CN108425725B - 一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统。其特征在于包括气源、尿素罐和喷射器，喷射器包括外壳、内部流道、下腔体、内腔管和进液接头，内部流道设置在外壳内，内部流道与外壳构成气腔，外壳上设置通气管，通气管与气腔连通；尿素罐通过液体输送管连接喷射器的进液接头，气源通过气体输送管连接喷射器的通气管。本发明实现了两种液体输送管路排空尿素溶液的操作方式，保证在停止工作时，液体输送管路中没有液体残留；另外气源通气管进入气腔后，能够对经过电磁比例阀、内腔管和内芯的液体进行冷却降温，同时通过高位出水管和低位进水管的配合，将冷却水送入冷却腔，对通过喷射器的液体进行冷却降温。

Description

一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统

技术领域

本发明涉及一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统。

背景技术

气助式尿素计量泵虽然在SCR后处理系统中起着至关重要的作用，但是现有的气助式尿素计量泵也存在着以下的弊端：结构复杂，制造成本过高，结构密封性要求高，泵体和喷嘴分离以至于浪费安装空间，不利于集成，不方便安装和维修，雾化效果不显著。因此，优化结构、减少制造成本、方便安装维修、提升雾化效果成了急需解决的课题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统的技术方案。

所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于包括气源、尿素罐和利用负压引流的喷射器；所述喷射器包括外壳、内部流道、下腔体、内腔管和进液接头，内部流道设置在外壳内，内部流道与外壳构成气腔，外壳上设置通气管，通气管与气腔连通，内部流道的流道出口与气腔的气道出口齐平，在喷射器的喷射口能够形成负压，下腔体通过固定法兰与外壳相连，下腔体内设置内腔管，内腔管与内部流道连通，内腔管与下腔体构成冷却腔，下腔体上设置低位进水管和高位出水管，低位进水管和高位出水管与冷却腔连通，低位进水管和高位出水管具有一高度差，内腔管上方设置进液接头；所述尿素罐通过液体输送管连接喷射器的进液接头，气源通过气体输送管连接喷射器的通气管。

所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于在所述液体输送管上引出一支管，支管通过一常闭电磁阀与大气相通；所述气源与喷射器之间的气体输送管上设置一空气恒压电磁阀；所述喷射器与尿素罐之间的液体输送管上设置一比例电磁阀。

所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于所述常闭电磁阀为常闭型二位二通电磁阀，常闭型二位二通电磁阀的常闭端连接所述支管，常闭型二位二通电磁阀的常开端与大气相通。

所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于在所述尿素罐与喷射器之间的液体输送管上设置一常开电磁阀；所述气源与喷射器之间的气体输送管上设置一空气恒压电磁阀；所述喷射器与常开电磁阀之间的液体输送管上设置一比例电磁阀。

所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于所述常开电磁阀为常开型二位三通电磁阀，常开型二位三通电磁阀的常开端连通尿素罐与液体输送管，常开型二位三通电磁阀的常闭端与大气相通。

所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于所述空气恒压电磁阀为常闭型二位二通结构，所述比例电磁阀为常闭结构。

所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于所述内部流道由内芯和连接管构成，连接管设置在内芯上方，连接管与内腔管连通；所述固定法兰、外壳、内芯和连接管构成气腔，通气管设置在固定法兰圆周上且与气腔连通。

所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于所述比例电磁阀设置在内腔管内，比例电磁阀与进液接头通过设置在内腔管上的C型座固定相连。

所述水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统的控制方法，其特征在于包括：

喷射状态：空气恒压电磁阀通电打开，使进入到喷射器中压缩空气流速恒定，在喷射器的喷射口形成负压，同时常闭电磁阀断电关闭，比例电磁阀通电，使尿素罐与喷射器之间形成压差，把尿素罐中的尿素溶液压入喷射器中，并在喷射器的喷射口与压缩空气混合并雾化喷射，尿素溶液喷射量通过调节比例电磁阀的占空比来控制；

排空状态：喷射完成后，空气恒压电磁阀保持通电，比例电磁阀全开，常闭电磁阀通电打开，尿素罐的出口通过常闭电磁阀与大气相通，使尿素罐的进出口压力一样，从而把连接常闭电磁阀与比例电磁阀的液体输送管路中的尿素溶液排空，排空时间设定为30秒—60秒；排空结束时先关闭空气恒压电磁阀，延时1秒—2秒，再先后关闭比例电磁阀、常闭电磁阀。

所述水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统的控制方法，其特征在于包括：

喷射状态：空气恒压电磁阀通电打开，使进入到喷射器中压缩空气流速恒定，在喷射器的喷射口形成负压，同时常开电磁阀断电保持常开，比例电磁阀通电，使尿素罐与喷射器之间形成压差，把尿素罐中的尿素溶液压入喷射器中，并在喷射器的喷射口与压缩空气混合并雾化喷射，尿素溶液喷射量通过调节比例电磁阀的占空比来控制；

排空状态：喷射完成后，空气恒压电磁阀保持通电，比例电磁阀全开，常开电磁阀通电，这样尿素罐的出口关闭，连接常闭电磁阀与比例电磁阀的液体输送管路通过常开电磁阀与大气相通，从而把连接常开电磁阀与比例电磁阀的液体输送管路中的尿素溶液排空，排空时间设定为30秒—60秒，排空结束时先关闭空气恒压电磁阀，延时1秒—2秒，再先后关闭比例电磁阀、常开电磁阀。

本发明提供了一种结构简单合理的喷射器及喷射系统，不需要现有技术中特定的SCR尿素泵来控制喷射量，只用调节喷射器中比例电磁阀的占空比来调节喷射量，即同时具有泵和喷嘴的功能；同时设计了2种不同的结构实现了两种不同的液体输送管路排空尿素溶液的操作方式，保证在停止工作时，液体输送管路中没有液体残留，通过改善不工作时管路的环境，避免对管路造成负担，延长管路使用寿命；另外气源通气管进入气腔后，能够对经过电磁比例阀、内腔管和内芯的液体进行冷却降温，同时通过高位出水管和低位进水管的配合，将冷却水送入冷却腔，对通过喷射器的液体进行冷却降温。

附图说明

图1为第一种连接结构示意图；

图2为第一种排空结构示意图；

图3为第二种连接结构示意图；

图4为第二种排空结构示意图；

图5为喷射器的结构示意图一；

图6为喷射器的结构示意图二；

图7为喷射器的结构示意图三；

图中：1-尿素罐，2-常闭电磁阀，3-比例电磁阀，4-喷射器，5-空气恒压电磁阀，6-气源，7-常开电磁阀，8-通气管；9-外壳；10-内芯；11-连接管；12-内部流道；13-气腔；14-固定法兰；15-下腔体；16-内腔管；17-冷却腔；18-进液接头；19-C型座；20-高位出水管；21-低位出水管。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明：

一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，气源6、尿素罐1和利用负压引流的喷射器4，喷射器包括外壳9、内部流道12、下腔体15、内腔管16和进液接头18，内部流道设置在外壳9内，内部流道12与外壳构成气腔13，外壳上设置通气管8，通气管8与气腔13连通，内部流道12的流道出口与气腔的气道出口齐平，在喷射器的喷射口能够形成负压，下腔体通过固定法兰14与外壳相连，下腔体内设置内腔管16，内腔管16与内部流道连通，内腔管16与下腔体15构成冷却腔17，下腔体上15设置低位进水管21和高位出水管20，低位进水管和高位出水管与冷却腔17连通，低位进水管和高位出水管具有一高度差，通过低位进水管进入冷却水对喷射器流过的尿素溶液进行冷却，然后从高位出水管流出，冷却水源来自于发动机冷却水，内腔管上方设置进液接头18；尿素罐1通过液体输送管连接喷射器的进液接头，气源通过气体输送管连接喷射器的通气管，在喷射器的喷射口形成负压。

实施例1

液体输送管上引出一支管，支管通过一常闭电磁阀2与大气相通；气源6与喷射器4之间的气体输送管上设置一空气恒压电磁阀5；喷射器与尿素罐之间的液体输送管上设置一比例电磁阀3。常闭电磁阀为常闭型二位二通电磁阀，常闭型二位二通电磁阀的常闭端连接所述支管，常闭型二位二通电磁阀的常开端与大气相通。上述空气恒压电磁阀为常闭型二位二通结构，比例电磁阀为常闭结构。

该实施例对应的水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统的控制方法如下，

喷射状态：空气恒压电磁阀通电打开，使进入到喷射器中压缩空气流速恒定，在喷射器的喷射口形成负压，同时常闭电磁阀断电关闭，比例电磁阀通电，使尿素罐与喷射器之间形成压差，把尿素罐中的尿素溶液压入喷射器中，并在喷射器的喷射口与压缩空气混合并雾化喷射，尿素溶液喷射量通过调节比例电磁阀的占空比来控制；

排空状态：喷射完成后，空气恒压电磁阀保持通电，比例电磁阀全开，常闭电磁阀通电打开，尿素罐的出口通过常闭电磁阀与大气相通，使尿素罐的进出口压力一样，从而把连接常闭电磁阀与比例电磁阀的液体输送管路中的尿素溶液排空，排空时间设定为30秒—60秒；排空结束时先关闭空气恒压电磁阀，延时1秒—2秒，再先后关闭比例电磁阀、常闭电磁阀。

实施例2

尿素罐与喷射器之间的液体输送管上设置一常开电磁阀7；气源6与喷射器4之间的气体输送管上设置一空气恒压电磁阀5；喷射器与常开电磁阀之间的液体输送管上设置一比例电磁阀3。常开电磁阀为常开型二位三通电磁阀，常开型二位三通电磁阀的常开端连通尿素罐与液体输送管，常开型二位三通电磁阀的常闭端与大气相通。上述空气恒压电磁阀为常闭型二位二通结构，比例电磁阀为常闭结构。

该实施例对应的水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统的控制方法如下，

喷射状态：空气恒压电磁阀通电打开，使进入到喷射器中压缩空气流速恒定，在喷射器的喷射口形成负压，同时常开电磁阀断电保持常开，比例电磁阀通电，使尿素罐与喷射器之间形成压差，把尿素罐中的尿素溶液压入喷射器中，并在喷射器的喷射口与压缩空气混合并雾化喷射，尿素溶液喷射量通过调节比例电磁阀的占空比来控制；

排空状态：喷射完成后，空气恒压电磁阀保持通电，比例电磁阀全开，常开电磁阀通电，这样尿素罐的出口关闭，连接常闭电磁阀与比例电磁阀的液体输送管路通过常开电磁阀与大气相通，从而把连接常开电磁阀与比例电磁阀的液体输送管路中的尿素溶液排空，排空时间设定为30秒—60秒，排空结束时先关闭空气恒压电磁阀，延时1秒—2秒，再先后关闭比例电磁阀、常开电磁阀。

为了便于加工，内部流道由内芯10和连接管11构成，连接管设置在内芯上方，连接管与内腔管连通，此时固定法兰、外壳、内芯和连接管构成气腔，通气管设置在固定法兰圆周上且与气腔连通，通气管与固定法兰的安装角度能够调节，可以根据工况而定。

为了控制喷射器喷射流量，内腔管内设置一比例电磁阀，通过调节比例电磁阀的PWM占空比来调整流量，比例电磁阀与进液接头通过设置在内腔管上的C型座19固定相连。

内芯上安装连接管，固定法兰上安装通气管，并将内芯和连接管一起装在外壳上，然后将它们一起装在固定法兰上，外壳、固定法兰、内芯、连接管形成气腔，与进气管连通；将下腔体安装在固定法兰上，内腔管上安装比例电磁阀和C型座，将进液接头压紧在比例电磁阀上，然后用螺钉将进液接头固定在C型座上。进液接头、比例电磁阀、内腔管、连接管、内芯形成尿素溶液的通道。使用时，该喷射器安装在柴油机排气管的安装座上。

气源经过空气恒压电磁阀5，从喷射器的通气管进入气腔，最后到达喷射口。空气恒压电磁阀5的作用使装置得到恒定压力的气体。气源的作用一方面使喷射口形成负压，起到吸液的作用。另一方面，喷射口的气体可以使雾化效果更佳。最后，气源还可以起到冷却的作用。

为了使雾化效果优良，外壳和内芯在出口端部的径向间隙均匀，外壳和内芯在出口端部轴向应平齐。

本发明依据伯努利方程原理，气流的速度越大，其压强越小。通电后，在通气条件下，喷射器的出口形成负压，大气压将尿素溶液从尿素罐中压出，途经进液接头、比例电磁阀、连接管和内芯，最后被喷出，同时达到较好的雾化效果。

传统的SCR尿素系统中，尿素溶液是由尿素泵带动来提供，在此过程中尿素泵内产生较高的压力，因此对管路的密封性要求高，密封件的故障率也高。本发明由于气体使管路内部产生负压而形成压差，因而对管路密封性要求较低。

本发明的结构相当于将尿素泵与喷嘴一体化，既具备泵的功能，也包含喷嘴的功能，有效地将尿素泵和喷嘴集成一体。这样不仅优化了结构，还可以有效地降低了制造成本、装配成本和维修成本。

Claims (8)

1.一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于包括气源、尿素罐和利用负压引流的喷射器；所述喷射器包括外壳、内部流道、下腔体、内腔管和进液接头，内部流道设置在外壳内，内部流道与外壳构成气腔，外壳上设置通气管，通气管与气腔连通，内部流道的流道出口与气腔的气道出口齐平，在喷射器的喷射口能够形成负压，下腔体通过固定法兰与外壳相连，下腔体内设置内腔管，内腔管与内部流道连通，内腔管与下腔体构成冷却腔，下腔体上设置低位进水管和高位出水管，低位进水管和高位出水管与冷却腔连通，低位进水管和高位出水管具有一高度差，内腔管上方设置进液接头；所述尿素罐通过液体输送管连接喷射器的进液接头，气源通过气体输送管连接喷射器的通气管；

所述液体输送管上引出一支管，支管通过一常闭电磁阀与大气相通；所述气源与喷射器之间的气体输送管上设置一空气恒压电磁阀；所述喷射器与尿素罐之间的液体输送管上设置一比例电磁阀；

所述尿素罐与喷射器之间的液体输送管上设置一常开电磁阀；所述气源与喷射器之间的气体输送管上设置一空气恒压电磁阀；所述喷射器与常开电磁阀之间的液体输送管上设置一比例电磁阀。

2.根据权利要求1所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于所述常闭电磁阀为常闭型二位二通电磁阀，常闭型二位二通电磁阀的常闭端连接所述支管，常闭型二位二通电磁阀的常开端与大气相通。

3.根据权利要求1所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于所述常开电磁阀为常开型二位三通电磁阀，常开型二位三通电磁阀的常开端连通尿素罐与液体输送管，常开型二位三通电磁阀的常闭端与大气相通。

4.根据权利要求1所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于所述空气恒压电磁阀为常闭型二位二通结构，所述比例电磁阀为常闭结构。

5.根据权利要求1所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于所述内部流道由内芯和连接管构成，连接管设置在内芯上方，连接管与内腔管连通；所述固定法兰、外壳、内芯和连接管构成气腔，通气管设置在固定法兰圆周上且与气腔连通。

6.根据权利要求1所述的一种水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统，其特征在于所述比例电磁阀设置在内腔管内，比例电磁阀与进液接头通过设置在内腔管上的C型座固定相连。

7.一种如权利要求书2所述水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统的控制方法，其特征在于包括：

喷射状态：空气恒压电磁阀通电打开，使进入到喷射器中压缩空气流速恒定，在喷射器的喷射口形成负压，同时常闭电磁阀断电关闭，比例电磁阀通电，使尿素罐与喷射器之间形成压差，把尿素罐中的尿素溶液压入喷射器中，并在喷射器的喷射口与压缩空气混合并雾化喷射，尿素溶液喷射量通过调节比例电磁阀的占空比来控制；

排空状态：喷射完成后，空气恒压电磁阀保持通电，比例电磁阀全开，常闭电磁阀通电打开，尿素罐的出口通过常闭电磁阀与大气相通，使尿素罐的进出口压力一样，从而把连接常闭电磁阀与比例电磁阀的液体输送管路中的尿素溶液排空，排空时间设定为30秒—60秒；排空结束时先关闭空气恒压电磁阀，延时1秒—2秒，再先后关闭比例电磁阀、常闭电磁阀。

8.一种如权利要求书3所述水冷空气辅助式自控型尿素溶液喷射系统的控制方法，其特征在于包括：

喷射状态：空气恒压电磁阀通电打开，使进入到喷射器中压缩空气流速恒定，在喷射器的喷射口形成负压，同时常开电磁阀断电保持常开，比例电磁阀通电，使尿素罐与喷射器之间形成压差，把尿素罐中的尿素溶液压入喷射器中，并在喷射器的喷射口与压缩空气混合并雾化喷射，尿素溶液喷射量通过调节比例电磁阀的占空比来控制；

排空状态：喷射完成后，空气恒压电磁阀保持通电，比例电磁阀全开，常开电磁阀通电，这样尿素罐的出口关闭，连接常闭电磁阀与比例电磁阀的液体输送管路通过常开电磁阀与大气相通，从而把连接常开电磁阀与比例电磁阀的液体输送管路中的尿素溶液排空，排空时间设定为30秒—60秒，排空结束时先关闭空气恒压电磁阀，延时1秒—2秒，再先后关闭比例电磁阀、常开电磁阀。