CN103291421B - 空气辅助式还原剂计量喷射*** - Google Patents

空气辅助式还原剂计量喷射*** Download PDF

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Abstract

本发明提供的空气辅助式还原剂计量喷射***，它设有一设置在还原剂储存箱中的计量组件，该组件包括一有密封的壳体。本发明提供的空气辅助式还原剂计量喷射***由于所述还原剂输送装置和计量装置安装在上述密封的壳体内，同时，所述还原剂排出管道与压缩空气排出管道的相连通部分也位于上述密封的壳体内，或者即使位于上述密封的壳体外也接近壳体，而且整个壳体都安装在存放还原剂的还原剂储存箱内，由于还原剂储存箱内通常就已经设有加热装置，这样流经还原剂输送装置和计量装置的还原剂液体以及与压缩空气混合前的还原剂不会因外界的低温而冷凝，影响还原剂的工作。

Description

空气辅助式还原剂计量喷射***
技术领域
本发明涉及一种陆地车辆或非陆地车辆的发动机尾气净化装置。
背景技术
随着各国对陆地车辆或非陆地车辆的发动机排放限值日益严格，对发动机尾气净化的后处理技术需求十分凸显。目前，处理发动机排气中的NOx是通过尿素等作为还原剂来还原的，通过与还原剂反应，生成无毒、无害的气体或液体。例如，如果尿素作为还原剂，尿素在高温下排放出的NH3与发动机排气中的NOx在催化剂和温度的综合作用下进行反应，生成无毒的N2和H2O，从而达到进化的目的。
现有的空气辅助式还原剂计量喷射***，例如，公开号为CN101806238A的中国专利公开了一种还原剂喷射控制***，还原剂放在还原剂储存箱或容器18中，通过泵或其它动力装置12输送到尾气排放管处的喷嘴10，同时，另一路压缩空气从调压阀19排出也输送到喷嘴10，这样，使得还原剂雾化喷出与尾气混合反应。目前，出于控制还原剂输出量的需要，在上述输送管路中通常需要设有一计量装置例如计量泵或计量阀5对其进行精确计量。由于使用工况的温度变化较大，有时温度很低，还原剂液体会冷凝结冰。为此，现有的发动机尾气净化装置在还原剂储存容器中会设有加热器，例如，专利号为CN102209839A的中国专利公开了一种汽车内燃机排气中氮氧化物的选择性催化还原的方法，它在还原剂容器1中设有PTC-加热元件5对还原剂施加加热。然而，由于现有的还原剂动力输送装置和/或计量泵都设置在还原剂储存容器与喷嘴之间输送管路上，例如，专利公开号为CN101568707A的中国专利公开液态还原剂的计量装置，其还原剂输送装置220和计量阀230就设置在还原剂储存容器212和喷嘴之间的输送管上。这样，一旦在计量装置到还原剂储存容器之间的输送管内的液态还原剂溶液发生冷凝，还原剂输送装置和计量装置就无法工作，同时，还原剂也不能输送到喷嘴而进行还原反应。
为了使上述输送管中的液态还原剂不要冷凝，现有的还原剂喷射计量装置就需要采用数根例如3根或3根以上的电加热丝或发动机冷却水来对上述输送管内的还原剂进行加热以防止还原剂溶液在低温时结冻而导致整个喷射计量***不能工作。但是，该方案缺点很明显：1.需要另外的加热装置，成本高；2.加热器需要用消耗能源，功耗大；3.由于需要对管内的还原剂加热，加热装置的安装很复杂，而且一旦其中根加热管失效整个***可能会停止工作；4.一旦车型不同或发动机不同，就需要采用不同规格的加热管；5.加热装置结构复杂造成维修维护困难；6.一旦电加热管短路会造成起火的风险；而一旦水加热管破了，又将导致发动机冷却水泄露，从而导致发动损坏或不能启动，甚至存在安全隐患。
为此，人们一直希望一种空气辅助式还原剂计量喷射***除了在还原剂储存箱或容器中设置加热装置外，其它装置或管路上不再需要安装加热装置以克服上述缺点，但正如上面所描述的，现有的空气辅助式还原剂喷射计量装置或***的结构显然不能做到。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种空气辅助式还原剂计量喷射***，除了在还原剂储存箱或容器中设置加热装置外，其它装置或管路上不再需要安装加热装置。
为了实现解决上述技术问题，本发明提供的空气辅助式还原剂计量喷射***，它包括：
一用来存放还原剂的还原剂储存箱；
一设置在上述还原剂储存箱内对还原剂进行加热的加热装置；
一设置在上述还原剂储存箱中的计量组件，该组件包括一密封的壳体、设置在该壳体内的还原剂输送装置、一接收来自上述还原剂储存箱的还原剂并输入到所述的还原剂输送装置的进口管道、设置在上述壳体内并对来自还原剂输送装置的还原剂进行计量的计量装置以及从所述计量装置排出还原剂的排出管道；
一用来提供压缩空气的压缩空气发生装置，通过该压缩空气发生装置的一压缩空气排出管道排出的压缩空气与上述排出管道排出的还原剂混合使得所述压缩空气可以输送所述还原剂；
一尾气排放装置；
一设置上述尾气排放装置上的喷嘴，该喷嘴接收上述混合的压缩空气和还原剂后雾化喷射到上述尾气排放装置的尾气中；以及
一控制装置，它与上述还原剂输送装置、计量装置、尾气排放装置和加热装置相联并控制它们的工作。
进一步，在所述计量组件内设有一对其内部还原剂液体加热的第二加热装置。
所述计量装置是一计量阀。
所述计量装置是一计量泵。
所述还原剂输送装置是一泵。
所述壳体与还原剂输送装置的进口管道连接处设有密封圈。
所述壳体与压缩空气排出管道的相连接处设有密封圈。
所述壳体与还原剂的排出管道连接处设有密封圈。
所述壳体表面涂有防腐材料。
所述壳体由防腐材料制成。
所述还原剂排出管道与压缩空气排出管道的相连通部分位于所述壳体的内部。
所述还原剂排出管道与压缩空气排出管道的相连通部分位于所述壳体的外部，但较接近壳体。
在本发明的空气辅助式还原剂计量喷射***，所述还原剂输送装置和计量装置可以集成在一起。
在本发明的空气辅助式还原剂计量喷射***中，所述还原剂输送装置和计量装置由一具有流体输送功能和计量功能的装置代替。
在本发明的空气辅助式还原剂计量喷射***，所述还原剂输送装置和计量装置由一计量泵代替。
在本发明的所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，所述计量组件固定在所述还原剂储存箱的侧面。
在本发明的所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，所述计量组件固定在所述还原剂储存箱的底部。
在本发明的所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，所述计量组件固定在所述还原剂储存箱的顶部。
本发明提供的空气辅助式还原剂计量喷射***由于所述还原剂输送装置和计量装置安装在上述密封的壳体内，同时，所述还原剂排出管道与压缩空气排出管道的相连通部分也位于上述密封的壳体内或者，即使位于上述密封的壳体外也接近壳体，而且整个壳体都安装在存放还原剂的还原剂储存箱内，由于还原剂储存箱内通常就已经设有加热装置，这样流经还原剂输送装置和计量装置的还原剂液体以及与压缩空气混合前的还原剂不会因外界的低温而冷凝，影响还原剂的工作。而混合后的还原剂由于与压缩空气混合传输就不再会冷凝。从而避免了现有技术中由于还原剂输送装置和计量装置暴露在空气中以及还原剂液体与压缩空气混合前的管路全部或绝大部分暴露在空气中，必须另外再安装加热装置对该传输管路中的还原剂进行加热，而本发明则从根本上可省去另外安装加热装置，这样，与现有技术相比，本发明的还原剂喷射计量装置的结构大大简单、紧凑，计量精度高，且能耗低；安装、维护十分方便；成本优势也明显，也可适用于尿素溶液、柴油、醇类等还原剂的计量和输送。
附图说明
图1是本发明提供的空气辅助式还原剂计量喷射***的一个实施例的结构示意图。
图2是图1的空气辅助式还原剂计量喷射***的计量组件的第一实施例的结构示意图。
图3是图1的空气辅助式还原剂计量喷射***的计量组件的第二实施例的结构示意图。
图4是图1的空气辅助式还原剂计量喷射***的计量组件的第三实施例的结构示意图。
图5是图1的空气辅助式还原剂计量喷射***的计量组件的第四实施例的结构示意图。
图6是的空气辅助式还原剂计量喷射***的计量组件与还原剂储存箱的固定连接方式的一个实施例的示意图。
下面结合附图对本发明的实施例的详细描述，通过该描述从而对本发明的目的、技术手段及达到的技术效果更加清楚。
具体实施方式
参见图1，本发明提供的空气辅助式还原剂计量喷射***包括用来存放还原剂的还原剂储存箱3、设置在上述还原剂储存箱内对还原剂进行加热的加热装置11、用来输送或提供压缩空气的压缩空气发生装置13、设置在上述还原剂储存箱3中的计量组件1、尾气排放装置10、喷嘴2和控制装置5。压缩空气发生装置13可以是一空气压缩机，或者是一储存有压缩空气的储气罐。
还原剂储存箱3通常可存放有尿素溶液、柴油、醇类等还原剂。加热装置11可采用例如PTC或电阻加热丝等，来对还原剂进行加热，也可以利用发动机的冷却水的热量进行加热，这些都是现有技术中已经采用的，这里就不再详述。加热装置11通常设置在靠近计量组件1的还原剂进口(下面将要描述)附近以便对进入计量组件1的还原剂有效加热。与现有技术类似，喷嘴2设置在尾气排放装置10上，它的一端通过混合液输送管4与混合的压缩空气和还原剂的出口(下面将要描述)相连并接收该混合的压缩空气和还原剂并将其雾化后喷射到尾气排放装置10的尾气中。
计量组件1可以固定在还原剂储存箱3的底部、侧面或顶部(下面将要描述)。
与现有技术类似，控制装置5可接受到来自发动机的各种信号，同时，控制装置5通过控制线束6与前排气温度传感器12、设置在尾气排放装置10上的后处理反应器14的后排气温度传感器7、氮氧化物传感器8和计量组件1的还原剂的温度传感器(图中未示出)相连，并接收这些传感器的信号，同时还与加热装置11、计量组件1的还原剂输送装置和计量装置(下面将要描述)相联并控制它们的工作。计量组件1的还原剂温度传感器可设置在靠近还原剂溶液流过的管道表面或附近。通过接收来自发动机的信号以及计量组件1的还原剂温度传感器的信号来判断还原剂储存箱3中的还原剂是否需要加热。如需加热，则先通过控制装置5的控制部件15的开启给还原剂储存箱3加热，将还原剂储存箱3箱中的结冻的还原剂加热为液体还原剂。通过控制器5发送信号可给计量组件1启动还原剂输送装置和计量装置(下面将要描述)工作，同时打开来自压缩空气发生装置13的阀门，这样，压缩空气通过管道9与精确计量的还原剂混合后通过混合液输送管4输送到一设置在尾气排放装置10上的喷嘴2，该喷嘴2将还原剂混合液雾化后喷到排气管10中，与发动机废气在设置在尾气排放装置10上的后处理反应器14中进行化学反应，以达到净化排气中的有害废气的目的。
参见图2，计量组件1包括一密封的壳体104、设置在该壳体内的还原剂输送装置111、一接收来自还原剂储存箱3的还原剂并输入到还原剂输送装置111的进口管道102a、从所述计量装置排出还原剂的排出管道103a以及设置在壳体104内并对来自还原剂输送装置的还原剂进行计量的计量装置112。排出来自压缩空气发生装置13的压缩空气的管道9与上述排出管道103a在计量组件1相连通。排出管道103a与混合液输送管4相连通，这样，从排出管道103a排出的混合的压缩空气和还原剂就进入到混合液输送管4。还原剂输送装置111通过管道104a与计量装置112相连。进口管道102a通过还原剂进102与还原剂储存箱3相连通。还原剂储存箱3的还原剂从还原剂进102通过进口管道102a进入压缩空气发生装置13，经过还原剂输送装置111的动力输送后再通过管道104a输送到计量装置112。压缩空气发生装置13的压缩空气通过管道9进入管道103a。管道9与排出管道103a的相连通部分位于壳体104的内部。同时，从计量装置112排出的还原剂也进入排出管道103a，这样进入排出管道103a的压缩空气就与进入排出管道103a的还原剂混合进入混合液输送管4。还原剂输送装置111可以是各种泵，例如，离心泵、齿轮泵。正如现有技术一样，计量装置112可以是计量阀或计量泵。
在图2所示的计量组件1的第一实施例中，密封的壳体104是一个大的密封的外壳，还原剂输送装置111、计量装置112、一部分管道9、一部分还原剂进口管道102a、一部分排出管道103a以及管道104a的全部被安装在壳体104内，这样，在管道102a与壳体104相连接的位置A、管道9与壳体104相连接的位置B、管道103a与壳体104相连接的位置C处设有密封装置，例如，通过密封圈或密封胶密封以防止还原剂储存箱3的还原剂渗透到壳体104内。这样，还原剂输送装置111、计量装置112及包含在壳体104内的管道就被完全密封在壳体104中，即使计量组件1沉浸在还原剂储存箱3的还原剂中，它们也不受还原剂液体的影响。如果还原剂有腐蚀性，密封的壳体104表面可以涂上防腐的涂层或外加一个防腐罩壳。当然，壳体104也可以选择耐腐蚀的材料，例如，不锈钢，制成。在管道104a的外表面设置有一温度传感器19，它用来测量流过该管道内的还原剂的温度。该温度传感器19通过控制线束6的一根控制线在K端与控制装置5相连，同时该控制线还与还原剂输送装置111和计量装置112相连使得控制装置5可以控制还原剂输送装置111和计量装置112的工作，例如，开启和关闭。当然，该温度传感器19也可以设置在其他管道上，例如，管道102a或103a上，甚至也可以设置在还原剂储存箱3中。从上面的描述可以看出，在该实施例中，流经还原剂输送装置111、计量装置112的还原剂以及与压缩空气混合前的还原剂都位于壳体104内，从而保证其温度与还原剂储存箱3中的还原剂温度接近并可以受到加热装置11的加热。当然，对于本领域的技术人员，如果上述管道102a、103a和管道9与壳体104形成紧密配合并密封，上述密封装置也可以省去。
另外，还原剂输送装置111、计量装置112可以集成在一起，或由一具有流体输送功能和计量功能的装置，例如计量泵，来代替。
根据图2可以看出，密封的壳体104主要是用来密封还原剂输送装置111、计量装置112及其内部的传输还原剂的管道，以便其可以放置在还原剂储存箱3中。参见图3，它是计量组件1的第二实施例。该实施例与图2的实施例的区别是：图2中的密封的壳体104实际上是由还原剂输送装置111的壳体1104、计量装置112的壳体2104、管道104a的外壳以及管道104a与壳体1104和壳体2104连接处D、E的密封(图中未示意出)组成。如果还原剂具有腐蚀性而管道104a的外壳没有防腐能力，可以在管道104a的外表面加上防腐涂层。与图2的第一实施例相似，在管道102a与外壳1104连接处的A处、管道103a与外壳2104连接处的F处设有密封装置，例如，通过密封圈或密封胶密封。然而在该实施例中，管道9与103a的相连通部分位于壳体2104的外部，但是靠近壳体2104。事实上，本发明恰恰正是可以使得该相连通部分任意靠近壳体2104，这样，仍能保证流出计量装置112并与流出管道9的压缩空气混合前的还原剂溶液仍十分接近还原剂储存箱3的还原剂的温度，同样能实现本发明的目的。至于与壳体2104靠近多少距离，本领域的技术人员可以根据具体结构容易设置，通常可在1-5cm，以保证流出计量装置112并与流出管道9的压缩空气混合前的还原剂溶液温度仍较高，接近还原剂储存箱3中的还原剂的温度因而不会冷凝。
参见图4，它是计量组件1的第三实施例。该实施例与图3中的第二实施例的区别就是管道9与103a的相连通部分位于壳体2104的内部。这样，与图2的第二实施例相似，流经还原剂输送装置111、计量装置112的还原剂以及与压缩空气混合前的还原剂都位于壳体1104或2104内，从而保证其也可以受加热装置11的加热。
参见图5，它是计量组件1的第四实施例。该实施例与图2中的实施例的区别就是在密封的壳体104内再设有一加热装置109，以进一步可对流出计量装置112并与流出管道9的压缩空气混合前的还原剂进行加热。应该指出的是，正如上面的描述，没有该加热装置109，本发明的空气辅助式还原剂计量喷射***同样能实现本发明的目的。但是，设有该加热装置109可以进一步防止在极端气温下，计量组件1内的还原剂冷凝。
图6是本发明的空气辅助式还原剂计量喷射***的计量组件1与还原剂储存箱3的固定连接方式的一个实施例的示意图。参见图6，计量组件1通过法兰139采用螺钉或螺栓149固定在还原剂储存箱3的侧面，通常是靠近压缩空气发生装置13的侧面。在还原剂储存箱3的侧面设有两个孔，管道9和混合液输送管4分别从该两个孔伸到外面与压缩空气发生装置13和喷嘴2相连。法兰139可以是计量组件1的右侧面的延伸，也可以是一个整体法兰通过焊接或螺栓固定在该右侧面。
正如上面已经描述，流出管道9和混合液输送管4与计量组件1的外壳已经密封。流出管道9与还原剂储存箱3的侧面连接处M上设有一密封装置，例如密封圈或密封胶，进行密封。同样，混合液输送管4与还原剂储存箱3的侧面连接处N上设有一密封装置，例如密封圈或密封胶，进行密封。当然，对本领域的技术人员，在上述固定方式的技术上可以很容易地根据具体的结构将计量组件1固定在还原剂储存箱3的底面或上表面，其固定方式可采用螺钉或螺栓，也可以采用其他常用的机械规定方式。
通过上面的描述，可以清楚的看出，本发明提供的空气辅助式还原剂计量喷射***由于所述还原剂输送装置111和计量装置112安装在上述密封的壳体104或壳体1104和2104组合的壳体内，同时，管道9与103a的相连通部分也位于上述密封的壳体104内或也容易设置在接近上述壳体104，而且整个壳体104都安装在存放还原剂的还原剂储存箱3内部，而还原剂储存箱3通常就设有加热装置11，这样还原剂输送装置111和计量装置112以及与压缩空气混合前的还原剂都可以受加热装置11加热，不会因外界的低温而造成流经还原剂输送装置111和计量装置112的还原剂溶液(液体)冷凝，影响还原剂的工作。而与来自压缩空气发生装置13的压缩空气混合后的还原剂由于与受压缩空气带动而传输到喷嘴2的过程中不再会冷凝。而现有的空气辅助式还原剂计量喷射***，由于还原剂输送装置111和计量装置112设置在还原剂储存箱3和喷嘴之间的输送管上，这样，不但流经还原剂输送装置111以及计量装置112的还原剂液体完全暴露在空气中，而且从还原剂输送装置111和计量装置112流出的液体在与压缩空气混合前流经的管道完全或绝大部分更是暴露在空气中(因为还原剂与压缩空气混合通常是在从还原剂输送装置111和计量装置112排出后)，因而必须另外安装加热装置对管路中的液体还原剂再进行加热，而本发明则从根本可以省去现有技术的还原剂液体输送管道需安装另外的加热装置，克服了人们一直试图尝试克服的现有技术的诸多缺陷，正如前面所描述的，达到了显著的技术效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种调整、变化和改进，这些调整、变化和改进在不偏离本发明的基本原理和主要特征的情况下都应该落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书限定。

Claims (20)

1.一空气辅助式还原剂计量喷射***，它包括：
一用来存放还原剂的还原剂储存箱；
一设置在上述还原剂储存箱内对还原剂进行加热的加热装置；
一设置在上述还原剂储存箱中的计量组件，该组件包括一密封的壳体、设置在该壳体内的还原剂输送装置、一接收来自上述还原剂储存箱的还原剂并输入到所述的还原剂输送装置的进口管道、设置在上述壳体内并对来自还原剂输送装置的还原剂进行计量的计量装置以及从所述计量装置排出还原剂的排出管道；
一用来提供压缩空气的压缩空气发生装置，通过该压缩空气发生装置的压缩空气排出管道排出的压缩空气与上述排出管道排出的还原剂混合使得所述压缩空气输送所述还原剂；
一尾气排放装置；
一设置上述尾气排放装置上的喷嘴，该喷嘴接收上述混合的压缩空气和还原剂后雾化喷射到上述尾气排放装置的尾气中；以及
一控制装置，它与上述还原剂输送装置、计量装置、尾气排放装置和加热装置相联并控制它们的工作;
其中：所述还原剂的排出管道与压缩空气排出管道的相连通部分位于所述壳体的内部；或者所述还原剂排出管道与压缩空气排出管道的相连通部分位于所述壳体的外部，但较接近所述壳体。
2.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，在所述计量组件内设有一对其内部还原剂液体加热的加热装置。
3.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述计量装置是一计量阀。
4.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述计量装置是一计量泵。
5.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述还原剂输送装置是一泵。
6.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述壳体与还原剂输送装置的进口管道连接处设有密封圈。
7.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述壳体与压缩空气进口连接处设有密封圈。
8.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述壳体表面涂有防腐材料。
9.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述壳体由防腐材料制成。
10.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述壳体与还原剂的排出管道连接处设有密封圈。
11.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述壳体与压缩空气排出管道的相连接处设有密封圈。
12.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述壳体与还原剂的排出管道紧密配合。
13.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述壳体与还原剂输送装置的进口管道紧密配合。
14.如权利要求11所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述壳体与压缩空气排出管道紧密配合。
15.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述还原剂输送装置和计量装置集成在一起。
16.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述还原剂输送装置和计量装置由一具有流体输送功能和计量功能的装置代替。
17.如权利要求16所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述还原剂输送装置和计量装置由一计量泵代替。
18.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述计量组件固定在所述还原剂储存箱的侧面。
19.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述计量组件固定在所述还原剂储存箱的底部。
20.如权利要求1所述的空气辅助式还原剂计量喷射***，其特征在于，所述计量组件固定在所述还原剂储存箱的顶部。
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