一种发动机排气后处理用旋流喷嘴的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发动机排气后处理技术领域，具体涉及发动机排气后处理的液体喷射系统，包括N0X选择催化还原(SCR)系统和颗粒物收集器(DPF)的再生燃油喷射系统。
【背景技术】
[0002]随着环境问题的日益突出，节能减排已经成为车辆及发动机的永无止境的要求，为此，各国都出台了一系列的车辆排放标准，并且越来越严格。对此，以内燃机为动力的车辆需要安装排放后处理系统以求满足排放要求。例如，目前主要用于对柴油发动机尾气中NOx等污染物进行催化处理的SCR (Selective Catalytic Reduct1n)技术等已经成为柴油车辆等必需使用的技术，而控制柴油机颗粒物排放的颗粒物收集器(DPF=DieselParticulate Filter)也即将成为必需使用的技术。
[0003]SCR技术需要将例如32.5%重量浓度的尿素水溶液(也叫柴油排气处理液DEF=Diesel Exhaust Fluid，或者添蓝液AdBlue)定量喷射进柴油机排气中，通过排气高温分解成氨气，与排气混合后进入SCR催化转换器。在催化剂的作用下，氨气就会与发动机排气中的NOx等发生催化还原反应，使NOx分解为无害的N2、H20，因此需要精度较高的SCR计量喷射雾化装置。
[0004]现有的SCR喷射计量系统，多数采用以直流电机驱动的外置膜片或者柱塞泵为动力源产生喷射压力，有的将DEF直接喷入发动机排气管，有的喷入一个混合腔，依靠高压气流与DEF混合再喷入发动机排气管。但因为直接雾化效果较差，常用的多孔喷嘴不得不采用非常细小的喷孔，例如直径小于0.2mm的喷孔，这样喷孔容易受DEF析出结晶体或者排气颗粒的堵塞，系统可靠性难以保证。而高压空气辅助喷射常用较大孔径的多孔喷嘴，在抗结晶体堵塞方面优势明显。在这种情况下，但因为现有技术为了避免多孔(典型的是四个喷孔)喷雾之间的相互干涉而结成更大颗粒的液滴，往往将喷孔沿周向分布，液体未经充分雾化就直接喷射在排气管壁面上，其中一部分尿素很容易达到结晶的条件而粘接于排气管道上，导致排气管堵塞或者净化效率下降。另外一方面，多孔各束喷雾往往不均匀，导致尿素与排气的混合质量不高，NOx的转换效率下降。
[0005]DPF系统收集的发动机排气中的颗粒物，如果不处理掉，就会堵塞DPF及发动机排气系统。处理DPF收集到的颗粒物的技术之一，就是通过间歇性地向发动机排气喷射燃油使排气温度进一步升高，然后进入DPF，使其中的颗粒物氧化燃烧。因此，与SCR系统类似，再生燃油的喷射，也需要雾化良好的液体喷雾，喷嘴的结构设计十分关键。
【发明内容】
[0006]本发明针对上述问题，之目的在于提供一种不易堵塞，工作可靠稳定，雾化品质好，喷射精度高，喷出液体分布更均匀的液体气体多相流喷射喷嘴，用于SCR系统的DEF和高压气体混合流的喷射，以提高对NOx的转换效率。
[0007]本发明之另一个目的在于提供一种不易堵塞，工作可靠稳定，雾化品质好，喷射精度高，喷射液分布均匀的喷嘴，用于DPF系统的燃油喷射，以提高对DPF的再生可靠性并节省燃油。
[0008]进一步，根据本发明雾化品质好等特点，在应用中可大大缩短液体与排气混合所需距离，因而混合段与反应区制成一体，并将喷嘴布置在混合管道之上，以简化系统结构，降低安装、排布难度。
[0009]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:
一种发动机排气后处理用旋流喷嘴，包括一个喷嘴体，一个位于喷嘴体之中的旋流室，一个位于旋流室中心的喷孔，包括至少一个切向流道，其特征在于，所述切向流道的流通面积小于等于喷孔的流通面积。
[0010]一种应用这种旋流喷嘴将高压液体以更有效的雾化状态喷出的装置。既可避免在排气管道壁面结晶又达到了良好的混合效果。
[0011]根据上述技术方案，在所提供的旋流喷嘴之应用中，旋流喷嘴上游设置有一个混合腔，已经被计量喷出的液体和高压气体在混合腔中形成多相混合流。例如SCR系统的DEF与辅助雾化高压气体形成的DEF-空气混合多相流体，通过所述旋流喷嘴喷出，因为其中的切向流道、旋流室以及位于旋流室中心的喷孔的结构，并且切向流道的流通面积小于等于喷孔的流通面积，流体喷出前首先在旋流室形成足够强度的旋流，各种物理参数如流速、液体质量等都因此而均匀分布，所以旋流喷嘴将液体从喷孔喷出进入排气管后与发动机排气更容易形成均匀混合气，同时其破碎形成的液体更为细小，因此雾化品质更好。上述特征保证了在SCR催化转换器中将NOx催化还原，使SCR系统能够获得对NOx很高的转换效率。其中高压空气可由电磁阀控制延时关闭，以扫除管道以及旋流喷嘴中残余尿素。
[0012]本发明提供之技术方案同样可应用于DPF系统中，保证在DPF系统中的燃油通过旋流喷嘴喷入排气管中后，与发动机排气更均匀地快速混合，可以用尽可能少的燃油对DPF进行可靠再生。在所述DPF系统中，喷嘴上游包括一个油管和一个并联的气管，当喷射结束后，通入高压空气，扫除旋流喷嘴中残余的燃油。
[0013]另外，由于喷孔直径较大，可进一步防止喷孔堵塞。因此，发明目的得以实现。这也是本发明能够获得的好处。
[0014]下面的技术方案，对本发明作进一步的限定或优化。
[0015]本发明所述旋流喷嘴，包括一个快速接头，一个隔热件，例如一个细长管，其长径比(长度与直径之比)大于8，所述隔热件连接喷嘴体与快速接头。根据此发明方案，安装在发动机排气管附近管道上的旋流喷嘴，尽管前端温度受排气管高温的影响，会达到较高数值，例如500°C，但管路连接插头所处的快速接头位置的温度却能够保持较低，例如低于260°C，因此可以使用较低成本的常用密封方案来保证管路连接的密封，例如满足SAEJ2044标准的快速接插头。该方案可以实现快速安装拆卸，并保证快速接头接插件可靠密封和寿命。
[0016]本发明所述旋流喷嘴，可包括一个旋流芯和喷孔板，旋流芯包括一个旋转体形空腔和至少一个与旋转体形空腔边沿相切的沟槽，以及与沟槽连通的轴向流道，喷孔板包括喷孔，旋流芯与喷孔版位于喷嘴体之中形成旋流室和切向流道。所述喷孔板可以是组装到喷嘴体上的板状构件，也可以为喷嘴体的一部分。
[0017]在结构上，所述旋流芯可以采用整体式旋流芯，其中的旋转体形空腔，以及与旋转体形空腔边沿相切的沟槽和与沟槽连通的轴向流道，可以通过金属压铸成型，或者陶瓷烧结成型，或者粉末冶金烧结成型，或者塑料热压成型、塑料注射成型等方式制造。
[0018]本发明所述旋流喷嘴，所述旋流芯也可以为组合结构，包括旋流片和背板，旋流片是一个等厚圆片，其中包括部分旋流室和切向流道空间，背板包括有轴向流道。这种结构易于高精度制造。
[0019]应用本发明所述旋流喷嘴的发动机后处理SCR装置，包括带有一段混合管道的催化消声器以及位于旋流喷嘴的上游的混合腔。所述旋流喷嘴安装于混合管道之上。尿素水溶液和高压气体在所述混合腔内形成气液多相混合流，然后进入所述旋流喷嘴喷入发动机排气管。
[0020]应用本发明所述旋流喷嘴的发动机后处理DPF装置，在所述旋流喷嘴的上游设置有一个与油管并联的气管，当燃油通过所述旋流喷嘴喷入发动机排气管之后，高压空气控制阀打开，高压气流开始扫除旋流喷嘴中残余的燃油。
[0021]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】
[0022]图1为本发明提供的旋流喷嘴之第一实施例示意图。
[0023]图2为本发明提供的旋流喷嘴之第二实施例示意图。
[0024]图3为本发明提供的旋流喷嘴之第三实施例示意图。
[0025]图4为本发明提供的旋流喷嘴之第四实施例示意图。
[0026]图5为本发明提供的旋流喷嘴之第五实施例示意图。
[0027]图6为本发明提供的旋流喷嘴应用于SCR的DEF喷射的系统图；
图7a为本发明提供的旋流喷嘴在SCR系统应用例中的安装示例之一。
[0028]图7b为本发明提供的旋流喷嘴在SCR系统应用例中的安装示例之二。
[0029]图8为本发明提供的旋流喷嘴应用于DPF再生燃油喷射的系统图。
[0030]
具体实施例
[0031]如图1所示，为本发明提供的旋流喷嘴之第一实施例结构示意图，包括旋流芯3，喷孔板8，喷嘴本体9，锁紧螺母10，隔热管11，快速接插头12等。旋流芯3整体呈正方柱体，在一端面上设有接近圆柱形腔的旋流室1和与旋流室1边缘相切的切向流道2，而另一端面设有连接中心与外围的径向流道15。喷孔板8为一圆板，其中心设有圆形喷孔5。隔热管11 一端紧配合插入喷嘴本体9中，或通过焊接等方式与喷嘴本体9固定为一体，而另一端与一个快速接插头12密封连接(通过焊接或压入的方式)。快速接头12满足SAE J2044标准。隔热管11的长度要保证快速接插头12端的温度不能因为喷嘴本体9端的高温而超过快速接插头12的许可使用温度。一般隔热管11的长度与其外径的比例要大于8。隔热管11可以采用金属或者陶瓷制作。旋流芯3可以采用陶瓷、塑料或者金属制作，采用金属压铸成型，或者陶瓷烧结成型，或者粉末冶金烧结成型，或者塑料热压成型、塑料注射成型
1.r l ο
[0032]旋流芯3和喷孔板8依次从喷嘴本体9的前端装入在喷嘴本体9上设置的孔13，旋流芯3上设有径向流道15的一面紧贴隔热管11的端面，喷孔板8又紧贴旋流芯3上设有旋流室1和切向流道2的另一端面，然后通过卡圈7和被卷压抱紧的喷嘴本体9的唇边6固定在喷嘴本体9上。这样形成的旋流喷嘴流道将使流体通过隔热管11流入旋流芯3上的径向流道15，进入孔13和旋流芯3的柱体侧平面形成的轴向流道14，再通过切向流道2流入旋流室1。因为切向流入，就在旋流室1中形成流体旋流。因为喷孔5与旋流室1的中心连通，构成更大的旋流室，所以，流体就一边旋转一边从喷孔5喷出，形成伞状喷射。因为切向流道2的流通面积小于喷孔5的流体面积，所以旋流室1中的涡流强度较强，当缩小旋转半径进入喷孔5时，由于角动量守恒，旋转速度会进一步加强，结果喷出流体形成薄雾状。
[0033]当流入隔热管11的流体为压缩空气与液体的混合多相流时，密度较大的液体往往更多地均匀分布在旋流室的外围，气流带动液体从喷孔5喷出后，液体首先形成液膜，并且越来越薄，最后破碎成细小液滴，形成喷雾。
[0034]图1所示旋流喷嘴，可通过锁紧螺母10固定在喷射目标的管壁上，可通过密封垫片4保持密封，例如固定在柴油发动机的排气管壁上。
[0035]图2所示为本发明提供的旋流喷嘴的另一个实施例，其与图1的差别在于取消了喷孔板，而将喷孔19直接加工在喷嘴本体18上，旋流芯3、隔热管11等都与实施例一相同。因为喷嘴本体18上只有一端开口 17可用于安装旋流芯3，所以