柴油機尾氣淨化裝置的製作方法

2023-06-02 11:07:41

專利名稱：柴油機尾氣淨化裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種淨化裝置，更具體地說，本實用新型涉及一種用於柴油機尾氣中有害的氮氧化物淨化裝置。
背景技術：
隨著時代的發展，社會的進步，人們對環境問題越來越重視。各種柴油機的廢氣排放是影響環境的重要因素之一，正日益受到人們的關注。隨著技術的進步，歐盟等西方發達國家紛紛採用「膜片泵+計量泵(閥)」或「電磁泵+計量泵(閥)」的模式向排氣管中噴射霧化了的尿素溶液來實施催化還原技術(SCR)消除有害的氮氧化物，並制定歐IV標準， 限制柴油車輛有害的氮氧化物超標排放。由於「膜片泵+計量泵(閥)」或「電磁泵+計量泵(閥)」模式結構複雜，價格昂貴，且因為技術原因，可靠性較差，阻礙歐IV標準在我國的推行。針對此缺陷，中國專利局2010年08月11日公開的一份CN101798946A號專利申請，名稱為《一種柴油機尿素溶液添加裝置與方法》，該裝置包括尿素箱，與尿素箱相連的 N個壓力腔；開關閥實現控制；位於壓力腔頂部的空氣導入導出管；位於空氣導入導出管頂部的三通閥；位於壓力腔底部的尿素溶液導出管，導出管的另一端依次串接尿素溶液流量控制裝置和尿素溶液噴嘴；控制單元，與三通閥、開關閥和尿素溶液流量控制裝置相連。該裝置結構簡單、成本低廉，可靠性好，但由於壓力腔在用完尿素溶液後再次吸取尿素溶液時需要向大氣排放帶有較強毒性的尿素氣體，這不符合環保的要求。為此中國專利局2010年 09月01日又公開了一份CN101818675A號專利申請，名稱為《柴油車用儲液罐加壓式尿素溶液計量噴射系統》，該系統包括儲液罐、噴射器、儲氣罐、第一電磁閥、第二電磁閥、文丘裡管、混合器和控制裝置，混合器包括進口和與進口相對並與進口連通的出口，噴射器安設在混合器的側壁中，儲氣罐通過第一電磁閥分彆氣路連接第二電磁閥和儲液罐，儲液罐與噴射器液體連通，第二電磁閥氣路連接文丘裡管，文丘裡管與混合器的進口氣路連通，控制裝置電連接第一電磁閥、第二電磁閥和噴射器，較佳地，還包括一級減壓閥、二級減壓閥、液位傳感器、第一溫度傳感器、第一壓力傳感器等安全控制部件。該系統克服了向大氣排放帶有較強毒性的尿素氣體的缺陷，但又產生了新的安全隱患，由於該系統是將整個儲液罐作為噴射壓力腔，要霧化尿素溶液，儲液罐內的壓強必須達到5kgf/cm2，這樣儲液罐內壁承受的載荷極大，如果要保證儲液罐有足夠的強度，儲液罐內壁必須做得較厚，整個儲液罐顯得非常笨重，不利於節能，如果不增加壁厚，儲液罐就隨時可能會變形，甚至爆炸，帶來不必要的安全隱患。
發明內容為克服上述缺陷，本實用新型需要解決的技術問題是提供一種柴油機尾氣淨化裝置，既克服了向大氣排放有較強毒性的尿素氣體，又保證了安全性和節能。本實用新型解決現有技術存在問題的技術方案是一種柴油機尾氣淨化裝置，包括儲氣罐、儲液箱、混合腔體和控制系統，儲氣罐與混合腔體之間設有第一氣體管路，混合腔體上還設有噴嘴，所述柴油機尾氣淨化裝置還包括N個噴射腔體，N為> 1的整數，當 N ^ 2時，N個噴射腔體之間管路並聯連接；噴射腔體內設有隔離體，隔離體將噴射腔體分隔為液體腔和氣體腔，隔離體聯接有位移機構，液體腔設有取液管路、輸液管路，氣體腔設有與大氣相通的通氣管路，取液管路中設有第一閥體，取液管路的取液端位於儲液箱內，輸液管路設有第二閥體，輸液管路的輸出端與噴嘴相聯接，第一閥體和第二閥體分別與控制系統相連接。所述第一閥體和第二閥體都為電磁閥。由於噴射腔體單獨設置，噴射腔體可以根據實際需要做的小巧，在同樣的5kgf/cm2壓強下噴射腔體的內壁承受的載荷較小，噴射腔體的壁厚在確保安全的情況下可以相對做的較薄，而儲液箱內也由於沒有壓力，儲液箱的壁厚可以較薄，這樣柴油機尾氣淨化裝置的節能和安全性都能得到保證；由於噴射腔體小巧，所能儲存的尿素溶液有限，在實際使用過程中噴完所存的尿素溶液後需要重新吸儲， 在重新吸儲時尿素噴射會出現短暫中斷現象。如果需要避免尿素噴射中斷現象的發生，噴射腔體數量可以設置為兩個或兩個以上，多個噴射腔體之間管路並聯連接，這樣可以通過控制系統控制柴油機尾氣淨化裝置的閥體順序動作，使得噴射腔體輪流供應尿素溶液，保持尿素溶液無間斷噴射；由於噴射腔體內設有隔離體，隔離體將噴射腔體分隔為液體腔和氣體腔，這樣與大氣相通的氣體腔始終與尿素溶液隔絕，而裝有尿素溶液的液體腔始終與大氣隔絕，使得柴油機尾氣淨化裝置克服了向大氣排放有毒的尿素氣體；由於隔離體聯接有位移機構，這樣位移機構產生的位移通過隔離體擠壓液體腔中的尿素溶液，使液體腔中的尿素溶液產生霧化所需要的壓強；由於輸液管路 的輸出端與噴嘴相聯接，這樣液體腔中具有霧化壓強的尿素溶液通過輸液管路供給噴嘴進行霧化噴射。所述位移機構為氣缸活塞機構，氣缸活塞機構的活塞杆與隔離體固定連接。由於柴油機尾氣淨化裝置中已有儲氣罐，採用以壓縮氣體為動力的氣缸活塞機構作為位移機構，使其結構簡單、成本低廉、位移可靠是顯而易見的。所述氣缸活塞機構的汽缸由活塞分隔出的兩個空腔分別設有第二氣體管路，第二氣體管路與第一氣體管路相通，第二氣體管路上設有三通閥，三通閥的其中一個通道與大氣相通，三通閥與控制系統相連接。所述三通閥為兩位三通閥。這樣控制系統通過對兩位三通閥通斷按順序切換使汽缸的一個空腔加壓，另一空腔排氣，接著再使一空腔排氣，另一個空腔加壓，從而實現同一個氣源可以推動活塞作往復位移的目的。所述氣缸活塞機構的汽缸兩端分別設有限位機構，限位機構與控制系統相連接。 這樣活塞在汽缸中向一端位移至規定位置時限位機構通過控制系統可以使活塞轉向，當活塞在汽缸中向另一端位移至規定位置時限位機構再次通過控制系統使活塞轉向，使得氣缸活塞機構實現準確、可靠的位移。所述限位機構為接近開關。用接近開關對活塞的感應來實現活塞定位轉向的目的，其結構簡單，成本低廉，定位準確、可靠。所述液體腔上設有壓力度量機構，壓力度量機構與控制系統相連接。壓力度量機構對液體腔內的尿素溶液壓強可以進行監測，這樣控制系統可以通過壓力度量機構檢測的數據進行調控，使其穩定在尿素溶液霧化的規定要求上，液體腔內的尿素溶液壓強既不會過高造成柴油機尾氣淨化裝置各零部件因超負荷承載而過早損壞，也不會因尿素溶液壓強過低造成霧化不充分而影響尾氣淨化質量。[0011]所述 壓力度量機構為壓力傳感器。壓力傳感器為成熟產品，用壓力傳感器作為壓力度量機構，成本低廉，壓強監測結果準確、可靠。所述第一氣體管路與第二氣體管路的交匯處設有穩壓腔體，穩壓腔體分別與第一氣體管路、第二氣體管路相通，第二氣體管路在與穩壓腔體相連的埠設有第三閥體，第三閥體與控制系統相連接。所述第三閥體為電磁閥。由於第一氣體管路與第二氣體管路的交匯處設有穩壓腔體，穩壓腔體分別與第一氣體管路、第二氣體管路相通，這樣穩壓腔體可以削去儲氣罐釋放的還具有一定脈動性的空氣壓力的波峰和波谷，使其壓力更加穩定以提高尾氣淨化質量；由於第二氣體管路在與穩壓腔體相連的埠設有電磁閥，電磁閥與控制系統相連接，這樣柴油機停止工作時，控制系統可以關閉電磁閥，使得儲氣罐內的空氣不會洩壓而節能，同時也可以使柴油機點火開始工作時即時對尾氣進行處理。所述第一氣體管路從儲氣罐至穩壓腔體之間設有第四閥體，所述第一氣體管路從穩壓腔體至混合腔體之間依次設有第五閥體、第六閥體和文丘裡管，第五閥體、第六閥體分別與控制系統相連接。所述第四閥體、第五閥體、第六閥體分別為減壓閥、電磁閥、節流閥。 所述儲氣罐內的壓縮空氣由空氣壓縮泵提供，為了減少空氣壓縮泵開關次數，延長空氣壓縮泵的使用壽命，儲氣罐內的空氣壓力有必要高於實際需要的空氣壓力，為此，第一氣體管路從儲氣罐至穩壓腔體之間設有減壓閥，這樣儲氣罐通過該減壓閥向穩壓腔體釋放柴油機尾氣淨化裝置需要的，壓力具有較小脈動性的壓縮空氣；為了柴油機停止工作時儲氣罐內的空氣能保壓，柴油機點火開始工作時能即時對尾氣進行處理，在穩壓腔體至混合腔體之間的第一氣體管路上設電磁閥；為了使穩壓腔體向混合腔體釋放的壓縮空氣流量與霧化的尿素溶液相匹配，在穩壓腔體至混合腔體之間的第一氣體管路上設節流閥；為了提高穩壓腔體向混合腔體釋放的壓縮空氣的流速，以便壓縮空氣與霧化的尿素溶液充分混合，在穩壓腔體至混合腔體之間的第一氣體管路上設文丘裡管，文丘裡管的作用就是對經過的壓縮空氣進行加速。所述柴油機尾氣淨化裝置還包括加熱裝置，加熱裝置包括水加熱管、電磁加熱管， 水加熱管設置在儲液箱內的底部，電磁加熱管設置在儲液箱內取液管路的取液端外側，電磁加熱管與控制系統相連接。由於尿素溶液在溫度較低時會凍結，所以在冬天，特別是北方的冬天，柴油機在剛開始工作的一段時間內，尿素溶液凝結成塊使柴油機尾氣淨化裝置不能實施SCR技術，為此，柴油機尾氣淨化裝置需要設置加熱裝置，加熱裝置包括水加熱管、 電磁加熱管，水加熱管設置在儲液箱內的底部，電磁加熱管設置在儲液箱內取液管路的取液端外側，電磁加熱管利用電力加熱，水加熱管是利用發動機冷卻系統的熱水加熱，這樣柴油機在剛開始工作的一段時間內，先用電力加熱使取液管路的取液端附近凝結的尿素溶液首先液化，以便柴油機尾氣淨化裝置儘快實施SCR技術，當發動機冷卻系統的熱水使儲液箱內凝結的尿素溶液液化，噴射腔體取液不再困難時控制系統關閉電磁加熱管以節能。本實用新型的有益效果是由於噴射腔體內設有隔離體，與大氣相通的氣體腔始終與尿素溶液隔絕，克服了向大氣排放有毒的尿素氣體；又由於噴射腔體單獨設置，使得噴射腔體可以做得小巧，噴射腔體的內壁承受的載荷較小，確保柴油機尾氣淨化裝置的節能和安全性；另外還由於採用以已有儲氣罐壓縮氣體為動力的氣缸活塞機構作為位移機構， 採用現有的成熟產品接近開關作為限位機構，採用現有的成熟產品壓力傳感器作為壓力度量機構，使得柴油機尾氣淨化裝置結構簡單、成本低廉、性能可靠。
圖 1是本實用新型一種結構示意圖。圖中1 空氣壓縮泵，2 儲氣罐，3 減壓閥，4 第一氣體管路，5 穩壓腔體，6 第一電磁閥，7 節流閥，8 文丘裡管，9 混合腔體，10 電磁加熱管，11 噴射腔體，12 兩位三通閥，13 第二電磁閥，14 第二氣體管路，15 氣缸活塞機構，16 噴嘴，17 通氣管路，18 排氣管，19 輸液管路，20 活塞杆，21 接近開關，22 第三電磁閥，23 水加熱管，24 氣體腔，25 隔離體，26 液體腔，27 壓力傳感器，28 第四電磁閥，29 活塞，30 取液管路，31 儲液箱，32:空腔。
具體實施方式
下面通過具體實施例並結合附圖對本實用新型進一步說明。實施例一種柴油機尾氣淨化裝置，如圖1所示，包括空氣壓縮泵1、儲氣罐2、儲液箱31、噴射腔體11、混合腔體9和控制系統，控制系統在圖1中未示出。為了使儲氣罐2持續獲得高壓空氣，儲氣罐2與空氣壓縮泵1用管道連接。儲氣罐2與混合腔體9之間設有第一氣體管路4，第一氣體管路4上設有穩壓腔體5，通過穩壓腔體5使柴油機尾氣淨化裝置可以獲得壓力持續穩定的壓縮空氣。第一氣體管路4從儲氣罐2至穩壓腔體5之間設有減壓閥3，以便壓力高達8kgf/cm2的儲氣罐2向額定壓力為5kgf/cm2的穩壓腔體5輸送壓縮空氣，第一氣體管路4從穩壓腔體5至混合腔體9之間依次設有第一電磁閥6、節流閥7 和文丘裡管8，第一電磁閥6的作用是在柴油機停止工作時可以關閉第一氣體管路4，以便儲氣罐2中高壓空氣的保壓，節流閥7的作用是控制第一氣體管路4裡壓縮空氣的流量，以便確保該流量與混合腔體9充分混合霧化的尿素溶液所需要的流量相匹配，文丘裡管8的作用是對第一氣體管路4裡的壓縮空氣進行加速，以便混合腔體9中霧化尿素溶液的充分混合。混合腔體9上設有噴嘴16，噴嘴16的作用是霧化尿素溶液，噴嘴16可以通過控制噴射頻率來控制尿素溶液的霧化量，以確保該尿素溶液的霧化量與排氣管中完全處理尾氣所需要的數量相匹配。混合腔體9與排氣管18用管道連接，以便混合腔體9中的霧化尿素溶液混合氣體向排氣管18噴射以實施催化還原技術淨化尾氣排放。為了排氣管18可以無間隙持續獲得尿素溶液以及節約成本，柴油機尾氣淨化裝置中設置兩個噴射腔體11，以便兩個噴射腔體11可以輪流向排氣管提供尿素溶液。噴射腔體11可以設置在儲液箱31內，也可以將噴射腔體11設置在儲液箱31外側。兩個噴射腔體11內均設有隔離體25，隔離體 25將噴射腔體11分隔為液體腔26和氣體腔24。隔離體25與氣缸活塞機構15中的活塞杆20固定連接，隔離體25通過與活塞杆20的聯動，推動液體腔26中的尿素溶液以額定的 5kgf/cm2壓力流向噴嘴16 ；同時隔離體25在噴射腔體11中將尿素溶液與大氣隔絕開來確保尿素溶液不會向大氣中擴散。氣缸活塞機構15數量也是兩個。兩個液體腔26上分別設有取液管路30、輸液管路19、壓力傳感器27，壓力傳感器27的作用是向控制系統提供液體腔26中的實際壓力，以便控制系統通過第二電磁閥13的開與關來控制氣缸活塞機構15的動作，確保液體腔26中的實際壓力穩定在額定的5kgf/cm2上，為了確保氣體腔24中的壓力始終保持為大氣壓力，兩個氣體腔24上分別設有與大氣相通的通氣管路17。兩個取液管路30中分別設有第四電磁閥28，第四電磁閥28的作用是通過控制系統來控制取液管路30的開與閉，液體腔26取液時開，液體腔26排液時閉。兩個取液管路30的取液端均位於儲液箱31內。兩個輸液管路19的後半段共用，兩個輸液管路19的前半段上均設有第三電磁閥22，第三電磁閥22的作用也是通過控制系統來控制輸液管路19的前半段的開與閉，液體腔26取液時閉，液體腔26排液時開，輸液管路19後半段的輸出端與噴嘴16相聯接。氣缸活塞機構15的汽缸由活塞29分隔出的兩個空腔32，兩個氣缸活塞機構15共有四個空腔 32，每個空腔32均設有第二氣體管路14，四條第二氣體管路14均與穩壓腔體5相通，為了氣缸活塞機構15能通過控制系統的控制來輪流推動隔離體25動作，每條第二氣體管路14 靠近空腔32的一段均設有兩位三通閥12，兩位三通閥12的其中一個通道與大氣相通，四條第二氣體管路14靠近穩壓腔體5的一段共用，同一氣缸活塞機構15的兩個空腔上的第二氣體管路14中間一段共用，四條第二氣體管路14靠近穩壓腔體5共用部分的管路上設有第二電磁閥13，第二電磁閥13的第一個作用是通過控制系統來控制氣缸活塞機構15的動作，確保液體腔26中的實際壓力穩定在額定的5kgf/cm2上；第二電磁閥13的第二個作用是在柴油機停止工作時可以關閉第二氣體管路14，以便儲氣罐2中高壓空氣的保壓。兩個氣缸活塞機構15的汽缸兩端均設有接近開關21，接近開關21的作用是向控制系統提供氣缸活塞機構15中的活塞29到達規定位置的信息。為了在寒冷的季節確保儲液箱31內的尿素溶液為液態，在儲液箱31內的底部設置有水加熱管23，並將水加熱管23用水管連接到柴油發動機冷卻系統中，以便利用發動機散發出來的熱量。儲液箱31內在靠近兩根取液管路30取液端的外側分別設置電磁加熱管10，以便在寒冷季節柴油機剛開始工作，水加熱管 23的作用還沒顯現時對凝結的尿素溶液進行加熱，確保柴油機剛開始工作時尾氣處理的需要。第一電磁閥6、節流閥7、電磁加熱管10、兩位三通閥12、第二電磁閥13、噴嘴16、接近開關21、第三電磁閥22、壓力傳感器27、第四電磁閥28、電磁加熱管10分別與控制系統相連接。 本實用新型所述的柴油機尾氣淨化裝置的工作原理空氣壓縮泵1為儲氣罐2持續提供氣源，儲氣罐2中儲存的壓縮空氣壓力為8kgf/cm2 ；儲氣罐2中儲存的壓縮空氣通過減壓閥3向穩壓腔體5輸出壓力為5kgf/cm2的壓縮空氣，經穩壓腔體5穩壓後分兩路輸出；第一路經節流閥7控制至匹配流量通過文丘裡管8加速後進入混合腔體9 ；第二路通過控制系統控制的四隻兩位三通閥12順序動作來推動兩個活塞29輪流動作，由於隔離體25 通過活塞杆20與活塞29固定連接在一起，噴射腔體11中的隔離體25隨著活塞29的移動也作出相應的位移，當隔離體25向氣體腔24方向移動時，第四電磁閥28開啟，第三電磁閥關閉，液體腔26產生負壓，液體腔26通過取液管路30吸取儲液箱31中的尿素溶液；當隔離體25向液體腔26方向移動時，首先第四電磁閥28關閉，液體腔26內的尿素溶液受到壓縮，當尿素溶液升壓至5kgf/cm2時，第三電磁閥22開啟，尿素溶液順著輸液管路19輸送給噴嘴16。由於兩隻噴射腔體11在控制系統的控制下作無間隙的輪流作業，使噴嘴16持續得到額定壓力的尿素溶液。控制系統通過控制噴嘴16的噴射頻率將尿素溶液以匹配的溶液量霧化噴射進入混合腔體9，霧化的尿素溶液進入混合腔體9後在來自第一路的高速氣流的衝擊下與壓縮空氣充分混合，並在第一路的高速氣流的帶動下進入排氣管8中，排氣管8中的霧化尿素溶液與排氣管8中經過的有害氮氧化物發生選擇性催化還原反應生成無害的氮氣和水排出。另外需要說明的是兩位三通閥12也可以用兩個單向電磁閥組合來完成兩位三通閥12的功能。 以上所述的實施例只是本實用新型的一種較佳方案，並非對本實用新型做任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。本說明書中未作詳細描述的內容，屬於本專業技術人員公知的現有技術。
權利要求1.一種柴油機尾氣淨化裝置，包括儲氣罐、儲液箱、混合腔體和控制系統，儲氣罐與混合腔體之間設有第一氣體管路，混合腔體上還設有噴嘴，其特徵在於所述柴油機尾氣淨化裝置還包括N個噴射腔體，N為的整數，當N >2時，N個噴射腔體之間管路並聯連接；噴射腔體內設有隔離體，隔離體將噴射腔體分隔為液體腔和氣體腔，隔離體聯接有位移機構， 液體腔設有取液管路、輸液管路，氣體腔設有與大氣相通的通氣管路，取液管路中設有第一閥體，取液管路的取液端位於儲液箱內，輸液管路設有第二閥體，輸液管路的輸出端與噴嘴相聯接，第一閥體和第二閥體分別與控制系統相連接。
2.根據權利要求1所述的柴油機尾氣淨化裝置，其特徵在於所述位移機構為氣缸活塞機構，氣缸活塞機構的活塞杆與隔離體固定連接。
3.根據權利要求2所述的柴油機尾氣淨化裝置，其特徵在於所述氣缸活塞機構的汽缸由活塞分隔出的兩個空腔分別設有第二氣體管路，第二氣體管路與第一氣體管路相通， 第二氣體管路上設有三通閥，三通閥的其中一個通道與大氣相通，三通閥與控制系統相連接。
4.根據權利要求2或3所述的柴油機尾氣淨化裝置，其特徵在於所述氣缸活塞機構的汽缸兩端分別設有限位機構，限位機構與控制系統相連接。
5.根據權利要求4所述的柴油機尾氣淨化裝置，其特徵在於所述限位機構為接近開關。
6.根據權利要求1或2或3所述的柴油機尾氣淨化裝置，其特徵在於所述液體腔上設有壓力度量機構，壓力度量機構與控制系統相連接。
7.根據權利要求6所述的柴油機尾氣淨化裝置，其特徵在於所述壓力度量機構為壓力傳感器。
8.根據權利要求3所述的柴油機尾氣淨化裝置，其特徵在於所述第一氣體管路與第二氣體管路的交匯處設有穩壓腔體，穩壓腔體分別與第一氣體管路、第二氣體管路相通，第二氣體管路在與穩壓腔體相連的埠設有第三閥體，第三閥體與控制系統相連接。
9.根據權利要求1或2或3或8所述的柴油機尾氣淨化裝置，其特徵在於所述第一氣體管路從儲氣罐至穩壓腔體之間設有第四閥體，所述第一氣體管路從穩壓腔體至混合腔體之間依次設有第五閥體、第六閥體和文丘裡管，第五閥體、第六閥體分別與控制系統相連接。
10.根據權利要求1所述的柴油機尾氣淨化裝置，其特徵在於所述柴油機尾氣淨化裝置還包括加熱裝置，加熱裝置包括水加熱管、電磁加熱管，水加熱管設置在儲液箱內的底部，電磁加熱管設置在儲液箱內取液管路的取液端外側，電磁加熱管與控制系統相連接。
專利摘要一種柴油機尾氣淨化裝置，包括儲氣罐、儲液箱、混合腔體和控制系統，儲氣罐與混合腔體之間設有第一氣體管路，混合腔體上還設有噴嘴，所述柴油機尾氣淨化裝置還包括N個噴射腔體，N為≥1的整數，當N≥2時，N個噴射腔體之間管路並聯連接；噴射腔體內設有隔離體，隔離體將噴射腔體分隔為液體腔和氣體腔，隔離體聯接有位移機構，液體腔設有取液管路、輸液管路，氣體腔設有與大氣相通的通氣管路，取液管路中設有第一閥體，取液管路的取液端位於儲液箱內，輸液管路設有第二閥體，輸液管路的輸出端與噴嘴相聯接，第一閥體和第二閥體分別與控制系統相連接。本實用新型結構簡單、成本低廉、性能可靠，克服了向大氣排放有較強毒性的尿素氣體，保證了安全性和節能。
文檔編號F01N11/00GK202047882SQ20112014470
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者徐君波 申請人:徐君波