CN106468201B - 一种高温环境液体喷射装置 - Google Patents

Abstract

一种高温环境液体喷射装置，包括一个柱塞泵装置，柱塞泵装置包括一个喷嘴，一个进液口，一个回液口，液体经过柱塞泵加压后喷入发动机排气管中。所述高温环境液体喷射装置包括一个布置在柱塞泵周围的气体冷却腔，用于冷却柱塞泵的气体首先进入气体冷却腔，然后再经过喷嘴周围进入发动机排气管中，所述气体冷却腔与增压中冷器后的发动机进气管连接。

Description

一种高温环境液体喷射装置

技术领域

本发明属于发动机排气后处理技术领域，具体涉及发动机尾气净化氧化氮选择性催化还原(SCR)系统以及柴油发动机尾气颗粒物过滤收集(DPF)的燃油喷射再生系统。

背景技术

目前，用于发动机尾气中(无论是汽油机还是柴油机)的有害气体氧化氮(NOx)处理的SCR技术以及用于对柴油机中颗粒物再生处理的DPF技术等都是排气后处理中十分重要且有效的技术手段。

上述后处理技术需要将供液泵提供的高压排气处理液通过喷嘴雾化喷入排气管道之中，喷嘴通常需使用好的耐高温材料及或者安装散热或者隔热装置，直接安装于排气管道之上，使得喷雾与排气良好混合。然而，为了确保供液泵正常工作，一般将之布置于离排气管较远的位置，这样需要增加泵与喷嘴之间高压输液段的距离，最常见的是采用高压管连接的方式。但是，延长高压输送段不仅使得系统比较复杂，同时，由于排气管附近环境比较恶劣，输送管路使用寿命难以保证。

此外，对于SCR系统而言，在低温环境中管路容易结冰，需要沿路布置融冰装置，并且随着管道距离增加能力损失增大，既影响计量精度又增加了系统成本。对于DPF系统而言，管路中造成的喷射压力损失使得雾化程度降低，影响后处理效果。

为了避免输送管路过长带来的弊端，现有技术采用泵嘴一体的结构，即，将喷嘴直接布置于供液泵之输出端，并在泵输出端以及喷嘴处设置冷却装置。现有技术多采用引入发动机冷却水的方式，降低泵和喷嘴周围的温度。然而，由于布置空间的局限性，冷却水所能冷却的范围受到限制，需要辅助的散热装置。同时，冷却水需要设计为循环回路，使得装置体积增加，布置复杂。

综上，考虑到排气后处理的应用环境，以及对后处理装置的计量精度和计量液的喷射效果，提出一种有效解决冷却、雾化等问题且不增加成本的新技术方案也是十分有必要。

发明内容

本发明针对上述问题，之目的在于提供一种结构简单，适应性好的液体喷射装置，以适应高温环境下的不同应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案，即，包括一个柱塞泵装置，柱塞泵装置包括一个喷嘴，一个进液口，一个回液口，液体经过柱塞泵加压后喷入发动机排气管中，其特征在于：包括一个布置在柱塞泵周围的气体冷却腔，用于冷却柱塞泵的气体首先进入气体冷却腔，然后再经过喷嘴周围进入发动机排气管中。

上述方案之一种气源选择是发动机进气，所述气体冷却腔与增压中冷器后的发动机进气管连接，增压中冷之后的进气可以进入气体冷却腔。

进一步地，包括第一单向阀，第一单向阀布置在通向气体冷却腔之冷却气体的气路上，以防止废气进入进气系统中。

再进一步的方案，包括一个储气容积，储气容积布置在第一单向阀与气体冷却腔之间，来自增压中冷器后发动机进气管中的气体经过储气容积再进入气体冷却腔。

此外，可以包括第二单向阀，第二单向阀布置在气体冷却腔与储气容积之间，以阻止废气进入储气容积。

在发动机进气管通向气体冷却腔的通路上，布置有限流孔以控制冷却气体的消耗量。

上述方案之柱塞泵装置包括一个螺线管驱动装置和柱塞泵，所述螺线管驱动装置包括螺线管和电枢，所述柱塞泵包括套筒和柱塞。

上述方案之喷嘴为一个提升阀，包括提升阀件，提升阀座和提升阀簧。

所述螺线管驱动的柱塞泵，一种方案选择是：所述电枢与柱塞保持同步运动，所述套筒相对螺线管保持静止；另一种方案选择是：所述电枢与套筒保持同步运动，所述柱塞相对螺线管保持静止。

所述套筒、柱塞、输入阀和输出阀形成压送空间，输出阀连接压送空间和输出空间。所述螺线管装置驱电枢运动，导致压送空间容积变化，实现液体输出。

液体从进液口进入泵体，一部分从回液口排出泵体外，一部分进入压送空间，从回液口排出的部分液体将带走热量以达到冷却泵体的作用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明提供的高温环境液体喷射装置之柱塞泵装置之示意图之一。

图2为本发明提供的高温环境液体喷射装置之柱塞泵装置之示意图之二。

图3为本发明提供的高温环境液体喷射装置之SCR应用例之结构示意图之一。

图4为本发明提供的高温环境液体喷射装置之SCR应用例之结构示意图之二。

图5为本发明提供的高温环境液体喷射装置之DPF应用例之结构示意图。

具体实施例

如图1所示，为本发明提供的高温环境液体喷射装置之柱塞泵装置之示意图之一，包括一个柱塞泵装置1。所述柱塞泵装置1包括一个喷嘴4，一个进液口6，一个回液口5，一个螺线管驱动装置2，一个柱塞泵3和一个冷却装置7。工作液体经过柱塞泵装置1加压后由喷嘴4雾化喷出。

所述冷却装置7包括一个气源10，一个单向阀23和一个气体冷却腔8，所述气体冷却腔8包括一个气体流道8a，当气压源10输出之气体压力高于冷却腔8之气体压力时，气体单向阀23打开，否则单向阀23关闭，阻止气体回流。用于冷却柱塞泵3以及喷嘴4的气体首先从气源10进入进气通道11，打开单向阀23后至气体冷却腔8，然后经过气流通道8a流过喷嘴4周围并进入发动机排气管中，用于冷却柱塞泵3和喷嘴4。

所述空气源10为发动机增压中冷器(图中未示出)，通过进气通道11与气体冷却腔8连接，低温气体从增压中冷器之进气歧管通过进气通道11进入气体冷却腔8。

所述柱塞泵装置1为一个柱塞运动型泵装置，所述螺线管驱动装置2包括螺线管线圈13，磁轭15，磁隙14和电枢12。所述柱塞泵包括套筒18，柱塞17，输入阀16和输出阀19。所述套筒18，柱塞17，输入阀16和输出阀19形成压送空间20。所述输入阀16为一个单向球阀，包括一个输入阀件16a，输入阀簧16b和输入阀座16c，所述输入阀座16c为一个与输入阀件16a之球表面相互配合的球面或者锥面。输出阀19为一个单向平面阀，包括一个输出阀件19b，输出阀簧19a和输出阀座19c，所述输出阀座19c为一个与输出阀件19b之表面相互配合的平面。输出阀19连接压送空间20和输出空间21。所述电枢12位于磁隙14附近，电枢12在螺线管线圈13之电磁驱动力和复位弹簧22之弹簧力作用下往复运动，所述柱塞17与电枢12以实现同步运动的方式连接，柱塞17运动导致压送空间20容积变化，实现液体从输入阀16进入压送空间20，从输出阀19输出至输出空间21。其中，回液部分以及气泡通过回液口5排出，排液形成的流体运动有利于带走泵工作时产生的热量。所述喷嘴4与柱塞泵3之输出空间21连接，输出空间21中液体直接通过喷嘴4喷出。所述喷嘴4为一个依靠压力开启的提升阀喷嘴，包括一个液体通道4b，一个喷嘴阀件4c，一个喷嘴阀座4d和一个喷嘴阀簧4a，高压液体从液体通道4b进入喷嘴4，当液体压力高于喷嘴阀簧4a之预设弹簧力时，喷嘴4打开，将液体喷出。

上述柱塞泵装置之工作过程如下。

从进液口6进入的液体通过输入阀16进入压送空间20，在螺线管电磁力作用下，柱塞泵装置1进入压送行程，电枢12驱动柱塞17运动，导致压送空间20容积减小，液体压力增加，柱塞17继续运动，液体压力增加至输出阀19开启压力时，输出阀19打开，液体进入输出空间21并到达喷嘴4处，输出空间21液体压力上升，喷嘴4开启，液体输出，同时，回液部分和气泡通过回液口5排出。当喷射过程结束，电枢12在复位弹簧22之弹簧力作用下开始回位运动，喷嘴4关闭，继而输出阀19关闭，当压送空间20中液体压力继续减小，输入阀16打开，液体由于压差作用迅速进入压送空间20补充。

在此过程中，空气源10之气体通过进气通道11和单向阀23进入气体冷却腔8，再通过气体流道8a流出，用于有效冷却柱塞泵3以及喷嘴4。在液体喷射时，喷嘴4之喷出口4e周围形成负压，进一步导致进入气体的定向流动，提高冷却效果。

图2所示，为本发明提供的高温环境液体喷射装置之柱塞泵装置之示意图之二，本发明提供的第一柱塞泵装置之结构示意图与本结构示意图之区别之一在于：所述柱塞泵装置1为一个套筒运动型泵，所述套筒18与电枢12以实现同步运动的方式连接，电枢12驱动套筒18运动导致压送空间20压力变化，实现液体输出。所述柱塞泵装置1包括一个输入阀限位件16d，所述输入阀限位件16d作用于输入阀件16a之上，在电枢12回位行程，阻止输入阀件16a落座，使输入阀16保持开启状态，以保证液体顺利进入。本发明提供的第一柱塞泵装置之结构示意图与本结构示意图之区别之二在于：所述冷却装置7包括一个位于单向阀23下游的储气容积9及布置在柱塞泵3以及喷嘴4周围的气体冷却腔8。所述储气容积9串联于单向阀23和气体冷却腔8之间，所述储气容积9一方面用于储存气体，在气源压力下降时可以延长供气时间；另一方面储气容积9可缓冲气流，使进入气体冷却腔中的气流稳定。

图3为本发明提供的高温环境液体喷射装置之SCR应用例之结构示意图之一，包括一个尿素罐25，一个低压输液泵1a，一个柱塞泵装置1，一个布置于柱塞泵3之输出空间21下游的喷嘴4。所述低压输液泵1a与组塞泵装置1串联，低压输液泵1a为一个包括进液通道30，回液通道28和输出道29的脉冲泵，所述柱塞泵装置1之进液口6通过导管27与输出道29连接，回液口5通过导管26与尿素罐25之上部空间连通。所述低压输液泵1a置于尿素箱内，液体经过过滤器31过滤后进入低压输液泵1a，一部以高压输出，通过高压管输27送至柱塞泵装置1，另一部分液体以及气体通过回液通道28排出，其中，液体部分通过排气泡管32排至尿素罐25上部，液体部分通过外部回路33流回过滤器31之洁净容积。所述回液通道28路径上包括一个单向膜片阀34，使得回流液体单向排出，有效防止气泡回流。所述排气泡管32之出口32a处包括一个滤网35，以防止脏物进入低压输液泵1a内。所述柱塞泵装置1为一个螺线管计量泵，柱塞泵装置1外置于尿素罐25。所述喷嘴4为一种依靠压力开启的提升阀喷嘴，将工作液体雾化喷出。提升阀喷嘴4之环形喷口4e与发动机排气管36相连接，通过螺栓38固定，尿素喷射液40通过喷嘴4喷入到发动机排气管36中与排气混合37，进行尾气处理。

进一步，喷嘴4端包括一个冷却装置7，所述冷却装置7包括冷却腔8，气体单向阀23，单向阀23下游的储气容积9和第二单向阀23a。增压中冷器41之后之进气39，经过单向阀23，储气容积9以及第二单向阀23a，后由进气通道11将冷却气体引入冷却腔8，并通过气体流道8a输出至排气管36，用于冷却柱塞泵3和喷嘴4。所述第二单向阀23a布置在气体冷却腔8与储气容积9之间，以阻止废气进入储气容积9，影响冷却效果。

图4为本发明提供的高温环境液体喷射装置之SCR应用例之结构示意图之二，本应用例之结构示意图与本第一应用例之区别在于：所述低压输液泵1b与柱塞泵装置1串联，低压输液泵1b为一个膜片泵，所述柱塞泵装置1之进液口6通过高压导管27与膜片泵1b连接，回液口5通过导管26与尿素罐25之上部空间连通。经过滤器31过滤的液体由低压输液泵1b将尿素箱25内液体泵至柱塞泵装置1，并由柱塞泵装置1计量输出，通过喷嘴4喷入到发动机排气管36中与排气混合37，进行尾气处理。

图5为本发明提供的高温环境液体喷射装置之DPF应用例之结构示意图，所述柱塞泵装置1包括一个布置于输出端的喷嘴4，一个连接回液口5的回液通道42，所述回液通道42的另一端连回油箱(图中未示出)。所述喷嘴4为一个依靠压力开启的提升阀，以有利于喷射液40与排气37混合的方式安装于排气管道36之上。再生燃料从柱塞泵装置1之进液口6进入，由柱塞泵装置1形成高压液体后输送至喷嘴4，由喷嘴4雾化喷出，喷射液40与排气37混合，进行排气处理。在此过程中，柱塞泵装置1产生的回液以及气体通过回液通道42排入储油箱(图中未示出)，同时带走部分螺线管工作产生的热量。DPF处于排气管较热的区段，柱塞泵装置1以及喷嘴4需要较好的冷却装置，本应用例所包含冷却装置7包括气体冷却腔8，引入增压中冷器41之进气39冷却。

上述PDF再生系统之燃油供给可以直接来自于发动机高压喷射系统低压供油泵，或者使用DPF油箱从发动机主油箱取油。

本发明提供的高温环境液体喷射装置以及其它基于本发明精神实质的进一步的方案均属本发明公开和保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种高温环境液体喷射装置，包括一个柱塞泵装置，柱塞泵装置包括一个喷嘴，一个进液口，一个回液口，液体经过柱塞泵加压后喷入发动机排气管中，其特征在于：包括一个布置在柱塞泵周围的气体冷却腔，用于冷却柱塞泵的气体首先进入气体冷却腔，然后再经过喷嘴周围进入发动机排气管中；所述柱塞泵装置包括一个螺线管驱动装置和柱塞泵，所述螺线管驱动装置包括螺线管、磁轭、磁隙和电枢，所述柱塞泵包括套筒和柱塞、输入阀和输出阀，所述套筒，柱塞，输入阀和输出阀形成压送空间，所述输入阀为一个单向球阀，包括一个输入阀件，输入阀簧和输入阀座，所述输入阀座为一个与输入阀件之球表面相互配合的球面或者锥面；输出阀为一个单向平面阀，包括一个输出阀件，输出阀簧和输出阀座，所述输出阀座为一个与输出阀件之表面相互配合的平面；输出阀连接压送空间和输出空间，所述电枢位于磁隙附近，电枢在螺线管线圈之电磁驱动力和复位弹簧之弹簧力作用下往复运动，所述柱塞与电枢以实现同步运动的方式连接，柱塞运动导致压送空间容积变化，实现液体从输入阀进入压送空间，从输出阀输出至输出空间；其中，回液部分以及气泡通过回液口排出，排液形成的流体运动有利于带走泵工作时产生的热量。

2.如权利要求1所述的高温环境液体喷射装置，其特征在于：所述气体冷却腔与增压中冷器后的发动机进气管连接。

3.如权利要求2所述的高温环境液体喷射装置，其特征在于：包括第一单向阀，第一单向阀布置在通向气体冷却腔之冷却气体的气路上，以防止废气进入进气系统中。

4.如权利要求3所述的高温环境液体喷射装置，其特征在于：包括一个储气容积，储气容积布置在第一单向阀与气体冷却腔之间，来自增压中冷器后发动机进气管中的气体经过储气容积再进入气体冷却腔。

5.如权利要求4所述的高温环境液体喷射装置，其特征在于：包括第二单向阀，第二单向阀布置在气体冷却腔与储气容积之间，以阻止废气进入储气容积。

6.如权利要求5所述的高温环境液体喷射装置，其特征在于：在发动机进气管通向气体冷却腔的通路上，布置有限流孔以控制冷却气体的消耗量。

7.如权利要求1-6之一项所述的高温环境液体喷射装置，其特征在于：所述喷嘴为一个提升阀。

8.如权利要求7所述的高温环境液体喷射装置，其特征在于：所述电枢与柱塞保持同步运动，所述套筒相对螺线管保持静止。

9.如权利要求7所述的高温环境液体喷射装置，其特征在于：所述电枢与套筒保持同步运动，所述柱塞相对螺线管保持静止。