本發(fā)明屬于發(fā)動機排氣后處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及發(fā)動機排氣后處理的NOx選擇催化還原（SCR）系統(tǒng)及其控制技術(shù)。

背景技術(shù)：

液體噴射計量在化工、醫(yī)療和動力機械等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，尤其涉及內(nèi)燃機動力的多項核心技術(shù)。例如，柴油發(fā)動機或者稀薄燃燒的缸內(nèi)直噴汽油機，為降低尾氣中的有害污染物，針對NOx污染物，采用能夠在富氧環(huán)境下進行催化還原處理的NOx選擇性催化還原（SCR= Selective Catalytic Reduction）技術(shù)。針對柴油機的顆粒物排放，采用柴油機顆粒物過濾捕集器（DPF=Diesel Particulate Filter）技術(shù)等。

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，或者添藍液AdBlue）定量噴射進柴油機排氣中，通過排氣高溫分解成氨氣，與排氣混合后進入SCR催化轉(zhuǎn)換器。在催化劑的作用下，氨氣就會與發(fā)動機排氣中的NOx等發(fā)生催化還原反應(yīng)，使NOx分解為無害的N₂、H₂O。如果DEF噴射量與排氣中的NOx含量不相匹配，那么要么NOx不能夠被充分還原分解，排放量增加，要么剩余不少氨氣排到大氣中，造成二次污染。因此SCR系統(tǒng)必然需要精度較高的SCR計量噴射裝置以及霧化效果好的噴射溶液。因此，將噴射器安裝于排氣管上的方式以其噴射精度、靈活性、廣泛適應(yīng)性和較低的成本等優(yōu)點，被廣泛采用。

然而，排氣管安裝方案對噴射器本身有較高的選擇性。首先，由于排氣高溫可能導(dǎo)致噴射器出現(xiàn)化學(xué)變化后的結(jié)晶體，從而導(dǎo)致管路堵塞或者噴射器失效等嚴重后果。此外，由于尿素本身的特性，管路中殘留的溶液可能出現(xiàn)結(jié)晶或者析晶等現(xiàn)象而堵塞噴射器。

綜上，用現(xiàn)有技術(shù)解決SCR系統(tǒng)中排氣高溫對噴射器損傷的問題以及殘留溶液結(jié)晶、析出等問題是一個重要的研究課題。提出一種結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，便于應(yīng)用的新技術(shù)方案也是十分有必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述問題，之目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性好，控制精度高的后處理噴射裝置，尤其應(yīng)用于不需要氣體輔助霧化和清除殘余溶液的SCR噴射計量系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案，即，一種SCR液體噴射裝置，包括一種SCR液體噴射裝置，包括計量單元以及安裝于發(fā)動機排氣管上的噴射器。所述噴射器包括一個冷卻裝置，以防止噴射器受排氣高溫損壞。所述計量單元可以是螺線管脈沖泵裝置，為噴射器提供壓力溶液，噴射器將高壓溶液霧化噴入排氣管道中與排氣混合。計量單元與噴射器之間可以通過高壓連通。

所述冷卻裝置包括一個熱交換器，如，散熱片。通過對流換熱和熱輻射方式將噴射器的熱量帶到大氣中。

進一步，所述冷卻裝置包括一個氣體通道，一個氣源，一個儲壓容積，一個通向儲壓容積的單向閥，所述儲壓容積與氣源串聯(lián)，可預(yù)先儲存高壓氣。冷卻裝置利用從儲壓容積進入的穩(wěn)定空氣流帶走噴射器的熱量。同時，噴射器噴射溶液時噴射器周圍產(chǎn)生的真空場可以進一步加速以及形成定向氣流，增強冷卻效果。

所述氣源可以是汽車進氣增壓器。

所述噴射器包括一個依靠壓力開啟的噴射器閥，當噴射器閥前后壓差達到噴射器預(yù)設(shè)開啟壓力時，噴射器閥開啟并噴射尿素液。所述噴射器閥可以是一個球閥或者是一個提升閥。所述球閥噴射器包括一個噴孔，噴射器的流量受噴孔的尺寸限制。所述提升閥噴射器之流量受提升閥閥件的尺寸和升程限制。

進一步，所述噴射器包括一個旋流道。旋流道位于噴射器閥與噴孔之間，形成與噴射方向垂直的切向速度以有利于霧化。

對于上述噴射器，另一種可供選擇的方案為：所述噴射器為一個依靠電磁力開啟的電磁噴嘴閥，包括一個電磁噴射器閥和噴孔。電磁噴射器閥在電磁力的驅(qū)動下開啟，其噴射量由電磁噴射器閥開啟的時間決定。

為了提高噴射的計量精度，通過脈沖泵和一個壓力傳感器在輸液管路中形成一個恒壓源，所述壓力傳感器安裝在輸液管路中，通過壓力傳感器的信號實現(xiàn)對脈沖泵的閉環(huán)控制以達到輸液管路壓力恒定的目標，從而達到提高噴射器計量精度的目的。

一種應(yīng)用所述SCR液體噴射裝置的SCR噴射系統(tǒng)，包括一個安裝于排氣管道之上的噴射器，一個位于噴射器上游的引射真空裝置。所述噴射器將，所述計量單元為引射真空裝置提供引射流體，當后處理過程結(jié)束，溶液經(jīng)過引射真空裝置流出，高速流動液體在噴射器至引射裝置之間段形成負壓，以回抽清掃管路中殘余溶液。

上述，SCR系統(tǒng)包括一個尿素罐，一個端蓋，一個支架。所述計量單元包括一個計量泵，所述計量泵可以是螺線管柱塞泵，安裝于支架的一端，并通過支架伸入至尿素罐的底部，溶液可以通過自重進入計量泵內(nèi)。支架的另一端固定于端蓋之上，端蓋安裝于尿素罐之頂部。所述引射真空裝置安裝與端蓋之上，位于尿素罐之外側(cè)。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的SCR液體噴射裝置之噴射器結(jié)構(gòu)示意圖之一。

圖2為本發(fā)明提供的SCR液體噴射裝置之噴射器結(jié)構(gòu)示意圖之二。

圖3為本發(fā)明提供的SCR液體噴射裝置之冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖之一。

圖4為本發(fā)明提供的SCR液體噴射裝置之冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖之二。

圖5為本發(fā)明提供的SCR液體噴射裝置之實施例結(jié)構(gòu)示意圖之一。

圖6為本發(fā)明提供的SCR液體噴射裝置之實施例結(jié)構(gòu)示意圖之二。

具體實施例

如圖1所示，為本發(fā)明提供的SCR液體噴射裝置之噴射器結(jié)構(gòu)示意圖，包括一個所述噴射器1包括一個過濾器10，一個依靠壓力開啟的噴射閥5，一個旋流道4，一個旋流噴孔3，一個冷卻裝置2。

所述依靠壓力開啟的噴射閥5包括一個閥座5a，一個閥件5b和一個閥簧5c。所述旋流道4位于噴射閥5出液方向之前端，高壓液體由噴射閥5壓出后進入旋流道4，經(jīng)旋流后由旋流噴孔3呈霧化狀態(tài)噴出。噴射閥5可以是球閥或者是外開式的提升閥。

所述冷卻裝置2之具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，包括氣體通道12，氣源15，儲壓容積15b，通向儲壓容積的單向閥15a，噴射器1本體安裝孔13，定位孔11。冷卻裝置2通過噴射器本體1安裝孔13安裝于噴射器本體1噴射端，并與噴射器本體1緊密連接。所述氣體通道12連接氣源15，冷卻裝置2利用從儲存容積15b進入的空氣流帶走噴射閥5處的熱量。此外，噴射閥5噴射溶液時周圍產(chǎn)生的真空場也可以進一步加速以及形成定向氣流，起到更好的冷卻效果。

所述氣源15空氣可以是車輛剎車器或者增壓器之進氣，尤其是中冷器之后的進氣。

上述冷卻裝置2的一種可供選擇的方案，如圖4所示，包括一個依靠空氣冷卻的散熱器14，通過對流換熱和熱輻射方式將噴射器的熱量帶到大氣中。

進一步，上述噴射器1包括一個電磁式噴射閥開啟保持裝置6。所述開啟保持裝置6包括一個螺線管裝置7，一個電樞8，一個頂桿9。所述螺線管裝置7包括一個信號接收口7a。所述電樞8包括單向開口的電樞槽8a和周向布置的通槽8b，通槽8a作為液體進入的通道。所述頂桿9與電樞8同軸布置，一端置于電樞槽8a內(nèi)，并固定，頂桿另一端作用于閥簧5c之上。電樞8在電磁力驅(qū)動下帶動頂桿9運動，頂桿9克服噴射閥5之閥簧力使得噴射閥5保持開啟，以便在引射狀態(tài)形成引射流體運動。

上述噴射器1之工作過程如下。

由計量噴射單元（圖中未示出）提供的高壓噴射液經(jīng)過濾器10過濾后，進入噴射道16，當溶液壓力到達噴射閥5預(yù)設(shè)開啟壓力時，噴射閥5打開，噴射液進入旋流道4，經(jīng)旋流后的溶液通過旋流噴孔3霧化噴出，所述噴射閥5之噴射量由閥件5b的尺寸和升程決定。同時，高速噴出的液體在噴射口周圍形成負壓，進一步導(dǎo)致進入氣體的定向流動，提高冷卻效果。當系統(tǒng)進入引射狀態(tài)時，螺線管裝置7驅(qū)動電樞8以及頂桿9，使噴射閥5保持開啟狀態(tài)。由于上端產(chǎn)生的負壓，噴射器1形成抽回的流體運動，通過旋流噴孔3吸入外部氣體以清掃殘留在噴射器1及前端管道中（圖中未示出）的噴射液。

圖2為本發(fā)明提供的SCR液體噴射裝置之噴射器結(jié)構(gòu)示意圖，與本發(fā)明提供的第一結(jié)構(gòu)示意圖與第二結(jié)構(gòu)示意圖之主要區(qū)別在于：所述噴射器1為一個電磁噴嘴。所述電磁噴嘴1包括一個電磁控制部件20，一個內(nèi)開閥30，一個進液嘴23，噴嘴前端29，冷卻裝置2。

電磁控制部件20包括噴嘴螺線管線圈26，磁軛28，磁隙28a以及噴嘴電樞25。內(nèi)開閥30包括閥件32，含座面31a的閥座31，與噴嘴電樞25連接的閥桿32a，內(nèi)開閥壓緊簧22，閥件32與閥桿32a以及噴嘴電樞25相連接，可采用焊接方式，在閥桿32a與噴嘴電樞25之間設(shè)有過液通道27。噴嘴前端29包括噴孔29a，噴孔29a可以是成一定角度的多孔，在進液嘴23的入口處布置有一個噴嘴過濾裝置24。

常態(tài)時，由于彈簧力以及溶液壓力作用，內(nèi)開閥30處于關(guān)閉狀態(tài)。當噴嘴螺線管26接受控制器（圖中未示出）工作信號，噴嘴電樞25帶動閥件32和閥桿32a克服內(nèi)開閥壓緊簧22的阻力向上運動，間隙25a代表內(nèi)開閥30的最大升程，這時溶液經(jīng)過噴嘴過濾器24穿過電樞內(nèi)孔25b、過液道27和噴嘴流道27a到達內(nèi)開閥30，然后經(jīng)過噴孔29a噴出形成噴霧30。

在系統(tǒng)進入溶液抽回階段時，將內(nèi)開閥30打開,噴射液從噴孔29噴出，外界氣體通過噴孔29a進入電磁噴嘴1體內(nèi)，連同其中的液體被回抽至儲液罐。

上述方案中，如果進液嘴23之前端液體壓力恒定，則通過噴孔29a的噴射量就與內(nèi)開閥30之開啟時間成正比。

圖5所示為本發(fā)明提供的SCR液體噴射裝置之實施例結(jié)構(gòu)示意圖之一，包括一個尿素罐35，一個支架36，一個端蓋37，一個脈沖泵38，一個高壓管39，一個噴射器2，一個引射真空裝置40，一個控制器41，一個帶有SCR催化轉(zhuǎn)換器42的排氣管道43，沿排氣流方向依次布置有溫度傳感器44以及NOx或者氨氣傳感器45，分別位于催化轉(zhuǎn)換器42兩側(cè)。

上述支架36包括脈沖泵固定臺46以及冷卻水加熱器47。所述端蓋37位于泵支架36的一端，脈沖泵38安裝在泵支架36另一端的固定臺46上，所述支架36通過端蓋37固定于尿素罐35上端面，其另一端連同固定于固定臺46上的脈沖泵38置于尿素罐35底部。

上述端蓋37包括位于尿素罐35內(nèi)部的各傳感器（包括溫度傳感器48、液位傳感器49等）以及冷卻水進液接口50和出液接口51，冷卻水加熱器通過進、出液接口（50、51）與發(fā)動機冷卻水道（未示出）連接，以解決各工作部件中尿素溶液結(jié)冰問題，溫度傳感器48可以封裝在液位傳感器49之電路保護管內(nèi)。

上述引射真空裝置40和控制器安裝于端蓋37之上，置于尿素罐35上部之外側(cè)。所述引射真空裝置40包括一個供液道52，一個噴射道53，一個引射道54，一個切換裝置55。所述引射道54通過管道將進入引射真空裝置的尿素溶液導(dǎo)回尿素罐35。所述控制器41用于給出各控制閥件以及脈沖泵工作信號，存儲各傳感器信息和來自發(fā)動機ECU（圖中未示出）的信號。

上述高壓管39連接脈沖泵38以及引射真空裝置40，其連接方式可以是快速接插或者是密封螺紋連接。脈沖泵38為系統(tǒng)提供噴射流體和引射流體。

上述噴射器1如圖1所示，包括一個依靠氣流散熱的冷卻裝置2，由定位孔11安裝于排氣管43安裝臺56之上，并通過螺栓57鎖緊。所述噴射器1之進液道58包括一個快接公頭58a，與兩端帶快接母頭的噴射導(dǎo)管59之一端母頭59a對接，噴射導(dǎo)管59的另一端與引射真空裝置40之噴射道53連通。

上述本發(fā)明之SCR系統(tǒng)之工作過程如下。

系統(tǒng)處于初始狀態(tài)時，切換裝置55以及電磁開啟裝置6處于關(guān)閉狀態(tài)。脈沖泵38將尿素罐35中工作溶液泵出，經(jīng)高壓管39進入引射真空裝置40之供液道52進入，由于切換裝置55關(guān)閉，高壓溶液經(jīng)噴射道53進入噴射導(dǎo)管59，并依靠溶液壓力開啟安裝于排氣管道43上的噴射器1，將尿素溶液以霧化的形式噴射進入排氣管43中，并在發(fā)動機排氣44高溫的作用下熱解為氨氣，與發(fā)動機排氣混合均勻進入SCR催化轉(zhuǎn)換器42，其中的NOx將被高效分解為無害的N₂和H₂O，達到凈化尾氣的目的。溫度傳感器45以及NO傳感器46將實時測量排氣溫度和轉(zhuǎn)換器42下游的NOx濃度或者氨氣濃度，反饋給控制器或者發(fā)動機控制器（未示出），用于判斷SCR系統(tǒng)對NOx的轉(zhuǎn)換效率，確定對噴射的工作液的實時閉環(huán)修正。同時，單向閥15a打開，氣源15提供的空氣從儲存容積15a經(jīng)導(dǎo)氣管60進入氣體通道12，并環(huán)繞噴射閥5，利用空氣流帶走噴嘴閥5的熱量。此外，噴射閥5噴射溶液時周圍產(chǎn)生的真空場也可以進一步加速以及形成定向氣流，增強冷卻效果。

當噴射過程結(jié)束時，控制器41給出信號，使脈沖泵38以給定的噴射流量保持工作狀態(tài)?？刂破?1驅(qū)動切換裝置55和電磁開啟裝置6開啟。尿素溶液從引射真空裝置40之引射道54輸出流回尿素罐35。而流動溶液則在噴射道53處產(chǎn)生真空壓差，此時，由于噴射器1之開啟保持裝置6作用處于開啟狀態(tài)，排氣管43中的氣體通過噴射器1被吸入，至引射真空裝置40的噴射道53形成回流氣體，從而達到回抽清掃管道中殘余溶液的目的。在回抽結(jié)束后，發(fā)動機完全停機，則噴射器1關(guān)閉。

本應(yīng)用例所述氣源15為車輛增壓器之進氣，尤其是中冷器之后的進氣。圖示壓氣機61由發(fā)動機廢氣渦輪62驅(qū)動，將大氣壓縮后送入增壓中冷器63，然后成為有壓力而溫度不高的發(fā)動機進氣被導(dǎo)入發(fā)動機進氣歧管（圖中未示出）。廢氣渦輪62利用來自發(fā)動機排氣歧管（圖中未示出）的發(fā)動機排氣64工作，廢氣渦輪62排出的發(fā)動機廢氣進入發(fā)動機排氣管43。氣源15來自于增壓中冷后的發(fā)動機進氣60a。

圖6為本發(fā)明提供的SCR噴射系統(tǒng)之第三實施例結(jié)構(gòu)示意圖，與本發(fā)明提供的第一實施例之主要區(qū)別之一在于：所述噴射器1為一個電磁噴射器閥（如圖2所示）。通過螺栓43安裝于排氣管道43之上，當控制器41發(fā)出給定脈寬的驅(qū)動信號后，開關(guān)閥打開，將計量噴射液噴射入排氣管道43中，并與尾氣流44混合后進入催化轉(zhuǎn)化器42，進行排氣處理。噴射過程結(jié)束進入回抽狀態(tài)時，噴射閥5保持開啟狀態(tài)，引射真空裝置40之切換裝置55同時切換至開啟狀態(tài)，系統(tǒng)進入回抽過程。與本發(fā)明提供的第一實施例之主要區(qū)別之二在于：包括一個安裝于噴射導(dǎo)管59之上的壓力傳感器66，由密封墊67密封。壓力傳感器66包括一個引線接口68，與控制器41連接。控制器41通過壓力傳感器66的壓力信號實現(xiàn)對脈沖泵38的閉環(huán)控制，以達到噴射導(dǎo)管59內(nèi)壓力恒定的目的，從而提高噴射器計量的精度。與本發(fā)明提供的第一實施例之主要區(qū)別之三在于：所述冷卻裝置2為一個散熱片裝置，通過對流換熱和熱輻射方式將噴射閥5處熱量帶到大氣中。

本發(fā)明提供的SCR噴射系統(tǒng)以及其它基于本發(fā)明精神實質(zhì)的進一步的方案均屬本發(fā)明公開和保護的范圍之內(nèi)。