CN103133097B - 柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统及方法，其系统包括还原剂存储箱和底部安装在柴油发动机排气管上的喷嘴总成；喷嘴总成包括喷嘴本体，喷嘴本体内部设置有气体流通管路和还原剂流通管路，气体流通管路的底部出气口和还原剂流通管路的底部出液口均与排气管内部相通，排气管内腔为对自气体流通管路进入的空气与自还原剂流通管路流入的还原剂进行混合的气液混合腔；喷嘴本体内设置有对还原剂流通管路进行开关控制的管路开关组件；其方法包括步骤：一、排空；二、喷射；三、停止。本发明设计合理、安装布设方便、使用操作简便且使用效果好、工作性能可靠，能有效解决现有内混合式排气后处理系统存在的多种实际问题。
Description
技术领域
本发明属于柴油发动机排气后处理技术领域，尤其是涉及一种柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统及方法。
背景技术
随着国家对机动车排放标准的不断提高，车辆尾气净化系统也日益备受机动车制造商的关注，其中柴油机尾气后处理装置已作为柴油车的一个重要组成部分。现如今，通过选择性催化还原技术(SCR)来减少内燃机，尤其是柴油机尾气中的氮氧化物是一种普遍的技术路线，即将还原剂(具体是尿素水溶液)经过雾化定量喷射进排气管路，并通过SCR催化剂将废气中的主要有害气体NOX(即氮氧化物)转化成氮水和水排出，达到尾气净化的目的。而在柴油发动机的SCR后处理系统中，喷射系统是其非常重要的组成系统之一。在SCR后处理系统所采用的以尿素作为还原剂的喷射系统中，由于尿素遇空气后非常易容结晶，喷射压力不稳定，从而造成喷射系统的喷射精度下降，不能满足国五排放标准对精度计量喷射的要求。
经分析发现，现有的以尿素作为还原剂的喷射系统实际使用时，主要存在以下缺陷和不足：第一、采用内混合形式：即空气与尿素在内部混合腔内混合后，沿喷射管路经喷嘴喷出并雾化；这样，空气与尿素过早接触，造成尿素易在喷嘴的喷口及内部结晶，堵塞喷嘴口并使喷射系统失效；第二、被计量的尿素进入气液混合腔后与自身有一定波动压力的压缩空气混合，由于空气压力的波动，会影响计量泵内部的背压，造成计量精度下降；第三、由于喷嘴口的口径很小且其口径大小很精确，但因尿素不同程度的结晶状况对喷嘴口的堵塞程度不同，最终造成气液混合腔内的压力波动很大，尽管增加了压力传感器进行压力补偿修正，但还是严重影响了计量精度；第四、目前所采用的尿素计量泵不具有尿素量的计算功能，需额外增加其他功能件，集成性差，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、安装布设方便且使用操作简便、使用效果好的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征在于：包括内部盛装还原剂的还原剂存储箱和底部安装在所处理柴油发动机的排气管上的喷嘴总成，所述还原剂存储箱与喷嘴总成之间通过还原剂供给管路相接，且所述还原剂供给管路上装有还原剂供给泵；所述喷嘴总成包括喷嘴本体，所述喷嘴本体内部设置有气体流通管路和还原剂流通管路，所述气体流通管路的底部出气口和还原剂流通管路的底部出液口均布设在所述喷嘴本体的底部喷射口处，且所述底部喷射口安装在排气管的进气口上；所述底部出气口和底部出液口均与排气管的内部相通，且所述排气管的内腔为对自气体流通管路进入的空气与自还原剂流通管路流入的还原剂进行混合的气液混合腔；所述喷嘴本体内设置有对还原剂流通管路进行开关控制的管路开关组件，所述气体管路上安装有对其进行开关控制并能对气体管路内所流通气体的压力进行调整的空气稳压阀；所述还原剂供给管路的出液口与还原剂流通管路的进液口相通，且所处理柴油发动机的出气口通过气体管路与气体流通管路的进气口相接。
上述柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征是：所述管路开关组件包括对还原剂流通管路的上部进液口进行开关控制的进液开关组件和对还原剂流通管路的底部出液口进行开关控制的出液开关组件，所述进液开关组件安装在还原剂流通管路的上部进液口处，且所述出液开关组件安装在还原剂流通管路的底部出液口处；所述进液开关组件和所述出液开关组件同步开启且二者同步关闭。
上述柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征是：还包括电控单元和对所述还原剂供给泵的泵送压力进行实时检测的压力传感器，所述压力传感器与电控单元相接，所述空气稳压阀由电控单元进行控制且其与电控单元相接；所述还原剂供给管路上安装液体控制阀，所述气体管路上安装有空气过滤器。
上述柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征是：还包括上位机，所述电控单元与上位机相接；所述还原剂供给泵为由电控单元进行控制的电动泵，且还原剂供给泵与电控单元相接；所述还原剂供给管路上安装有对其内部所供送还原剂进行加热的电加热器，所述电加热器由电控单元进行控制且其与电控单元相接；所述排气管的出气口上安装有SCR催化消声器，所述排气管上安装有对其内部温度进行实时检测的前温度传感器，且SCR催化消声器上安装有对其内部温度进行实时检测的后温度传感器，所述前温度传感器和后温度传感器均与电控单元相接。
上述柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征是：所述喷嘴本体包括上部喷嘴和布设在所述上部喷嘴下方的下部喷嘴，所述底部喷射口为所述下部喷嘴的底部喷口；所述上部喷嘴包括外壳一、布设在所述外壳一内的水平隔板和安装在水平隔板上的竖向隔板一，所述竖向隔板一布设在所述外壳一内；所述竖向隔板一、水平隔板与所述外壳一的右侧壁围成一个与气体管路的出气口相通的上部气体流通通道；所述竖向隔板一与所述外壳一的左侧壁之间围成一个与所述还原剂供给管路的出液口相接的上部还原剂流通通道；所述外壳一的底部中央开有圆形通孔；所述下部喷嘴包括安装在所述圆形通孔上且位于所述外壳一下方的圆筒状壳体一和同轴套装在所述圆筒状壳体一内侧的圆筒状壳体二，所述圆筒状壳体一和所述圆筒状壳体二均呈竖直向布设；所述圆筒状壳体二顶部密封固定在水平隔板底部，所述圆筒状壳体二的内部与所述上部还原剂流通通道相通，所述圆筒状壳体二内部为下部还原剂流通管道，且所述下部还原剂流通管道与所述上部还原剂流通通道连通组成还原剂流通管路；所述圆筒状壳体一与所述圆筒状壳体二之间的空腔与所述上部气体流通通道相通，且所述圆筒状壳体一与所述圆筒状壳体二之间的空腔为下部空气流通管道，所述下部空气流通管道与所述上部气体流通管道连通组成气体流通管路。
上述柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征是：所述上部喷嘴还包括与竖向隔板一呈平行布设的竖向隔板二，所述竖向隔板二和竖向隔板一分别布设在水平隔板的左右两侧上方；所述竖向隔板二和竖向隔板一之间安装有水平滑移片，所述水平滑移片位于水平隔板上方，所述水平滑移片、竖向隔板二和水平隔板围成一个与所述上部气体流通管道相通的空气存储腔，且所述空气存储腔布设在所述上部还原剂流通通道的内侧下方；所述上部还原剂流通通道通过水平滑移片、竖向隔板二和水平隔板分隔为空气存储腔和一个供还原剂流通的喷嘴上部还原剂流通通道，所述喷嘴上部还原剂流通通道与所述下部还原剂流通管道相通。
上述柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征是：所述圆筒状壳体一的底部为口径由上至下逐渐缩小的锥形喷口一，所述圆筒状壳体二的底部为口径由上至下逐渐缩小的锥形喷口二，所述锥形喷口一套装在所述锥形喷口二外侧，所述锥形喷口二为还原剂流通管路的底部出液口，所述锥形喷口一与所述锥形喷口二之间的环形喷口为气体流通管路的底部出气口，所述锥形喷口一和所述锥形喷口二组成所述喷嘴本体的底部喷射口。
上述柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征是：所述出液开关组件为针阀组件，所述针阀组件包括安装在所述圆筒状壳体二底部且中部开有出液孔的针阀阀座、对所述出液孔进行封堵的针阀阀芯和能带动所述针阀阀芯进行上下移动并相应对所述出液孔进行封堵的阀针，所述阀针呈竖直向布设且其同轴布设于所述圆筒状壳体二内；所述进液开关组件包括呈竖直向布设的弹簧和安装在所述喷嘴上部还原剂流通通道上部的水平盖板，所述水平盖板中部开有进液通孔且所述阀针由下至上自所述进液通孔穿出，所述阀针顶部安装有对所述进液通孔进行封堵的水平封板，所述水平封板布设在水平盖板上方；所述弹簧的上端固定在水平盖板上，且弹簧的下端固定在水平滑移片，所述水平滑移片在弹簧的弹性作用力与空气存储腔内所存储空气的压力共同作用下进行上下移动。
上述柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征是：所述还原剂供给管路包括进液管和喷液管，所述进液管连接于还原剂存储箱的出液口与还原剂供给泵的进液口之间，所述喷液管连接于还原剂供给泵的液体泵送口与还原剂流通管路的进液口之间；所述还原剂供给泵上设置有回液口一，且所述回液口一通过回液管与还原剂存储箱的回液口二相接。
同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便且工作性能可靠、简易能实现将被处理空气与还原剂在喷嘴外进行混合雾化的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、排空：首先，通过所述管路开关组件关闭还原剂流通管路，同时通过空气稳压阀对气体管路进行关闭；之后，启动还原剂供给泵连续运行，直至将还原剂供给泵内存留的空气排出且还原剂供给泵的泵送压力调整为1bar～3bar为止；
步骤二、喷射：待步骤一中排空过程结束后，先打开空气稳压阀，并通过空气稳压阀将气体管路内所流通气体的压力调整至1bar～2bar；之后，通过所述管路开关组件打开还原剂流通管路，使得还原剂存储箱内所存储的还原剂在还原剂供给泵的泵送作用下，通过所述还原剂供给管路和还原剂流通管路连续送至喷嘴总成的底部喷射口处并排至排气管内，与此同时，所处理柴油发动机排出的空气经气体管路和气体流通管路连续送至喷嘴总成的底部喷射口处并排至排气管内；然后，进入排气管内的还原剂和空气进行混合雾化；
步骤三、停止：步骤二中喷射过程完成后，关闭还原剂供给泵，同时通过所述管路开关组件和空气稳压阀对还原剂流通管路和气体管路分别进行关闭。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、喷射系统结构简单、设计合理、安装布设方便且使用操作简便，投入成本较低。
2、使用效果好且功能全面，采用气液外混合方式，使被处理空气与还原剂在喷嘴的喷口外完成混合雾化，能简便、有效解决现有内混合式排气后处理系统存在的空气与尿素在内部混合腔内混合后因空气与尿素过早接触造成尿素易在喷嘴的喷口及内部结晶堵塞喷嘴口并使喷射系统失效、因空气压力波动影响计量泵内部的背压而造成的计量精度下降、因尿素不同程度的结晶状况对喷嘴口的堵塞程度不同也严重影响系统的计量精度、不具有尿素量的计算功能且需额外增加其他功能件、集成性差、成本高等多种实际问题。因而，本发明所采用的外混合式喷射系统能大幅度提高SCR后处理系统的计量精度。
3、所采用的气液外混合式喷射方法步骤简单、实现方便且工作性能可靠、使用效果好，简便易控。
综上所述，本发明设计合理、安装布设方便、使用操作简便且使用效果好、工作性能可靠，能有效解决现有内混合式排气后处理系统存在的多种实际问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明气液外混合式喷射系统的工作原理图。
图2为本发明气液外混合式喷射系统的结构示意图。
图3为本发明气液外混合式喷射系统的电路原理框图。
附图标记说明:
1—还原剂存储箱； 2—喷嘴总成； 201—喷嘴本体；
202—气体流通管路；203—还原剂流通管路；204—水平隔板；
205—竖向隔板一； 206—竖向隔板二； 207—水平滑移片；
208—空气存储腔； 209—开口一； 210—开口二；
2-1—进液开关组件；2-2—出液开关组件； 211—水平盖板；
212—针阀阀座； 213—阀针； 214—水平封板；
215—弹簧； 216—密封件； 217—溢流孔；
3—排气管； 4—还原剂供给泵； 401—液体过滤器；
5—气体管路； 601—进液管； 602—喷液管；
603—回液管； 7—压力传感器； 8—空气稳压阀；
9—电控单元； 10—电加热器； 11—SCR催化消声器；
12—前温度传感器； 13—后温度传感器； 14—上位机；
15—空气过滤器； 16—电控板； 17—泵壳；
18—液体控制阀； 19—手动调整件。
具体实施方式
如图1、图2及图3所示，本发明所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，包括内部盛装还原剂的还原剂存储箱1和底部安装在所处理柴油发动机的排气管3上的喷嘴总成2，所述还原剂存储箱1与喷嘴总成2之间通过还原剂供给管路相接，且所述还原剂供给管路上装有还原剂供给泵4。所述喷嘴总成2包括喷嘴本体201，所述喷嘴本体201内部设置有气体流通管路202和还原剂流通管路203，所述气体流通管路202的底部出气口和还原剂流通管路203的底部出液口均布设在所述喷嘴本体201的底部喷射口处，且所述底部喷射口安装在排气管3的进气口上；所述底部出气口和底部出液口均与排气管3的内部相通，且所述排气管3的内腔为对自气体流通管路202进入的空气与自还原剂流通管路203流入的还原剂进行混合的气液混合腔。所述喷嘴本体201内设置有对还原剂流通管路203进行开关控制的管路开关组件，所述气体管路5上安装有对其进行开关控制并能对气体管路5内所流通气体的压力进行调整的空气稳压阀8。所述还原剂供给管路的出液口与还原剂流通管路203的进液口相通，且所处理柴油发动机的出气口通过气体管路5与气体流通管路202的进气口相接。
本实施例中，所述还原剂供给泵4为膜片泵。
实际使用时，所述还原剂供给泵4也可以采用其它类型的液压泵，只需能实现还原剂的泵送过程即可。
本实施例中，本发明所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，还包括电控单元9和对所述还原剂供给泵4的泵送压力进行实时检测的压力传感器7，所述压力传感器7与电控单元9相接，所述空气稳压阀8由电控单元9进行控制且其与电控单元9相接。
实际使用时，所述压力传感器7对还原剂供给泵4的泵送压力(具体是还原剂供给泵4的出口压力)进行实时检测，并将所检测信号同步上传至电控单元9。
本实施例中，所述还原剂供给泵4为由电控单元9进行控制的电动泵，且还原剂供给泵4与电控单元9相接。
同时，本发明所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，还包括上位机14，并且所述电控单元9与上位机14相接。本实施例中，所述电控单元9与上位机14之间通过CAN总线进行连接。
本实施例中，所述还原剂供给管路上安装液体控制阀18。
本实施例中，所述还原剂供给管路包括进液管601和喷液管602，所述进液管601连接于还原剂存储箱1的出液口与还原剂供给泵4的进液口之间，所述喷液管602连接于还原剂供给泵4的液体泵送口与还原剂流通管路203的进液口之间。
本实施例中，实际安装时，所述液体控制阀18安装在进液管601上。
本实施例中，所述还原剂供给泵4上设置有回液口一，且所述回液口一通过回液管603与还原剂存储箱1的回液口二相接。所述回液口一上安装有对进入回液管603内的还原剂进行过滤的液体过滤器401，所述液体过滤器401布设于还原剂供给泵4内。
实际使用时，也可以不安装回液管603。
同时，所述还原剂供给泵4上安装有对其泵送压力进行调整的手动调整件19。
实际布设安装时，所述电控单元9布设在电控板16上，所述还原剂供给泵4布设在泵壳17内，所述电控板16布设在泵壳17内。
本实施例中，所述气体管路5上安装有空气过滤器15。
本实施例中，所述排气管3的出气口上安装有SCR催化消声器11，所述排气管3上安装有对其内部温度进行实时检测的前温度传感器12，且SCR催化消声器11上安装有对其内部温度进行实时检测的后温度传感器13，所述前温度传感器12和后温度传感器13均与电控单元9相接。
本实施例中，所述还原剂供给管路上安装有对其内部所供送还原剂进行加热的电加热器10，所述电加热器10由电控单元9进行控制且其与电控单元9相接。
实际使用时，所述电控单元9根据前温度传感器12和后温度传感器13所检测温度信息，即可确定催化剂的工作状态和对NOx(即氮氧化物)的转化效率。另外，所述电控单元9与所处理柴油发动机的ECU控制器相接，且其对所处理柴油发动机的转速、油量、进气压力、进气温度和冷却水温度信息进行处理后，可判断出所处理柴油发动机的实际工作状况，即可获得当前工况下的NOx(即氮氧化物)的排放量。
同时，实际使用过程中，所述电控单元9通过对还原剂供给泵4的泵送量进行监测，便可换算得出还原剂的泵送量，即喷射过程中还原剂供给泵4的还原剂喷射量；同时，通过所述电控单元9能对还原剂供给泵4的工作状态进行相应控制。
实际使用时，所述电控单元9将换算得出的还原剂喷射量转换成所述膜片泵的工作频率，并按照转换后的膜片泵工作频率相应对所述膜片泵进行控制。本实施例中，所述膜片泵的工作频率为1Hz～50Hz。
本实施例中，所述管路开关组件包括对还原剂流通管路203的上部进液口进行开关控制的进液开关组件2-1和对还原剂流通管路203的底部出液口进行开关控制的出液开关组件2-2，所述进液开关组件2-1安装在还原剂流通管路203的上部进液口处，且所述出液开关组件2-2安装在还原剂流通管路203的底部出液口处。所述进液开关组件2-1和所述出液开关组件2-2同步开启且二者同步关闭。
本实施例中，所述喷嘴本体201包括上部喷嘴和布设在所述上部喷嘴下方的下部喷嘴，所述底部喷射口为所述下部喷嘴的底部喷口。所述上部喷嘴包括外壳一、布设在所述外壳一内的水平隔板204和安装在水平隔板204上的竖向隔板一205，所述竖向隔板一205布设在所述外壳一内。所述竖向隔板一205、水平隔板204与所述外壳一的右侧壁围成一个与气体管路5的出气口相通的上部气体流通通道。所述竖向隔板一205与所述外壳一的左侧壁之间围成一个与所述还原剂供给管路的出液口相接的上部还原剂流通通道。所述外壳一的底部中央开有圆形通孔。所述下部喷嘴包括安装在所述圆形通孔上且位于所述外壳一下方的圆筒状壳体一和同轴套装在所述圆筒状壳体一内侧的圆筒状壳体二，所述圆筒状壳体一和所述圆筒状壳体二均呈竖直向布设。所述圆筒状壳体二顶部密封固定在水平隔板204底部，所述圆筒状壳体二的内部与所述上部还原剂流通通道相通，所述圆筒状壳体二内部为下部还原剂流通管道，且所述下部还原剂流通管道与所述上部还原剂流通通道连通组成还原剂流通管路203。所述圆筒状壳体一与所述圆筒状壳体二之间的空腔与所述上部气体流通通道相通，且所述圆筒状壳体一与所述圆筒状壳体二之间的空腔为下部空气流通管道，所述下部空气流通管道与所述上部气体流通管道连通组成气体流通管路202。
本实施例中，所述水平隔板204、竖向隔板一205和竖向隔板二206加工制作为一体。
本实施例中，所述圆筒状壳体二部开有将所述圆筒状壳体二的内部与所述上部还原剂流通通道连通的开口二210。所述上部气体流通管道的底部，设置有将所述上部气体流通管道与所述下部空气流通管道连通的溢流孔217。本实施例中，所述溢流孔20布设在水平隔板204上。
本实施例中，所述上部喷嘴还包括与竖向隔板一205呈平行布设的竖向隔板二206，所述竖向隔板二206和竖向隔板一205分别布设在水平隔板204的左右两侧上方。所述竖向隔板二206和竖向隔板一205之间安装有水平滑移片207，所述水平滑移片207位于水平隔板204上方，所述水平滑移片207、竖向隔板二206和水平隔板204围成一个与所述上部气体流通管道相通的空气存储腔208，且所述空气存储腔208布设在所述上部还原剂流通通道的内侧下方。所述上部还原剂流通通道通过水平滑移片207、竖向隔板二206和水平隔板204分隔为空气存储腔208和一个供还原剂流通的喷嘴上部还原剂流通通道，所述喷嘴上部还原剂流通通道与所述下部还原剂流通管道相通。
本实施例中，所述圆筒状壳体一的底部为口径由上至下逐渐缩小的锥形喷口一，所述圆筒状壳体二的底部为口径由上至下逐渐缩小的锥形喷口二，所述锥形喷口一套装在所述锥形喷口二外侧，所述锥形喷口二为还原剂流通管路203的底部出液口，所述锥形喷口一与所述锥形喷口二之间的环形喷口为气体流通管路202的底部出气口，所述锥形喷口一和所述锥形喷口二组成所述喷嘴本体201的底部喷射口。
本实施例中，所述出液开关组件2-2为针阀组件，所述针阀组件包括安装在所述圆筒状壳体二底部且中部开有出液孔的针阀阀座212、对所述出液孔进行封堵的针阀阀芯和能带动所述针阀阀芯进行上下移动并相应对所述出液孔进行封堵的阀针213，所述阀针213呈竖直向布设且其同轴布设于所述圆筒状壳体二内。所述进液开关组件2-1包括呈竖直向布设的弹簧215和安装在所述喷嘴上部还原剂流通通道上部的水平盖板211，所述水平盖板211中部开有进液通孔且所述阀针213由下至上自所述进液通孔穿出，所述阀针213顶部安装有对所述进液通孔进行封堵的水平封板214，所述水平封板214布设在水平盖板211上方。所述弹簧215的上端固定在水平盖板211上，且弹簧215的下端固定在水平滑移片207，所述水平滑移片207在弹簧215的弹性作用力与空气存储腔208内所存储空气的压力共同作用下进行上下移动。同时，所述水平隔板204中部开有供阀针213穿过的针孔，且所述针孔底部通过密封件216进行密封。
所述竖向隔板一205底部开有将所述上部气体流通管道与空气存储腔208连通的开口一209。
综上，所述出液开关组件2-2和所述出液开关组件2-2同步动作，且所述出液开关组件2-2和所述出液开关组件2-2均为在空气存储腔208内所存储空气的压力作用下进行开启或关闭。也就是说，所述出液开关组件2-2和所述出液开关组件2-2均由空气存储腔208内所存储空气(该空气为压力为1bar～3bar的压缩空气)进行控制。
实际使用时，由于所述喷嘴总成2内设置有独立的还原剂流通管路203(即液体管路)和独立的气体流通管路202(即雾化空气管路)，分别用于输送还原剂(具体是尿素溶液)和所处理柴油发动机排出的压缩空气。所述雾化空气管路中设置溢流孔217。并且，所述喷嘴总成2的底部设置2路喷口(具体为所述底部出液口和所述底部出气口)，分别喷出尿素溶液和压缩空气，且尿素溶液与压缩空气的混合雾化过程在喷嘴总成2的底部喷射口外完成。
本实施例中，所述阀针213的底部为能对所述锥形喷口二进行清洁的锋利尖头。实际使用过程中，可利用阀针213对喷嘴总成2的底部喷射口进行清洁。
实际使用时，当还原剂流通管路203有堵塞倾向时，所述压力传感器7会检测到这一倾向并将此信息反馈至电控单元9，此时通过电控单元9对空气稳压阀8进行间隔地开、关控制，从而对空气存储腔208内所存储空气的压力进行相应调整，使得阀针213在空气存储腔208内所存储空气的压力作用下连续进行上下运动，并相应对喷嘴总成2的底部喷射口进行清洁。
本发明所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射方法，包括以下步骤：
步骤一、排空：首先，通过所述管路开关组件关闭还原剂流通管路203，同时通过空气稳压阀8对气体管路5进行关闭；之后，启动还原剂供给泵4连续运行，直至将还原剂供给泵4内存留的空气排出且还原剂供给泵4的泵送压力调整为1bar～3bar为止。
本实施例中，还原剂供给泵4连续运行过程中，不断抽吸还原剂存储箱1内所存储的还原剂(或者还原剂替代溶液)，此时由于还原剂流通管路203关闭，则还原剂供给泵4抽吸的还原剂又通过回液管603返回还原剂存储箱1中，从而将还原剂供给泵4内存留的空气排出。
本实施例中，还原剂供给泵4启动且连续运行20s～100s后，便可完成还原剂供给泵4的排空过程。
实际操作过程中，通过压力传感器7对还原剂供给泵4的泵送压力进行检测，并将检测结果同步传送至电控单元9，这样通过电控单元9可简便对还原剂供给泵4的泵送压力进行有效监控。
步骤二、喷射：待步骤一中排空过程结束后，先打开空气稳压阀8，并通过空气稳压阀8将气体管路5内所流通气体的压力调整至1bar～2bar；之后，通过所述管路开关组件打开还原剂流通管路203，使得还原剂存储箱1内所存储的还原剂在还原剂供给泵4的泵送作用下，通过所述还原剂供给管路和还原剂流通管路203连续送至喷嘴总成2的底部喷射口处并排至排气管3内，与此同时，所处理柴油发动机排出的空气经气体管路5和气体流通管路202连续送至喷嘴总成2的底部喷射口处并排至排气管3内；然后，进入排气管3内的还原剂和空气进行混合雾化。
实际进行喷射时，待压力传感器7所测得压力值在1bar～3bar时，便可进入喷射状态。进入喷射状态时，先打开空气稳压阀8，此时所处理柴油发动机排出的空气先经空气过滤器15去除空气中的颗粒物，之后通过空气稳压阀8将所处理柴油发动机排出的气源气压4bar～10bar稳定在1bar～2bar之间，且所处理柴油发动机排出的空气进入喷嘴总成2后，先进入空气存储腔208且在进入空气存储腔208的空气压力作用下，水平滑移片207克服弹簧215的弹性作用力并向上移动，且水平滑移片207向上移动过程中，带动阀针213同步向上移动，相应使得进液开关组件2-1和出液开关组件2-2均处于开启状态，从而打开还原剂流通管路203。待进液开关组件2-1和出液开关组件2-2均开启后，自所处理柴油发动机进入喷嘴总成2的空气经溢流孔217排至所述下部空气流通管道，也就是说，此时气体流通管路202也处于打开状态。喷射过程中，所述膜片泵按照预先计算得出的工作频率工作并完成精确喷射。待所处理柴油发动机排出的空气自气体流通管路202的底部出气口排出，且还原剂自还原剂流通管路203的底部出液口排出后，所排出的空气与还原剂在喷嘴总成2的底部喷射口外侧(具体是排气管3内)进行混合雾化。
另外，实际进行喷射过程中，通过溢流孔217将气体流通管路202的空气流量限制在15L/min～25L/min。
本实施例中，所述水平滑移片207为膜片。
步骤三、停止：步骤二中喷射过程完成后，关闭还原剂供给泵4，同时通过所述管路开关组件和空气稳压阀8对还原剂流通管路203和气体管路(5分别进行关闭。
本实施例中，处于停止状态时，所述进液开关组件2-1和出液开关组件2-2均处于关闭状态，且通过出液开关组件2-2能确保处于停止状态时，还原剂不会再进入排气管3内，大大消除了还原剂与空气混合后的结晶现象。
同时，本发明所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，还具有自诊断功能。实际进行诊断时，可以仅开启气体流通管路202，对气体流通管路202的流通状态进行诊断；同时，也可以仅开启还原剂流通管路203，对还原剂流通管路203的流通状态进行诊断；同时，通过电控单元9也可以对空气稳压阀8、进液开关组件2-1、出液开关组件2-2和还原剂供给泵4的工作状态进行诊断。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征在于：包括内部盛装还原剂的还原剂存储箱(1)和底部安装在所处理柴油发动机的排气管(3)上的喷嘴总成(2)，所述还原剂存储箱(1)与喷嘴总成(2)之间通过还原剂供给管路相接，且所述还原剂供给管路上装有还原剂供给泵(4)；所述喷嘴总成(2)包括喷嘴本体(201)，所述喷嘴本体(201)内部设置有气体流通管路(202)和还原剂流通管路(203)，所述气体流通管路(202)的底部出气口和还原剂流通管路(203)的底部出液口均布设在所述喷嘴本体(201)的底部喷射口处，且所述底部喷射口安装在排气管(3)的进气口上；所述底部出气口和底部出液口均与排气管(3)的内部相通，且所述排气管(3)的内腔为对自气体流通管路(202)进入的空气与自还原剂流通管路(203)流入的还原剂进行混合的气液混合腔；所述喷嘴本体(201)内设置有对还原剂流通管路(203)进行开关控制的管路开关组件，气体管路(5)上安装有对其进行开关控制并能对气体管路(5)内所流通气体的压力进行调整的空气稳压阀(8)；所述还原剂供给管路的出液口与还原剂流通管路(203)的进液口相通，且所处理柴油发动机的出气口通过气体管路(5)与气体流通管路(202)的进气口相接。
2.按照权利要求1所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征在于：所述管路开关组件包括对还原剂流通管路(203)的上部进液口进行开关控制的进液开关组件(2-1)和对还原剂流通管路(203)的底部出液口进行开关控制的出液开关组件(2-2)，所述进液开关组件(2-1)安装在还原剂流通管路(203)的上部进液口处，且所述出液开关组件(2-2)安装在还原剂流通管路(203)的底部出液口处；所述进液开关组件(2-1)和所述出液开关组件(2-2)同步开启且二者同步关闭。
3.按照权利要求1或2所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征在于：还包括电控单元(9)和对所述还原剂供给泵(4)的泵送压力进行实时检测的压力传感器(7)，所述压力传感器(7)与电控单元(9)相接，所述空气稳压阀(8)由电控单元(9)进行控制且其与电控单元(9)相接；所述还原剂供给管路上安装液体控制阀(18)，所述气体管路(5)上安装有空气过滤器(15)。
4.按照权利要求3所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征在于：还包括上位机(14)，所述电控单元(9)与上位机(14)相接；所述还原剂供给泵(4)为由电控单元(9)进行控制的电动泵，且还原剂供给泵(4)与电控单元(9)相接；所述还原剂供给管路上安装有对其内部所供送还原剂进行加热的电加热器(10)，所述电加热器(10)由电控单元(9)进行控制且其与电控单元(9)相接；所述排气管(3)的出气口上安装有SCR催化消声器(11)，所述排气管(3)上安装有对其内部温度进行实时检测的前温度传感器(12)，且SCR催化消声器(11)上安装有对其内部温度进行实时检测的后温度传感器(13)，所述前温度传感器(12)和后温度传感器(13)均与电控单元(9)相接。
5.按照权利要求2所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征在于：所述喷嘴本体(201)包括上部喷嘴和布设在所述上部喷嘴下方的下部喷嘴，所述底部喷射口为所述下部喷嘴的底部喷口；所述上部喷嘴包括外壳一、布设在所述外壳一内的水平隔板(204)和安装在水平隔板(204)上的竖向隔板一(205)，所述竖向隔板一(205)布设在所述外壳一内；所述竖向隔板一(205)、水平隔板(204)与所述外壳一的右侧壁围成一个与气体管路(5)的出气口相通的上部气体流通通道；所述竖向隔板一(205)与所述外壳一的左侧壁之间围成一个与所述还原剂供给管路的出液口相接的上部还原剂流通通道；所述外壳一的底部中央开有圆形通孔；所述下部喷嘴包括安装在所述圆形通孔上且位于所述外壳一下方的圆筒状壳体一和同轴套装在所述圆筒状壳体一内侧的圆筒状壳体二，所述圆筒状壳体一和所述圆筒状壳体二均呈竖直向布设；所述圆筒状壳体二顶部密封固定在水平隔板(204)底部，所述圆筒状壳体二的内部与所述上部还原剂流通通道相通，所述圆筒状壳体二内部为下部还原剂流通管道，且所述下部还原剂流通管道与所述上部还原剂流通通道连通组成还原剂流通管路(203)；所述圆筒状壳体一与所述圆筒状壳体二之间的空腔与所述上部气体流通通道相通，且所述圆筒状壳体一与所述圆筒状壳体二之间的空腔为下部空气流通管道，所述下部空气流通管道与所述上部气体流通管道连通组成气体流通管路(202)。
6.按照权利要求5所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征在于：所述上部喷嘴还包括与竖向隔板一(205)呈平行布设的竖向隔板二(206)，所述竖向隔板二(206)和竖向隔板一(205)分别布设在水平隔板(204)的左右两侧上方；所述竖向隔板二(206)和竖向隔板一(205)之间安装有水平滑移片(207)，所述水平滑移片(207)位于水平隔板(204)上方，所述水平滑移片(207)、竖向隔板二(206)和水平隔板(204)围成一个与所述上部气体流通管道相通的空气存储腔(208)，且所述空气存储腔(208)布设在所述上部还原剂流通通道的内侧下方；所述上部还原剂流通通道通过水平滑移片(207)、竖向隔板二(206)和水平隔板(204)分隔为空气存储腔(208)和一个供还原剂流通的喷嘴上部还原剂流通通道，所述喷嘴上部还原剂流通通道与所述下部还原剂流通管道相通。
7.按照权利要求5或6所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征在于：所述圆筒状壳体一的底部为口径由上至下逐渐缩小的锥形喷口一，所述圆筒状壳体二的底部为口径由上至下逐渐缩小的锥形喷口二，所述锥形喷口一套装在所述锥形喷口二外侧，所述锥形喷口二为还原剂流通管路(203)的底部出液口，所述锥形喷口一与所述锥形喷口二之间的环形喷口为气体流通管路(202)的底部出气口，所述锥形喷口一和所述锥形喷口二组成所述喷嘴本体(201)的底部喷射口。
8.按照权利要求5或6所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征在于：所述出液开关组件(2-2)为针阀组件，所述针阀组件包括安装在所述圆筒状壳体二底部且中部开有出液孔的针阀阀座(212)、对所述出液孔进行封堵的针阀阀芯和能带动所述针阀阀芯进行上下移动并相应对所述出液孔进行封堵的阀针(213)，所述阀针(213)呈竖直向布设且其同轴布设于所述圆筒状壳体二内；所述进液开关组件(2-1)包括呈竖直向布设的弹簧(215)和安装在所述喷嘴上部还原剂流通通道上部的水平盖板(211)，所述水平盖板(211)中部开有进液通孔且所述阀针(213)由下至上自所述进液通孔穿出，所述阀针(213)顶部安装有对所述进液通孔进行封堵的水平封板(214)，所述水平封板(214)布设在水平盖板(211)上方；所述弹簧(215)的上端固定在水平盖板(211)上，且弹簧(215)的下端固定在水平滑移片(207)，所述水平滑移片(207)在弹簧(215)的弹性作用力与空气存储腔(208)内所存储空气的压力共同作用下进行上下移动。
9.按照权利要求1或2所述的柴油发动机排气后处理用气液外混合式喷射系统，其特征在于：所述还原剂供给管路包括进液管(601)和喷液管(602)，所述进液管(601)连接于还原剂存储箱(1)的出液口与还原剂供给泵(4)的进液口之间，所述喷液管(602)连接于还原剂供给泵(4)的液体泵送口与还原剂流通管路(203)的进液口之间；所述还原剂供给泵(4)上设置有回液口一，且所述回液口一通过回液管(603)与还原剂存储箱(1)的回液口二相接。
10.一种利用如权利要求1所述喷射系统进行气液外混合式喷射的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、排空：首先，通过所述管路开关组件关闭还原剂流通管路(203)，同时通过空气稳压阀(8)对气体管路(5)进行关闭；之后，启动还原剂供给泵(4)连续运行，直至将还原剂供给泵(4)内存留的空气排出且还原剂供给泵(4)的泵送压力调整为1bar～3bar为止；
步骤二、喷射：待步骤一中排空过程结束后，先打开空气稳压阀(8)，并通过空气稳压阀(8)将气体管路(5)内所流通气体的压力调整至1bar～2bar；之后，通过所述管路开关组件打开还原剂流通管路(203)，使得还原剂存储箱(1)内所存储的还原剂在还原剂供给泵(4)的泵送作用下，通过所述还原剂供给管路和还原剂流通管路(203)连续送至喷嘴总成(2)的底部喷射口处并排至排气管(3)内，与此同时，所处理柴油发动机排出的空气经气体管路(5)和气体流通管路(202)连续送至喷嘴总成(2)的底部喷射口处并排至排气管(3)内；然后，进入排气管(3)内的还原剂和空气进行混合雾化；
步骤三、停止：步骤二中喷射过程完成后，关闭还原剂供给泵(4)，同时通过所述管路开关组件和空气稳压阀(8)对还原剂流通管路(203)和气体管路(5)分别进行关闭。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Address after: 710043 Xi'an City, the new city of happiness Road, No., No. 37 Patentee after: XI'AN QINTAI AUTOMOBILE EMISSION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 710043 Shaanxi City, Xi'an, happiness Road, No. 37 Patentee before: XI'AN QINTAI AUTO PARTS CO.,LTD. |
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Denomination of invention: Outside gas-liquid mixing injection system and method for exhaust after-treatment of diesel engines Effective date of registration: 20170426 Granted publication date: 20141001 Pledgee: Shaanxi SME financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN QINTAI AUTOMOBILE EMISSION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2017610000029 |
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Date of cancellation: 20180323 Granted publication date: 20141001 Pledgee: Shaanxi SME financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN QINTAI AUTOMOBILE EMISSION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2017610000029 |
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Denomination of invention: Outside gas-liquid mixing injection system and method for exhaust after-treatment of diesel engines Effective date of registration: 20180330 Granted publication date: 20141001 Pledgee: Shaanxi SME financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN QINTAI AUTOMOBILE EMISSION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2018610000042 |
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Denomination of invention: Outside gas-liquid mixing injection system and method for exhaust after-treatment of diesel engines Effective date of registration: 20200209 Granted publication date: 20141001 Pledgee: Xi'an spaceflight base financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN QINTAI AUTOMOBILE EMISSION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020610000023 |
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Denomination of invention: Gas liquid external hybrid injection system and method for diesel engine exhaust after treatment Effective date of registration: 20210201 Granted publication date: 20141001 Pledgee: Xi'an spaceflight base financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN QINTAI AUTOMOBILE EMISSION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021610000032 |
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Date of cancellation: 20220401 Granted publication date: 20141001 Pledgee: Xi'an spaceflight base financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN QINTAI AUTOMOBILE EMISSION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021610000032 |
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Denomination of invention: Gas liquid external mixed injection system and method for diesel engine exhaust aftertreatment Effective date of registration: 20220411 Granted publication date: 20141001 Pledgee: Xi'an spaceflight base financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN QINTAI AUTOMOBILE EMISSION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022610000135 |
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Date of cancellation: 20230320 Granted publication date: 20141001 Pledgee: Xi'an spaceflight base financing Company limited by guarantee Pledgor: XI'AN QINTAI AUTOMOBILE EMISSION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022610000135 |
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