杂，太庞大，而且能 耗高，寿命短，制造使用成本昂贵等等。也正因为如此，全世界范围内柴油机后处理器之应 用还不普遍。

发明内容
本发明涉及发动机尾气处理的方法及装置，包括一个全新的，全面功能的液态添 加剂输送系统，该装置具有以下任何其它技术无法达到的性能1)功能全面。该发明所提 供的技术办法和产品比世界上所有同类技术与产品的功能更完全，性能更优越。2~)硬件结 构简单，紧凑，在所有能实现同样功能的技术方法中，是最简单，最紧凑的，使用的硬件数量 也最少。它包括了一个实用产品在各类车型，各种气候条件下工作所需的所有功能，比如迅 速加热，液路清除，智能随车监测诊断系统(OBD)等。幻高效率，低能耗，低成本。本发明的 出现将提供一个功能齐全，性能优越，实用可靠的产品，更重要的是对生产厂家及用户都十 分经济。本项发明的基本概念是采用最少的硬件，而匹配上性能优越且相当精密的软件来 使该装置获得最大的适应性，可针对不同车型有不同应用，同时又使产品开发及制造成本 降到最低限度。本项发明还有一个技术特点就是尽量采用工业标准零部件，并尽量利用现 有车载资源比如能源，热源，气源等进一步降低制造与使用成本，同时也给用户带来极大的 方便。新颖的智能型的随车监测诊断系统(OBD)具有先进的有线和无线通讯手段，使政府 有关部门对车辆尾气排放实行实时监控成为可能。不仅如此，当系统出现故障，OBD或者启 动自我修复功能并及时自动排除故障，或者通知有关人员及时采取措施排除故障。这样使 得其可靠性大大提高。本发明包括方法与装置，用于发动机尾气后处理。此发明方法包括应用一系列催 化剂系统和喷射一种添加剂，如尿素溶液以减少发动机尾气之污染气体及颗粒物。催化剂 系统含有一个或多个催化剂，如柴油氧化催化剂(DOC)可将一氧化碳及碳氢化合物氧化成 无害的水和二氧化碳。选择性还原催化剂(SCR)是为了还原氮氧化合物(NOx)，但需藉由 上游添加的尿素水溶液将其还原成水与氮气(N2)。另外柴油机颗粒捕捉器(DPF)是用来阻 止颗粒物的排放。此发明装置包括一个内含OBD的电子控制器(电控器或ECU)，各种传感 器，具有自动清洗及加热功能的添加剂供给系统。该添加剂供给系统则包括添加剂储存罐， 输送添加剂并保持一定液压的液泵，准确释放与量度剂量的剂量阀，空气供给系统，气液混 合室，将液气混合体以良好的雾化方式注入排气管内的喷嘴及一些管道连接器件。加热手 段，包括采用电和发动机冷却液来加热储液罐及整个液路。整个装置的工作与运行则在电 控器与OBD的全面控制与监视下进行。相对于同类其它产品本装置具有众多的独到的功能与特征，例如采用共晶成分 的尿素溶液，这样可以使加热所需能量降到最低；一个多功能的储液罐，它可以在任何气候 条件下保证添加剂在所需的物理化学状态；采用低压输送注射方法可降低能耗；采用压缩空气驱动液路；低能耗液泵；准确而迅速的注射添加剂来提高NOx转化效率；高效而可靠的 供气系统；简洁，有效的液路清洗设计能在发动机关机时将所有剩余在输送管道及器件内 的添加剂完全干净地返回到储液罐从而避免零部件的损坏或添加剂的浪费；在需要时利用 发动机冷却液加热添加剂不仅大量节省能源，而且十分有效，安全，可靠；储液罐内又有局 部加热装置能在发动机寒冷启动时为添加剂输送系统加热以提供快速的液态添加剂；电控 器(EOT)包括OBD软件具有先进的有线与无线通讯功能，保持后处理器与有关人员的紧密 联系，使有关人员包括用户，生产厂家，维修中心，政府有关机构知悉装置的工作状态及提 供及时与实时监测效用，这样极大地提高该装置的可靠性；另外，本装置依赖于计算机软件 来完成大量的本来是属於硬件的工作，这样使得其更容易适应于在各类车型及发动机上的 不同应用，同时最大程度地减少了硬件的数量，这就更进一步的提高了本系统的灵活性与 经济性。由于以上所列的各种特有的性能与功能，本装置为用户提供了一个可靠，完整，经 济，灵活，适用于各种地理与气候环境的产品来使他们的发动机或车辆达到各种政府制订 的尾气排放标准。 本发明提供一种用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构，它包括喷嘴和喷嘴导流 器，所述喷嘴的末端安装喷嘴导流器。进--步地，所述喷嘴为单孔出口或多孔出口。
进--步地，所述喷嘴导流器通过一个或多个连接件固定在喷嘴上。
进--步地，所述连接件为3个薄叶片。
进--步地，所述连接件为圆形或方形。
进--步地，所述连接件为弹簧。
进--步地，所述弹簧为片状、杆状或螺旋状。
进--步地，所述连接件分别与导流器和喷嘴焊接、螺纹连接、螺栓连接、镶入连接、
卡接、自锁机构连接或电磁连接。进一步地，所述喷嘴导流器设有控制装置，该喷嘴导流器沿轴向运动而起到对喷 嘴出口开关作用，或者调节喷嘴出口大小的作用。由于本项发明，发动机后处理装置的结构被大量简化，这样使得产品开发，制造， 维修成本大大降低，同时提高了产品的可靠性及效率，且保持比其它同类产品更完整的功 能与优越的性能。本发明采用硬件与软件的优化集成，使体积小，重量轻，同时又使制造维 修经济方便。另外本发明装置由于采用了低压注射方法可降低能耗，提高部件使用寿命，采 用了工业标准零部件，大量利用车辆与发动机现有资源，从而更进一步降低了制造与使用 成本。


图1是一个示意图，显示后处理装置的一种形式。在该图中，储液罐的加热装置安 装在储液罐内。液泵为电磁驱动泵。图2是一个示意图，显示储液罐的加热装置安装在储液罐外。图3a是一个示意图，显示添加剂供给系统的一部分，作为变化之一，含有一个溶 液清除回路。图北是一个示意图，显示添加剂供给系统的一部分，作为变化之一，剂量阀与混合室为分开的两个单独部件，之间由管道连接。图4是一个示意图，显示一种供气方式，其压缩空气来源于车用气动煞车系统的 储气罐。图5是一个示意图，显示另外一种供气方式，其压缩空气系由一个空气泵产生。图6是一个示意图，显示另外一种供气方式，其压缩空气系由一个空气压缩机产 生。图7是一个示意图，显示一个独立的具有双热量交换器的加热流体循环系统。
图fe是一个示意图，显示由加热电阻丝缠绕的管道。图8b是一个示意图，显示加热电阻丝包含在管壁内。图8c是一个示意图，显示管道本身可作为加热电导体。图9a是一个示意图，显示管道与储液罐加热共用一个加热流体循环系统。图9b是一个示意图，显示加热流体循环管道缠绕在添加剂溶液输送管道上来加 热添加剂输送系统。图9c是一个示意图，显示加热流体循环管道镶入在添加剂输送管道壁内。图IOa是一个剖面示意图，显示喷嘴导流器通过联接件固定在喷嘴上。图IOb是一个剖面示意图，显示图IOa的侧视图。图IOc是一个剖面示意图，显示喷嘴导流器通过联接件固定在喷嘴上另一个例子。图IOd是一个剖面示意图，显示喷嘴导流器通过中心轴固定在喷嘴上。图IOe是一个剖面示意图，显示喷嘴导流器形状变化的一种例子。图IOf是一个剖面示意图，显示喷嘴导流器形状变化的另一种例子。图Ila是一个示意图，显示后处理装置的另一种形式。液泵由气轮透平驱动。图1 Ib是一个示意图，显示气轮透平驱动液泵。图Ilc是一个示意图，显示添加剂输送系统的另一种形式。液泵由气轮透平驱动。 液罐由压缩空气加压。图1 是一个示意图，显示添加剂输送系统的另一种形式。液泵为气动活塞泵。图12b是一个示意图，显示六通阀正常工作时的位置。图12c是一个示意图，显示六通阀进行液道清除时的位置。图12d是一个示意图，显示清除回路含有积累器。图1 是一个示意图，显示添加剂输送系统的另一种形式。液泵为气动活塞泵。液 罐由压缩空气加压。图13a是一个示意图，显示双气缸气动活塞液泵的一种形式。图1 是一个示意图，显示活塞尺寸变化。图13c是一个示意图，显示液缸阀门。图13d是一个示意图，显示液体输出管活塞阀门。图13e是一个示意图，显示气动液泵的空气导向四同阀。图13f是一个示意图，显示单气缸气动活塞液泵的一种形式。图13g是一个示意图，显示气动液泵活塞一种固定形式。图1 是一个示意图，显示环形气动活塞液泵的一种形式。
图[3J是一个示意图，显示环形气缸活塞的两种位置。
图t3j是一个示意图，显示环形液缸活塞的两种位置。
图[3k是一个示意图，显示环形液缸活塞支撑1~gYI_+个例子。
图13l是一个示意图，显示环形液缸活塞缩入转子的一个例子。
(上所有图中数字所代表的部件名称解释如下
]发动机5来自发动机的加热流体
7加热流体三通阀9向液罐加热装置输送加热流体的管道
11加热流体回流管道13添加剂(还原剂)
15添加剂储存罐(储液罐或液罐)17液面高度传感器(液面高度仪)
19浓度传感器(浓度计)2l液罐液体温度传感器(温度计)
23 力释放阀(压力调节阀)25 i韭液管加热装置
27 i韭液管温度传感器(温度计)28添加剂过滤器
29添加剂进液管3 l液罐加热装置
32加热流体回流管33添加剂供给管
35添加剂清除管37添加剂三通阀
39液泵输入管4l发动机排气(尾气)管
43六通阀45气轮透平(Air—tuz七ine)
47增压器48液泵
49液泵轴及轴承50液泵输出管
52 E包控器(ECU)56液压传感器(液压计)
58温度传感器(温度计)59空气阀
60剂量阀65混合室(管)
70单向截流阀80气源
82注射输送管85空气压力传感器(气压计)
88 U贵嘴90发动机排气压力传感器(气压计)
92发动机排气温度传感器(温度计)94柴油氧化还原催化器(D。C)
96 i~生_择性还原催化器(SCR)98颗粒捕捉器(DPF)
130空气入亡113]空气导向四通阀
132上气缶[133下气缸
134上液缶[135下液缸
136液体入口137液体出口
138空气导向开关139 J曾压活塞
140空气庄I KI15]上液缸液体单向流入阀
152下液缸液体单向流入阀153上液缸液体单向流出阀
154下液缸液体单向流出阀155双向阀门
158活塞导向杆210环形气动活塞液泵转子
215气缸隔离板220气缸活塞
250液缸隔离板255液缸活塞支撑
260液缸活塞265活塞支撑定位键
270活塞支撑运动控制机构405车载气动煞车系统储气罐415空气压力调节器515电源开关5；35传动离合器555空气泵705独立加热流体循环管道715热交换器725返回发动机的流体810加热电阻丝820 导线910加热流体阀 环管930镶入式加热流体循环管道980喷嘴导流器联接件
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310缓冲器(积累器) 410关闭阀 505发动机电池
525发动机发电机(alternator) 545传动带 605空气压缩机 710加热流体循环管道 720来自发动机的流体 805添加剂输送管 815绝缘绝热体 825电路开关 920加热添加剂输送管道的加热流体循
960喷嘴导流器
说明书
具体实施例方式图1显示本项发明既净化发动机排气的后处理装置主要结构的一种形式。该装置 包含添加剂13，添加剂供给系统，催化剂系统94，96，98及电控器(ECU)52。添加剂供给系 统则包括液罐15，由液路与气路组成的添加剂溶液供给线，空气供给系统，系统清洗功能和 加热系统。电控器52则包含随车监测诊断(OBD)与通讯功能。(一 )、发动机1可以是柴油机或稀薄燃烧(Ieanburn)汽油机。发动机1通过各 种接口与电控器52建立联系并向电控器传输有关发动机的各种信息数据包括转速，载荷， 冷却液温度，排气温度，压力等等。电控器52将依赖这些信息数据来控制整个后处理装置 的运行以达到所需要的效果。发动机1通过排气管道与催化剂系统相连接。催化剂系统则包含至少一个催化 剂，比如选择性还原催化剂(SCR)。催化剂系统可以有不同的安排包括一个或多个不同的催 化剂。发动机1将向后处理装置提供电源。在可能的情况下还将向该装置提供压缩空气。 在寒冷的天气，发动机在需要时将向该装置供给加热所需的热源。热源可能是电，发动机冷 却液和尾气的任何一种或组合。(二)、添加剂13 (以后称“溶液”或“溶液13”)在催化剂比如SCR的帮助下，添
加剂能将发动机尾气中的NOx还原成无害的气体。如果采用尿素溶液，其浓度最好是水与尿素的共晶成分，这样由于具有最低的凝 固点而使得对加热的需求降到最低。一种或多种添加(附加)物质可以加入溶液中来达到 某种目的，比如降低溶液的凝固点或改变共晶成分等等。在温暖的环境中工作时，可以使用 尿素浓度较高的一些溶液来延长添加溶液的间隔。(三)、添加剂溶液储存罐(以下称“液罐”或“液罐15”)液罐15储存溶液13供 装置使用。它包括以下部件及功能a)、适用于各种环境与气候。适用于移动或非移动车辆或系统。
b)、由耐久，不易破裂的材料制成，能承受任何因溶液体积变化比如凝固所引起的 各种机械应力。c)、其形状与大小与可用的空间相配合。其容积最好大些能使溶液的添加间隔足 够长，这样就可以与一般车辆维修项目，比如换机油的间隔一致或稍长。d)、包含一个压力调节阀23来保持液罐15内的气压与外界大气压大致相同。当 该阀门关闭时，液罐15内外不会有气体交换，避免溶液13中任何物质的蒸发流失而导致溶 液浓度的变化。e)、浓度传感器(浓度计)19用于监测溶液的浓度并传给电控器，电控器根据溶液 的浓度来确定剂量阀60所释放的剂量。如果液罐15内的溶液13浓度超出一定范围，电控 器将向使用者发出警告信号。f)、液面传感器(液面高度仪)17用于监测液罐15内溶液13液面位置并传给电 控器，如果液面低于某一位置，电控器将通知使用者必须添加溶液。g)、进液管四安装在液罐15内并从液罐15内抽取溶液13。在装置停止状态，进 液管四所安装的方式将阻止溶液在重力的作用下流向装置的其它任何部位。进液管四实 际上是供给管33浸在液罐15内的一部分。h)、液罐加热器31在需要时能将整个液罐加热来溶化已经凝固的溶液13或保持 溶液13在一定的温度范围。它可以安装在罐内(图1)或罐外(图2)。i)、温度传感器(温度计)21用于控制液罐加热器31。j)、进液管加热器25在需要时用于局部加热进液管内及其周围的溶液13。k)、温度传感器(温度计)27用于控制进液管加热器25。作为另外一种形式，该温 度计可用温度计21来代替。(四)、溶液供给线由液体输送通道(液路)与气体输送通道(气路)组成(图 1)。液路包括进液管四，过滤器观，供给管33，液泵48，液泵输出管50，液压传感器56，液 路温度计58及剂量阀60。气路则由混合室(管)65，注射管82，气压传感器85和喷嘴88 组成。液态的添加剂13由液泵48从液罐15抽出并输送到剂量阀60，然后与空气在混合室 (管)内混合，最后由喷嘴88喷入发动机排气管41内。a)、液泵48 它可以是任何一种液泵。液泵48的进口通过进液管四，过滤器28， 供给管33与液罐15相连接。泵的出口通过液泵输出管50与剂量阀60相连接。过滤器观 可以安置在供给管33或进液管四的任何部位。液压传感器56可以安置在液泵输出管50 的任何部位。液泵48由电控器52控制。反馈信号由液压传感器56提供。液泵只有在电 控器通过温度计27与58确定溶液为液态时才工作。液泵48由控制器52控制，保持溶液13的压力(Pj高于气压(P_a)。当液压降到 预设值(Ph)以下时，液泵48启动；当液压达到预设值(P1J时，液泵48停止。Pw与Prt 不必相等，为5到IOOpsi之间的任何值。b)、剂量阀60 剂量阀60是一个对控制信号反应迅速并在关闭时密封良好的动态 开关电磁阀。它可通过开关动作精确计量并根据电控器52的指示准确释放溶液13。剂量 阀由来自电控器52的FPWM信号控制；其释放剂量与脉冲宽度成比例。剂量阀60包含一个 混合室(管)65使溶液13与供气系统送入的空气均勻混合。另外一种组合方式，混合室65 可与剂量阀60分开，二者由一管道相连，如图北。
c)、喷嘴88 喷嘴88通过注射管82与混合室65相连。它的末端出口可以是单孔 也可以是多孔，使得气液混合体以细雾状喷入发动机排气管41，并在气路内产生最小的气 压降。喷射方向可以是任何方向，一般来讲，向排气流动方向相反的方向(逆向)喷射雾化 及混合效果为最佳。喷嘴88位於至少一个催化剂，如SCR，的上方。d)、喷嘴导流器960(图IOa-IOf)在喷嘴末端可安装一导流器960 (图IOa)。喷 嘴导流器960主要有以下作用改变发动机排气在喷嘴附近流动分布与方式，改变喷嘴喷 射出去的气流的流动分布与方式，在喷嘴88与发动机排气逆向安装时减少发动机排气对 喷嘴末端出口的冲压，改变喷嘴振动频率与幅度，避免发动机排气中异物直接冲击或进入 喷嘴造成损坏或堵塞等。喷嘴导流器960的以上作用可以使添加剂13与发动机排气混合 更均勻，延长喷嘴88使用寿命，降低所需喷射压力并防止喷嘴堵塞。喷嘴导流器960可以通过一个或多个连接件固定在喷嘴上。连接件可以是任何形 状，任何形式，但具有以下功能与特征将喷嘴导流器960准确牢固地固定在喷嘴上，最大 限度地减少对气流的阻碍，加工生产安装简便经济。例如图10a，IOb中所示，连接件为3个 薄叶片。当然，连接件也可以是圆形，方形或其他任何形状。图10c，IOd显示连接件的另外 两个例子以说明连接件可以是任何形状和形式。图中的弹簧可以是片状，杆状，螺旋状，等 等。这样的简便结构既能固定导流器又允许导流器做一定轴向运动。图IOe则显示导流器 也可以通过一固定轴来固定在喷嘴上。连接件之间以及与导流器，喷嘴的连接方式可以是 焊接，螺纹/螺栓，弹簧，镶入，卡住，自锁机构，电磁，等。喷嘴导流器960通过适当的连接或控制，比如弹簧连接或者电磁控制，可以沿轴 向运动而起到对喷嘴出口开关作用，或者调节喷嘴出口大小的作用。这样，喷嘴出口大小可 随喷嘴内部与外部压差来调节(比如弹簧连接时)或者根据需要来调节(比如采用电磁控 制时)。当然，必要时(比如装置停止工作时)喷嘴导流器960可将喷嘴出口完全关闭，从 而防止发动机尾气或其他异物进入喷嘴。喷嘴导流器960对喷嘴出口大小的调节作用也可 以用于清除喷嘴中或喷嘴出口的堵塞物。喷嘴导流器960使得大口径喷嘴与低压而均勻的 喷射更可靠。喷嘴导流器960根据改变气流流动的需要可以有各种不同的形状。图IOf只 是显示两个例子而已。(五)、空气供给系统空气供给系统是此项发明的关键部分之一。由其用途决定， 此装置需要提供压力5到30psi，流量5到20升/分的空气来完成如下任务快速输送和 雾化溶液13，冷却剂量阀60，喷射管82和喷嘴88，净化空气管道，在发动机停止运转后净化 气路并将液体从液路中清除，防止系统堵塞等等。具有所需压力与流量的压缩空气由空气 源80经空气管道和单向截流阀70导向混合室65。单向截流阀70只允许来自空气源80方 向的空气流入混合室65，以避免由空气携带的添加剂发生倒流，污染供气系统的其它部分。 空气压力由可安装在空气源80和喷嘴88之间任何部位的空气压力传感器85监测。作为 一种选择，可在发动机排气管41安装一气压传感器90测量喷嘴88附近的尾气压力。电控 器52可通过排气压力值确定溶液剂量和(或)维持特定应用情况下供气与排气之间的恒 定压差。空气源80可有如下几种选择a)现成的压缩空气源，b)气泵或c)空气压缩机。a)、选择1(图4)在一些大中型卡车上，通常有一高压气罐(存储器)405用于制 动操作。其中的一小部分空气可被用作后处理装置的空气源。其消耗的空气少于制动空气 供给总量的5%，因此对车辆的空气制动系统影响极为微小。空气可从气罐405引入，然后经过压力调节器415与单向截流阀70导向混合室65。空气压力由调节器415(图4)调节。 压力调节器415可用机械式的或电子式的，可将引入空气调到所需压力。空气压力可以为 恒定值，如5到30psi之间的某值，或与排气压力保持5到30psi恒定压差。在进气口处安 装一关闭阀，以便在气路出现故障，如气体管道或喷嘴88断裂时保护空气制动系统，使气 压不至过分降低。只要制动空气压力降到低于某正常值，此阀关闭，则车辆的空气制动系统 不受影响。最后，当发动机停车时，储气罐将在较短时间内(一般为几秒至十几秒)继续提 供压缩空气以完成系统清洗过程(详细见(六))。这一清洗过程只需极少量的压缩空气， 所以不会影响车辆的空气制动系统。b)、选择2(图5)在轻型卡车及小轿车上，没有现成的压缩空气，这时需要一个独 立的空气源。此项发明包括使用由发动机电动机525所驱动的空气泵555产生压缩空气的 方法。该方法可产生一个随发动机转速而自动变化的空气压力。这一变化也正好与排气压 力的变化相对应，并为喷嘴88提供了恒定压差以保证溶液13喷射后的良好雾化。必要时， 也可通过开关的离合作用将空气压力维持在恒定值。当发动机1停止运转时，电动机525通 过离合器535与发动机主轴脱离，而电控器52开始控制电动机的运行。电动机525在发动 机电池505驱动下保持较短时间(通常为几秒至十几秒)的运转，以完成如(六)中所述 的系统清洗过程。系统清洗过程完成以后，电控器52通过一个电开关(或继电器)515切 断电动机525与电池505的连接，并且发动机或车辆电控器开始控制电动机，使其与发动机 1主轴连接以备下一次启动时用。以上过程也可以由专门的控制电路(或延时继电器)来 完成，而不需电控器的干预。c)、选择3(图6)由于某种原因上述两种空气源都不存在或不能用时，可使用自 备马达的空气压缩机605。同选择1和选择2相似的是，空气压力可设为恒定值(P_a)，或 与排气之间保持恒定压差。任何一种能够达到气压值(P-a)30I^i，流量20升/分钟的耐久 的空气压缩机都可使用。借助于气压传感器85，电控器52可对空气压缩机605进行实时闭 环控制。当发动机停车时，空气压缩机在电池505驱动下保持较短时间(通常几十秒)的 运转，以完成如(六)中所述的系统清洗过程。当系统清洗过程完成以后，由电控器52将 空气压缩机605关闭。以上过程也可以由专门的控制电路(或延时继电器)来完成，而不 需电控器的干预。(六)、系统清洗为防止在寒冷天气下发动机停车后仍停留在液路包括管道和仪 器中的液体溶液13凝固而损坏部件，需要完成一个系统清洗过程，将溶液13从混合室65 开始上至液罐15下至喷嘴88的整个溶液供给系统清除干净。此发明采用了快捷而经济的 办法来完成上述过程，可将已经填充到液路的所有溶液全部返回到液罐15。此过程即可防 止任何溶液13的浪费，也避免了排气系统的污染。整个清洗及清除过程根据液泵的种类约 需几秒至十几秒钟，分如下几步完成a)、当发动机1停车时，电控器52关闭液泵48电源，溶液13流回至液罐15并释 放压力。这一步结束后，液压传感器56应测出不高于环境气压的液压。b)、剂量阀60被完全打开，使压缩空气流入液泵输出管50，将溶液13经过液泵48 供给管33与进液管四返回液罐15 (图1)。c)、在执行上述步骤过程中，空气供给系统连续向混合室65，注射管82和喷嘴88 输送空气。喷嘴将发动机停车后所有残留的液气混合物释放到发动机排气管中去。这一清洁过程只涉及极少量的添加剂，因而不会对下游的发动机排气系统造成任何损害。系统清洗过程完成后，电控器52关闭剂量阀60，同时关闭气源。发动机停车后系 统清除过程所需的空气由(五)中所述任何一种方法提供，即a)车上现成装备的压缩空气 罐405，b)以电池505作为电源的电动机525所驱动的气泵555或c)用电池505驱动的空 气压缩机。对于某些液泵，液路在泵内被断开，其液路将需要一个回路用于清除溶液(图 3a)。此回路由三通阀37，液泵输入管39，液泵48，液泵输出管50及清除管35构成(图 3a)。需要时，可在清除管35或液泵输出管50上任何位置安装一积累器310(如图12d所 示)。此时，整个清洗及清除过程约需十几秒钟，分如下几步完成i)、当发动机1停车时，电控器52关闭液泵48，将三通阀37打到清除位置，连接供 给管33与清除管35，同时切断供给管33与液泵输入管39之间的连接。这使得溶液13可 以畅通无阻从较高液压区(主要是液泵输出管50，清除管35和可能存在的积累器310)流 回至液罐15并释放压力。这一步结束后，液压传感器56应测出不高于环境气压的液压。ii)、剂量阀60被完全打开，使压缩空气流入液泵输出管50，将溶液13经过液泵 48高压(底)端，清除管35，可能存在的积累器310，三通阀37，供给管33与进液管四返 回液罐15。此过程除了仍残留在液泵48低压(顶)端和输入管39的溶液外，可将其余全 部溶液从剂量阀60返回到液罐15。iii)、一旦完成上述过程，三通阀37打到供给(即正常工作)位置，连接供给管33 与液泵输入管39。接下来，液泵48收到来自电控器52的FPWM指令，经几个冲程的运行将 残留在泵48低压(顶)端和输入管39的溶液13抽到液泵输出管50，清除管35和可能存 在的积累器310中。&)、重复步骤1)和^)。ν)、必要时重复步骤i)，ii)，iii)和iv)以完成液路清洗。vi)、在执行上述步骤过程中，空气供给系统连续向混合室65，注射管82和喷嘴88 输送空气。喷嘴将发动机停车后所有残留的液气混合物释放到发动机排气管中去。这一清 洁过程只涉及极少量的添加剂，因而不会对下游的发动机排气系统造成任何损害。系统清洗过程完成后，电控器52关闭剂量阀60，将三通阀打到供给位置，同时关 闭气源。(七)、加热系统工作在气候温暖地方的车辆不需安装加热系统。而在寒冷气候 下工作的车辆则需安装加热系统以防止溶液13凝固或融解已结冰的溶液。此项发明提出 多种可供选择的加热方法以适用于包括液罐，管道和仪器在内的整个液路的不同部位。为 节省能量，加热系统在发动机停车时停止工作，而且只有在必要时才加热。a)、液罐加热系统(图1，2，7和9a)作为一种加热方法，此项发明使用发动机的 冷却液作为加热介质(此后称加热流体)。为了加热液罐15，加热流体循环经三通阀7，循 环管5，9由发动机1延伸到液罐加热装置(热交换器)31，穿过液罐加热器31，经回流管32 返回发动机1。加热器31可为任何形式和形状，例如，螺旋管线圈，既可安装在液罐15内(如图 1)，也可安装在液罐15外(如图幻。温度传感器21装在液罐内以测量罐内溶液温度。当 液罐15内溶液13的温度降到预设值(Τ-t-l)以下时，三通阀7被转到连接管5和管9的位 置，使得从发动机1流出的加热流体在返回发动机1之前进入加热装置31。此时加热装置31开始工作。当液罐15内的溶液13的温度达到预设值(T-t-h)时，三通阀7被打转到连接 管5和回流管11的位置，使得加热流体不经过加热装置31而直接返回发动机1。(T-t-1) 与(T-t-h)值不必相等。这套加热系统也可使用其它种类的流体如发动机1中排出的尾气，但前提是，流 体通道中的材料需能耐高温。另外一种结构涉及到由两个热交换器而形成独立的加热流体循环(图7)。第一个 热交换器715从热源，如发动机冷却剂或尾气向循环液体交换热量；而第二个加热器31则 向溶液13与液罐15交换热量。在这种情况下，加热液泵710代替了三通阀7。当需要加热 时，电控器52则打开加热液泵710。否则关闭液泵710。液罐加热系统也可采用电流加热。此时，在液罐15内或外安装一电加热器来取代 流体循环加热装置31，电线代替流体循环管道，而电开关代替三通阀7。尽管有其它方法可行，而采用发动机冷却剂作为加热流体具有一些独特而重要的 优越性经济(消耗极少或根本不需消耗额外能量，勿需使用昂贵的高温材料)，安全(无 过热)，可靠，实际，快捷，对现存的发动机冷却系统影响微小。发动机的冷却循环也可用来 加热整个液路(见以下段落及图9a)。b)、进液管加热器25 当发动机1在寒冷天气下启动时，如果液罐15内的溶液13 处於结冻状态，这时需要一个装置能够极其快速地溶化已结冻的溶液13以便在发动机启 动后迅速向剂量阀60提供充足的溶液。为达这一目的，进液管加热器25需对进液管四，管 内及管外溶液进行局部快速加热，以保证在液罐15中的溶液13全部溶化之前能提供足够 的溶液13以供早期使用。进液管加热装置25可采用以下任何一种或几种的组合电流，气 流，液流及化学反应。电加热简单且反应迅速，所以优先采用。电加热可以简单到只用一个金属导体，如 线圈，缠绕进液管四。接通电源即可产生热量。电导体也可镶嵌在管壁内，或者进液管本 身也可作为导体。此装置可用发动机电池505或发电机525驱动，所需能量较少。温度传 感器27既可放在进液管四内，也可放在外部，但需靠近进液管四。可使用电控器52或自 身含有的控制单元-如热敏开关来控制加热装置25。当温度传感器27的读数低于预设值 (Τ-i-l)时，加热装置25开通，当温度传感器27的读数达到或高于预设值(T-i-h)时，加热 装置25关闭。(Τ-i-l)与(T-i-h)值不必相等。C)、液路加热系统该系统用来使液路的管道和仪器保持在溶液13的凝固点以 上。本发明提供两个选择i)电流与ii)流体。根据经验，沿液路找出至少一个温度最低部 位，在每个温度最低部位放置一个温度传感器。可用电控器52或自身含有的控制单元，如 热敏开关来控制加热系统。当温度传感器58的读数低于预设值Τ-ρ-1时，系统开始加热。 当温度传感器58的读数达到或高于预设值T-p-h时，系统停止加热。Τ-ρ-1与T-p-h值不 必相等。温度传感器58也可用来测量发动机启动前的环境温度。当然，作为近似，温度传 感器27或21也可以用来代替温度传感器58。(i)、选择1(图8a，8b及8c)当使用电流加热时，可用任何方式将一个或多个电 导体(加热单元)810与管道或仪器相连。例如，可用导体810缠绕管道和仪器，见图8a，且 二者皆装在绝缘体815内。绝缘体815既隔电，也隔热，可保护加热单元810和管道805免 受周围环境侵害。导体810也可以任何形式或形状镶嵌在管壁内。图8b显示出镶嵌在管壁内的导体线圈。实际上，溶液管道本身可做为导体(图8c)。在此情况下，溶液管道本身 由导电材料，如金属，导电塑料，或复合材料制成。电线820用来连接导体810与电源，例如 通过开关或继电器825与发动机电池505或发电机525相连。而该开关或继电器则由电控 器52或任何其它控制元件，如热敏开关来控制。必要时，气路加热装置可采用相似设计。(ii)、选择2(图9a，9b及9c)当用流体加热液路时，在管道和仪器外套装另一层 管路，供加热流体流过，以维持管道和仪器处於溶液13的凝固点之上。此时，它可与液罐加 热装置共用同一热源。加热流体经阀910，管道920从循环管32引入，从液路流过后，返回 管道32。用于加热液路的加热流体循环量由阀901调节，或通过选择所需的管道920与管 道32之间的直径比来实现。阀910可由电控器52或任何其它控制仪器，如热敏开关来控 制。当需要加热时，阀910开通，以使流体循环。否则，阀910关闭。图9b和9c举例示范如何沿添加剂的液路安放加热流体循环管道。最简单的办 法，如前段落所述的缠绕加热电线的方法，用循环管920缠绕溶液管或仪器(见图9b)。循 环管道可为任何形式或形状，可以是与添加剂管同轴的双层管，也可在添加剂管或绝热外 套上开槽，或者，在添加剂管和绝热外套上同时开槽(见图9c)。槽930的形式与形状不只 局限于图9c所示，可为任何形式或形状。(八)、催化剂系统94，96，98催化剂系统是提供一个场所，使来自溶液13的还 原剂与有害物质在该处发生化学反应而将发动机排气中氮氧化物等有害物质转化成无害 的物质。催化剂系统可为柴油氧化催化剂(DOC) 94，选择性还原催化剂(SCI096，及颗粒 捕捉器98中的一种或几种的任意组合。至於这些催化剂的确切种类，尺寸，形式，安装顺 序及位置在很大程度上取决于发动机/车辆及所使用的添加剂的特性，比如，D0C+SCR, D0C+SCR+D0C, D0C+SCR+DPF，等等。可安装一个或更多的传感器92来测量催化剂和排气的温度。如图1中显示在催 化剂96前安装这样一个传感器。例如电控器52利用它来确定催化剂是否已达到工作温度 并可以开始注入添加剂。也可在废气管道41中安装一个或多个压力传感器90，在需要时调 整气源压力，确定添加剂的剂量或用于系统诊断等。例如图1所显示，传感器90安装在喷 嘴88所在的介于催化剂94和96之间的部位。(九)、电控器(EOT)52 电控器52不必是独立的E⑶。经过软件集成现成的用来 控制发动机/车辆的E⑶也可以用来控制后处理装置。也可制造一种集各种功能于一体， 既可控制发动机/车辆，也可控制后处理装置的全新的电控器52。此发明包括在软件和硬 件上能针对各种发动机及车辆而变化的电控器52。取决于不同的应用场合，电控器可具有 如下特点及功能。a)、接收和处理来自任何设备，包括发动机1，仪器及与电控器相连的传感器的数 字与模拟信号，b)、实行系统自我检测，c)、具有永久的和临时的数据储存功能，d)、完成诸如运算，分析及作出决定等逻辑任务，e)、对各种仪器实行简单或复杂，实时或非实时，闭路或开路的控制，f)、提供数字或模拟输出，g)、具有有线或无线通讯能力，
h)、可利用个人电脑或移动计算装置通过有线和无线接口进行编程和调试，i)、包含随车监测诊断软件，和j)、软件保密，防盗及防止逆向工程功能。电控器52内还储存有各种有关添加剂如尿素溶液的所有数据包括浓度，密度，溶 点，温度，压力，添加物质等之间的关系，同时还有各种参照表格和方程式使电控器快速而 准确地确定尿素剂量并指示剂量阀迅速动作。整个反应过程可在千分之一秒内完成。通过有线和无线通讯方式与用户，操作者，生产厂家，维修服务中心及政府环境监 控部门和官员们进行通讯联系，可实现对装有此后处理器装置的车辆进行实时监视，跟踪 及测量。一旦后处理系统出现故障或失效，有关人员可以有效，及时地采取纠正措施。(十)、随车监测诊断(OBD)系统电控器52配有OBD软件系统利用从发动机，车 辆，传感器所得到的信息及储存在电控器52中的数据来监测整个后处理装置的运行及诊 断可能出现的失效。该电控器OBD具有如下特征及功能a)、监测诊断整个后处理装置及其某个部位各种功能的失常或失效。b)、通过有线或无线通讯的方式向操作人员，用户，服务中心及生产厂家传递信息 或发出警告信号以便有关人员及时解决出现的问题。这样可以大大避免或减少系统的停用 时间，改进系统的可靠性和可用性。C)、通过有线或无线通讯方式向政府数据库汇报任何发动机排气超过政府标准的 情况及原因。在某些国家，政府要通过对机动车排放情况的跟踪，监测及监督等方法来强行 使其达到政府规定的标准。d)、采取自我纠正措施。e)、当OBD诊断出发动机排放超过政府制订的标准时，采取适当惩罚措施强迫用 户与操作者采取纠正措施。比如减少发动机的输出功率及车辆的最大速度等。当OBD确定 问题已得到解决时，则取消惩罚措施。(十一)、采用气动液泵的添加剂供给系统(图lla_13k)。以上所述装置采用的液 泵是由电磁力来驱动的。本发明装置的另一种形式是采用压缩空气来驱动液泵。用压缩空 气来驱动液泵有许多独特的好处，比如，能自动保持恒定的液体与气体的压差，既不需要控 制器的干预也不需要压力调节器(阀)或回路来调节，可靠而耐久等。气动液泵主要有两 种旋转液泵与活塞式液泵。另外，将压缩空气引入液罐15给液罐加压从而使整个液路具 有一个与压缩空气同样大小底压。这样可以减轻液泵的工作量而达到节省能量和延长液泵 使用寿命的目的。每一种液泵都可以有液罐加压与不加压两种形式。事实上，液罐加压也 同样适用于电磁驱动液泵。a)、液罐不加压的气动旋转液泵系统(图11a)该系统从气源80通过一空气阀59 将压缩空气引入气轮机(透平)47而使其旋转并带动液泵49旋转。液泵49所产生的压力 取决于供气压力，气量大小及气轮47的尺寸、形状与形式(图lib)。通过对气轮47及进气 道的适当设计既可达到所需要的液气压力差(比)。这里，空气阀59只是一个简单的两通 开关阀。当系统工作时，阀门59打开并向液泵供气。当发动机关机时阀门59即关闭。系 统清除过程仍按(六)中所述a)，b)和c)完成。b)、液罐加压的气动旋转液泵系统(图11c):该系统采用压缩空气给液罐15加 压，从而使整个液路具有一个与压缩空气同样大小的底压。因此系统所需液压的增加量减少。这样，所需气轮尺寸与进气量将可大为减少。当液罐加压时，液罐盖需密封并取消压力 (释放)调解阀23。当系统工作时，气源80需要同时向液泵48和液罐15供气。此时，空 气阀59应改为三通阀。当发动机关机时阀门59即关闭。系统清除过程仍按(六)中所述 a)，b)和c)完成。c)、液罐不加压的气动活塞液泵系统(图12a)该系统与旋转泵系统不同的是需 要一个由清除管35所形成的回路来实现系统清除过程。清除管35的一端通过六通阀43 与添加剂供给管33相连；另一端与剂量阀60相连。此时，空气阀59仍为三通阀，可接通气 源80和液泵48或六通阀43。当系统工作时，六通阀43转至图12b所示位置，接通添加剂 供给管33与液泵48。阀门59只向液泵48供气。当发动机关机时，阀门59停止向液泵48 供气而转向六通阀43供气。与此同时，六通阀43转至图12c所示位置，切断添加剂供给管 33与液泵48的连接，将清除管35(回路)与供给管33接通，同时将六通阀43以下液路与 压缩空气接通，以便将添加剂13从所有液路管道及液泵48驱返回液罐15。最后，将剂量 阀60打开，清除剂量阀及其附近管道内的添加剂13。整个系统清除过程只需几秒钟既可完 成。系统清除过程完成后，液路内将只有与环境压力一样的空气。当发动机重新起动时，液泵48开始工作，随着液体泵入液路到达剂量阀60，原来 滞留在液路内的空气将被压缩到清除管35内。如果需要，可在清除管35任何地方安装一 积累器310用于储存被压缩的空气(图12d)。该压缩空气的存在将起到缓冲压力变化的作 用，因而有利于液路内液压的稳定。d)、液罐加压的气动活塞液泵系统(图12e)当液罐加压时，液罐盖需密封并取消 压力(释放)调解阀23。同时，空气阀59应改为四通阀，其结构与四通阀131(图13e)相 似(或者一样)。当系统工作时，六通阀43转至图12b所示位置，而且空气阀59需要连接 气源80同时向液泵48和液罐15供气。当系统进行清除过程时，液泵48和液罐15则需要 与外界接通来释放压力。系统清除过程如下当发动机关机时，阀门59将切断液泵48与液 罐15的气源，并将液泵和液罐与环境空气接通从而使液泵48与液罐15的压力释放。与此 同时，阀门59转向六通阀43供气。六通阀43则转至图12c所示位置，切断添加剂供给管 33与液泵48的连接，将清除管35(回路)与供给管33接通，同时将六通阀43以下液路与 压缩空气接通，以便将添加剂13从所有液路管道及液泵48返回到液罐15。最后，将剂量阀 60打开，清除剂量阀及其附近管道内的添加剂13，从而完成整个系统进行清除过程。(十二)、气压活塞泵构造与原理(图13a_k)图13a显示一种直线运动的活塞 泵。如图13a所示，压缩空气由进气管130经一空气导向四通阀131引入气缸133或134。 此时另一气缸则经该阀门131由管132与环境空气接通。活塞139在上下气缸压差作用下 向低压端运动，从而向液缸内某一端加压。其压力由下面公式确定
权利要求
1.一种用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构，其特征在于它包括喷嘴和喷嘴导流 器，所述喷嘴的末端安装喷嘴导流器。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构，其特征在于所述 喷嘴为单孔出口或多孔出口。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构，其特征在于 所述喷嘴导流器通过一个或多个连接件固定在喷嘴上。
4.根据权利要求3所述的用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构，其特征在于所述 连接件为3个薄叶片。
5.根据权利要求3所述的用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构，其特征在于所述 连接件为圆形或方形。
6.根据权利要求3所述的用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构，其特征在于所述 连接件为弹簧。
7.根据权利要求6所述的用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构，其特征在于所述 弹簧为片状、杆状或螺旋状。
8.根据权利要求3所述的用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构，其特征在于所述 连接件分别与导流器和喷嘴焊接、螺纹连接、螺栓连接、镶入连接、卡接、自锁机构连接或电 磁连接。
9.根据权利要求3所述的用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构，其特征在于所述 喷嘴导流器设有控制装置，该喷嘴导流器沿轴向运动而起到对喷嘴出口开关作用，或者调 节喷嘴出口大小的作用。
全文摘要
本发明涉及一种用于内燃机尾气处理装置中的喷嘴结构，它包括喷嘴和喷嘴导流器，所述喷嘴的末端安装喷嘴导流器。本发明的喷嘴结构，可以防止发动机尾气或其它异物进入喷嘴，也可以能清除喷嘴中或喷嘴出口的堵塞物，还能使得喷射更可靠。
文档编号F01N3/24GK102102563SQ20111003355
公开日2011年6月22日 申请日期2006年12月4日 优先权日2006年12月4日
发明者吴靖雄, 李平, 郭进端 申请人:张家口百通环保科技有限公司