一种SCR液体喷射装置的制作方法

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）系统及其控制技术。

背景技术：

液体喷射计量在化工、医疗和动力机械等领域有广泛的应用，尤其涉及内燃机动力的多项核心技术。例如，柴油发动机或者稀薄燃烧的缸内直喷汽油机，为降低尾气中的有害污染物，针对NOx污染物，采用能够在富氧环境下进行催化还原处理的NOx选择性催化还原（SCR= Selective Catalytic Reduction）技术。针对柴油机的颗粒物排放，采用柴油机颗粒物过滤捕集器（DPF=Diesel Particulate Filter）技术等。

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、H₂O。如果DEF喷射量与排气中的NOx含量不相匹配，那么要么NOx不能够被充分还原分解，排放量增加，要么剩余不少氨气排到大气中，造成二次污染。因此SCR系统必然需要精度较高的SCR计量喷射装置以及雾化效果好的喷射溶液。因此，将喷射器安装于排气管上的方式以其喷射精度、灵活性、广泛适应性和较低的成本等优点，被广泛采用。

然而，排气管安装方案对喷射器本身有较高的选择性。首先，由于排气高温可能导致喷射器出现化学变化后的结晶体，从而导致管路堵塞或者喷射器失效等严重后果。此外，由于尿素本身的特性，管路中残留的溶液可能出现结晶或者析晶等现象而堵塞喷射器。

综上，用现有技术解决SCR系统中排气高温对喷射器损伤的问题以及残留溶液结晶、析出等问题是一个重要的研究课题。提出一种结构简单，可靠性高，便于应用的新技术方案也是十分有必要。

技术实现要素：

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，控制精度高的后处理喷射装置，尤其应用于不需要气体辅助雾化和清除残余溶液的SCR喷射计量系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案，即，一种SCR液体喷射装置，包括一种SCR液体喷射装置，包括计量单元以及安装于发动机排气管上的喷射器。所述喷射器包括一个冷却装置，以防止喷射器受排气高温损坏。所述计量单元可以是螺线管脉冲泵装置，为喷射器提供压力溶液，喷射器将高压溶液雾化喷入排气管道中与排气混合。计量单元与喷射器之间可以通过高压连通。

所述冷却装置包括一个热交换器，如，散热片。通过对流换热和热辐射方式将喷射器的热量带到大气中。

进一步，所述冷却装置包括一个气体通道，一个气源，一个储压容积，一个通向储压容积的单向阀，所述储压容积与气源串联，可预先储存高压气。冷却装置利用从储压容积进入的稳定空气流带走喷射器的热量。同时，喷射器喷射溶液时喷射器周围产生的真空场可以进一步加速以及形成定向气流，增强冷却效果。

所述气源可以是汽车进气增压器。

所述喷射器包括一个依靠压力开启的喷射器阀，当喷射器阀前后压差达到喷射器预设开启压力时，喷射器阀开启并喷射尿素液。所述喷射器阀可以是一个球阀或者是一个提升阀。所述球阀喷射器包括一个喷孔，喷射器的流量受喷孔的尺寸限制。所述提升阀喷射器之流量受提升阀阀件的尺寸和升程限制。

进一步，所述喷射器包括一个旋流道。旋流道位于喷射器阀与喷孔之间，形成与喷射方向垂直的切向速度以有利于雾化。

对于上述喷射器，另一种可供选择的方案为：所述喷射器为一个依靠电磁力开启的电磁喷嘴阀，包括一个电磁喷射器阀和喷孔。电磁喷射器阀在电磁力的驱动下开启，其喷射量由电磁喷射器阀开启的时间决定。

为了提高喷射的计量精度，通过脉冲泵和一个压力传感器在输液管路中形成一个恒压源，所述压力传感器安装在输液管路中，通过压力传感器的信号实现对脉冲泵的闭环控制以达到输液管路压力恒定的目标，从而达到提高喷射器计量精度的目的。

一种应用所述SCR液体喷射装置的SCR喷射系统，包括一个安装于排气管道之上的喷射器，一个位于喷射器上游的引射真空装置。所述喷射器将，所述计量单元为引射真空装置提供引射流体，当后处理过程结束，溶液经过引射真空装置流出，高速流动液体在喷射器至引射装置之间段形成负压，以回抽清扫管路中残余溶液。

上述，SCR系统包括一个尿素罐，一个端盖，一个支架。所述计量单元包括一个计量泵，所述计量泵可以是螺线管柱塞泵，安装于支架的一端，并通过支架伸入至尿素罐的底部，溶液可以通过自重进入计量泵内。支架的另一端固定于端盖之上，端盖安装于尿素罐之顶部。所述引射真空装置安装与端盖之上，位于尿素罐之外侧。

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SCR液体喷射装置之喷射器结构示意图之一。

图2为本发明提供的SCR液体喷射装置之喷射器结构示意图之二。

图3为本发明提供的SCR液体喷射装置之冷却装置结构示意图之一。

图4为本发明提供的SCR液体喷射装置之冷却装置结构示意图之二。

图5为本发明提供的SCR液体喷射装置之实施例结构示意图之一。

图6为本发明提供的SCR液体喷射装置之实施例结构示意图之二。

具体实施例

如图1所示，为本发明提供的SCR液体喷射装置之喷射器结构示意图，包括一个所述喷射器1包括一个过滤器10，一个依靠压力开启的喷射阀5，一个旋流道4，一个旋流喷孔3，一个冷却装置2。

所述依靠压力开启的喷射阀5包括一个阀座5a，一个阀件5b和一个阀簧5c。所述旋流道4位于喷射阀5出液方向之前端，高压液体由喷射阀5压出后进入旋流道4，经旋流后由旋流喷孔3呈雾化状态喷出。喷射阀5可以是球阀或者是外开式的提升阀。

所述冷却装置2之具体结构示意图如图3所示，包括气体通道12，气源15，储压容积15b，通向储压容积的单向阀15a，喷射器1本体安装孔13，定位孔11。冷却装置2通过喷射器本体1安装孔13安装于喷射器本体1喷射端，并与喷射器本体1紧密连接。所述气体通道12连接气源15，冷却装置2利用从储存容积15b进入的空气流带走喷射阀5处的热量。此外，喷射阀5喷射溶液时周围产生的真空场也可以进一步加速以及形成定向气流，起到更好的冷却效果。

所述气源15空气可以是车辆刹车器或者增压器之进气，尤其是中冷器之后的进气。

上述冷却装置2的一种可供选择的方案，如图4所示，包括一个依靠空气冷却的散热器14，通过对流换热和热辐射方式将喷射器的热量带到大气中。

进一步，上述喷射器1包括一个电磁式喷射阀开启保持装置6。所述开启保持装置6包括一个螺线管装置7，一个电枢8，一个顶杆9。所述螺线管装置7包括一个信号接收口7a。所述电枢8包括单向开口的电枢槽8a和周向布置的通槽8b，通槽8a作为液体进入的通道。所述顶杆9与电枢8同轴布置，一端置于电枢槽8a内，并固定，顶杆另一端作用于阀簧5c之上。电枢8在电磁力驱动下带动顶杆9运动，顶杆9克服喷射阀5之阀簧力使得喷射阀5保持开启，以便在引射状态形成引射流体运动。

上述喷射器1之工作过程如下。

由计量喷射单元（图中未示出）提供的高压喷射液经过滤器10过滤后，进入喷射道16，当溶液压力到达喷射阀5预设开启压力时，喷射阀5打开，喷射液进入旋流道4，经旋流后的溶液通过旋流喷孔3雾化喷出，所述喷射阀5之喷射量由阀件5b的尺寸和升程决定。同时，高速喷出的液体在喷射口周围形成负压，进一步导致进入气体的定向流动，提高冷却效果。当系统进入引射状态时，螺线管装置7驱动电枢8以及顶杆9，使喷射阀5保持开启状态。由于上端产生的负压，喷射器1形成抽回的流体运动，通过旋流喷孔3吸入外部气体以清扫残留在喷射器1及前端管道中（图中未示出）的喷射液。

图2为本发明提供的SCR液体喷射装置之喷射器结构示意图，与本发明提供的第一结构示意图与第二结构示意图之主要区别在于：所述喷射器1为一个电磁喷嘴。所述电磁喷嘴1包括一个电磁控制部件20，一个内开阀30，一个进液嘴23，喷嘴前端29，冷却装置2。

电磁控制部件20包括喷嘴螺线管线圈26，磁轭28，磁隙28a以及喷嘴电枢25。内开阀30包括阀件32，含座面31a的阀座31，与喷嘴电枢25连接的阀杆32a，内开阀压紧簧22，阀件32与阀杆32a以及喷嘴电枢25相连接，可采用焊接方式，在阀杆32a与喷嘴电枢25之间设有过液通道27。喷嘴前端29包括喷孔29a，喷孔29a可以是成一定角度的多孔，在进液嘴23的入口处布置有一个喷嘴过滤装置24。

常态时，由于弹簧力以及溶液压力作用，内开阀30处于关闭状态。当喷嘴螺线管26接受控制器（图中未示出）工作信号，喷嘴电枢25带动阀件32和阀杆32a克服内开阀压紧簧22的阻力向上运动，间隙25a代表内开阀30的最大升程，这时溶液经过喷嘴过滤器24穿过电枢内孔25b、过液道27和喷嘴流道27a到达内开阀30，然后经过喷孔29a喷出形成喷雾30。

在系统进入溶液抽回阶段时，将内开阀30打开,喷射液从喷孔29喷出，外界气体通过喷孔29a进入电磁喷嘴1体内，连同其中的液体被回抽至储液罐。

上述方案中，如果进液嘴23之前端液体压力恒定，则通过喷孔29a的喷射量就与内开阀30之开启时间成正比。

图5所示为本发明提供的SCR液体喷射装置之实施例结构示意图之一，包括一个尿素罐35，一个支架36，一个端盖37，一个脉冲泵38，一个高压管39，一个喷射器2，一个引射真空装置40，一个控制器41，一个带有SCR催化转换器42的排气管道43，沿排气流方向依次布置有温度传感器44以及NOx或者氨气传感器45，分别位于催化转换器42两侧。

上述支架36包括脉冲泵固定台46以及冷却水加热器47。所述端盖37位于泵支架36的一端，脉冲泵38安装在泵支架36另一端的固定台46上，所述支架36通过端盖37固定于尿素罐35上端面，其另一端连同固定于固定台46上的脉冲泵38置于尿素罐35底部。

上述端盖37包括位于尿素罐35内部的各传感器（包括温度传感器48、液位传感器49等）以及冷却水进液接口50和出液接口51，冷却水加热器通过进、出液接口（50、51）与发动机冷却水道（未示出）连接，以解决各工作部件中尿素溶液结冰问题，温度传感器48可以封装在液位传感器49之电路保护管内。

上述引射真空装置40和控制器安装于端盖37之上，置于尿素罐35上部之外侧。所述引射真空装置40包括一个供液道52，一个喷射道53，一个引射道54，一个切换装置55。所述引射道54通过管道将进入引射真空装置的尿素溶液导回尿素罐35。所述控制器41用于给出各控制阀件以及脉冲泵工作信号，存储各传感器信息和来自发动机ECU（图中未示出）的信号。

上述高压管39连接脉冲泵38以及引射真空装置40，其连接方式可以是快速接插或者是密封螺纹连接。脉冲泵38为系统提供喷射流体和引射流体。

上述喷射器1如图1所示，包括一个依靠气流散热的冷却装置2，由定位孔11安装于排气管43安装台56之上，并通过螺栓57锁紧。所述喷射器1之进液道58包括一个快接公头58a，与两端带快接母头的喷射导管59之一端母头59a对接，喷射导管59的另一端与引射真空装置40之喷射道53连通。

上述本发明之SCR系统之工作过程如下。

系统处于初始状态时，切换装置55以及电磁开启装置6处于关闭状态。脉冲泵38将尿素罐35中工作溶液泵出，经高压管39进入引射真空装置40之供液道52进入，由于切换装置55关闭，高压溶液经喷射道53进入喷射导管59，并依靠溶液压力开启安装于排气管道43上的喷射器1，将尿素溶液以雾化的形式喷射进入排气管43中，并在发动机排气44高温的作用下热解为氨气，与发动机排气混合均匀进入SCR催化转换器42，其中的NOx将被高效分解为无害的N₂和H₂O，达到净化尾气的目的。温度传感器45以及NO传感器46将实时测量排气温度和转换器42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），用于判断SCR系统对NOx的转换效率，确定对喷射的工作液的实时闭环修正。同时，单向阀15a打开，气源15提供的空气从储存容积15a经导气管60进入气体通道12，并环绕喷射阀5，利用空气流带走喷嘴阀5的热量。此外，喷射阀5喷射溶液时周围产生的真空场也可以进一步加速以及形成定向气流，增强冷却效果。

当喷射过程结束时，控制器41给出信号，使脉冲泵38以给定的喷射流量保持工作状态。控制器41驱动切换装置55和电磁开启装置6开启。尿素溶液从引射真空装置40之引射道54输出流回尿素罐35。而流动溶液则在喷射道53处产生真空压差，此时，由于喷射器1之开启保持装置6作用处于开启状态，排气管43中的气体通过喷射器1被吸入，至引射真空装置40的喷射道53形成回流气体，从而达到回抽清扫管道中残余溶液的目的。在回抽结束后，发动机完全停机，则喷射器1关闭。

本应用例所述气源15为车辆增压器之进气，尤其是中冷器之后的进气。图示压气机61由发动机废气涡轮62驱动，将大气压缩后送入增压中冷器63，然后成为有压力而温度不高的发动机进气被导入发动机进气歧管（图中未示出）。废气涡轮62利用来自发动机排气歧管（图中未示出）的发动机排气64工作，废气涡轮62排出的发动机废气进入发动机排气管43。气源15来自于增压中冷后的发动机进气60a。

图6为本发明提供的SCR喷射系统之第三实施例结构示意图，与本发明提供的第一实施例之主要区别之一在于：所述喷射器1为一个电磁喷射器阀（如图2所示）。通过螺栓43安装于排气管道43之上，当控制器41发出给定脉宽的驱动信号后，开关阀打开，将计量喷射液喷射入排气管道43中，并与尾气流44混合后进入催化转化器42，进行排气处理。喷射过程结束进入回抽状态时，喷射阀5保持开启状态，引射真空装置40之切换装置55同时切换至开启状态，系统进入回抽过程。与本发明提供的第一实施例之主要区别之二在于：包括一个安装于喷射导管59之上的压力传感器66，由密封垫67密封。压力传感器66包括一个引线接口68，与控制器41连接。控制器41通过压力传感器66的压力信号实现对脉冲泵38的闭环控制，以达到喷射导管59内压力恒定的目的，从而提高喷射器计量的精度。与本发明提供的第一实施例之主要区别之三在于：所述冷却装置2为一个散热片装置，通过对流换热和热辐射方式将喷射阀5处热量带到大气中。

本发明提供的SCR喷射系统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。