CN204402628U - 一种用于scr尾气后处理***的循环水冷却式尿素注射装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于SCR尾气后处理***的循环水冷却式尿素注射装置，包括尿素注射装置、隔热装置和循环水冷却装置；本实用新型尿素注射装置的结构决定了喷嘴更加易于更换和安装；挡热板、挡热罩对来自排气管的热辐射进行了有效的阻隔，减小热辐射对该循环水冷却式尿素注射装置的直接作用；所述循环水冷却装置使用的冷却水取自发动机循环冷却水进水口前端支路；冷却水可以很好的带走循环水冷却式尿素注射装置上和来自于喷嘴内部的热量，降低喷嘴内部温度，保证了喷嘴运行的可靠性，延长了喷嘴使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及内燃机排气净化处理技术领域，尤其涉及一种用于SCR(Selective Catalytic Reduction选择性催化还原技术)尾气后处理***的自循环冷却式尿素注射装置。
背景技术
现有技术中，内燃机尤其是柴油内燃机的排气中含有大量的颗粒物，(PM,Particulate Matter，指大气中的固体或液体颗粒状物质)和氮氧化物，对大气环境造成严重污染；这不符合现行的以及今后将颁布的环境保护相关法律法规的规定。
现有技术中，用于内燃机排气处理的方法存在一个缺点，即对PM和氮氧化物的净化处理无法同时实现，二者之间相互冲突；例如，采用废气再循环***(EGR,Exhaust Gas Recycle，内燃机在燃烧后排出的气体中含氧量极低甚至是没有，此排出气体与吸气混合后会使吸气中氧气浓度降低，因此会产生下列现象:比大气更低的含氧量在燃烧时(最高)温度会降低，会抑制氮氧化物(NOx)的产生；燃烧温度降低时，汽缸与燃烧室壁面、活塞表面的热能发散会降低，另外因热解离造成的损失也会有些微降低；燃油引擎其部分负荷为汽缸内在非EGR时为了提供等量的氧气量(为了得到同一轴的出力)，因此需要将油门开大，结果吸气时的吸油(油门)损失较低，燃料消费率会提高)技术净化处理内燃机排气，虽然可以实现排气中氮氧化物的含量大幅度降低，但排气中PM的含量反而升高，且燃油成本提高；采用高压喷射技术净化处理内燃机排气，有利于降低排气中PM的含量，但往往会使排气中氮氧化物的含量升高。
近年来，技术人员又开始关注内燃机HCCI(HomogeneousCharge Compression Ignition均质混合气压燃技术，装备HCCI技术的发动机的技术结构比一般发动机要复杂(相比那些“经典”发动机)，当汽油机的压缩冲程快结束时，汽油通过直喷油咀喷进汽缸，HCCI发动机压缩比比普通的汽油机高，所以喷出的小油滴在压缩冲程完成时有时间在汽缸内形成均匀的分布，这时汽缸的压力足够使均匀分布的油滴自动压燃，所有的燃料都在同一时间点燃，所 以提高了燃油的使用效率(传统的汽油和柴油机都是非均匀的扩散式燃烧，在扩散的同时浪费了部分的能量)而且由于它采用压缩点燃的缘故，可以采用相当稀薄的混合气，因此可以按照变质调节的方式，直接通过调节喷油量来调节扭矩，不需要节气门；HCCI发动机的燃烧温度低，对燃烧室壁的传热很低，能够减少辐射热的传递，还能大幅降低氮氧化合物的形成)，希望从内燃机内同时降低PM和氮氧化物的含量，但HCCI技术适用的工况范围有限，内燃机模式切换控制复杂，且降低排气中PM和氮氧化物含量的效果不明显。
随着人类对大气保护意识的增强，国内外陆续颁布的环境保护相关法律法规逐步趋于严格化，对此，技术人员不得不采用后处理技术来净化处理内燃排气。
SCR后处理技术的基本原理是向内燃机排气中喷射燃油或者另外添加还原剂，利用合适的催化剂促使还原剂与氮氧化物发生化学反应生成氮气(N2)，同时抑制还原剂与氧气的非选择性氧化反应；例如，以氨(NH3)为还原剂的SCR后处理技术处理排气时，发生的主要化学反应如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O；
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O；
8NH3+6NO2→7N2+12H2O；
2NO2+2NH3→NH4NO3+N2+H2O。
由于氨具有较高的腐蚀性，液氨和氨水的储存和运输都很困难，因而氨不能直接用于车载SCR后处理***。
针对氨作为还原剂的上述缺陷，技术人员通常采用尿素水溶液来提供还原剂；实践表明，浓度为32.5％的尿素水溶液具有最低的凝固点，其凝固点为-11℃，故国际上普遍采用浓度为32.5％的尿素水溶液来提供SCR后处理技术的还原剂，并将其命名为AdBlue(柴油机尾气处理液，国内俗称为汽车尿素，车用尿素，汽车环保尿素，是SCR技术中必须要用到的消耗品；其组成成分为32.5％的高纯尿素和67.5％的去离子水)。
采用SCR后处理技术净化处理内燃机排气，如果采用尿素水溶液来提供还原剂，需要将尿素水溶液喷射向排气；向排气中喷射尿素水溶液时，需要综合考虑氮氧化物的浓度、催化剂的工作状况和氨的泄漏量等因素；具体地，向排气中喷射尿素水溶液时需要精确控制尿素水溶液的喷射量的要求，使得在氨的泄漏量最高不超过25ppm、平均不超过10ppm的条件下，氮氧化物的转化效率 最高。
因此，对SCR后处理技术来说，如何实现尿素水溶液的精确计量和尿素注射装置的冷却成为技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于SCR尾气后处理***的循环水冷却式尿素注射装置，其尿素注射装置的结构决定了喷嘴更加易于更换和安装；尿素溶液腔可以减小喷射管路内的压力对喷嘴内部的冲击；挡热板、挡热罩对来自排气管的热辐射进行了有效的阻隔，减小热辐射对该循环水冷却式尿素注射装置的直接作用；挡热罩和喷嘴座突出部形成的隔热腔起到了进一步的隔热作用；半遮挡式的喷射口有效减小了喷嘴喷射端在高温排气内的暴露面积，继而降低高温排气对喷嘴喷射端的炙烤程度，延长了喷嘴的使用寿命和整个注射***的可靠性；所述循环水冷却装置使用的冷却水取自发动机循环冷却水进水口前端支路；冷却水可以很好的带走循环水冷却式尿素注射装置上和来自于喷嘴内部的热量，降低喷嘴内部温度，保证了喷嘴运行的可靠性，延长了喷嘴使用寿命。
为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：一种用于SCR尾气后处理***的循环水冷却式尿素注射装置，所述自循环冷却式尿素注射装置包括尿素注射装置、隔热装置和循环水冷却装置；
所述尿素注射装置包括喷嘴座、喷嘴、喷嘴帽和尿素溶液腔；喷嘴安装固定在喷嘴座内，并通过自带的第一喷嘴O形密封圈及喷嘴耐热密封圈与喷嘴座的内壁进行密封，形成冷却腔；所述喷嘴帽安装固定喷嘴座上部，喷嘴上端***喷嘴帽中，喷嘴通过自带的第二喷嘴O形密封圈与喷嘴帽的内部进行密封，形成尿素溶液腔；
所述隔热装置包括挡热板、挡热罩、隔热腔及半遮挡式的喷射口；所述挡热板安装固定在喷嘴座背部的法兰盘上表面；所述挡热罩套在喷嘴座的下突出部，并在与喷嘴座接触的部位焊接固定，挡热罩与喷嘴座下突出部之间形成半密封的隔热腔；所述半遮挡式的喷射口由喷嘴座下端和挡热罩下端形成，半遮挡式的喷射口朝向排气管内部；
所述循环水冷却装置包括喷嘴座、第一快速接头、第二快速接头、冷却腔、冷却水进液道、第一冷却水流道、冷却水回流道、第二冷却水流道、第一快速 接头O形橡胶密封圈和第二快速接头O形橡胶密封圈；所述第一快速接头和第二快速接头分别安装固定在喷嘴座上，第一快速接头通过第一快速接头O形橡胶密封圈与喷嘴座密封固定，第二快速接头通过第二快速接头O形橡胶密封圈与喷嘴座密封固定；所述冷却水进液道位于第一快速接头内，冷却水回流道位于第二快速接头内，第一冷却水流道、第二冷却水流道位于喷嘴座内，分别连通冷却水进液道、冷却水回流道和冷却腔。
所述隔热装置还包括耐高温隔热密封垫圈，所述耐高温隔热密封垫圈安放在喷嘴座下平面上。
所述隔热装置还包括隔热涂层，所述隔热涂层涂刷在挡热罩的外表面上。
本实用新型具有如下有益效果：
所述循环水冷却式尿素注射装置的尿素注射装置包括了喷嘴座、喷嘴、喷嘴帽、尿素溶液腔，三者的组装方式决定了喷嘴更加易于更换和安装；尿素溶液腔可以减小喷射管路内的压力对喷嘴内部的冲击；
所述隔热装置包括了挡热板、挡热罩、隔热腔、隔热涂层、耐高温隔热密封垫圈及半遮挡式的喷射口；挡热板、挡热罩对来自排气管的热辐射进行了有效的阻隔，减小热辐射对该循环水冷却式尿素注射装置的直接作用；涂刷在挡热罩外表面的隔热涂层很好的阻隔了来自高温排气对挡热罩的热辐射；挡热罩和喷嘴座突出部形成的隔热腔起到了进一步的隔热作用；耐高温隔热垫圈有效地阻隔、降低了排气管对该循环水冷却式尿素注射装置的直接热传导；半遮挡式的喷射口有效减小了喷嘴喷射端在高温排气内的暴露面积，继而降低高温排气对喷嘴喷射端的炙烤程度，总而言之，隔热部分对该循环水冷却式尿素注射装置进行了很好的隔热保护，延长了喷嘴的使用寿命和整个注射***的可靠性；
所述循环水冷却装置构建于喷嘴座内部，使用快速接头与外部管路相连，其具有冷却腔及两个冷却水流道，快速接头使用O形橡胶密封圈与喷嘴座进行有效密封；其使用的冷却水取自发动机循环冷却水进水口前端支路；冷却水可以很好的带走循环水冷却式尿素注射装置上和来自于喷嘴内部的热量，降低喷嘴内部温度，保证了喷嘴运行的可靠性，延长了喷嘴使用寿命。
附图说明
图1示出本实用新型主视结构示意图；
图2示出本实用新型图1的A-A向俯视结构示意图；
图3示出本实用新型图1的B-B向剖视结构示意图；
图4示出本实用新型图2的C-C向剖视结构示意图；
图5示出本实用新型图2的D-D向剖视结构示意图；
图6示出本实用新型整体结构示意图；
图7示出本实用新型工作原理结构示意图1；
图8示出本实用新型工作原理结构示意图2。
具体实施方式
实施例1
参见图1-图6所示，一种用于SCR尾气后处理***的循环水冷却式尿素注射装置，所述自循环冷却式尿素注射装置包括尿素注射装置10、隔热装置20和循环水冷却装置30；
所述尿素注射装置10包括喷嘴座101、喷嘴102、喷嘴帽103和尿素溶液腔104；喷嘴102安装固定在喷嘴座101内，并通过自带的第一喷嘴O形密封圈1021及喷嘴耐热密封圈1022与喷嘴座101的内壁进行密封，形成冷却腔；所述喷嘴帽103安装固定喷嘴座101上部，喷嘴102上端***喷嘴帽103中，喷嘴102通过自带的第二喷嘴O形密封圈1023与喷嘴帽103的内部进行密封，形成尿素溶液腔104；
所述隔热装置20包括挡热板201、挡热罩202、隔热腔203及半遮挡式的喷射口204；所述挡热板201安装固定在喷嘴座101背部的法兰盘1011上表面；所述挡热罩202套在喷嘴座101的下突出部1012，并在与喷嘴座101接触的部位焊接固定，挡热罩202与喷嘴座101下突出部1012之间形成半密封的隔热腔203；所述半遮挡式的喷射口204由喷嘴座101下端和挡热罩202下端形成；
所述循环水冷却装置30包括喷嘴座101、第一快速接头301、第二快速接头302、冷却腔303、冷却水进液道304、第一冷却水流道305、冷却水回流道306、第二冷却水流道307、第一快速接头O形橡胶密封圈308和第二快速接头O形橡胶密封圈309；所述第一快速接头301和第二快速接头302分别安装固定在喷嘴座101上，第一快速接头301通过第一快速接头O形橡胶密封圈308与喷嘴座101密封固定，第二快速接头302通过第二快速接头O形橡胶密封圈309与喷嘴座101密封固定；所述冷却水进液道304位于第一快速接头301内， 冷却水回流道306位于第二快速接头302内，第一冷却水流道305、第二冷却水流道307位于喷嘴座101内，分别连通冷却水进液道304、冷却水回流道306和冷却腔303。
所述隔热装置20还包括耐高温隔热密封垫圈205，所述耐高温隔热密封垫圈205安放在喷嘴座101下平面上。
所述隔热装置20还包括隔热涂层206，所述隔热涂层206涂刷在挡热罩202的外表面上。
工作原理
参见图1-图8所示，一种用于SCR尾气后处理***的循环水冷却式尿素注射装置安装固定在位于SCR催化剂80前端和发动机排气口40之间，并且靠近发动机排气口40一端的排气管路上，该自循环冷却式尿素注射装置的下突出部深入到位于发动机排气管路上的喷射支管401内，喷射口204朝向排气管内部；
SCR***开启时，来自位于发动机循环冷却水***50进水进口前端支路的冷却水由冷却水进口Ⅱ进入位于第一快速接头301内的冷却水进液道304，通过第一冷却水流道305注入冷却腔303，在注满冷却腔303之后经由第二冷却水流道307流入位于第二快速接头302内的冷却水回流道306，并从冷却水出口Ⅲ流出，回流至发动机循环冷却水***50进水进口管路，完成一次冷却水循环过程；来自尿素泵60的尿素溶液经由尿素溶液进口Ⅰ注入由喷嘴帽103和喷嘴102密封构成的尿素溶液腔104，并将尿素溶液腔104和喷嘴102内部注满；
安装于喷嘴座101背部的挡热板201用于阻挡来自发动机排气管对循环水冷却式尿素注射装置的炙烤；套在喷嘴座101下突出部的挡热罩202通过与喷嘴座101接触的部位的焊接固定形成了一个半密闭的隔热腔203，用以阻挡来自位于发动机排气管路上的喷射支管401内部的高温排气对循环水冷却式尿素注射装置下突出部的炙烤，均匀涂刷在挡热罩202外表面上的隔热涂层206用以降低高温排气对挡热罩202的热传导；安放在喷嘴座101的法兰盘1011下平面上的耐高温隔热密封垫圈205用于循环水冷却式尿素注射装置与位于喷射支管上的连接法兰之间的密封，防止排气泄露和阻隔来自喷射支管的高温；喷嘴座101下端和挡热罩202下端形成了半遮挡式的喷射口204，减小了喷嘴102 喷射端在高温排气内的暴露面积，继而降低高温排气对喷嘴102喷射端的炙烤程度；
***不间断运行时，来自位于发动机循环冷却水***50进水进口前端支路的冷却水对循环水冷却式尿素注射装置进行持续的冷却，当喷射管路内部压力上升到设定压力时，外部控制***70开启喷嘴102，通过位于半遮挡式的喷射口204内部的喷嘴102喷射端对发动机排气管路内部进行尿素注射动作。
如上所述，本实用新型一种用于SCR尾气后处理***的循环水冷却式尿素注射装置，所述的实施例及图，只是本实用新型较好的实施效果，并不是只局限于本实用新型，凡是与本实用新型的结构、特征等近似、雷同者，均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (3)
1.一种用于SCR尾气后处理***的循环水冷却式尿素注射装置，所述自循环冷却式尿素注射装置包括尿素注射装置(10)、隔热装置(20)和循环水冷却装置(30)；其特征在于：
所述尿素注射装置(10)包括喷嘴座(101)、喷嘴(102)、喷嘴帽(103)和尿素溶液腔(104)；喷嘴(102)安装固定在喷嘴座(101)内，并通过自带的第一喷嘴O形密封圈(1021)及喷嘴耐热密封圈(1022)与喷嘴座(101)的内壁进行密封，形成冷却腔；所述喷嘴帽(103)安装固定喷嘴座(101)上部，喷嘴(102)上端***喷嘴帽(103)中，喷嘴(102)通过自带的第二喷嘴O形密封圈(1023)与喷嘴帽(103)的内部进行密封，形成尿素溶液腔(104)；
所述隔热装置(20)包括挡热板(201)、挡热罩(202)、隔热腔(203)及半遮挡式的喷射口(204)；所述挡热板(201)安装固定在喷嘴座(101)背部的法兰盘(1011)上表面；所述挡热罩(202)套在喷嘴座(101)的下突出部(1012)，并在与喷嘴座(101)接触的部位焊接固定，挡热罩(202)与喷嘴座(101)下突出部(1012)之间形成半密封的隔热腔(203)；所述半遮挡式的喷射口(204)由喷嘴座(101)下端和挡热罩(202)下端形成；
所述循环水冷却装置(30)包括喷嘴座(101)、第一快速接头(301)、第二快速接头(302)、冷却腔(303)、冷却水进液道(304)、第一冷却水流道(305)、冷却水回流道(306)、第二冷却水流道(307)、第一快速接头O形橡胶密封圈(308)和第二快速接头O形橡胶密封圈(309)；所述第一快速接头(301)和第二快速接头(302)分别安装固定在喷嘴座(101)上，第一快速接头(301)通过第一快速接头O形橡胶密封圈(308)与喷嘴座(101)密封固定，第二快速接头(302)通过第二快速接头O形橡胶密封圈(309)与喷嘴座(101)密封固定；所述冷却水进液道(304)位于第一快速接头(301)内，冷却水回流道(306)位于第二快速接头(302)内，第一冷却水流道(305)、第二冷却水流道(307)位于喷嘴座(101)内，分别连通冷却水进液道(304)、冷却水回流道(306)和冷却腔(303)。
2.根据权利要求1所述的一种用于SCR尾气后处理***的循环水冷却式尿素注射装置，其特征在于：所述隔热装置(20)还包括耐高温隔热密封垫圈(205)，所述耐高温隔热密封垫圈(205)安放在喷嘴座(101)下平面上。
3.根据权利要求1所述的一种用于SCR尾气后处理***的循环水冷却式尿素注射装置，其特征在于：所述隔热装置(20)还包括隔热涂层(206)，所述隔热涂层(206)涂刷在挡热罩(202)的外表面上。
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