尿素喷嘴、尿素喷射系统和车辆的制作方法

1.本公开涉及柴油发动机尾气处理技术领域，具体地，涉及一种尿素喷嘴、尿素喷射系统和车辆。


背景技术：

2.从轻型柴油车排放法规中，可以发现从国
ⅴ
升级到国ⅵb，no
x
排放限值下降了82.1％，no
x
排放呈现更严格趋势。国ⅵ柴油车上需要使用尿素喷嘴，尿素喷嘴的作用是向scr(selective catalytic reduction，选择性催化还原装置)或者dpf(diesel particulate filter，柴油颗粒捕集器)前喷射尿素，依靠尿素喷嘴的尿素[co(nh2)2]喷射，尿素喷嘴喷出的液滴颗粒状的尿素[co(nh2)2]在排气系统中热解生成二氧化碳(co2)和氨(nh3)，以反应排放的废气中的氮氧化物。
[0003]
尿素喷嘴在喷射尿素的过程中会产生热害，因为尿素喷嘴内部的电磁线圈，其耐受温度≤120℃，但是尿素喷嘴的安装部位的排气管内流过的排气最高可达600℃。
[0004]
相关技术中，对尿素喷嘴增加一些降温措施，例如在尿素喷嘴外壳内增加冷却水套。水冷尿素喷嘴虽然有它的优点，但是需要匹配复杂的冷却管路，在布置上已经是行业难题，因为柴油机体积比汽油机大，但是所匹配的机舱大小相同，所以使得管路的布置难度大。另外，为了增加尿素喷嘴的冷却效果，行业内不仅采用了水冷，还在冷却管路上增加了电子水泵，用来提高冷却水流速，这无疑增加了整车的成本，并且水泵布置难度也很大，这是如今轻型柴油机车型在行业内普遍面临的问题。


技术实现要素：

[0005]
本公开的第一个目的是提供一种尿素喷嘴，该尿素喷嘴能够解决为了避免热害采用复杂的尿素喷嘴冷却管路、水泵，导致布置难度增大且增加了成本的问题。
[0006]
本公开的第二个目的是提供一种尿素喷射系统，该尿素喷射系统使用本公开提供的尿素喷嘴。
[0007]
本公开的第三个目的是提供一种车辆，该车辆能够解决为了避免热害采用复杂的尿素喷嘴冷却管路、水泵，导致布置难度增大且增加了整车成本的问题。
[0008]
为了实现上述目的，本公开提供一种尿素喷嘴，包括与尿素箱连通的尿素喷嘴本体、与所述尿素喷嘴本体内的电磁线圈相连接的线束、以及用于固定安装在排气管路上的尿素喷嘴头，所述尿素喷嘴本体和所述尿素喷嘴头通过连接管路连通，以使得连接有所述线束的所述尿素喷嘴本体远离所述排气管路设置。
[0009]
可选地，所述连接管路的内径为d、长度为l，其中，d＝6mm，120mm＜l＜400mm。
[0010]
可选地，所述连接管路包括连接在所述尿素喷嘴本体上的软管和与所述尿素喷嘴头相连接的金属管，其中，所述软管的长度大于所述金属管的长度。
[0011]
可选地，所述尿素喷嘴本体构造为筒形结构，所述筒形结构的两端分别形成有进液口和出液口，供所述线束穿出的接口形成于所述筒形结构的侧壁上。
[0012]
可选地，所述尿素喷嘴本体设置在车架或动力总成上。
[0013]
可选地，所述尿素喷嘴头的头部和内部均涂有碳化钨涂层。
[0014]
可选地，所述连接管路的靠近所述尿素喷嘴头的部分内涂有碳化钨涂层，所述碳化钨涂层的厚度为1μm～25μm。
[0015]
可选地，还包括设置在所述连接管路上的尿素泵，所述尿素泵用于喷射尿素以及在尿素喷射结束后将所述尿素喷嘴头、所述连接管路和所述尿素喷嘴本体内的尿素抽回至所述尿素箱。
[0016]
根据本公开的第二个方面，还提供一种尿素喷射系统，包括如上所述的尿素喷嘴，所述尿素喷嘴设置于柴油颗粒捕集器和/或选择性催化还原装置的上游。
[0017]
根据本公开的第三个方面，还提供一种车辆，包括如上所述的尿素喷射系统。
[0018]
通过上述技术方案，尿素喷嘴本体和尿素喷嘴头通过连接管路连通，以使得连接有线束的尿素喷嘴本体远离排气管路设置，这样，尿素喷嘴本体的电磁线圈的温度就可以控制在耐受范围内，避免“热害”隐患，并且保证了尿素喷嘴的喷射精度；取消水冷设置，使尿素喷嘴布置简单，节省成本。
[0019]
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0020]
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0021]
图1是本公开一示例性实施方式提供的尿素喷嘴的结构示意图；
[0022]
图2是本公开一示例性实施方式提供的尿素喷射系统的结构示意图；
[0023]
图3是本公开另一示例性实施方式提供的尿素喷射系统的结构示意图。
[0024]
附图标记说明
[0025]1ꢀꢀꢀ
尿素喷嘴本体
ꢀꢀꢀꢀꢀ
11
ꢀꢀ
进液口
[0026]
12
ꢀꢀ
出液口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2ꢀꢀꢀ
尿素喷嘴头
[0027]3ꢀꢀꢀ
连接管路
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
31
ꢀꢀ
软管
[0028]
32
ꢀꢀ
金属管
ꢀꢀꢀ4ꢀꢀꢀ
接口
[0029]5ꢀꢀꢀ
固定螺栓
具体实施方式
[0030]
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
[0031]
在未做相反说明的情况下，本公开使用的方位词“上”“下”“顶”“底”是针对相关部件的实际使用状态而言的。在本公开中，下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
[0032]
参考图1，本公开提供了一种尿素喷嘴，该尿素喷嘴包括与尿素箱连通的尿素喷嘴本体1、与尿素喷嘴本体1内的电磁线圈相连接的线束、以及用于固定安装在排气管路上的尿素喷嘴头2，尿素喷嘴本体1和尿素喷嘴头2通过连接管路3连通，以使得连接有线束的尿素喷嘴本体1远离排气管路设置。
[0033]
通过上述技术方案，尿素喷嘴头2可以通过固定螺栓5固定安装在排气管路上，尿素喷嘴本体1和尿素喷嘴头2通过连接管路连通，以使得连接有线束的尿素喷嘴本体1远离排气管路设置，这样，尿素喷嘴本体1的电磁线圈的温度就可以控制在耐受范围内，避免“热害”隐患，并且保证了尿素喷嘴的喷射精度；取消水冷设置，使尿素喷嘴布置简单，节省成本。
[0034]
尿素喷嘴本体1内的电磁线圈的耐受温度≤120℃，但在实际研究中发现，当尿素喷嘴本体1内的电磁线圈温度≥100℃时，会使得尿素喷嘴的喷射精度超标。当电磁线圈温度＝80℃时，尿素喷嘴的喷射精度，即(“实际尿素喷射量与理论应喷射量的差值的绝对值
”÷
理论应喷射量)
×
100％＜5％；当电磁线圈温度＝100℃时，其尿素喷嘴的喷射精度＞20％，而行业内不允许尿素喷嘴的喷射精度＞10％。因此需使得尿素喷嘴本体1内的电磁线圈的工作时的温度＜100℃，最好是能控制在90℃内，使得电磁线圈不工作时的温度也不超过120℃。
[0035]
为了使尿素喷嘴本体1内的电磁线圈的工作温度控制在90℃内，以保证尿素喷嘴的喷射精度，且不会因连接管路3过长而使得尿素喷射迟滞，故将连接管路3的内径为d、长度为l，其中，d＝6mm，120mm＜l＜400mm，既能够避免热害对电磁线圈的影响，同时还能够避免由于长度过长导致的尿素喷射迟滞问题。另外，如果连接管路3的长度l达不到120mm，可以在尿素喷嘴本体1和尿素喷嘴头2之间设置隔热装置，如隔热罩、隔热板。理论上尿素喷射迟滞1秒钟，可以通过延迟喷射1秒解决，因此，当d＝6mm时，l要控制在400mm内，这样可以使得尿素喷射迟滞可以控制在1秒内。需要说明的是，若采用其它尺寸内径的连接管路，则连接管路的长度限定范围也随连接管路内径的变化而变化。
[0036]
参考图1，具体地，连接管路3包括连接在尿素喷嘴本体1上的软管31和与尿素喷嘴头2相连接的金属管32，其中，软管31的长度大于金属管32的长度。通过连接管路3将尿素喷嘴本体1和尿素喷嘴头2分割成独立的两部分，使尿素喷嘴本体1远离高温的排气管路。软管31使尿素喷嘴在有限的空间内更方便布置，由于金属材质耐高温，故在与尿素喷嘴头2的连接处设置为金属管32。
[0037]
进一步地，参考图1，尿素喷嘴本体1构造为筒形结构，筒形结构的两端分别形成有进液口11和出液口12，供线束穿出的接口4形成于筒形结构的侧壁上，这样，连接至电磁线圈的线束不会对尿素液在尿素喷嘴本体1内的流动产生影响。
[0038]
另外，尿素喷嘴本体1可以设置在车架或动力总成上，以使尿素喷嘴本体1的固定，同时能够使其内部的电磁线圈远离排气管路，避免热害。
[0039]
车用尿素[co(nh2)2]是氨(nh3)的载体，具有良好的便利性。依靠尿素喷嘴的尿素[co(nh2)2]喷射，尿素喷嘴喷出的液滴颗粒状的尿素[co(nh2)2]在排气系统中热解生成二氧化碳(co2)和氨(nh3)，以反应排气中的氮氧化物。
[0040]
在理想状态下的热解过程如公式(1)、(2)，co(nh2)2热解首先生成异氰酸(hnco)和氨(nh3)；异氰酸(hnco)在有h2o的环境下生成二氧化碳(co2)和氨(nh3)。
[0041]
co(nh2)2→
hnco+nh3ꢀꢀ
(1)
[0042]
hnco+h2o
→
nh3+co2ꢀꢀ
(2)
[0043]
但是，在实际运行过程中，如果尿素[co(nh2)2]热解不充分，在其自尿素喷嘴喷出后，在排温较低或者排温流量较低的情况下，由于液滴的惯性以及尿素水解热解速度较慢，
在排气温度较低或者局部气流流速较低，导致有部分尿素[co(nh2)2]形成湿壁现象，湿在尿素喷嘴头部和内部，尿素[co(nh2)2]会随着水分(h2o)的迅速蒸发，逐渐饱和析出异氰酸(hnco)，进而形成结晶的必要前提条件。
[0044]
如公式(3)、(4)，尿素[co(nh2)2]热解不充分时，与异氰酸(hnco)生成了中间产物缩二脲[nh(co)2(nh2)2]；缩二脲[nh(co)2(nh2)2]和异氰酸(hnco)反应生成三聚氰酸[(hnco)3]和氨(nh3)。三聚氰酸[(hnco)3]就是“结晶物”。反应式(3)、(4)的反应温度一般在160℃～190℃。
[0045]
co(nh2)2+hnco
→
nh(co)2(nh2)2ꢀꢀ
(3)
[0046]
hnco+nh(co)2(nh2)2→
nh3+(hnco)3ꢀꢀ
(4)
[0047]
如公式(5)，3个异氰酸(hnco)可直接快速生成“结晶物”三聚氰酸[(hnco)3]。尤其是在金属表面这个过程更典型。
[0048]
3hnco
→
(hnco)3ꢀꢀ
(5)
[0049]
从最初的三聚氰酸[(hnco)3]聚合，到结晶体不断长大，使得尿素[co(nh2)2]喷在其表面的机会被增加，进而造成尿素结晶不断积累，形成大块结晶物。三聚氰酸[(hnco)3]结晶物是白色固体。
[0050]
为了避免异氰酸(hnco)在尿素喷嘴头部的生成，或者在尿素喷嘴头部裂解异氰酸(hnco)，在尿素喷嘴头2的头部和内部均涂有碳化钨涂层，碳化钨(wc)具有催化剂的作用，碳化钨(wc)具有优秀的“脱氢”能力。如公式(6)，异氰酸(hnco)在碳化钨(wc)表面被进行催化反应，生成“nco
-”和“h
+”。
[0051]
hnco
→
nco-+h
+
ꢀꢀ
(6)
[0052]
将尿素喷嘴头2涂上碳化钨(wc)，使异氰酸(hnco)在其头部被快速催化反应为不会形成结晶的“nco
-”、“h
+”。
[0053]
进一步地，连接管路3的靠近尿素喷嘴头2的部分内也涂有碳化钨涂层。尿素喷嘴头2是固定在排气管路上的，其为金属材质，本身不怕热，但是尿素有可能在尿素喷嘴头2结晶，为此在尿素喷嘴头2的头部和内部，并且在连接管路3的靠近尿素喷嘴头2的部分，例如金属管32内，增加碳化钨涂层，以规避尿素喷嘴头部结晶问题。碳化钨涂层厚度是“μm”级的即可，例如1μm-25μm，优选为2μm。
[0054]
尿素喷嘴还包括尿素泵(图中未示出)，尿素泵用于喷射尿素以及在尿素喷射结束后将尿素喷嘴头2、连接管路3和尿素喷嘴本体1内的尿素抽回至尿素箱，更有效地避免了“残液结晶”。
[0055]
根据本公开的第二个方面，参考图2、图3，还提供一种尿素喷射系统，该尿素喷射系统包括本公开提供的尿素喷嘴，该尿素喷嘴设置于柴油颗粒捕集器(dpf，diesel particulate filter)和/或选择性催化还原装置(scr，selective catalytic reduction)的上游，图2中尿素喷嘴设置于选择性催化还原装置(scr)的上游；图3中柴油颗粒捕集器(dpf)带有scr涂层，尿素喷嘴设置于柴油颗粒捕集器(dpf)和选择性催化还原装置(scr)的上游。该尿素喷射系统具有上文介绍的尿素喷嘴相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
[0056]
根据本公开的第三个方面，还提供一种车辆，该车辆包括本公开提供的尿素喷射系统，该车辆具有上文介绍的尿素喷嘴和尿素喷射系统相对于现有技术所具有的优势相
同，在此不再赘述。
[0057]
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
[0058]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0059]
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。