CN101680325A - 用于再生废气净化设备的喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于柴油车辆的排气净化设备的喷射器。本发明的目的在于提供一种用于废气净化设备的喷射器，所述喷射器能更精确地控制柴油燃料的喷射量，并且使由于所述喷射器的劣化而引起的性能损失最小。根据本发明，通过利用柴油燃料的流动而冷却喷射器，以为所述喷射器提供有效冷却。因此，能将性能降低的影响最小化，并且能从根本上消除喷嘴的喷射效率降低的问题。另外根据本发明，能更精确地控制柴油燃料的喷射量。因此，能减小为了将气体温度升高到预定温度而所需要的柴油喷射量，并且因而能提高车辆的总燃料效率。

Description

用于再生废气净化设备的喷射器
技术领域
本发明涉及一种用于废气净化设备的喷射器。
背景技术
柴油车辆具有比汽油车辆更好的发动机耐久性，具有20～30％的更高的效率。由于它们在燃料效率和功率输出方面的卓越性能，柴油车辆已经应用于大型车辆诸如卡车和公共汽车。而且，因为柴油车的优点在于它们排放少量的CO2、CO、THC和挥发性碳氢化合物而引起较少的全球变暖，所以柴油车辆已经逐渐地应用于小型车和中型车的发动机。因而，在发达国家，对小型和中型柴油车辆的需求不断增加。然而，大量包含在柴油车辆的排气中的氮氧化物(NOx)和颗粒物质(PM)被认为是空气污染的主要原因，构成多达40％的全部空气污染。因而，对于柴油车辆的制造严格施加了环境限制。关于氮氧化物和颗粒物质的排放标准，国家之间有权衡，并且个别国家基于政策上的需要而控制生产程度。由于我们今天所见的油价，比传统的汽油车辆更高效的柴油车辆已经成为焦点。因此，发达国家逐渐对来自柴油车辆的排气中的污染物含量建立更严格的限制，以便减少所产生的空气污染物质的排放，该排放是与柴油车辆的制造成比例地增加的。
为了满足柴油车辆的排气规定的针对性技术分成两组：为了减少污染物质产生来源而借助于改进燃料、燃烧过程或发动机结构的预处理技术；和借助于排气出口处的装置来净化所产生的废气的后处理技术。虽然在每个领域都得到了稳定的研究和发展，但是直到目前后处理技术被认为对实际使用更有利，所以已经进行了更多的研究和发展。那些后处理技术包括：(1)用于净化颗粒物质(PM)中的未燃碳氢化合物的氧化催化剂，(2)过滤PM的柴油机微粒过滤器(在下文中称作“DPF”)以及(3)在还原环境下分解或还原氮氧化物(NOx)的DeNOx催化系统。当前，广泛使用混合型的后处理系统，以上所述的各种技术被有效地结合在其中，例如装备有催化剂过滤器的DPF系统。在传统的用于净化废气的系统中，包含在流入柴油机微粒过滤器的废气中的烟中的颗粒物质(PM)被柴油机微粒过滤器捕获，以实现颗粒物质的至少99％的去除。当PM饱和时，柴油机微粒过滤器可能不但失去其捕获能力，而且由于其上的背压而干扰了发动机的驱动。因而需要用于除去在柴油机微粒过滤器中饱和的PM的方法(称作再生)。作为再生方法，广泛使用的一种方法是：其中柴油燃料喷射到流入柴油机微粒过滤器的废气中以引起自发点燃而提高排气的温度，并且热的废气流入柴油机微粒过滤器以烧掉捕获在柴油机微粒过滤器中的PM。
在这种用于净化废气的系统中有若干问题被指出。如上所述在再生柴油机微粒过滤器期间，喷射器持续地与热的气体接触，使得喷射器本身的温度升高。特别是，由于发动机高温散热的影响，喷射器的温度可能进一步升高。当喷射器的温度升高时，包含在废气中的碳沉积粘附在喷射器嘴周围，从而引起喷嘴的喷射效率降低并且对喷嘴部件造成损害。而且，喷射器主体的劣化导致喷射器本身寿命缩短，并且整体操作是不稳定的而导致不易于控制。因此，增加了柴油燃料的消耗而导致车辆的总燃料效率的恶化。因而，本领域技术人员和消费者一直要求克服如上所述的由于喷射器的温度升高而引起的这种问题。
发明内容
技术问题
本发明将克服如上所述的传统技术的问题。本发明的目的在于提供一种用于废气净化设备的喷射器，所述喷射器能更精确地控制柴油的喷射量，并且使由于所述喷射器的劣化而引起的性能损失最小。
技术方案
为了实现如上所述的目的，根据本发明，提供了一种用于净化废气的系统所使用的所述喷射器400，该用于净化废气的系统包括发动机100、燃料箱200、柴油机微粒过滤器300、喷射单元以及控制单元600，所述燃料箱200连接到所述发动机100，用于供应柴油燃料；所述柴油机微粒过滤器300经排气管路130连接到所述发动机100的出口110，用于净化来自所述发动机100的烟和污染物质以向外排放它们；所述喷射单元在所述柴油机微粒过滤器300的前面处装备在所述排气管路130上，所述喷射单元连接到所述燃料箱200，并且依次包括喷射管521、喷射泵510、喷射器400以及循环管522；所述控制单元600检测并且确定所述柴油机微粒过滤器300的饱和状态，以控制所述喷射器400的操作；并且所述喷射器400又包括连接到所述排气管路130的主体410、设置用于所述主体410的辅助喷射单元422、设置在所述辅助喷射单元422下游的温度提高单元440以及设置在所述温度提高单元440下游的主喷射单元421；使空气顺序地通过所述辅助喷射单元422、所述温度提高单元440以及所述主喷射单元421流通，以逐步地提高温度。
所述喷射器400包括主体410、辅助喷射单元422、辅助喷射循环管路412、辅助喷射供应管432、温度提高单元440、主喷射单元421、主喷射循环管路411以及主喷射供应管431，所述主体410形成为箱形并且连接到所述排气管路130，所述辅助喷射单元422设置在所述主体410的一侧，所述辅助喷射循环管路412连接到所述喷射管521并且形成在所述辅助喷射单元422周围，用于冷却所述辅助喷射单元422以使柴油燃料流通，所述辅助喷射供应管432连接到所述喷射管521以将喷射的柴油燃料供应到所述辅助喷射单元422内，所述温度提高单元440设置在所述主体410内、所述辅助喷射单元422的下游，所述主喷射单元421设置在所述主体410的一侧、所述温度提高单元440的下游，所述主喷射循环管路411连接到所述喷射管521并且形成在所述主喷射单元421周围，用于冷却所述主喷射单元421以提供柴油燃料的流通，所述主喷射供应管431连接到所述喷射管521以将喷射的柴油燃料供应到所述主喷射单元421内。
此外，通过选自EHC(电热催化剂)、热裂解、热等离子体以及电热塞中的至少单元来设置所述温度提高单元440。
有益效果
根据本发明，在不需要额外的冷却单元的情况下，通过利用柴油燃料的流动而冷却喷射器，以为所述喷射器提供有效冷却，并因此导致没有诸如额外费用或空间不足的问题，否则所述问题可能随所述设备的改进而出现。因此，使由于所述喷射器的劣化而引起的性能损失的影响最小，并且能从根本上消除因为在所述喷射器被过加热时在所述喷嘴周围的碳沉积所引起的喷嘴的喷射效率降低的问题。另外，根据本发明，通过利用主喷射单元和辅助喷射单元逐步提高温度，使得能更精确地控制柴油燃料的喷射量。因此，能减小为了将气体温度提高到预定温度而所需要的柴油燃料的喷射量，并且因而能提高车辆的总燃料效率。
附图说明
图1是使用根据本发明的喷射器的排气净化系统的示意图。
图2是根据本发明的喷射器的详细剖视图。
图3是根据本发明的另一个喷射器的详细剖视图。
<附图重要部分的标记说明>
100：发动机
110：出口
120：RPM传感器
130：排气管路
200：燃料箱
300：柴油机微粒过滤器
310：排气管
321：压力传感器
322、323：温度传感器
400：(根据本发明的)喷射器
410：主体
411：主喷射循环管路
412：辅助喷射循环管路
421：主喷射单元
422：辅助喷射单元
431：主喷射供应管
432：辅助喷射供应管
440：温度提高单元
510：喷射泵
521：喷射管
522：循环管
600：控制单元
具体实施方式
现通过参考附图更详细地描述根据本发明的用于废气净化设备的喷射器，该喷射器具有如上提及的结构。
图1示出了使用根据本发明的喷射器的废气净化系统的示意图。使用根据本发明的喷射器的排气净化系统包括：发动机100；连接到所述发动机100、用于供应柴油燃料的燃料箱200；柴油机微粒过滤器300，该柴油机微粒过滤器300经排气管路130连接到发动机100的出口110用于净化来自发动机100的烟和污染物质以向外排放它们；喷射器400，该喷射器400在柴油机微粒过滤器300的前面处装备在排气管路130上，该喷射器400当柴油机微粒过滤器300处于饱和状态时喷射柴油燃料，以引起自发点燃而提高流入柴油机微粒过滤器300的废气的温度并且再生柴油机微粒过滤器300，而当柴油机微粒过滤器300未处于饱和状态时该喷射器400关闭；喷射管521，该喷射管521的一侧连接到燃料箱200并且其另一侧连接到喷射器400；喷射泵510，该喷射泵510装备在喷射管521上以提供柴油燃料的流通；循环管522，该循环管522的一侧连接到喷射器400并且另一侧连接到燃料箱200以将经喷射管521流入的柴油当喷射器400关闭时返回到燃料箱200；以及控制单元600，该控制单元600检测并且确定柴油机微粒过滤器300的饱和状态以控制喷射器400的操作。在下文中从总体上更详细地描述根据本发明的系统。
连接到燃料箱200的发动机100借助于柴油燃料的供应而工作。由发动机200产生的包含烟的废气当其穿过连接到出口110的柴油机微粒过滤器300时被净化，并且通过排气管310排放。柴油机微粒过滤器300使用如上所述的多种后处理技术。通常使用设有涂覆催化剂的过滤器的DPF柴油机微粒过滤器系统，但是可以设置任何一种能去除包括颗粒物质的污染物质的设备。
当颗粒物质PM在柴油机微粒过滤器300中变得饱和或几乎饱和时，捕获PM的能力可能下降，并且由于背压而可能在发动机的驱动中出现严重问题。从而需要措施来避免这种情形。在使用柴油的情况下，假如连接到燃料箱200的喷射器420设置在柴油机微粒过滤器300的入口处并且柴油燃料被喷射到废气中以引起自发点燃，则因此会强制升高流入所述柴油机微粒过滤器300的废气的温度，在柴油机微粒过滤器300之内饱和的PM能够通过由因此形成的热的废气所产生的燃烧而被去除。
如上所述为了再生柴油机微粒过滤器300，柴油燃料应该适当地从喷射器400喷射。因而，使用各种方法以测量柴油机微粒过滤器300中的饱和度。当前，在发动机100中设置RPM传感器120，以及在柴油机微粒过滤器300中设置压力传感器321和温度传感器322、323，并且控制单元600通过使用变量诸如发动机100的转数rpm、在柴油机微粒过滤器300的前端和尾端处的压力和温度、或压差和温差来计算饱和度，使得能适当地控制喷射单元400的操作，从而调节待喷射的柴油燃料的数量。由控制单元600使用的那些变量可依据设计并且因而依据待设置的传感器的位置和数量进行各种各样的变化。
如图1所示，为再生柴油机微粒过滤器300而使用的喷射系统由喷射泵510、喷射器400、喷射管521以及循环管522组成。当如上所述柴油机微粒过滤器300变得饱和或几乎饱和时，喷射器400经喷射管521通过喷射泵510喷射柴油燃料。另一方面。当柴油机微粒过滤器300未处于饱和状态并且不需要燃料喷射时，喷射器400关闭，并且通过喷射管521供应的柴油燃料经循环管522返回到燃料箱200。
因为热的废气不断地接触喷射器400并且在临近位置处引起点燃，所以所述喷射器400的主体不断地接受来自外面的热量，特别地喷射器400的主体通过产生高温热量的发动机的影响而被进一步加热，导致温度升高。因而，会以不同方式发生对喷射器400的损害，并且在控制由喷射器400喷射的柴油燃料数量时发生故障的可能性增大。根据发明，喷射器400被有效地冷却同时避免了这种问题，并且呈现为能精确地控制由喷射器喷射的柴油燃料数量的喷射器的结构。
图2和图3示意性地示出了根据本发明的喷射器的结构。如所示，喷射器400由形成为箱形的主体410、设置在主体410中的主喷射单元421和辅助喷射单元422、以及温度提高单元440组成。如图1所示，因为喷射器400设置在来自发动机的废气流入柴油机微粒过滤器300之前的位置处，所以它被热的废气本身所拥有的热量影响，并且被通过喷射单元421、422喷射的柴油燃料的自发点燃进一步所产生的热量影响。因为喷射单元421、422的操作受控制单元600的控制，所以被喷射单元421、422接收的热量必须要被冷却，这是因为由于热量引起的部件的损害可能导致故障。
主喷射循环管路411和辅助喷射循环管路412分别形成在主喷射单元421和辅助喷射单元422中。循环管路411、412的一侧连接到喷射管521，并且另一侧连接到循环管522以提供柴油燃料的流通。如图2所示，循环管路411、412可以简单地由形成在喷射单元421、422周围的双壁的内部空间构成，或者，可以形成任何一种单独的路径。那些循环管路411、412可以具有任何形式，只要它们可以使循环管路411、412内的柴油燃料流通即可，例如管路形成为面向一个方向，或形成为构成螺旋形。
主体410包括主喷射单元421和辅助喷射单元422，该主喷射单元421和该辅助喷射单元422分别具有形成在其周围的主喷射循环管路411和辅助循环管路412。通过辅助喷射单元422而具有第一温升的空气流入主喷射单元421以通过主喷射单元421而具有第二温升。在辅助喷射单元422中，为了加热流经排气管路130的废气而所需要的柴油燃料的大约10％被喷射，以预加热该废气流。在辅助喷射单元422中具有第一温升的空气当其通过设置在辅助喷射单元422下游的温度提高单元440时被进一步加热。依靠温度提高单元440，从而能节约为了将空气加热到所需水平而需要喷射的柴油燃料的数量。剩余的90％柴油燃料通过主喷射单元421进一步喷射到穿过温度提高单元440而来的空气，以产生火焰，使得流经排气管路130的废气能被充分加热。
因而，根据本发明，因为空气当其顺序通过辅助喷射单元422、温度提高单元440、以及主喷射单元421时被逐步加热，所以与传统技术相比，能大大节约为了将空气加热到所需水平而待喷射的柴油燃料数量，并且能更精确地控制柴油燃料的数量。即使在本实施例中没有提及，在没有脱离如上所述的本发明的教导的前提下可以构成任何结构，只要在空气顺序通过辅助喷射单元422、温度提高单元440、以及主喷射单元421时空气被逐步加热即可。
温度提高单元440是即使在低温下也能够燃烧的设备，并且可以利用用于上述相同目的的任何设备，诸如EHC电热催化剂、热裂解、热等离子体以及电热塞。
循环管路411、412直接连接到燃料箱200图3，或顺序地连接到燃料箱200图2。因而，柴油燃料能在管路内流通，而发动机100的热量对于该柴油燃料的影响被最小化。如图所示，循环管路411、412围绕主喷射单元421和辅助喷射单元422。因此，借助于通过循环管路411、412流通的柴油燃料，热量从主喷射单元421和辅助喷射单元422被回收，从而对那些单元进行冷却效果。
本发明不限于以上所述的实施例，而是能广泛地应用于各种工业领域。显然在没有脱离由随附的权利要求所要求的本发明的要旨的前提下，本发明所属领域的任何一个普通技术人员均能修改并且实行发明。

Claims (3)

1、一种用于净化废气的系统所使用的喷射器(400)，该用于净化废气的系统包括：
发动机(100)；
燃料箱(200)，所述燃料箱(200)连接到所述发动机(100)，用于供应柴油燃料；
柴油机微粒过滤器(300)，所述柴油机微粒过滤器(300)经排气管路(130)连接到所述发动机(100)的出口(110)，用于净化来自所述发动机(100)的烟和污染物质以向外排放它们；
喷射单元，所述喷射单元在所述柴油机微粒过滤器(300)的前面处装备到所述排气管路(130)，所述喷射单元连接到所述燃料箱(200)，并且依次包括喷射管(521)、喷射泵(510)、喷射器(400)和循环管(522)；以及
控制单元(600)，所述控制单元(600)检测并且确定所述柴油机微粒过滤器(300)的饱和状态，以控制所述喷射器(400)的操作；
其中，所述喷射器(400)又包括：
连接到所述排气管路(130)的主体(410)；
设置用于所述主体(410)的辅助喷射单元(422)；
设置在所述辅助喷射单元(422)下游的温度提高单元(440)，以及
设置在所述温度提高单元(440)下游的主喷射单元(421)；
并且所述喷射器(400)使空气顺序地通过所述辅助喷射单元(422)、所述温度提高单元(440)以及所述主喷射单元(421)流通，以逐步地提高温度。
2、根据权利要求1所述的用于净化废气的系统所使用的喷射器(400)，该喷射器(400)包括：
主体(410)，所述主体(410)形成为箱形并且连接到所述排气管路(130)，
辅助喷射单元(422)，所述辅助喷射单元(422)设置在所述主体(410)的一侧，
辅助喷射循环管路(412)，所述辅助喷射循环管路(412)连接到所述喷射管(521)并且形成在所述辅助喷射单元(422)周围，用于冷却所述辐射喷射单元(422)以提供柴油燃料的流通，
辅助喷射供应管(432)，所述辅助喷射供应管(432)连接到所述喷射管(521)以将喷射的柴油燃料供应到所述辅助喷射单元(422)内，
温度提高单元(440)，所述温度提高单元(440)设置在所述主体(410)内、所述辅助喷射单元(422)的下游，
主喷射单元(421)，所述主喷射单元(421)设置在所述主体(410)的一侧上、所述温度提高单元(440)的下游，
主喷射循环管路(411)，所述主喷射循环管路(411)连接到所述喷射管(521)并且形成在所述主喷射单元(421)周围，用于冷却所述主喷射单元(421)以提供柴油燃料的流通，以及
主喷射供应管(431)，所述主喷射供应管(431)连接到所述喷射管(521)以将喷射的柴油燃料供应到所述主喷射单元(421)内。
3、根据权利要求1或2所述的用于净化废气的系统所使用的喷射器(400)，其中，通过选自电热催化剂、热裂解、热等离子体以及电热塞的单元中的至少一个单元来设置所述温度提高单元(440)。
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