專利名稱：用于再生廢氣凈化設備的噴射器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于廢氣凈化設備的噴射器。
背景技術：
柴油車輛具有比汽油車輛更好的發(fā)動機耐久性，具有20~30%的更高 的效率。由于它們在燃料效率和功率輸出方面的卓越性能，柴油車輛已 經應用于大型車輛諸如卡車和公共汽車。而且，因為柴油車的優(yōu)點在于 它們排放少量的C02、 CO、 THC和揮發(fā)性碳氫化合物而引起較少的全 球變暖，所以柴油車輛已經逐漸地應用于小型車和中型車的發(fā)動機。因 而，在發(fā)達國家，對小型和中型柴油車輛的需求不斷增加。然而，大量 包含在柴油車輛的排氣中的氮氧化物(NOx)和顆粒物質(PM)被認為 是空氣污染的主要原因，構成多達40%的全部空氣污染。因而，對于柴 油車輛的制造嚴格施加了環(huán)境限制。關于氮氧化物和顆粒物質的排放標 準，國家之間有權衡，并且個別國家基于政策上的需要而控制生產程度。 由于我們今天所見的油價，比傳統(tǒng)的汽油車輛更高效的柴油車輛已經成 為焦點。因此，發(fā)達國家逐漸對來自柴油車輛的排氣中的污染物含量建 立更嚴格的限制，以便減少所產生的空氣污染物質的排放，該排放是與 柴油車輛的制造成比例地增加的。
為了滿足柴油車輛的排氣規(guī)定的針對性技術分成兩組為了減少污 染物質產生來源而借助于改進燃料、燃燒過程或發(fā)動機結構的預處理技 術；和借助于排氣出口處的裝置來凈化所產生的廢氣的后處理技術。雖 然在每個領域都得到了穩(wěn)定的研究和發(fā)展，但是直到目前后處理技術被 認為對實際使用更有利，所以已經進行了更多的研究和發(fā)展。那些后處 理技術包括(1)用于凈化顆粒物質(PM)中的未燃碳氫化合物的氧化 催化劑，(2)過濾PM的柴油機微粒過濾器(在下文中稱作"DPF")以及(3)在還原環(huán)境下分解或還原氮氧化物(NOx)的DeNOx催化系統(tǒng)。 當前，廣泛使用混合型的后處理系統(tǒng)，以上所述的各種技術被有效地結 合在其中，例如裝備有催化劑過濾器的DPF系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的用于凈化廢 氣的系統(tǒng)中，包含在流入柴油機微粒過濾器的廢氣中的煙中的顆粒物質 (PM)被柴油機微粒過濾器捕獲，以實現(xiàn)顆粒物質的至少99%的去除。 當PM飽和時，柴油機微粒過濾器可能不但失去其捕獲能力，而且由于 其上的背壓而干擾了發(fā)動機的驅動。因而需要用于除去在柴油機微粒過 濾器中飽和的PM的方法(稱作再生)。作為再生方法，廣泛使用的一種 方法是其中柴油燃料噴射到流入柴油機微粒過濾器的廢氣中以引起自 發(fā)點燃而提高排氣的溫度，并且熱的廢氣流入柴油機微粒過濾器以燒掉 捕獲在柴油機微粒過濾器中的PM。
在這種用于凈化廢氣的系統(tǒng)中有若干問題被指出。如上所述在再生 柴油機微粒過濾器期間，噴射器持續(xù)地與熱的氣體接觸，使得噴射器本 身的溫度升高。特別是，由于發(fā)動機高溫散熱的影響，噴射器的溫度可 能進一步升高。當噴射器的溫度升高時，包含在廢氣中的碳沉積粘附在 噴射器嘴周圍，從而引起噴嘴的噴射效率降低并且對噴嘴部件造成損害。 而且，噴射器主體的劣化導致噴射器本身壽命縮短，并且整體操作是不 穩(wěn)定的而導致不易于控制。因此，增加了柴油燃料的消耗而導致車輛的 總燃料效率的惡化。因而，本領域技術人員和消費者一直要求克服如上 所述的由于噴射器的溫度升高而引起的這種問題
發(fā)明內容
技術問題
本發(fā)明將克服如上所述的傳統(tǒng)技術的問題。本發(fā)明的目的在于提供 一種用于廢氣凈化設備的噴射器，所述噴射器能更精確地控制柴油的噴 射量，并且使由于所述噴射器的劣化而引起的性能損失最小。
技術方案
為了實現(xiàn)如上所述的目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于凈化廢氣的系統(tǒng)所使用的所述噴射器400，該用于凈化廢氣的系統(tǒng)包括發(fā)動機100、 燃料箱200、柴油機微粒過濾器300、噴射單元以及控制單元600，所述 燃料箱200連接到所述發(fā)動機100，用于供應柴油燃料；所述柴油機微粒 過濾器300經排氣管路130連接到所述發(fā)動機100的出口 110，用于凈化 來自所述發(fā)動機100的煙和污染物質以向外排放它們；所述噴射單元在 所述柴油機微粒過濾器300的前面處裝備在所述排氣管路130上，所述 噴射單元連接到所述燃料箱200，并且依次包括噴射管521、噴射泵510、 噴射器400以及循環(huán)管522;所述控制單元600檢測并且確定所述柴油機 微粒過濾器300的飽和狀態(tài)，以控制所述噴射器400的操作；并且所述 噴射器400又包括連接到所述排氣管路130的主體410、設置用于所述主 體410的輔助噴射單元422、設置在所述輔助噴射單元422下游的溫度提 高單元440以及設置在所述溫度提高單元440下游的主噴射單元421;使 空氣順序地通過所述輔助噴射單元422、所述溫度提高單元440以及所述 主噴射單元421流通，以逐步地提高溫度。
所述噴射器400包括主體410、輔助噴射單元422、輔助噴射循環(huán)管 路412、輔助噴射供應管432、溫度提高單元440、主噴射單元421、主 噴射循環(huán)管路411以及主噴射供應管431，所述主體410形成為箱形并且 連接到所述排氣管路130，所述輔助噴射單元422設置在所述主體410的 一側，所述輔助噴射循環(huán)管路412連接到所述噴射管521并且形成在所 述輔助噴射單元422周圍，用于冷卻所述輔助噴射單元422以使柴油燃 料流通，所述輔助噴射供應管432連接到所述噴射管521以將噴射的柴 油燃料供應到所述輔助噴射單元422內，所述溫度提高單元440設置在 所述主體410內、所述輔助噴射單元422的下游，所述主噴射單元421 設置在所述主體410的一側、所述溫度提高單元440的下游，所述主噴 射循環(huán)管路411連接到所述噴射管521并且形成在所述主噴射單元421 周圍，用于冷卻所述主噴射單元421以提供柴油燃料的流通，所述主噴 射供應管431連接到所述噴射管521以將噴射的柴油燃料供應到所述主 噴射單元421內。
此外，通過選自EHC (電熱催化劑)、熱裂解、熱等離子體以及電熱塞中的至少單元來設置所述溫度提高單元440。 有益效果
根據(jù)本發(fā)明，在不需要額外的冷卻單元的情況下，通過利用柴油燃 料的流動而冷卻噴射器，以為所述噴射器提供有效冷卻，并因此導致沒 有諸如額外費用或空間不足的問題，否則所述問題可能隨所述設備的改 進而出現(xiàn)。因此，使由于所述噴射器的劣化而引起的性能損失的影響最 小，并且能從根本上消除因為在所述噴射器被過加熱時在所述噴嘴周圍 的碳沉積所引起的噴嘴的噴射效率降低的問題。另外，根據(jù)本發(fā)明，通 過利用主噴射單元和輔助噴射單元逐步提高溫度，使得能更精確地控制 柴油燃料的噴射量。因此，能減小為了將氣體溫度提高到預定溫度而所 需要的柴油燃料的噴射量，并且因而能提高車輛的總燃料效率。
圖1是使用根據(jù)本發(fā)明的噴射器的排氣凈化系統(tǒng)的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的噴射器的詳細剖視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個噴射器的詳細剖視圖。
<附圖重要部分的標記說明>
100:發(fā)動機
110:出口
120: RPM傳感器
130:排氣管路
200:燃料箱
300:柴油機微粒過濾器
310:排氣管
321:壓力傳感器
322、 323:溫度傳感器
400:(根據(jù)本發(fā)明的)噴射器 410:主體411:主噴射循環(huán)管路
412:輔助噴射循環(huán)管路
421:主噴射單元
422:輔助噴射單元
431:主噴射供應管
432:輔助噴射供應管
440:溫度提高單元
510:噴射泵
521:噴射管
522:循環(huán)管
600:控制單元
具體實施例方式
現(xiàn)通過參考附圖更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的用于廢氣凈化設備的噴 射器，該噴射器具有如上提及的結構。
圖1示出了使用根據(jù)本發(fā)明的噴射器的廢氣凈化系統(tǒng)的示意圖。使
用根據(jù)本發(fā)明的噴射器的排氣凈化系統(tǒng)包括發(fā)動機100;連接到所述發(fā) 動機IOO、用于供應柴油燃料的燃料箱200;柴油機微粒過濾器300，該
柴油機微粒過濾器300經排氣管路130連接到發(fā)動機100的出口 110用 于凈化來自發(fā)動機100的煙和污染物質以向外排放它們；噴射器400，該 噴射器400在柴油機微粒過濾器300的前面處裝備在排氣管路130上， 該噴射器400當柴油機微粒過濾器300處于飽和狀態(tài)時噴射柴油燃料， 以引起自發(fā)點燃而提高流入柴油機微粒過濾器300的廢氣的溫度并且再 生柴油機微粒過濾器300，而當柴油機微粒過濾器300未處于飽和狀態(tài)時 該噴射器400關閉；噴射管521，該噴射管521的一側連接到燃料箱200 并且其另一側連接到噴射器400;噴射泵510，該噴射泵510裝備在噴射 管521上以提供柴油燃料的流通；循環(huán)管522，該循環(huán)管522的一側連接 到噴射器400并且另一側連接到燃料箱200以將經噴射管521流入的柴 油當噴射器400關閉時返回到燃料箱200;以及控制單元600，該控制單元600檢測并且確定柴油機微粒過濾器300的飽和狀態(tài)以控制噴射器400 的操作。在下文中從總體上更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。
連接到燃料箱200的發(fā)動機100借助于柴油燃料的供應而工作。由 發(fā)動機200產生的包含煙的廢氣當其穿過連接到出口 110的柴油機微粒 過濾器300時被凈化，并且通過排氣管310排放。柴油機微粒過濾器300 使用如上所述的多種后處理技術。通常使用設有涂覆催化劑的過濾器的 DPF柴油機微粒過濾器系統(tǒng)，但是可以設置任何一種能去除包括顆粒物 質的污染物質的設備。
當顆粒物質PM在柴油機微粒過濾器300中變得飽和或幾乎飽和時， 捕獲PM的能力可能下降，并且由于背壓而可能在發(fā)動機的驅動中出現(xiàn) 嚴重問題。從而需要措施來避免這種情形。在使用柴油的情況下，假如 連接到燃料箱200的噴射器420設置在柴油機微粒過濾器300的入口處 并且柴油燃料被噴射到廢氣中以引起自發(fā)點燃，則因此會強制升高流入 所述柴油機微粒過濾器300的廢氣的溫度，在柴油機微粒過濾器300之 內飽和的PM能夠通過由因此形成的熱的廢氣所產生的燃燒而被去除。
如上所述為了再生柴油機微粒過濾器300，柴油燃料應該適當?shù)貜膰?射器400噴射。因而，使用各種方法以測量柴油機微粒過濾器300中的 飽和度。當前，在發(fā)動機100中設置RPM傳感器120，以及在柴油機微 粒過濾器300中設置壓力傳感器321和溫度傳感器322、 323，并且控制 單元600通過使用變量諸如發(fā)動機100的轉數(shù)rpm、在柴油機微粒過濾器 300的前端和尾端處的壓力和溫度、或壓差和溫差來計算飽和度，使得能 適當?shù)乜刂茋娚鋯卧?00的操作，從而調節(jié)待噴射的柴油燃料的數(shù)量。 由控制單元600使用的那些變量可依據(jù)設計并且因而依據(jù)待設置的傳感 器的位置和數(shù)量進行各種各樣的變化。
如圖1所示，為再生柴油機微粒過濾器300而使用的噴射系統(tǒng)由噴 射泵510、噴射器400、噴射管521以及循環(huán)管522組成。當如上所述柴 油機微粒過濾器300變得飽和或幾乎飽和時，噴射器400經噴射管521 通過噴射泵510噴射柴油燃料。另一方面。當柴油機微粒過濾器300未 處于飽和狀態(tài)并且不需要燃料噴射時，噴射器400關閉，并且通過噴射管521供應的柴油燃料經循環(huán)管522返回到燃料箱200。
因為熱的廢氣不斷地接觸噴射器400并且在臨近位置處引起點燃， 所以所述噴射器400的主體不斷地接受來自外面的熱量，特別地噴射器 400的主體通過產生高溫熱量的發(fā)動機的影響而被進一步加熱，導致溫度 升高。因而，會以不同方式發(fā)生對噴射器400的損害，并且在控制由噴 射器400噴射的柴油燃料數(shù)量時發(fā)生故障的可能性增大。根據(jù)發(fā)明，噴 射器400被有效地冷卻同時避免了這種問題，并且呈現(xiàn)為能精確地控制 由噴射器噴射的柴油燃料數(shù)量的噴射器的結構。
圖2和圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的噴射器的結構。如所示， 噴射器400由形成為箱形的主體410、設置在主體410中的主噴射單元 421和輔助噴射單元422、以及溫度提高單元440組成。如圖1所示，因 為噴射器400設置在來自發(fā)動機的廢氣流入柴油機微粒過濾器300之前 的位置處，所以它被熱的廢氣本身所擁有的熱量影響，并且被通過噴射 單元421、 422噴射的柴油燃料的自發(fā)點燃進一步所產生的熱量影響。因 為噴射單元421、422的操作受控制單元600的控制，所以被噴射單元421、 422接收的熱量必須要被冷卻，這是因為由于熱量引起的部件的損害可能 導致故障。
主噴射循環(huán)管路411和輔助噴射循環(huán)管路412分別形成在主噴射單 元421和輔助噴射單元422中。循環(huán)管路411、 412的一側連接到噴射管 521，并且另一側連接到循環(huán)管522以提供柴油燃料的流通。如圖2所示， 循環(huán)管路411、 412可以簡單地由形成在噴射單元421、 422周圍的雙壁 的內部空間構成，或者，可以形成任何一種單獨的路徑。那些循環(huán)管路 411、 412可以具有任何形式，只要它們可以使循環(huán)管路411、 412內的柴 油燃料流通即可，例如管路形成為面向一個方向，或形成為構成螺旋形。
主體410包括主噴射單元421和輔助噴射單元422，該主噴射單元 421和該輔助噴射單元422分別具有形成在其周圍的主噴射循環(huán)管路411 和輔助循環(huán)管路412。通過輔助噴射單元422而具有第一溫升的空氣流入 主噴射單元421以通過主噴射單元421而具有第二溫升。在輔助噴射單 元422中，為了加熱流經排氣管路130的廢氣而所需要的柴油燃料的大
10約10%被噴射，以預加熱該廢氣流。在輔助噴射單元422中具有第一溫 升的空氣當其通過設置在輔助噴射單元422下游的溫度提高單元440時 被進一步加熱。依靠溫度提高單元440，從而能節(jié)約為了將空氣加熱到所 需水平而需要噴射的柴油燃料的數(shù)量。剩余的90%柴油燃料通過主噴射 單元421進一步噴射到穿過溫度提高單元440而來的空氣，以產生火焰， 使得流經排氣管路130的廢氣能被充分加熱。
因而，根據(jù)本發(fā)明，因為空氣當其順序通過輔助噴射單元422、溫度 提高單元440、以及主噴射單元421時被逐步加熱，所以與傳統(tǒng)技術相比， 能大大節(jié)約為了將空氣加熱到所需水平而待噴射的柴油燃料數(shù)量，并且 能更精確地控制柴油燃料的數(shù)量。即使在本實施例中沒有提及，在沒有 脫離如上所述的本發(fā)明的教導的前提下可以構成任何結構，只要在空氣 順序通過輔助噴射單元422、溫度提高單元440、以及主噴射單元421時 空氣被逐步加熱即可。
溫度提高單元440是即使在低溫下也能夠燃燒的設備，并且可以利 用用于上述相同目的的任何設備，諸如EHC電熱催化劑、熱裂解、熱等 離子體以及電熱塞。
循環(huán)管路411、 412直接連接到燃料箱200圖3，或順序地連接到燃 料箱200圖2。因而，柴油燃料能在管路內流通，而發(fā)動機100的熱量對 于該柴油燃料的影響被最小化。如圖所示，循環(huán)管路411、 412圍繞主噴 射單元421和輔助噴射單元422。因此，借助于通過循環(huán)管路411、 412 流通的柴油燃料，熱量從主噴射單元421和輔助噴射單元422被回收， 從而對那些單元進行冷卻效果。
本發(fā)明不限于以上所述的實施例，而是能廣泛地應用于各種工業(yè)領 域。顯然在沒有脫離由隨附的權利要求所要求的本發(fā)明的要旨的前提下， 本發(fā)明所屬領域的任何一個普通技術人員均能修改并且實行發(fā)明。
權利要求
1、一種用于凈化廢氣的系統(tǒng)所使用的噴射器(400)，該用于凈化廢氣的系統(tǒng)包括發(fā)動機(100)；燃料箱(200)，所述燃料箱(200)連接到所述發(fā)動機(100)，用于供應柴油燃料；柴油機微粒過濾器(300)，所述柴油機微粒過濾器(300)經排氣管路(130)連接到所述發(fā)動機(100)的出口(110)，用于凈化來自所述發(fā)動機(100)的煙和污染物質以向外排放它們；噴射單元，所述噴射單元在所述柴油機微粒過濾器(300)的前面處裝備到所述排氣管路(130)，所述噴射單元連接到所述燃料箱(200)，并且依次包括噴射管(521)、噴射泵(510)、噴射器(400)和循環(huán)管(522)；以及控制單元(600)，所述控制單元(600)檢測并且確定所述柴油機微粒過濾器(300)的飽和狀態(tài)，以控制所述噴射器(400)的操作；其中，所述噴射器(400)又包括連接到所述排氣管路(130)的主體(410)；設置用于所述主體(410)的輔助噴射單元(422)；設置在所述輔助噴射單元(422)下游的溫度提高單元(440)，以及設置在所述溫度提高單元(440)下游的主噴射單元(421)；并且所述噴射器(400)使空氣順序地通過所述輔助噴射單元(422)、所述溫度提高單元(440)以及所述主噴射單元(421)流通，以逐步地提高溫度。
2、 根據(jù)權利要求1所述的用于凈化廢氣的系統(tǒng)所使用的噴射器 (400)，該噴射器(400)包括主體(410)，所述主體(410)形成為箱形并且連接到所述排氣管路 (130)，輔助噴射單元(422)，所述輔助噴射單元(422)設置在所述主體(410)的一側，輔助噴射循環(huán)管路(412)，所述輔助噴射循環(huán)管路(412)連接到所 述噴射管(521)并且形成在所述輔助噴射單元(422)周圍，用于冷卻 所述輻射噴射單元(422)以提供柴油燃料的流通，輔助噴射供應管(432)，所述輔助噴射供應管(432)連接到所述噴 射管(521)以將噴射的柴油燃料供應到所述輔助噴射單元(422)內，溫度提高單元(440)，所述溫度提高單元(440)設置在所述主體(410) 內、所述輔助噴射單元(422)的下游，主噴射單元(421)，所述主噴射單元(421)設置在所述主體(410) 的一側上、所述溫度提高單元(440)的下游，主噴射循環(huán)管路(411)，所述主噴射循環(huán)管路(411)連接到所述噴 射管(521)并且形成在所述主噴射單元(421)周圍，用于冷卻所述主 噴射單元(421)以提供柴油燃料的流通，以及主噴射供應管(431)，所述主噴射供應管(431)連接到所述噴射管 (521)以將噴射的柴油燃料供應到所述主噴射單元(421)內。
3、根據(jù)權利要求1或2所述的用于凈化廢氣的系統(tǒng)所使用的噴射器 (400)，其中，通過選自電熱催化劑、熱裂解、熱等離子體以及電熱塞 的單元中的至少一個單元來設量所述溫度提高單元(440)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于柴油車輛的排氣凈化設備的噴射器。本發(fā)明的目的在于提供一種用于廢氣凈化設備的噴射器，所述噴射器能更精確地控制柴油燃料的噴射量，并且使由于所述噴射器的劣化而引起的性能損失最小。根據(jù)本發(fā)明，通過利用柴油燃料的流動而冷卻噴射器，以為所述噴射器提供有效冷卻。因此，能將性能降低的影響最小化，并且能從根本上消除噴嘴的噴射效率降低的問題。另外根據(jù)本發(fā)明，能更精確地控制柴油燃料的噴射量。因此，能減小為了將氣體溫度升高到預定溫度而所需要的柴油噴射量，并且因而能提高車輛的總燃料效率。
文檔編號F01N3/023GK101680325SQ200880016437
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月6日 優(yōu)先權日2007年5月18日
發(fā)明者丁鴻碩, 曹鉛根, 李宇真, 李尚珉, 金圣桓 申請人:Sk能源