CN113279845B - 一种双级旋流尿素喷射器 - Google Patents

一种双级旋流尿素喷射器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种双级旋流尿素喷射器，至少包含喷嘴体、阀杆、阀座、喷嘴板、钢球，其特征在于，在所述阀座内设有若干斜孔，每一斜孔的中心相对所述阀座的中心轴线偏心布置；在所述阀座的下表面上设有若干个旋流槽和一个旋流孔，所述旋流孔位于所述阀座的下表面中心位置并于所述喷嘴板的圆孔同轴贯通；每一斜孔的第一端与所述过流孔连通，每一旋流槽的第一端与对应的斜孔的第二端连通，每一旋流槽的第二端与所述旋流孔连通。本发明具有能够改善雾化颗粒粒径，提高流量一致性，结构简单合理，制造和装配方便，生产成本低等优点。

Description

一种双级旋流尿素喷射器
技术领域
本发明属于汽车制造技术领域，特别是涉及一种双级旋流尿素喷射器。
背景技术
选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction)简称SCR，SCR是指安装在柴油汽车排气系统中，将柴油机排放中的NOx催化还原成N2和H2O的催化还原装置，选择尿素水溶液作为还原剂。在SCR系统中，尿素喷射器将尿素水溶液定时定量的喷入排气管内，尿素水溶液雾化效果越好，可以使排气反应越充分，且不易结晶。在实际使用过程中，后处理系统因雾化效果不良，频繁出现尿素结晶堵塞问题，从而导致排放超标或整车动力不足。
中国实用新型专利申请号为CN201920410691.0公开了一种尿素溶液雾化电磁式计量喷射器，其结构为多孔结构，在阀座端部至喷孔板之间设有多个离心紊流腔，通过离心紊流腔产生紊流提升雾化效果，最后从对应的喷孔喷出。随着排放要求提高，喷雾颗粒粒径要求越来越高，此结构的雾化效果很难满足现阶段要求，在实际使用过程中，每个离心紊流腔产生的紊流效果不一致，因此每个孔之间的雾化颗粒粒径一致性难保证，且流量一致性、加工工艺性较差。
本申请人申请的中国发明专利申请号为CN202110329521.1公开了一种低液压旋流喷射器，其结构为单孔旋流结构，其阀座底部和旋流板一面紧贴，在旋流板一面设有分流沉孔和若干个分流槽，旋流板外圆设有和分流槽相对应的扁方，用于流体过流通道，旋流板另外一面设有旋流孔和若干个旋流槽，分流流体通过旋流槽后,产生剧烈冲击并形成紊流并汇聚到旋流孔中，雾化颗粒粒径将得到明显提升。此结构在喷射前端位置只有单级旋流，虽然喷雾效果有明显提升，流量一致性较好，但还需进一步提升雾化粒径，使尿素水溶液雾化后，能与排气充分接触并混合，从而解决尿素系统结晶堵塞的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有产品存在的技术问题，提供一种双级旋流尿素喷射器结构，采用单孔旋流喷射模式，可显著提升尿素水溶液的雾化颗粒粒径，提高流量一致性，且结构简单合理，制造和装配方便，生产成本低等优点。
为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：
一种双级旋流尿素喷射器，至少包含喷嘴体、阀杆、阀座、喷嘴板、钢球，所述喷嘴体内具有一内孔，所述阀杆、阀座、喷嘴板、钢球均安装在所述喷嘴体的内孔中，其中，所述喷嘴板固定在所述喷嘴体的内孔下端部，在所述喷嘴板的中心同轴开设有相互贯通的圆孔和锥孔，所述圆孔在上，锥孔在下；所述阀座焊接在所述喷嘴体的内孔下端处并且其下表面与喷嘴板上表面紧贴；所述钢球安装在所述阀座的钢球承装孔内并与所述阀座的阀座内锥面孔的内锥面密封接触与分离，所述阀座还包括与所述阀座内锥面孔同轴贯通并通过所述阀座内锥面孔与所述钢球承装孔同轴贯通的过流孔，所述阀杆的下端依靠弹簧力作用的所述钢球上；其特征在于，在所述阀座内设有若干斜孔，每一斜孔的中心相对所述阀座的中心轴线偏心布置；在所述阀座的下表面上设有若干个旋流槽和一个旋流孔，所述旋流孔位于所述阀座的下表面中心位置并于所述喷嘴板的圆孔同轴贯通；每一斜孔的第一端与所述过流孔连通，每一旋流槽的第一端与对应的斜孔的第二端连通，每一旋流槽的第二端与所述旋流孔连通。
本发明的一个优选实施例中，每一旋流槽一端曲线与对应的斜孔相连接，每一旋流槽另一端曲线与对应的旋流孔外圆相切。
本发明的一个优选实施例中，所述斜孔的数量为3～5个并且在所述阀座中心线圆周均匀分布。
本发明的一个优选实施例中，所述旋流槽的数量为3～5个并且在所述阀座的下表面上周向均布。
本发明的一个优选实施例中，所述旋流孔的直径大于所述喷嘴板上的圆孔的直径。
本发明的一个优选实施例中，每一旋流槽轨迹由连续曲线组成。
本发明的一个优选实施例中，每一旋流槽的槽宽从斜孔到旋流孔的曲线轨迹方向，宽度由宽到窄或者一样宽。
本发明的一个优选实施例中，所述过流孔的直径应大于各所述斜孔直径之和
在本发明的一个优选实施例中，所述各斜孔的直径之和为各旋流槽的通流面积之和1.2倍以上。
在本发明的一个优选实施例中，所述阀座的各旋流槽的通流面积之和为所述喷孔板的圆孔面积的1.2倍以上
由于采用了如上的技术方案，本发明在阀座内设有多个斜孔；斜孔中心相对阀座中心线偏心布置，使得从阀座的过流孔流出的尿素水溶液可以产生旋流效果，在喷射前端位置形成第一级旋流。
另外在阀座的下表面设有多个旋流槽和一个旋流孔；每一旋流槽轨迹由连续曲线组成；每一旋流槽一端曲线与对应的斜孔相连接，每一旋流槽另一端曲线与对应的旋流孔外圆相切，这样使得从每一斜孔流出的尿素水溶液沿着对应的旋流槽的曲线轨迹运动，产生剧烈冲击并形成紊流汇聚到旋流孔中，从而在喷射前端位置形成第二级旋流。
另外由于喷嘴板的上表面和阀座的下表面紧贴；喷嘴板上的喷孔采用圆孔与锥孔组合的阶梯结构；喷嘴板上设置的圆孔，用于精确控制流量；喷嘴板上设置的锥孔，用于选择性调整喷雾角度，强化雾化效果。
第三，钢球与阀座中的阀座内锥面孔中的内锥面密封接触与分离，以关闭和打开阀座内的过流孔；由过流孔过来的尿素水溶液通过斜孔形成第一级旋流，尿素水溶液再进入旋流槽后形成第二级旋流，产生剧烈冲击并形成紊流汇聚到旋流孔中，再由喷嘴板的圆孔喷出，尿素水溶液在喷射前端位置连续形成双级旋流，雾化颗粒粒径将得到显著提升。
通过采用上述技术方案，本发明的双级旋流喷射器具有能够显著提升尿素水溶液的雾化颗粒粒径，提高流量一致性，结构简单合理，制造和装配方便，生产成本低等优点
附图说明
图1为本发明结构喷射器结构示意总图。
图2为本发明阀座的剖面示意图。
图3为本发明阀座下表面的结构示意图。
图4为本发明喷嘴板剖面示意图。
图5为本发明阀杆的剖面示意图。
图6为本发明铁芯的剖面示意图
具体实施方式
本发明的结构，结合附图进一步具体描述如下：
参见图1至图6，图中给出的双级旋流尿素喷射器主要包括电磁铁部件12、进油接头、铁芯弹簧组件和喷射阀组件。进油接头包括滤网支架10、滤网11和O型密封圈密封9。滤网支架10内设置有中孔1003，滤网11放置在中孔1003内。
铁芯弹簧组件包括铁芯8、弹簧上座7和弹簧6。
喷射阀组件包括阀杆5、喷嘴体4、钢球3、阀座2、和喷嘴板1。
阀座2通过激光焊接固定在喷嘴体4的内孔402下端处。特别参见图2及图3，阀座2内由上而下依次设置有相互贯通的钢球承装孔201、阀座内锥面孔202、过流孔203、斜孔204、旋流槽208和旋流孔210。
阀座设有的斜孔204，数量3～5个，沿阀座中心线206圆周均匀分布，斜孔中心207相对阀座中心线206偏心布置，使得从阀座过流孔203流出的尿素水溶液可以产生旋流效果，在喷射前端位置形成第一级旋流，过流孔203直径应大于各斜孔204直径之和。
在阀座底部设有3～5个圆周均匀分布的旋流槽208和一个旋流孔209，旋流槽轨迹由连续曲线205和209组成，旋流槽一端曲线205与所述斜孔204相连接，旋流槽另一端曲线209和旋流孔210外圆相切，从斜孔204到旋流孔210的曲线轨迹方向，旋流槽宽度由宽到窄或者一样宽，使得从斜孔204流出的尿素水溶液沿着旋流槽208的曲线轨迹运动，产生剧烈冲击并形成紊流汇聚到所述旋流孔210中，从而在喷射前端位置形成第二级旋流，各斜孔204直径之和为各旋流槽208的通流面积之和1.2倍以上。
喷嘴板上表面103和阀座下表面211紧贴，喷嘴板喷孔采用圆孔101与锥孔102组合的阶梯结构，喷嘴板厚度0.4～1.5mm。喷嘴板上设置的圆孔101，用于精确控制流量。喷嘴板上设置的锥孔102，用于选择性调整喷雾角度，强化雾化效果，阀座下表面各旋流槽208的通流面积之和为喷孔板的圆孔101面积的1.2倍以上。
通过采用上述技术方案后，由阀座2的过流孔203过来的尿素水溶液通过斜孔203形成第一级旋流，尿素水溶液再进入旋流槽208后形成第二级旋流，产生剧烈冲击并形成紊流汇聚到旋流孔210中，再由喷嘴板1的喷孔101喷出，尿素水溶液在喷射前端位置连续形成双级旋流，雾化颗粒粒径将得到显著提升。
钢球3放置在阀座2的钢球承装孔201，钢球3沿中心对称设置3～5个扁方301，使之与钢球承装孔201的孔壁之间形成流体过流间隙，用于流体通过。
钢球3与阀座2中的阀座内锥面孔202中的内锥面密封接触与分离，以关闭和打开阀座2内的过流孔203。
钢球3与阀杆5的下端采用焊接方式固定连接，喷嘴体4的上端与铁芯8的下端固定连接。
结合参见图6，在铁芯8内设置有一兼做油道的轴向内孔，轴向内孔分为三段，由上至下分别为第一孔段806、第二孔段801、第三孔段802，弹簧上座7配合安装在第一孔段806内，在弹簧上座7内设置有通油孔701。弹簧6设置在第二孔段801和第三孔段802中，弹簧6的上端抵住弹簧上座7，弹簧6的下端抵住阀杆5。第三孔段802的内径大于第二孔段801的内径和弹簧6的外径，起腾空作用，避免和弹簧6的外圆接触。
铁芯8的外圆由三级杆段组成，从上到下为同轴设置的第一杆段803、第二杆段804及第三杆段805，第一杆段803与滤油网支架10的内孔1001导向连接，第二杆段804与电磁铁部件12的第二孔段1201配合，第三杆段805与喷嘴体4的喷嘴体内腔403导向连接。
铁芯8设置两处限位台阶面，由上至下分别为第一限位台阶面807和第二限位台阶面808，第一限位台阶面807与滤油网支架10的底部激光焊接连接，第二台阶面808与喷嘴体4的上端面激光焊接连接。
结合参见图5，阀杆5的外圆主要由两级杆段组成，由上至下分别为第一杆段506及第二杆段502，第一杆段设计有环形凸起507以及两道圈槽505，中间设计有沉孔509，沉孔509底面设计有凹槽508，第二杆段502上设置有两道横孔503。阀杆5为中空结构，具有一中孔504，中孔504的顶部与沉孔509连通，在中孔504的底面设置有锥面501。两道横孔503的轴线在投影面上呈十字交叉并均与中孔504贯通。
阀杆5安装在喷嘴体4的喷嘴体内腔403和内孔401内，其中阀杆5的第一孔段502与喷嘴体4的喷嘴体内腔403配合，阀杆5的第二孔段502与喷嘴体4的内孔403之间形成一储油腔401。
电磁铁部件12内部设置两段中孔，由上至下分别为第一孔段1201和第二孔段1202，第一孔段1201和滤油网支架10的外圆1001配合，同时在滤油网支架10配合处设置O型密封圈密封9，防止外部的水进入腐蚀。第二孔段1202与铁芯8的第二杆段804、喷嘴体4的外圆404配合，同时在第二孔段1202与喷嘴体4的外圆404配合处设置O型密封圈14，防止外部的水进入腐蚀。
通过在喷嘴体4的外圆404和/或者铁芯8的第二杆段804外壁设有电磁铁部件12，电磁铁部件12驱动阀杆5，在喷嘴体4的喷嘴体内腔403和内孔402上下反复运动。
本发明的工作过程和原理如下：
如图1至图6所示，液体经过滤网11的过滤，后经过滤网支架10的中孔1003、弹簧上座7的通油孔701、铁芯8的轴向内孔、阀杆5的中孔504及两道横孔503进入到阀杆5的第二孔段502与喷嘴体4的内孔403之间的储油腔401内，然后流入阀座2的钢球承装孔201的孔壁与钢球扁方301之间的流体过流间隙处。
在不通电时，弹簧6对阀杆5及钢球3的作用力竖直向下，液压力对阀杆5及钢球4的作用力也是竖直向下，钢球3在弹簧力及液压力的作用下紧贴阀座2的阀座内锥面孔202中的内锥面并密封接触，此时阀座2内的过流孔203处于关闭状态。
当电控单元在适当的时刻给电磁铁部件12通电，使铁芯8迅速产生足够大的电磁吸力，吸合阀杆5并带动钢球3克服弹簧6的弹簧力和液压力迅速上移。当钢球3与阀座2的阀座内锥面孔202中的内锥面脱离接触后，阀座2内的过流孔203开启。
阀座2内的过流孔203开启后，尿素水溶液通过斜孔203形成第一级旋流，尿素水溶液再进入旋流槽208后形成第二级旋流，产生剧烈冲击并形成紊流汇聚到旋流孔210中，再由喷嘴板1的喷孔101喷出。
当喷油脉宽满足要求后，电磁铁部件12在电控单元的指令下断电，电磁力消退。此时阀杆5还受到向上的液压力和向下的弹簧力的共同作用，当液压力小于弹簧力时，阀杆5和钢球3开始向下运动，弹簧6的弹簧力在阀杆5向下运动的过程中，液压力相互平衡，此时的合力仅为向下的弹簧力。弹簧6的弹簧力使阀杆5和钢球3迅速落回到阀座2的阀座内锥面孔202中的内锥面上，此时阀座2内的过流孔203又处于关闭状态，喷射结束。

Claims (1)

1.一种双级旋流尿素喷射器，至少包含喷嘴体、阀杆、阀座、喷嘴板、钢球，所述喷嘴体内具有一内孔，所述阀杆、阀座、喷嘴板、钢球均安装在所述喷嘴体的内孔中，其中，所述喷嘴板固定在所述喷嘴体的内孔下端部，在所述喷嘴板的中心同轴开设有相互贯通的圆孔和锥孔，所述圆孔在上，锥孔在下；所述阀座焊接在所述喷嘴体的内孔下端处并且其下表面与喷嘴板上表面紧贴；所述钢球安装在所述阀座的钢球承装孔内并与所述阀座的阀座内锥面孔的内锥面密封接触与分离，所述阀座还包括与所述阀座内锥面孔同轴贯通并通过所述阀座内锥面孔与所述钢球承装孔同轴贯通的过流孔，所述阀杆的下端依靠弹簧力作用的所述钢球上；其特征在于，在所述阀座内设有若干斜孔，每一斜孔的中心相对所述阀座的中心轴线偏心布置；在所述阀座的下表面上设有若干个旋流槽和一个旋流孔，所述旋流孔位于所述阀座的下表面中心位置并于所述喷嘴板的圆孔同轴贯通；每一斜孔的第一端与所述过流孔连通，每一旋流槽的第一端与对应的斜孔的第二端连通，每一旋流槽的第二端与所述旋流孔连通；
每一旋流槽一端曲线与对应的斜孔相连接，每一旋流槽另一端曲线与对应的旋流孔外圆相切；
所述斜孔的数量为3～5个并且在所述阀座中心线圆周均匀分布；
所述旋流槽的数量为3～5个并且在所述阀座的下表面上周向均布；
所述过流孔的直径应大于各所述斜孔直径之和，所述各斜孔的直径之和为各旋流槽的通流面积之和1.2倍以上；所述阀座的各旋流槽的通流面积之和为所述喷嘴板的圆孔面积的1.2倍以上；所述旋流孔的直径大于所述喷嘴板上的圆孔的直径；
每一旋流槽轨迹由连续曲线组成；
每一旋流槽的槽宽从斜孔到旋流孔的曲线轨迹方向，宽度由宽到窄或者一样宽。
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