一种非道路柴油机用带防火功能的尾气后处理装置

1.本实用新型涉及一种柴油机尾气排放后处理技术领域，尤其是涉及一种非道路柴油机用带防火功能的尾气后处理装置。


背景技术：

2.柴油机具有较高的热效率、良好可靠性和耐久性，越来越受到大众的青睐；我国非道路柴油机如拖拉机、收获机械、工程机械等，应用市场较为广泛且与生产生活密切相关，因此，非道路柴油机的排放控制系统成为节能减排的关键领域，越来越严格的排放法规迫使柴油机生产厂商安装颗粒捕集器和选择性催化还原装置来满足新排放法规要求。
3.氧化型催化转化器doc通过催化氧化作用将排气中一氧化碳、碳氢化合物和一氧化氮氧化为无害的气体；颗粒捕集器dpf是通过过滤体材料将发动机排气中的微粒捕集在过滤体结构中；选择性催化还原装置scr是将排气中有毒的氮氧化物通过选择性催化还原反应转化为无毒的氮气和水。
4.由于非道路柴油机的应用范围较广，其匹配的后处理装置也在不断改进，其中最重要的是要保证其使用过程中的安全性。对于非道路移动机械，尤其是收获机械，其主要用途为对成熟粮食作物进行收割，工作场景处于易燃的成熟粮食作物地中，非道路柴油机后处理装置在工作期间dpf主动再生过程中dpf出口排气温度达到600℃以上，排气尾管中产生碳烟火星的风险急速升高，一旦起火会造成重大的安全事故以及严重的经济损失；目前，非道路柴油机后处理降温防火装置还未成熟，为避免排气管因高温起火，解决非道路柴油机尾气后处理装置再生期间的防火问题，本技术提出一种非道路柴油机用带防火功能的尾气后处理装置。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷和不足，本实用新型提出一种非道路柴油机用带防火功能的尾气后处理装置，利用计量喷射系统中喷射介质的切换和尾气冷却系统中水冷、风冷的工作过程，降低排气温度，抑制排气中碳烟火星的形成，提高非道路柴油机的防火功能。
6.本实用新型所采用的技术方案是：一种非道路柴油机用带防火功能的尾气后处理装置，包括尾气冷却系统、尾气后处理装置系统、计量喷射系统、柴油机及后处理控制系统；其中，尾气后处理装置系统设置在柴油机后的排气连接管上，计量喷射系统通过喷嘴与尾气后处理装置系统连接，尾气冷却系统通过尾气连接管设置于尾气后处理装置系统的后方；计量喷射系统包括喷射管、计量喷射泵、喷射泵吸液管、常闭电磁阀、常开电磁阀、冷却液吸液管、冷却液箱、尿素吸液管、尿素箱，其中，喷射管的一端与喷嘴连接、另一端与计量喷射泵连接，计量喷射泵的进口连接有喷射泵吸液管，喷射泵吸液管的进口分别与冷却液吸液管、尿素吸液管连接，冷却液吸液管上设置常闭电磁阀且该冷却液吸液管的进口置于冷却液箱中，尿素吸液管上设置常开电磁阀且该尿素吸液管的进口置于尿素箱中；柴油机
及后处理控制系统包括控制器和线束，控制器通过线束连接常闭电磁阀、常开电磁阀、计量喷射泵和柴油机。
7.进一步地，所述尾气后处理装置系统包括沿前后方向依次设置在排气连接管上的doc单元，dpf单元和scr单元；
8.进一步地，所述喷嘴贯穿连接在dpf单元和scr单元之间排气连接管上；
9.进一步地，所述尾气冷却系统包括尾气风冷冷却器和尾气水冷冷却器，尾气水冷冷却器的尾气进口通过尾气连接管与scr单元连接、其尾气出口与尾气风冷冷却器连接，尾气水冷冷却器的低温流体进口通过尾气水冷冷却器进水管与柴油机连接、其低温流体出口通过尾气水冷冷却器出水管与柴油机连接。
10.进一步地，所述尾气水冷冷却器水流的方向与排气气流方向相反。
11.进一步地，所述尾气风冷冷却器内部设置有文丘里管。
12.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
13.(1)本实用新型通过改变电磁阀状态及喷射策略实现计量喷射介质的切换，达到dpf主动再生期间尿素停喷、降低排气温度的目的，而后又通过尾气冷却系统对尾气进一步冷却，实现完全抑制碳烟火星形成的目的，满足不同类型后处理装置的防火需求。
14.(2)本实用新型在冷却液喷射过程中，相当于对尿素喷射管路进行了一次清洗，有利于降低尿素结晶的风险。
附图说明
15.图1为一种非道路柴油机用带防火功能的尾气后处理装置主要系统部件图；
16.图2为本实用新型尾气后处理装置及与柴油机连接的结构示意图。
17.图中：1、尾气风冷冷却器，2、尾气水冷冷却器，3、尾气连接管，4、喷嘴，5、喷射管，6、计量喷射泵，7、喷射泵吸液管，8、常闭电磁阀，9、常开电磁阀，10、冷却液吸液管，11、尿素吸液管，12、冷却液箱，13、尿素箱，14、线束，15、控制器，16、scr单元，17、排气连接管，18、dpf单元，19、doc单元，20、尾气水冷冷却器进水管，21、尾气水冷冷却器出水管，22、柴油机，s10、尾气冷却系统，s20、尾气后处理装置系统，s30、计量喷射系统，s40、柴油机及后处理控制系统。
具体实施方式
18.为了更好地理解本实用新型所采用的技术手段及作用效果，下面将结合附图及具体实施例来进一步阐述本实用新型。以下具体实施例以本实用新型的技术为基础实施，给出了详细的实施方式和操作步骤，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。
19.对于以下本实用新型具体实施例的描述中出现的方位词，在此作出方向的指明限定：以尾气排出顺序为限定条件，从柴油机沿排气连接管到尾气冷却系统，依次限定的方位词为从前到后。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
20.请参阅图1，本实用新型一种非道路柴油机用带防火功能的尾气后处理装置的主
要系统部件如下，包括尾气冷却系统s10、尾气后处理装置系统s20、计量喷射系统s30、柴油机及后处理控制系统s40；柴油机通过排气连接管与尾气后处理装置系统s20连接，尾气从柴油机排气管中排出后进入尾气后处理装置系统s20进行尾气降温、净化工作过程，计量喷射系统s30通过喷嘴与尾气后处理装置系统s20连接，根据尾气实际排放情况调整尾气后处理的降温和净化工艺过程，后处理控制系统通过线束连接并控制计量喷射系统s30中尿素溶液和冷却液的喷射时间和喷射量，尾气后处理装置系统s20后设置有尾气冷却系统s10，二者通过尾气连接管连接，尾气在尾气冷却系统s10中通过风冷和水冷工艺冷却后排出。
21.请参阅图2，本实用新型一种非道路柴油机用带防火功能的尾气后处理装置的结构及连接关系如下：柴油机尾气排气管后设置有尾气后处理装置系统s20，尾气后处理装置系统s20包括沿前后方向依次通过排气连接管17连接的doc单元19、dpf单元18和scr单元16，dpf单元18和scr单元16之间的排气连接管17一侧贯穿连接有喷嘴4，喷嘴4将尾气后处理装置系统s20和计量喷射系统s30连接在一起；计量喷射系统s30包括喷射管5、计量喷射泵6、喷射泵吸液管7、常闭电磁阀8、常开电磁阀9、冷却液吸液管10、冷却液箱12、尿素吸液管11、尿素箱13，喷射管5的一端与喷嘴4连接、另一端与计量喷射泵6连接，计量喷射泵6的进口连接有喷射泵吸液管7，喷射泵吸液管7的进口分别与冷却液吸液管10、尿素吸液管11连接，冷却液吸液管上设置常闭电磁阀8且该冷却液吸液管的进口置于冷却液箱12中，尿素吸液管上设置常开电磁阀9且该尿素吸液管的进口置于尿素箱13中；柴油机及后处理控制系统s40包括控制器15和线束14，控制器15通过线束14连接常闭电磁阀8、常开电磁阀9、计量喷射泵6、喷射管5和柴油机22；尾气后处理装置系统s20的后方设置有尾气冷却系统s10，尾气冷却系统s10包括尾气风冷冷却器1、尾气水冷冷却器2，尾气水冷冷却器2的尾气进口通过尾气连接管3与scr单元连接、其尾气出口与尾气风冷冷却器1连接，尾气水冷冷却器2的低温流体进口通过尾气水冷冷却器进水管20与柴油机连接、其低温流体出口通过尾气水冷冷却器出水管21与柴油机连接；进一步地，尾气风冷冷却器1内部设置有文丘里管。
22.本实用新型一种非道路柴油机用带防火功能的尾气后处理装置的工作过程为：(1)尾气从柴油机排气管排出，依次进入doc单元19，dpf单元18和scr单元16，目的为除去一氧化碳、碳氢化合物、固体微粒、氮氧化物等污染物质，前述装置与现有尾气净化装置的技术方案一致，此处不再详述。
23.(2)尾气进入尾气后处理装置系统s20后，通过计量喷射系统s30实现柴油机正常工作期间和主动再生期间计量喷射系统s30喷射介质由尿素溶液到冷却液的切换过程，具体如下：
24.柴油机正常工作期间，常闭电磁阀8处于常闭状态、常开电磁阀9处于常开状态，计量喷射泵6与尿素箱13之间的喷射泵吸液管7和尿素吸液管11处于连通状态，控制器15通过线束14采集柴油机的工况信息，根据标定好的数据计算出尿素溶液喷射量，然后将相应的喷射量信号通过线束14发送给计量喷射泵6，计量喷射泵6通过喷嘴4将相应量的尿素溶液喷射到尾气后处理装置系统s20中的排气连接管17中，尿素热解产生氨气，与排气中的氮氧化合物反应生成氮气，从而实现降低尾气中氮氧化合物的目的；柴油机主动再生期间，常闭电磁阀8打开、常开电磁阀9关闭，计量喷射泵6与冷却液箱12之间的喷射泵吸液管7和冷却液吸液管10处于连通状态，控制器15通过线束14采集柴油机和后处理系统的传感器信息，根据标定好的数据计算出冷却液喷射量，然后将相应的喷射量信号通过线束14发送给计量
喷射泵6，计量喷射泵6通过喷嘴4将相应量的冷却液喷射到尾气后处理装置系统s20中的排气连接管17中，雾化的冷却液受热蒸发为气体，从而实现降低尾气排气温度的目的。
25.(3)经净化和降温后的尾气从尾气后处理装置系统s20排出，进入尾气冷却系统s10中的尾气水冷冷却器2和尾气风冷冷却器1；尾气水冷冷却器2水流的方向与排气气流的方向相反，能够更好的降低排气温度；尾气风冷冷却器1的内部结构中有文丘里管，当排气气流通过时，由于文丘里管出口气处气流压力小于外部环境压力，从而将外部冷的新鲜空气引入排气管道中与排气进行混合，达到进一步冷却尾气的效果。
26.本实用新型中尾气后处理装置系统主动再生期间通过切换电磁阀状态及喷射策略，实现喷射介质尿素溶液和冷却液的切换，降低排气温度、抑制排气中碳烟火星形成的目的；又通过尾气冷却系统对尾气进一步冷却，从而实现完全抑制碳烟火星形成的目的。此外，在冷却液喷射过程中，相当于对管道残余尿素溶液进行清洗，从而大大降低了尿素溶液喷射过程中尿素结晶的风险。
27.本实用新型可以根据以上装置具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。