一種雙流體尿素噴嘴的製作方法

2023-05-01 19:24:56 2

本實用新型涉及一種噴嘴，尤其涉及一種尿素噴嘴，屬於柴油汽車尾氣後處理技術領域。

背景技術：

柴油機尾氣中主要的汙染物是NOx，為使得柴油機汽車達到國家排放法規要求，我國的主要技術路線就是選擇性催化還原(SCR)，在SCR後處理系統中用尿素溶液作為還原劑來去除柴油機尾氣中的氮氧化物，從而達到國家的相應排放法規的要求。該系統的工作原理是：尾氣進入排氣管，在排氣管上安裝有尿素噴嘴，噴入車用尿素溶液，尿素在高溫下發生水解和熱解反應後生成氨，經過催化器內部，氨和氮氧化物發生還原反應，生成氮氣和水，從而達到淨化尾氣的作用。

公知的是，還原劑噴射裝置是SCR後處理系統的核心部件，其噴霧效果的控制，尿素溶液的噴射精度和霧化效果是保障催化劑轉換效率的關鍵，而在現有技術中，是利用壓縮空氣與尿素溶液在尿素計量泵內進行混合霧化，由於排氣管溫度過高，會使得尿素溶液產生的氣液混合物在高溫下極易揮發或結晶，造成堵塞噴嘴，同時也會影響尿素溶液的濃度從而造成尿素溶液的噴射霧化的效果和噴射精度降低，在高溫情況下與尿素泵配合使用的尿素噴嘴也極易結晶。

當前大部分車用還原劑噴射裝置(也叫尿素噴嘴)通常採用單通道氣液混合噴射霧化，即通過尿素計量泵高壓直接將尿素溶液和壓縮氣體混合後通過尿素噴嘴噴射到排氣管裡，尿素溶液在排氣管中呈氣液混合狀態，霧化效果較差，同時因為其工作環境溫度較高通常達到400-500℃，尿素噴嘴易結晶，造成整車後處理系統故障。

中國專利申請CN104948276公開了一種空氣輔助式尿素噴射器，其採用了尿素和空氣雙通道進樣，於噴嘴噴出時混合霧化，包括隔熱器、空氣管、尿素管和噴嘴，空氣管與隔熱器相通，尿素管穿過隔熱器，噴嘴上設有空氣噴孔和尿素噴孔，空氣噴孔以尿素噴孔為中心呈渦輪狀布置，噴嘴的結構如下：噴嘴主體為圓錐形，尿素噴孔設在噴嘴主體的中心，噴嘴主體的圓錐面上設有一組凹槽，噴嘴端蓋扣合在噴嘴主體上與噴嘴主體形成空氣腔，噴嘴端蓋與凹槽形成空氣噴孔，空氣管通過設在噴嘴主體上的連通孔與空氣腔連通，該結構的尿素噴嘴安裝於排氣管內的時候，尿素管和空氣管為直接接觸高溫尾氣，其隔熱腔並不能保護其與尾氣直接接觸的彎管，而兩段彎管的結構為相互獨立並無接觸，所以對於利用壓縮空氣氣流來降溫防止結晶的效果並不理想，且該結構的噴嘴空氣噴孔成渦輪狀在尿素噴孔周圍，內部結構中多條渦輪狀的槽狀結構使得氣體出氣口處氣流分散，方向不一致，氣流對撞過程中造成氣體動能損失，因而螺旋的渦輪結構並未對霧化效果有顯著提升。

技術實現要素：

本實用新型針對現有雙流體尿素噴嘴存在的不足，提供一種雙流體尿素噴嘴。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：

一種雙流體尿素噴嘴，包括噴嘴主體、尿素導流管和空氣導流管，其特徵在於，所述尿素導流管的下端插入噴嘴主體內與尿素引流通道相連通，所述空氣導流管的下端插入噴嘴主體內與由隔熱罩圍合而成的導通空間相通，所述尿素導流管從導通空間中穿過，所述導通空間的下部與空氣引流通道相連通，所述尿素引流通道呈「L」形與設於噴嘴主體側面的噴嘴芯相連通，所述空氣引流通道的下端出口朝向噴嘴主體的側面傾斜收窄後與空氣噴腔相連通，所述空氣噴腔以噴嘴芯為中心呈環狀。

本實用新型的有益效果是：

1)噴嘴噴射口結構的管路直徑變化過程中採用錐形過渡，減少了氣體動能的損失，噴嘴的出氣口成均勻圓環狀包裹液柱，出氣口氣體流向一致，液體軸向全方位接觸高壓氣體產生霧化，其霧化區域下遊截面上粒子直徑呈現軸對稱的分布規律，並且粒子直徑分布比較均勻，在實際使用中噴嘴的氣相流量隨著噴嘴液體壓力變化而不斷的變化，增加氣液兩相的相對速度差以增大氣動力，使液滴在較大氣動力的作用下，破碎得更細，保證了針對不同的噴射流量都能得到理想的霧化效果；

2)噴嘴主體部件中存在導通空間，在導通空間中氣體和液體通路為一體式結構，能夠有效利用氣體的流動帶走熱量從而降低尿素溶液的溫度，另外，空氣引流通道、尿素引流通道與噴嘴主體為一體式結構，並非裸露於排氣管內，該結構能夠對引流通道中的尿素溶液起到有效的保護作用，使其不易受外界溫度的影響，也能有效的降低排氣管的高溫對尿素溶液結晶的影響；

3)還原劑在噴嘴內部處於單獨通路，由於在其流通的過程中經過了形成導通空間的隔熱罩的保護，只在噴嘴口端面匯聚霧化，能夠有效降低尿素溶液因溫度過高結晶堵塞；

4)噴嘴安裝在排氣管中後，還原劑尿素的霧化氣流與尾氣氣流方向一致，使得還原劑尿素能夠與尾氣進行更充分的接觸，催化還原效果更好，尾氣淨化的效果更好；

5)產品採用高溫釺焊工藝製作，易於生產和廣泛使用。

本實用新型噴嘴的工作原理如下：

當尿素溶液經過噴嘴噴出時，流經噴嘴孔邊際時展開成液體層，然後變成液滴，尿素溶液藉助空氣流體同軸方向的高速射流，加強了尿素溶液出口周圍氣流的流動，壓縮空氣與低速液體的液柱，相互接觸產生振動、摩擦使液體破碎為細小液滴，即空氣對液體的摩擦作用力大於液體的內力使液體破碎流股或液膜。在液體表面張力、粘性及空氣阻力相互作用下，液體由滴落、平滑流、波狀流向噴霧流逐漸轉變，最終形成錐狀霧化面與尾氣混合進而參與後處理系統的化學反應。

在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。

進一步，所述隔熱罩的上方設有隔熱罩蓋，所述隔熱罩蓋上設有定位銷。

採用上述進一步方案的有益效果是，能夠更加方便的將尿素噴嘴安裝於排氣管內。

進一步，所述尿素導流管分別通過快插接頭、快擰接頭與尿素泵相連接。

採用上述進一步方案的有益效果是，方便的與尿素計量泵的尿素噴射口和空氣出口相連接。

進一步，所述空氣導流管、尿素導流管彎折後插入噴嘴主體內，以適應排氣管內的安裝空間。

採用上述進一步方案的有益效果是，能夠安裝於各種不同結構和構造的排氣管或催化器內部，應用範圍廣。

進一步，所述噴嘴主體、尿素導流管和空氣導流管均由不鏽鋼製成。

採用上述進一步方案的有益效果是，結構組件製造成本低，整體產品易於實現。

附圖說明

圖1為本實用新型尿素噴嘴的整體結構示意圖；

圖2為本實用新型尿素噴嘴沿橫向中心線剖視圖；

圖3為圖2中A部分放大結構圖；

圖1～3中，1、噴嘴主體；2、尿素導流管；3、空氣導流管；4、尿素引流通道；5、隔熱罩；6、導通空間；7、空氣引流通道；8、噴嘴芯；9、空氣噴腔；10、隔熱罩蓋；11、定位銷；12、快插接頭；13、快擰接頭

具體實施方式

以下結合實例對本實用新型的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本實用新型，並非用於限定本實用新型的範圍。

如圖1～3所示，一種雙流體尿素噴嘴，包括噴嘴主體1、尿素導流管2和空氣導流管3，尿素導流管的下端插入噴嘴主體內與尿素引流通道4相連通，空氣導流管朝靠近尿素導流管的方向彎折後下端插入噴嘴主體內，空氣導流管的下端與由隔熱罩5圍合而成的導通空間6相通，尿素導流管從導通空間中穿過，導通空間的下方與空氣引流通道7相連通，尿素引流通道呈「L」形與設於噴嘴主體側面的噴嘴芯8相連通，空氣引流通道的下端出口朝向噴嘴主體的側面傾斜收窄後與空氣噴腔9相連通，空氣噴腔以噴嘴芯為中心呈環狀，隔熱罩的上方設有隔熱罩蓋10，隔熱罩蓋上設有定位銷11，尿素噴嘴通過隔熱罩蓋與定位銷的配合與排氣管的噴嘴固定座相連並用螺母件鎖緊，尿素導流管、空氣導流管分別通過其上端連接的快插接頭12、快擰接頭13與尿素計量泵的尿素噴射口和空氣出口相連接。

在SCR後處理系統中計量泵根據系統DCU的計算噴射出理論需求的尿素溶液，尿素還原劑通過噴嘴芯噴射噴出，壓縮空氣經過空氣導流管和導通空間後，在噴射器的端面與尿素液體氣液交匯，由於氣體流速和壓力遠大於液體流速和壓力，氣體將液體打散並形成霧化效果，並在氣流的慣性帶動下噴射的距離更遠，形成擴散的錐度狀霧化區域，此區域和尾氣混合後進行化學反應降低尾氣中的氮氧化物。

下面以實際數據來說明本實用新型尿素噴嘴的霧化效果：

我們使用噴霧雷射粒度分析儀winner318對本發明噴嘴的霧化效果進行了分析測試，具體結果如下：

表1：本實用新型尿素噴嘴的霧化效果測試數據

其中，VAD表示體積加權平均粒徑；NAD表示數量加權平均粒徑；SMD表示表面積加權平均粒徑。

在霧化過程中，氣液兩相的流速差越大霧化效果越好，但為了真實的驗證本發明噴嘴的實際霧化效果，在上述的實驗過程中，我們採用7200ml/h的相對較大的發動機尿素溶液噴射量來測試尿素溶液的霧化效果。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。