一种气液混合式发动机排气后处理喷射装置的制造方法
【专利摘要】一种气液混合式发动机排气后处理喷射装置，包括一个脉冲泵，一个混合喷射单元，一个喷嘴，一个喷射器，一个控制器，一个气源，一个喷射器。所述混合喷射单元包括引射腔，气体腔，与气体腔连通的喷嘴定位孔和进气道以及限流孔。所述脉冲泵包括一个用于接收信号的引线及引线接口，由控制器发出的控制信号通过引线传至脉冲泵，驱动脉冲泵工作，为喷嘴提供射流源。喷嘴将液体喷入引射腔，引射腔之空间沿液体的喷射方向布置，气体腔位于喷嘴之喷出口附近，液体喷射时导致气体腔中压力下降。本发明之目的在于提供一种可靠性高，结构简单，安装更换、维修方便，成本低的排气后处理系统。
【专利说明】
一种气液混合式发动机排气后处理喷射装置
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NOx选择催化还原(SCR)系统，柴油机颗粒物捕捉过滤(DPF)之再生喷射系统，以及它们的控制技术。
【背景技术】
[0002]如今，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越来越严格的排放要求。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)技术和对柴油机颗粒物进行捕捉(DPF)再生的技术等。
[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计量喷射装置。
[0004]SCR计量喷射装置之正常工作受环境的影响较大。在零下11° C时，DEF液体会结冰，此时SCR计量喷射装置不能正常工作，若有不慎，也有可能会导致输液管路或者装置损坏等情况发生。另外，DEF在一定的温度条件下会因失去水溶剂而结晶，从而导致装置损毁等严重后果。为了解决上述问题，需要较为复杂的辅助装置和控制方法用于融冰和抽排SCR计量喷射装置或者输液管路中的液体。
[0005]对于SCR喷射计量系统，由于尿素水溶液具有导电性，传统的以直流旋转电泵为动力源的喷射计量系统不能嵌入在工作液体中工作，因此多数采用以直流电机驱动的外置膜片泵为动力源，这种系统的结构复杂，除了可靠性外，还受环境的影响较大，尤其在低温环境下工作需要复杂的融冰辅助装置，售后服务维护也比较困难，给汽车驾驶者带来诸多的不便。
[0006]美国专利US20090301067A1公开了一种DEF喷射计量装置，其中计量喷射装置是一个螺线管驱动的柱塞泵喷嘴，安装在排气管上，需要外加一个低压泵为其从DEF储液罐提供工作液体，并且需要采取冷却措施才能正常工作。
[0007]螺线管驱动的柱塞泵是一种可以通过结构设计做到潜入到DEF液体中工作的一种装置。如果将SCR计量泵植入DEF储液罐中，SCR计量泵需要通过结构设计自身解决在无外在动力情况下进液、冷却和蒸汽排除问题。由于DEF工作液的表面张力较高，在加注DEF工作液时，液体往往不能顺利通过过滤器进入SCR计量泵中，从而导致初始进液难的问题。另外，SCR计量泵在工作时会产生大量的蒸汽，如果不能及时排除，会影响其正常工作和冷却。
[0008]除此之外，现有技术难以做到在完全没有辅助加热情况下在任何气候条件下正常工作。由于现有的提供喷射动力源的装置过于庞大或者其它原因导致不能植入DEF储液罐中，则需要辅助融冰装置，这使得系统更加复杂和庞大，成本也居高不下。因此解决系统结构复杂的问题是一个现实的迫切问题。
[0009]综上，现有技术采用了相当复杂的辅助装置解决SCR喷射计量装置的融冰、冷却和防止结晶等问题，导致制造和使用成本高，生产和维护难度大等新的问题。
柴油机颗粒物是影响人类健康的有害物，用陶瓷或者金属过滤器捕捉这颗粒物些微小的颗粒物，再通过向排气管内喷入燃油燃烧生成热以提高排气温度，将颗粒物氧化并消除，这项技术称为柴油颗粒物捕捉器(DPF)再生技术。
[0010]将柴油喷入发动机排气管用于提高排气管的温度，一方面可以用于DPF的再生，另一方面可以用于预热排气后处理装置，例如SCR触媒，这些可以统称为发动机排气热管理。在排气管喷射柴油的喷嘴可以称为“N+1”喷嘴，N为发动机的气缸数目。
[0011]对于DPF再生系统，一方面因为排气管壁的温度比较高，容易对喷嘴的长期正常工作造成危害，例如积炭或者结构变化等；另一方面，为了通过燃油氧化或者燃烧提高发动机排气管的温度，需要将燃料雾化成尽可能小的颗粒。对于解决上述问题，现有技术存在成本高，安装不方便等诸多因素，需要进一步地改进。
【发明内容】
[0012]本发明针对上述问题，之目的在于提供一种可靠性高，结构简单，安装更换、维修方便的发动机排气后处理喷射计量系统及其控制方法。
[0013]本发明之目的之二在于降低发动机排气后处理液体喷射计量系统的成本。
[0014]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种气液混合式发动机排气后处理喷射装置，包括一个脉冲泵，一个混合喷射单元，一个喷嘴，一个控制器，一个气源，一个喷射器。所述脉冲泵包括一个用于接收信号的引线及引线接口，由控制器发出的控制信号通过引线传至脉冲泵，驱动脉冲泵工作，为喷嘴提供射流源。
[0015]上述脉冲泵包括一个电磁装置和一个柱塞泵，一个由电磁装置与柱塞泵配合形成低压容积，一个与低压容积连通的回液通路。所述电磁装置包括线圈、磁轭、磁隙和电枢，其中磁轭与电枢由导磁材料构成,磁隙由非导磁材料构成,所述柱塞泵包括柱塞和套筒,柱塞与套筒配合形成压送容积，压送容积连接进液阀和出液阀，液体进入脉冲泵后，一部分从进液阀进入压送容积，形成高压溶液后，从出液阀输出，另一部分则进入低压容积，经回液通道排出。
[0016]对于上述脉冲泵，一种可选择的方案是套筒-柱塞泵结构，S卩，包括一个回位弹簧，套筒在电磁装置和回位弹簧的驱动下往复运动，导致压送容积大小的交替变化，以实现液体喷射，套筒于电枢可设计成一体，由相同或不同材料制成。
[0017]对于上述脉冲泵，另一种可选择的方案是柱塞-套筒泵结构，S卩，包括一个回位弹簧，柱塞在电磁装置和回位弹簧的驱动下往复运动，导致压送容积大小的交替变化。柱塞与电枢通过连接件或焊接方式连接，电枢大致为一个圆柱体，电枢包括贯通两端面的通孔。所述通孔可以具有一定的锥度，带锥度的孔向液体压送方向扩展，用于实现液体在内部空间的定向流动，以冷却脉冲泵和提高其工作的稳定性。
[0018]此外，所述脉冲泵，其回液通道中可设有单向阀，可以是球阀，也可以是膜片阀结构，以造成非对称阻力，当电枢往复运动引起液体流动时，形成朝回液方向的净流量。
[0019]所述喷嘴包括一个滤网，一个包含依靠压力开启的喷嘴阀，一个工作液喷出口，当喷嘴处液体压力达到喷嘴预设开启压力时，喷嘴阀开启，工作溶液从喷出口喷射出。所述喷嘴阀可以是一个球阀或者是一个提升阀。所述球阀喷嘴之喷出口为一个喷孔，喷嘴的流量受喷孔的尺寸限制。所述提升阀为一个外开式喷嘴阀，喷射流量受提升阀阀件的尺寸和升程限制。
[0020]上述喷嘴的一种可供选择的方案为:所述喷嘴为一个电磁喷嘴阀，电磁喷嘴阀在电磁力的驱动下开启，液体喷射量由喷嘴阀开启时间决定。
[0021]所述混合喷射单元包括引射腔，气体腔，与气体腔连通的喷嘴定位孔和进气道以及限流孔。所述喷嘴由喷嘴定位孔固定，将工作液依次喷入气体腔、引射腔，喷嘴之喷出口位于气体腔附近。引射腔之空间沿液体的喷射方向布置，以致于液体喷射时，在气压腔中形成低于引射腔之压力的空间，有利于降低对气源压力的要求。
[0022]进一步混合喷射单元包括一个导气管，一个位于导气管上游的空气过滤器和电磁阀控制开关，电磁控制开关由控制器控制。所述进气道与导气管以螺纹方式连接，进气道通过导气管与一个高于大气压的气源相连接，所述限流孔可位于进气道或者导气管入口处。从气源引入的气体经过空气过滤器以及电磁控制开关进入导气道，并通过所述限流孔及进气道到达气体腔。压力气体与喷射液混合后通过沿喷射方向布置的引射腔导至喷射器喷出。所述喷射器包括一个喷射孔，所述限流孔面积与喷射孔面积之比小于I，使得气体通过限流孔以较低且较为稳定压力进入气体腔，该压力受气源压力变动的影响变小。当喷射过程结束后，电磁控制开关可以延时关闭，以清扫管路中残余的工作溶液。所述气源可以是一个空压机，例如车辆之刹车空气泵或车辆进气增压器，也可以是排气管上游之废气。
[0023]本发明之气液混合式发动机排气后处理喷射装置可用于SCR系统，其特征在于:包括一个支架，一个端盖，一个储液罐。所述脉冲泵安装在支架的一端，所述端盖固定在支架的另一端。所述储液罐存储SCR系统所用的尿素水溶液(DEF)，所述支架以及安装其上的脉冲泵从储液罐的上部深入到储液罐的底部，并通过上端盖固定在储液罐顶部。所述混合喷射单元可安装于脉冲泵之输出端，与脉冲泵一起置于储液罐之底部。脉冲泵之引线通过导气道引出至控制器，有效地解决了内部线路布置问题。
[0024]进一步，所述混合喷射单元亦可安装于端盖之上，位于储液罐的外侧，以简化系统内部结构，降低制造成本。
[0025]本发明之气液混合式发动机排气后处理喷射装置也可以用于DPF系统，包括一个储油箱。脉冲泵安装于所述储油箱之上，并将燃油泵至喷嘴。由喷嘴喷出之燃油与气体混合后输送至安装于排气管道之上的喷射器，并通过喷射器雾化喷射。
[0026]本发明之气液混合式发动机排气后处理喷射装置，以引射装置降低对气源要求，以气体辅助提高喷射液雾化效果及避免喷射器因高温损坏。当后处理过程结束时，气体可以滞后关闭，以清扫管路中残余喷射液，从而，在SCR系统中防止尿素溶液在管道中结冰或结晶析出，造成管路堵塞；在DPF系统中可避免了燃油烧结而堵塞喷嘴。
[0027]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】
[0028]图1为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置第一个实施例之结构。
[0029]图2为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置第二个实施例之结构。
[0030]图3为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置第三个实施例之结构。
[0031]图4为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置第一个实施例之电磁喷射单元结构示意图之一。
[0032]图5为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置第二个实施例之电磁喷射单元结构示意图之一。
[0033]图6为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置之电磁喷嘴阀结构示意图。
[0034]
[0035]
[0036]图7a为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置之喷射器结构示意图之一。
[0037]图7b为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置之喷射器结构示意图之二。
[0038]图8为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置用于SCR系统的第一示例图。
[0039]图9为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置用于SCR系统的第二示例图。
[0040]图10为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置用于DPF再生装置的示例图。
具体实施例
[0041]如图1所示，为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置之第一个实施例的结构示意图，包括一个脉冲泵1，一个喷嘴2，一个混合喷射单元3，一个喷射器5，一个控制器4，一个气源6。脉冲泵I通过控制器4驱动，将需要计量喷射的液体(例如尿素或者DPF再生柴油)加压计量输出，为所述喷嘴2提供射流源。
[0042]所述脉冲泵I为一个套筒-柱塞式脉冲泵结构，包括电磁驱动装置14，柱塞泵10。其中，柱塞泵10包括套筒20，柱塞19，回位弹簧17，进液阀11和出液阀16，套筒20与柱塞19密切配合，形成压送容积12，回位弹簧17作用于套筒20之上。电磁装置14包括线圈13，磁轭15，磁隙18和电枢21。所述电枢21和套筒20可以合为一体设计，电枢21将套筒20包围在其中，所述磁轭15与电枢21由导磁材料构成，电枢21的前端面位于磁隙18附近。控制器4给出工作电信号驱动脉冲泵I工作，当线圈13通电后，电枢21连同套筒20在电磁装置14的驱动下，前行运动导致压送容积12缩小，压送容积12中的液体受到挤压后压力升高，导致出液阀16开启，以高压输出的工作液由喷嘴2喷出，当线圈13通电结束后，在回位弹簧17的作用下，套筒20开始回位运动，回位过程中，进液阀11开启，新的液体进入压送空间，准备下一个工作过程。所述脉冲泵I以及所述喷嘴2和混合喷射单元3的具体结构示意图如图4所示。
[0043]所述喷嘴2包括一个滤网201，一个喷孔203，一个依靠压力开启的喷嘴阀207。所述喷嘴阀207为一个球阀。高压喷射液经滤网201过滤后，进入喷嘴2，当液体压力到达喷嘴预设开启压力时，喷嘴阀207打开，喷射液从喷孔203喷出。喷嘴2的流量受喷孔203的尺寸限制。
[0044]所述混合喷射单元3包括引射腔24，气体腔25，进气道22以及限流孔23。所述喷嘴2将工作液依次喷入气体腔25、引射腔24，同时，气体经过限流孔23从进液道22进入，与喷射液体混合后输出至喷射器5，由喷射器雾化喷出。所述喷嘴2之喷出口 203位于气体腔25附近，引射腔24之空间沿液体的喷射方向布置，以致于液体喷射时，在气体腔25中形成低于引射腔24之压力的空间，有利于降低对气源6的要求，例如气源6的压力可以降低。所述气源6可以是一个空压机，例如车辆之刹车空气泵或车辆进气增压器，也可以是排气管上游之废气。当喷射过程结束后，气体可以延时关闭，以清扫管路中残余的工作液。
[0045]所述喷射器5的详细结构如图7a和图7b所示，包括一个进液通道501，一个或多个喷射孔502，所述限流孔23之流通面积与喷射孔502之总流通面积之比小于1，使得气体通过限流孔23后以较为稳定压力进入气体腔25。图7a所示喷射器为旋流式，图7b所示喷射器为多孔式。
[0046]图2所示为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置第二个实施例之结构示意图。与本发明所提供的SCR喷射系统第一实施例的区别之一在于:所述脉冲泵Ia为柱塞-套筒式泵结构。柱塞19与电枢21通过连接件或焊接方式连接，回位弹簧17作用于柱塞19之上。柱塞19在电磁装置14和回位弹簧17的驱动下往复运动，导致压送容积12的大小的交替变化，产生喷射压力和流量。电枢21大致为一个圆柱体，电枢21包括贯通两端面的通孔21a。所述通孔21a可以具有一定的锥度，带锥度的孔向液体压送方向扩展，用于实现液体在内部空间的定向流动，以冷却脉冲泵I和提高其工作的稳定性。本结构与第一结构示意图的区别之二在于:所述喷嘴2b为一个依靠压力开启的提升阀。图2实施例的泵和喷嘴的具体结构如图5所示。喷嘴2b包括一个滤网201，一个喷射进液道202，一个喷嘴阀207，所述喷嘴阀207包括一个阀座208，一个阀件209和一个阀簧210，阀座208与阀件209之表面受阀簧210作用贴紧，其喷射流量受提升阀阀件209的尺寸和升程限制。
[0047]如图3所示为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置第三个实施例的结构示意图，与本发明所提供的第一结构示意图之主要区别在于:所述喷嘴为一个电磁喷嘴阀2a,喷嘴结构TK意图如图6所7K,包括一个电磁控制部件222, —个开关阀216, —个进液嘴224，至少一个喷孔215，一个过滤器223。所述电磁控制部件222包括一个电磁单元220，一个驱动单元226，一个复位簧223，一个导向杆218，一个信号接口 221。所述导向杆218 —端包含一个连接件219，另一端包含一个锥面217。所述驱动单元226与导向杆218之连接件219通过铸造或者焊接方式连接为一体，导向杆218由导向件227定位，并与之滑动配合。所述开关阀216包括所述锥面217以及阀座228，锥面217与阀座面228密封配合。复位簧225作用于驱动元件226之上。常态时，由于弹簧力以及液体压力作用，开关阀216处于关闭状态。当电磁单元226接受控制器4工作信号，驱动单元226带动导向杆218向上运动,使开关阀216打开，喷射液从喷孔215喷出，液体喷射量与喷嘴开启时间成正比。
[0048]下面就图4所示电磁喷射单元结构做进一步详细说明。
[0049]脉冲泵I包括柱塞泵10，电磁驱动装置15，回位弹簧17，过滤器7，引线接头30以及引线31。喷射混合单元3包括引射腔32，气体腔33，分离腔36，一个喷嘴定位孔58，一个包含限流孔59的进气道60，一个导气管61，一个螺纹接头63。
[0050]电磁驱动装置15包括线圈13,内部磁轭15b,外部磁轭15a,磁隙18和电枢20。外部磁轭通过凸起15al的塑性变形与喷射混合单元3端部锁紧，同时线圈13及喷嘴2也被固定在其中，内部磁轭15b上部包括一个可通过流体的内部排气道38。外部磁轭15a、外部磁轭端部15al、内部磁轭15b均由导磁材料制成，磁隙18为非导磁材料。电枢20开有若干个沿周向分布的直槽20a，以减少往复运动的阻力。
[0051]柱塞泵10包括套筒21，柱塞19，进液阀11和出液阀16。套筒21与柱塞19密切配合，形成压送容积12。所述套筒21可与电枢20设计为一体，并采用相同或者不同的材料，套筒21位于电枢20内侧，包括柱塞孔53，进液道42。柱塞19包括一个出液道57，一个位于出液道57下游的限流道57a。所述进液阀11和出液阀16为单向阀。进液单向阀11由阀件47、阀簧52以及阀座50组成，阀座50可与套筒21连为一体，为一个位于进液道42处并与之连通的圆锥形座面。出液单向阀16包括出液阀件55，出液阀簧56和出液阀座54。出液阀座54固定在柱塞19上，固定可以采用紧配或者焊接等方式。
[0052]泵端45包括一个泵端进液口 41，一个支撑杆46和一个限位件51，进液道42允许支撑杆46伸入并接触到进液单向阀件47，限位件51用于限制电枢20回位，在电枢20离开泵端45的一段距离内，支撑杆46保持与单向阀件47接触并阻止其落座，这样一方面可以在电枢20回位到初始位置时，进液单向阀11保持开启状态，使得液体有更充足的时间进入压送容积12，另一方面，在电枢20离开泵端45前行运动的一段距离内，压送容积12内的气体可以继续通过单向阀11排出，从而保证了液体的计量精度。
[0053]导气管61包含一个挂钩61a，一个限位于挂钩61a的安装螺母62。进液道60与导气道61通过锁母62压紧连接，所述引线31与线圈13的端头连接导通，引线接口 30与导气道61连接密封，以使引线31从导气道61引出至控制器(图中未示出)，有效地解决内部走线及管路布置问题。
[0054]喷嘴2安装于喷嘴定位孔58，前座204固定于柱塞19之出口端，并与柱塞19之出液道57连通。引射腔32之空间沿液体喷射方向布置，喷嘴2由定位孔58伸入气体腔33，喷嘴2之喷出口 203位于气体腔33附近，以致于液体喷射时，在腔中形成有利于气体进入的低于引射腔32之压力的空间。经限流孔59从进气道60进入的带压力气体流至气体腔33，并进一步与喷射液体混合。
[0055]过滤器7包括内部骨架43，过滤网布44，过滤器内腔48。所述过滤器7安装于泵端45之上，通过密封圈49密封。
[0056]所述液体喷射单元之工作过程如下。
[0057]在运动初始位置，由于回位弹簧17的作用与限位件51靠紧，此时进液单向阀11由于支撑杆46作用处于开启状态，所含气体成分容易逃逸压送容积12，压送容积12中充满液体。当电枢20在电磁力的作用下连同套筒21开始向前运动，压送容积12中的部分流体通过进液道42排出，其中包括部分气体。电枢20继续运动，压送容积12不断减小，当单向阀件47之球表面落座于锥形阀座50时，进液单向阀11关闭，压送过程12开始。压送容积12中的液体压力逐渐升高，当作用于出液阀件55的压力可以克服出液单向阀弹簧56之作用力时，出液单向阀16开启，工作液从出液道57输出，经限流道57a及滤网201到达喷嘴阀207处。当喷射液压力升高至喷嘴预设开启压力时，阀件209离开阀座208，喷射液由喷嘴2喷出，经气体腔33后进入引射腔32。同时，从导气管61进入的气体经过限流孔59及进气道60至混合喷射单元3，并与工作液混合后喷出。
[0058]当作用在电枢20上的电磁力消失后，在回位弹簧17的作用下电枢20开始回位行程，此时因压送容积12的膨胀导致压力下降继而出液单向阀16关闭，电枢20继续运动一定行程后，进液阀件47的运动被支撑杆46阻挡，进液阀11打开，液体在压差的作用下迅速进入压送容积12，当电枢20的继续回位被限位件47阻挡而终止，本次循环结束。
[0059]在上述工作过程中，液体从过滤器内腔48通过泵端进液道41进入整个电枢20空间，并通过泵端进液道41进入压送容积12，因电能的耗散发热，导致部分液体在电枢20空间中蒸发，所产生的蒸汽和泵内气体同回液流一起进入低压容积39，并通过内部排气道38至分离腔36，其中气体部分由位于分离腔36上部的排气泡口 35排出。所述排气泡口 35包含一个安装台阶34，可用于安装排气泡管，使气体更有效的排出泵体。
[0060]进一步，所述内部排气道38出口处包括一个回液单向阀37。回液阀37为一个膜片式结构，以造成非对称阻力，当电枢20往复运动引起液体流动时，形成朝回液方向的净流量。
[0061]所述回液单向阀37也可以是一个球阀。
[0062]下面对图5所示电磁喷射单元结构进行详细说明。
[0063]图5与图4提供结构之区别之一在于:所述脉冲泵为柱塞-套筒泵la，采用了柱塞19与电枢20同步运动，而套筒21固定不动的结构。电枢20大致为一个圆柱体，包括贯通两端面的通孔20a。所述通孔20a可以具有一定的锥度，带锥度的孔向液体压送方向扩展，以实现液体在内部空间的定向流动，以冷却脉冲泵I和提高其工作的稳定性。
[0064]所述电枢20与柱塞19可以是一个整体，也可以通过连接件65进行运动传递。套筒21同轴固定在输出端壳体66上，套筒21上设有侧向的溢流孔67，和轴向的柱塞孔68连通。柱塞19精密滑动配合装在套筒21内，其上部通过连接件65与电枢20始终接触。溢流孔67与柱塞19端面形成进液阀11。出液阀16由出液阀件55、出液阀簧56和出液阀座54组成，出液阀座54为一个与出液阀件55配合的锥面，位于套筒21末端处。回位弹簧17设置在柱塞19和电枢20空间底部之间。所述过滤器7安装于进液道42处，并由端盖71固定。
[0065]图5示例与图4结构之区别之二在于:包括一个高压管69和连接在高压管69 —端的喷嘴2b。所述高压管69与端盖71通过快接接头70对接，泵体与高压管由ο圈72密封。喷嘴2b与高压管69通过螺纹等方式连接。
[0066]所述脉冲泵之工作过程与图4所给脉冲泵工作过程大致相同，其区别在于:由进液道42进入的液体通过吸溢流孔67进入压送容积12，当电枢20受电磁力驱动下行，通过连接件65推动柱塞19下行，一旦吸溢流孔67被柱塞19之壁面遮挡，进液阀11关闭，压送行程开始，压送容积12内液体压力升高，进而打开出液阀16，压力液体从出液道74输出，经限流道75及高压管69输送至喷嘴2b喷出。
[0067]在此过程中，通过进液道42进入的液体连同其中的气泡，可以通过排气泡通道38(排气泡通道同样允许液体通过)电枢空间20c和通孔20b直接进入排气泡口 35，并形成的回液流，带走电磁驱动装置工作所产生的热量。
[0068]图8所示为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置用于SCR系统的示例一。如图包括一个尿素罐80, —个支架81, —个端盖82, —个置于尿素罐80低部的如图4所示的电磁喷射单元8，一个气源6，一个高压输送管83，一个控制器4，一个喷射器5，一个带有SCR催化转换器84的排气管道85，沿排气流86方向依次布置有温度传感器87以及NOx或者氨气传感器88，分别位于催化转换器两侧。
[0069]上述支架81包括脉冲泵I的固定台81a以及发动机冷却水换热管路(加热器)89。所述端盖82位于泵支架81的一端，脉冲泵I安装在泵支架另一端的固定台81a上，所述支架81通过端盖82固定于尿素罐80上端面，其另一端连同固定于安装台81a上的脉冲泵I置于尿素罐80内部,脉冲泵I深入至尿素罐80底部。
[0070]上述端盖82包括位于尿素罐80内部的各传感器(包括温度传感器90、液位传感器91等)以及冷却水进液接口 92和出液接口 93，冷却水加热器通过进、出液接口(92、93)与发动机冷却水道(未示出)连接，以在各工作部件中尿素溶液可能存在结冰风险时对其加热融冰。
[0071]控制器4安装与端盖82之上，置于尿素罐80外侧。控制器4用于给出脉冲泵I工作电驱动信号，存储处理各传感器信息和来自发动机ECU (图中未示出)的信息。
[0072]电磁喷射单元8包括一个脉冲泵1，一个喷嘴2，一个喷射混合单元3。所述脉冲泵I为套筒-柱塞式泵结构，且包括一个延伸到储液箱80上部空间的排气泡管94，在排气泡管94出口处包括一端折弯94a，以减小未经过滤的杂物进入泵体的可能性。
[0073]上述气源6为一个高于大气压的气体源，可以是一个空压机，包括车辆之刹车空气泵或者车辆发动机进气增压器。气体经过空气过滤器95及电磁阀控制开关96进入电磁喷射单元8。所述电磁阀控制开关96由控制器4控制。示例中的限流孔23位于导气道61入口处，以使得导气道61及进液道22内部空间压力处于较为稳定状态。
[0074]上述高压输送管83包含一个限位件97和一个锁紧螺母98，并通过螺母98安装压紧于脉冲泵I之输出端螺纹63处，由ο圈99密封。高压输送管83之另一端与喷射器5连接。所述喷射器5安装与排气管道85之上，喷射器5之结构示意图如图7a或7b所示。高压输送管83将从引射腔24喷出的混合液输送至储液罐外直至喷射器5，并通过喷射器5将高压流体雾化喷入发动机排气管道85。
[0075]上述气液混合式SCR喷射装置示例之工作过程如下。
[0076]系统初始状态，尿素罐80中工作溶液经过过滤器7后，由泵端进液口 41进入脉冲泵I。控制器4根据发动机工况，以及排气温度传感器87，NOx或者氨气传感器88，尿素罐80内各传感器等的信号，计算出所需的尿素液流量，然后判断尿素液喷射系统是否可以正常工作，如果可以，就发出驱动信号。脉冲泵I接收引线31传输的工作信号后，电枢20开始运动，脉冲泵I体内溶液经喷嘴2喷出。同时，控制器4驱动电磁控制开关96开启，气体由导气管进入，经过限流孔23及进气道22后到达气体腔33。气体与喷射液都流向混合腔24并在其中混合，经高压输送管83输出至喷射器5。喷射器5将尿素溶液和气体混合两项流体以喷雾的形式喷射进入排气管85中，并在发动机排气高温的作用下热解为氨气，与发动机排气86混合均匀进入SCR催化转换器84，其中的NOx将被高效分解为无害的队和H 20，达到净化尾气的目的。温度传感器87以及NO传感器88将实时测量排气温度和转换器下游的NOx浓度或者氨气浓度，反馈给控制器或者发动机控制器(未示出)，用于检测SCR系统的转换效率，确定对喷射的工作液的实时修正。
[0077]进一步，在后处理过程结束后，来自有压力气源6的气体可以延时关闭，用于清扫管道内残余尿素溶液，以防止管道结冰或尿素析晶堵塞管路。
[0078]在上述工作过程中，控制器4根据尿素罐80内温度传感器90的信号判断是否可能会出现尿素液结冰，如果可能存在结冰，则控制水阀(图中未示出)使发动机的冷却水进入尿素箱80内的循环水加热器89以加热尿素罐80内部融冰。
[0079]图9所示为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置用于SCR系统之第二示例图，与图8所述示例一之区别在于:所述脉冲泵Ia为如图5所示的柱塞-套筒式泵结构；所述混合喷射单元3a以及喷嘴2c安装于端盖82之上，喷射混合单元3a位于尿素罐80之外侧；气源6为发动机排气管85上游之废气。喷嘴2c与图5中的喷嘴2b类似，都依靠喷射压力达到预设的开启压力时自动打开，但在喷嘴2c的端部设置了与喷嘴轴线垂直的喷孔203a。喷嘴2c伸入至气体腔33使得喷孔203a位于气体腔33附近，喷射液进入沿其喷射方向布置的引射腔24内。因为本发明的引射结构带来的好处，所以能够将排气管85上游之废气作为气源6，这不仅可以适用于无压缩空气源的发动机或车辆装置，也可以适用于自然吸气的发动机。
[0080]图9示例SCR系统与图8示例SCR系统之工作过程基本相同。
[0081]图10为本发明提供的气液混合式发动机排气后处理喷射装置应用于柴油机DPF再生系统示例，所给示例包括电磁脉冲泵lb，喷嘴2d，喷射混合单元3b，喷射器5b，控制器4b,气源6a,副油箱100,火花塞101,排气管85,导流片102,以及布置于排气管道85之上的温度传感器103和103a，压差传感器105和氧传感器104。发动机具有增压器125，其压气机121由发动机废气涡轮122驱动，将大气压缩后送入增压中冷器120，然后成为有压力而温度不高的发动机进气6c被导入发动机进气歧管(图中未示出)。废气涡轮122利用来自发动机排气歧管(图中未示出)的发动机排气86a工作，废气涡轮122排出的发动机废气86进入发动机排气管85。气源6a来自于增压中冷后的发动机进气6c，由电磁阀96控制进入喷射混合单元3b。
[0082]喷射混合单元3b包括限流孔22和气体腔25，限流孔22使气体腔25中的压力较小受气源6a的波动影响，因此喷射流量易于控制。喷嘴2d喷射出的燃油在气体腔25中产生引射作用使输送管83a中能够充满更多的气体，有利于辅助喷嘴2d喷射的再生燃油雾化，同时也有助于冷却喷射器5b。
[0083]所述脉冲泵Ib为套筒-柱塞式泵结构，包括一个安装于过滤器7上部的排气泡管94。所述排气泡管94伸出至液面以上，出口处包括一端折弯94a，以有效防止污物进入泵体。脉冲泵Ib通过螺栓106固定于副油箱100之底部，由密封垫111密封。
[0084]喷射器5b安装于排气管道85之上氧化型触媒DOC 107及DPF 108过滤器的上游，通过螺栓112固定。经过输送管83a输送至喷射器5b，并由喷射器5b雾化喷入排气管道85。
[0085]所述控制器4b可以是一个用于接收主控制器(未示出)工作信号并控制燃油喷射器工作的计量模块，也可以是一个独立控制DPF系统的后处理控制器。柴油机颗粒物捕捉器(DPF) 108，以及氧化型触媒DOC 107用于捕集或者连续氧化柴油机排气中的颗粒物。在DPF 108上也可以直接涂覆贵金属催化剂。火花塞101安装于喷射器5b之后，位于DPF108及氧化型触媒DOC 107上游，当需要再生DPF时，喷射器5b喷出喷雾时火花塞101适时点火，点燃再生燃油喷雾113，从而提高排气温度到600°C左右，进入DPF 108，从而引燃DPF 108中收集到的以碳烟为主要成份的颗粒物，实现DPF的再生。本系统中从喷射器5b喷入的燃油应该尽可能少，但必须使发动机排气86达到足够高的温度，因此要求燃油雾化良好，分布合理，燃烧充分。喷射器5b上游设有一个半环抱喷射器5的导流片102,导流片102可包含与排气流平行的一些通孔。通过温度较高的导流片102改变喷雾113方向并产生燃油蒸汽，同时，导流片102也有阻流稳定火炎的作用，使喷雾113或者喷雾113产生的燃油蒸汽可以以有效的形式到达火花塞101的放电区，形成稳定燃烧的火焰。
[0086]副油箱100，位于脉冲泵Ib之上方以至于副油箱100中的燃油能够通过重力进入脉冲泵Ib中形成正常的供油。发动机高压喷射系统的回油(最好采取串联的形式)通过进油口 109进入副油箱100，然后再通过回油口 110回到发动机的主油箱。副油箱100的燃油也可以直接来自于发动机高压喷射系统低压供油泵(未示出)，或者通过附加泵(例如真空泵)或者重力的作用从发动机主油箱取油。从发动机主油箱到脉冲泵I之间至少要布置一道过滤系统，若来自发动机高压喷射系统的低压回油，则可以不需要另加过滤器。
[0087]图10所示的DPF再生装置的工作过程如下。
[0088]来自发动机的碳烟被DPF 108过滤并在其中逐步积累，随着碳烟积累量的增加，DPF 108前后的压差Λ P逐步增大，当控制器4b通过压差传感器105检测到Λ P大于特定值时(已经或者将要影响发动机的功率输出)，或者控制器4根据模型预测的捕集碳烟量达到一定阈值之时，如果其他条件也满足再生DPF条件，则控制器4b驱动脉冲泵Ib通过喷嘴2d喷射燃油，与来自于发动机增压中冷器120下游的带有压力的气体混合，通过混合输送管83送至喷射器5b，由喷射器5b向发动机排气管85中喷射雾化燃油。同时，控制器4b控制驱动火花塞101点火以增加排温。温度传感器(103、103a)实时捕捉排气温度，当温度高于一定值时火花塞停止工作，以免捕捉器108过热烧损。压差传感器105继续检测DPF 108前后的压差Λ P，当Λ P小于某一特定值时，认为再生完成，停止再生喷油和点火。喷射量可以预先设定在控制器4b的存储器中，也可以根据温度传感器(103、103a)及氧传感器104等传感器信号进行反馈控制。
[0089]本发明实施例的再生DPF的方法包括:每次启动DPF再生程序后，控制器4b在燃油喷射器102产生喷雾113后，控制所述点火器101产生至少一次点火火花，点火与燃油喷射同步控制，一次喷射可以进行多次点火，再生程序结束后不喷再生燃油，也不产生点火火花。
[0090]本发明提供的气液混合式发动机排气后处理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。
【主权项】
1.一种气液混合式发动机排气后处理喷射装置，包括一个脉冲泵，一个喷嘴，一个喷射混合单元，其特征在于:所述喷射混合单元包括一个引射腔，一个气体腔，喷嘴将液体喷入引射腔，引射腔之空间沿液体的喷射方向布置，气体腔位于喷嘴之喷出口附近，液体喷射时导致气体腔中压力下降。2.如权利要求1所述气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:包括一个导气管，所述气体腔通过导气管与一个高于大气压的气源相连接。3.如权利要求2所述气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:气源为一个空压机。4.如权利要求3所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于，所述空压机机为车辆之刹车空气泵。5.如权利要求3所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:所诉空压机为车辆进气增压器。6.如权利要求2所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:所述气源为排气管之上游的废气。7.如权利要求1-6之一项所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:包括一个喷射器，所述喷射器包括一个喷射孔，从气液混合腔输出的多相流体由喷射器喷入发动机排气管。8.如权利要求7所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:包括一个与气体腔连接的限流孔，所述限流孔与所述喷射孔之流通面积之比小于I。9.如权利要求7或8所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:所述喷嘴包括一个依靠压力开启的球阀。10.如权利要求7或8所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:所述喷嘴包括一个依靠压力开启的提升阀。11.如权利要求7或8所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:所述喷嘴为一个电磁喷嘴阀，所述电磁喷嘴阀在电磁力的驱动下开启，液体喷射量与喷嘴开启时间成正比。12.如权利要求9或10或11所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:包括一个为喷嘴提供射流源的脉冲泵，所述脉冲泵包括引线及引线接口。13.如权利要求12所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:包括一个储液罐，一个支架，一个端盖，一个控制器，所述控制器驱动所述脉冲泵工作，端盖与脉冲泵分别固定于支架的两端，支架一端通过端盖安装于储液罐顶部，另一端置于储液罐内，一致脉冲泵深入至储液罐底部。14.如权利要求13所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:所述喷射混合单元安装于脉冲泵之输出端，与脉冲泵一同置于储液罐底部。15.如权利要求14所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:所述弓I线接口与导气管连接，弓I线通过所述导气管引出至储液罐外部。16.如权利要求13所述的气液混合式发动机排气后处理喷射装置，其特征在于:所述喷射混合单元安装于端盖之上，位于储液罐外侧。
【文档编号】F01N3/28GK105822394SQ201510006403
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年1月7日
【发明人】郗大光, 谈秉乾, 杨延相
【申请人】浙江福爱电子有限公司