一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理用旋流噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理的液體噴射系統(tǒng)，包括N0X選擇催化還原(SCR)系統(tǒng)和顆粒物收集器(DPF)的再生燃油噴射系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境問(wèn)題的日益突出，節(jié)能減排已經(jīng)成為車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)的永無(wú)止境的要求，為此，各國(guó)都出臺(tái)了一系列的車輛排放標(biāo)準(zhǔn)，并且越來(lái)越嚴(yán)格。對(duì)此，以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的車輛需要安裝排放后處理系統(tǒng)以求滿足排放要求。例如，目前主要用于對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中NOx等污染物進(jìn)行催化處理的SCR (Selective Catalytic Reduct1n)技術(shù)等已經(jīng)成為柴油車輛等必需使用的技術(shù)，而控制柴油機(jī)顆粒物排放的顆粒物收集器(DPF=DieselParticulate Filter)也即將成為必需使用的技術(shù)。
[0003]SCR技術(shù)需要將例如32.5%重量濃度的尿素水溶液(也叫柴油排氣處理液DEF=Diesel Exhaust Fluid，或者添藍(lán)液AdBlue)定量噴射進(jìn)柴油機(jī)排氣中，通過(guò)排氣高溫分解成氨氣，與排氣混合后進(jìn)入SCR催化轉(zhuǎn)換器。在催化劑的作用下，氨氣就會(huì)與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的NOx等發(fā)生催化還原反應(yīng)，使NOx分解為無(wú)害的N2、H20，因此需要精度較高的SCR計(jì)量噴射霧化裝置。
[0004]現(xiàn)有的SCR噴射計(jì)量系統(tǒng)，多數(shù)采用以直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的外置膜片或者柱塞泵為動(dòng)力源產(chǎn)生噴射壓力，有的將DEF直接噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管，有的噴入一個(gè)混合腔，依靠高壓氣流與DEF混合再噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管。但因?yàn)橹苯屿F化效果較差，常用的多孔噴嘴不得不采用非常細(xì)小的噴孔，例如直徑小于0.2mm的噴孔，這樣噴孔容易受DEF析出結(jié)晶體或者排氣顆粒的堵塞，系統(tǒng)可靠性難以保證。而高壓空氣輔助噴射常用較大孔徑的多孔噴嘴，在抗結(jié)晶體堵塞方面優(yōu)勢(shì)明顯。在這種情況下，但因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)為了避免多孔(典型的是四個(gè)噴孔)噴霧之間的相互干涉而結(jié)成更大顆粒的液滴，往往將噴孔沿周向分布，液體未經(jīng)充分霧化就直接噴射在排氣管壁面上，其中一部分尿素很容易達(dá)到結(jié)晶的條件而粘接于排氣管道上，導(dǎo)致排氣管堵塞或者凈化效率下降。另外一方面，多孔各束噴霧往往不均勻，導(dǎo)致尿素與排氣的混合質(zhì)量不高，NOx的轉(zhuǎn)換效率下降。
[0005]DPF系統(tǒng)收集的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的顆粒物，如果不處理掉，就會(huì)堵塞DPF及發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)。處理DPF收集到的顆粒物的技術(shù)之一，就是通過(guò)間歇性地向發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噴射燃油使排氣溫度進(jìn)一步升高，然后進(jìn)入DPF，使其中的顆粒物氧化燃燒。因此，與SCR系統(tǒng)類似，再生燃油的噴射，也需要霧化良好的液體噴霧，噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，之目的在于提供一種不易堵塞，工作可靠穩(wěn)定，霧化品質(zhì)好，噴射精度高，噴出液體分布更均勻的液體氣體多相流噴射噴嘴，用于SCR系統(tǒng)的DEF和高壓氣體混合流的噴射，以提高對(duì)NOx的轉(zhuǎn)換效率。
[0007]本發(fā)明之另一個(gè)目的在于提供一種不易堵塞，工作可靠穩(wěn)定，霧化品質(zhì)好，噴射精度高，噴射液分布均勻的噴嘴，用于DPF系統(tǒng)的燃油噴射，以提高對(duì)DPF的再生可靠性并節(jié)省燃油。
[0008]進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明霧化品質(zhì)好等特點(diǎn)，在應(yīng)用中可大大縮短液體與排氣混合所需距離，因而混合段與反應(yīng)區(qū)制成一體，并將噴嘴布置在混合管道之上，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低安裝、排布難度。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
一種發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理用旋流噴嘴，包括一個(gè)噴嘴體，一個(gè)位于噴嘴體之中的旋流室，一個(gè)位于旋流室中心的噴孔，包括至少一個(gè)切向流道，其特征在于，所述切向流道的流通面積小于等于噴孔的流通面積。
[0010]一種應(yīng)用這種旋流噴嘴將高壓液體以更有效的霧化狀態(tài)噴出的裝置。既可避免在排氣管道壁面結(jié)晶又達(dá)到了良好的混合效果。
[0011]根據(jù)上述技術(shù)方案，在所提供的旋流噴嘴之應(yīng)用中，旋流噴嘴上游設(shè)置有一個(gè)混合腔，已經(jīng)被計(jì)量噴出的液體和高壓氣體在混合腔中形成多相混合流。例如SCR系統(tǒng)的DEF與輔助霧化高壓氣體形成的DEF-空氣混合多相流體，通過(guò)所述旋流噴嘴噴出，因?yàn)槠渲械那邢蛄鞯馈⑿魇乙约拔挥谛魇抑行牡膰娍椎慕Y(jié)構(gòu)，并且切向流道的流通面積小于等于噴孔的流通面積，流體噴出前首先在旋流室形成足夠強(qiáng)度的旋流，各種物理參數(shù)如流速、液體質(zhì)量等都因此而均勻分布，所以旋流噴嘴將液體從噴孔噴出進(jìn)入排氣管后與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣更容易形成均勻混合氣，同時(shí)其破碎形成的液體更為細(xì)小，因此霧化品質(zhì)更好。上述特征保證了在SCR催化轉(zhuǎn)換器中將NOx催化還原，使SCR系統(tǒng)能夠獲得對(duì)NOx很高的轉(zhuǎn)換效率。其中高壓空氣可由電磁閥控制延時(shí)關(guān)閉，以掃除管道以及旋流噴嘴中殘余尿素。
[0012]本發(fā)明提供之技術(shù)方案同樣可應(yīng)用于DPF系統(tǒng)中，保證在DPF系統(tǒng)中的燃油通過(guò)旋流噴嘴噴入排氣管中后，與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣更均勻地快速混合，可以用盡可能少的燃油對(duì)DPF進(jìn)行可靠再生。在所述DPF系統(tǒng)中，噴嘴上游包括一個(gè)油管和一個(gè)并聯(lián)的氣管，當(dāng)噴射結(jié)束后，通入高壓空氣，掃除旋流噴嘴中殘余的燃油。
[0013]另外，由于噴孔直徑較大，可進(jìn)一步防止噴孔堵塞。因此，發(fā)明目的得以實(shí)現(xiàn)。這也是本發(fā)明能夠獲得的好處。
[0014]下面的技術(shù)方案，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的限定或優(yōu)化。
[0015]本發(fā)明所述旋流噴嘴，包括一個(gè)快速接頭，一個(gè)隔熱件，例如一個(gè)細(xì)長(zhǎng)管，其長(zhǎng)徑比(長(zhǎng)度與直徑之比)大于8，所述隔熱件連接噴嘴體與快速接頭。根據(jù)此發(fā)明方案，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管附近管道上的旋流噴嘴，盡管前端溫度受排氣管高溫的影響，會(huì)達(dá)到較高數(shù)值，例如500°C，但管路連接插頭所處的快速接頭位置的溫度卻能夠保持較低，例如低于260°C，因此可以使用較低成本的常用密封方案來(lái)保證管路連接的密封，例如滿足SAEJ2044標(biāo)準(zhǔn)的快速接插頭。該方案可以實(shí)現(xiàn)快速安裝拆卸，并保證快速接頭接插件可靠密封和壽命。
[0016]本發(fā)明所述旋流噴嘴，可包括一個(gè)旋流芯和噴孔板，旋流芯包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)體形空腔和至少一個(gè)與旋轉(zhuǎn)體形空腔邊沿相切的溝槽，以及與溝槽連通的軸向流道，噴孔板包括噴孔，旋流芯與噴孔版位于噴嘴體之中形成旋流室和切向流道。所述噴孔板可以是組裝到噴嘴體上的板狀構(gòu)件，也可以為噴嘴體的一部分。
[0017]在結(jié)構(gòu)上，所述旋流芯可以采用整體式旋流芯，其中的旋轉(zhuǎn)體形空腔，以及與旋轉(zhuǎn)體形空腔邊沿相切的溝槽和與溝槽連通的軸向流道，可以通過(guò)金屬壓鑄成型，或者陶瓷燒結(jié)成型，或者粉末冶金燒結(jié)成型，或者塑料熱壓成型、塑料注射成型等方式制造。
[0018]本發(fā)明所述旋流噴嘴，所述旋流芯也可以為組合結(jié)構(gòu)，包括旋流片和背板，旋流片是一個(gè)等厚圓片，其中包括部分旋流室和切向流道空間，背板包括有軸向流道。這種結(jié)構(gòu)易于高精度制造。
[0019]應(yīng)用本發(fā)明所述旋流噴嘴的發(fā)動(dòng)機(jī)后處理SCR裝置，包括帶有一段混合管道的催化消聲器以及位于旋流噴嘴的上游的混合腔。所述旋流噴嘴安裝于混合管道之上。尿素水溶液和高壓氣體在所述混合腔內(nèi)形成氣液多相混合流，然后進(jìn)入所述旋流噴嘴噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管。
[0020]應(yīng)用本發(fā)明所述旋流噴嘴的發(fā)動(dòng)機(jī)后處理DPF裝置，在所述旋流噴嘴的上游設(shè)置有一個(gè)與油管并聯(lián)的氣管，當(dāng)燃油通過(guò)所述旋流噴嘴噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管之后，高壓空氣控制閥打開(kāi)，高壓氣流開(kāi)始掃除旋流噴嘴中殘余的燃油。
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明提供的旋流噴嘴之第一實(shí)施例示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明提供的旋流噴嘴之第二實(shí)施例示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明提供的旋流噴嘴之第三實(shí)施例示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明提供的旋流噴嘴之第四實(shí)施例示意圖。
[0026]圖5為本發(fā)明提供的旋流噴嘴之第五實(shí)施例示意圖。
[0027]圖6為本發(fā)明提供的旋流噴嘴應(yīng)用于SCR的DEF噴射的系統(tǒng)圖；
圖7a為本發(fā)明提供的旋流噴嘴在SCR系統(tǒng)應(yīng)用例中的安裝示例之一。
[0028]圖7b為本發(fā)明提供的旋流噴嘴在SCR系統(tǒng)應(yīng)用例中的安裝示例之二。
[0029]圖8為本發(fā)明提供的旋流噴嘴應(yīng)用于DPF再生燃油噴射的系統(tǒng)圖。
[0030]
具體實(shí)施例
[0031]如圖1所示，為本發(fā)明提供的旋流噴嘴之第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，包括旋流芯3，噴孔板8，噴嘴本體9，鎖緊螺母10，隔熱管11，快速接插頭12等。旋流芯3整體呈正方柱體，在一端面上設(shè)有接近圓柱形腔的旋流室1和與旋流室1邊緣相切的切向流道2，而另一端面設(shè)有連接中心與外圍的徑向流道15。噴孔板8為一圓板，其中心設(shè)有圓形噴孔5。隔熱管11 一端緊配合插入噴嘴本體9中，或通過(guò)焊接等方式與噴嘴本體9固定為一體，而另一端與一個(gè)快速接插頭12密封連接(通過(guò)焊接或壓入的方式)?？焖俳宇^12滿足SAE J2044標(biāo)準(zhǔn)。隔熱管11的長(zhǎng)度要保證快速接插頭12端的溫度不能因?yàn)閲娮毂倔w9端的高溫而超過(guò)快速接插頭12的許可使用溫度。一般隔熱管11的長(zhǎng)度與其外徑的比例要大于8。隔熱管11可以采用金屬或者陶瓷制作。旋流芯3可以采用陶瓷、塑料或者金屬制作，采用金屬壓鑄成型，或者陶瓷燒結(jié)成型，或者粉末冶金燒結(jié)成型，或者塑料熱壓成型、塑料注射成型
1.r l ο
[0032]旋流芯3和噴孔板8依次從噴嘴本體9的前端裝入在噴嘴本體9上設(shè)置的孔13，旋流芯3上設(shè)有徑向流道15的一面緊貼隔熱管11的端面，噴孔板8又緊貼旋流芯3上設(shè)有旋流室1和切向流道2的另一端面，然后通過(guò)卡圈7和被卷壓抱緊的噴嘴本體9的唇邊6固定在噴嘴本體9上。這樣形成的旋流噴嘴流道將使流體通過(guò)隔熱管11流入旋流芯3上的徑向流道15，進(jìn)入孔13和旋流芯3的柱體側(cè)平面形成的軸向流道14，再通過(guò)切向流道2流入旋流室1。因?yàn)榍邢蛄魅?，就在旋流?中形成流體旋流。因?yàn)閲娍?與旋流室1的中心連通，構(gòu)成更大的旋流室，所以，流體就一邊旋轉(zhuǎn)一邊從噴孔5噴出，形成傘狀噴射。因?yàn)榍邢蛄鞯?的流通面積小于噴孔5的流體面積，所以旋流室1中的渦流強(qiáng)度較強(qiáng)，當(dāng)縮小旋轉(zhuǎn)半徑進(jìn)入噴孔5時(shí)，由于角動(dòng)量守恒，旋轉(zhuǎn)速度會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)，結(jié)果噴出流體形成薄霧狀。
[0033]當(dāng)流入隔熱管11的流體為壓縮空氣與液體的混合多相流時(shí)，密度較大的液體往往更多地均勻分布在旋流室的外圍，氣流帶動(dòng)液體從噴孔5噴出后，液體首先形成液膜，并且越來(lái)越薄，最后破碎成細(xì)小液滴，形成噴霧。
[0034]圖1所示旋流噴嘴，可通過(guò)鎖緊螺母10固定在噴射目標(biāo)的管壁上，可通過(guò)密封墊片4保持密封，例如固定在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管壁上。
[0035]圖2所示為本發(fā)明提供的旋流噴嘴的另一個(gè)實(shí)施例，其與圖1的差別在于取消了噴孔板，而將噴孔19直接加工在噴嘴本體18上，旋流芯3、隔熱管11等都與實(shí)施例一相同。因?yàn)閲娮毂倔w18上只有一端開(kāi)口 17可用于安裝旋流芯3，所以