CN103201473B - 集成式scr还原剂储存装置 - Google Patents

Abstract

一种集成式SCR还原剂储存装置包括储液箱(2)和计量喷射单元(1)，还包括过渡板(3)和水加热单元(8)。储液箱(2)用于储存还原剂；计量喷射单元(1)通过过渡板(3)与储液箱(2)集成一体；水加热单元(8)对储液箱(2)和计量喷射单元(1)进行加热。该集成式SCR还原剂储存装置减少了管路和管路接头并且减少了还原剂泄漏风险，并且可以精确控制还原剂的喷射。

Description

集成式SCR还原剂储存装置

技术领域

本发明涉及一种柴油车尾气处理净化系统中还原剂的存储及喷射控制装置，尤其涉及一种集成式SCR(Se1ective Catalyst Reaction，选择性催化转化路线)系统中的还原剂储存装置。

背景技术

随着社会对环境保护要求的越来越高，国家对环境保护的力度越来越大，就机动车排放方面国家相关部门已出台相关政策，尤其是“国IV标准”的推行，对机动车排放控制更趋严格，需要在满足“国III标准”基础上再进一步降低30％～50％的污染物才能达标，按标准正常实施进程，全国范围将于2012年实施“国IV标准”。

现已知，选择性催化还原技术(SCR)是机动车尾气后处理技术的主流路线，即将还原剂(行业内称为“添蓝”)经过雾化定量喷射进排气管路，并通过SCR催化剂将废气中的主要有害气体NOX转化成氮气和水排出，达到尾气净化的目的，这也是实现“国IV标准”最普遍的技术路线。

SCR系统一般包括尿素箱、计量喷射泵、喷嘴等装置，然而现有技术中，上述各模块单元都是相互独立的，如在公开号为CN101240729A、名称为柴油汽车排放与尿素箱反应器的中国专利中所揭示的，尿酸箱与计量喷射泵等装置间是通过管道及管道接头连接的。这样常会造成如下缺陷：

第一、各单元相互独立，管路较多(包括吸液、回液等管路)，布置困难，管路连接处易被污染，防护困难，且也存在泄漏隐患。

第二、各管路内的还原剂在温度较低的环境下易冰冻，且化冰困难。

第三、系统成本高，各单元需要的布置空间较大。

第四、实际装车中，各单元相互独立，由于是不同的厂家提供，在装配中配合效果差，且都是各单元安装好后再管路连接，安装困难、且易被污染。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提出一种集成化程度高、结构紧凑、易于化冰，且便于维护的集成式SCR还原剂储存装置。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：集成式SCR还原剂储存装置，所述集成式SCR还原剂储存装置包括储液箱和计量喷射单元，所述储液箱用于储存还原剂，所述计量喷射单元与所述储液箱集成一体。

优选地，所述集成式SCR还原剂储存装置还包括过渡板，所述计量喷射单元通过过渡板与所述储液箱集成一体。

所述集成式SCR还原剂储存装置包括对所述储液箱和计量喷射单元进行加热的水加热单元。

所述计量喷射单元还包括盖体、泵体、膜片泵、过滤器和计量阀，所述盖体扣合于所述泵体上，所述盖体和泵体间形成封闭空间，至少所述膜片泵设置于所述封闭空间内。

所述集成式SCR还原剂储存装置还包括过渡板，所述计量喷射单元通过过渡板与所述储液箱集成一体。

所述计量喷射单元包括水加热单元，所述水加热单元自所述过渡板向下延伸到所述储液箱内，以对所述储液箱和计量喷射单元进行加热。

所述水加热单元包括相接的进水管、出水管和设置在所述计量喷射单元内的水循环管道，所述进水管和出水管延伸到所述储液箱内。

所述水加热单元还包括进水接头和出水接头，所述进水接头和出水接头设置在所述泵体上，所述进水接头、进水管、出水管、水循环管道和出水接头相接通。

所述所述集成式SCR还原剂储存装置还包括设置在所述储液箱内的感应组件，所述感应组件包括液位传感器和第一温度传感器。

所述进水管上还设置有隔热套。

所述泵体内形成有若干段供还原剂流通的液流管道。

所述计量喷射单元还包括设置于所述计量阀两端的第一压力传感器和第二压力传感器。

所述计量喷射单元还包括控制单元，所述控制单元电连接所述膜片泵和计量阀，以控制所述还原剂的喷射。

所述集成式SCR还原剂储存装置还包括设置在泵体内的第二温度传感器。

与现有技术相比，本发明集成式SCR还原剂储存装置有如下优点：

1)设计方案优良、集成度高；

2)省略了吸液、回液、加热管等管路和相关的管路接头，减少了还原剂泄漏风险；

3)加热后发动机冷却水直接经过计量泵和储液箱，节省了对计量泵单独进行加热的水加热装置或电加热装置；

4)通过在进液管上部包裹隔热套使底部还原剂先加热，加热效果好，便于还原剂及时化冰抽吸。

5)计量泵和尿素箱一体式结构，占用空间小，成本较低，同时，模块化设置拆卸安装方便，配合效果佳。

6)过滤腔与稳压腔一体化设计，结构紧凑，稳压效果好，便于计量阀控制。

7)采用旋风式混合腔，压力损失小，搅拌雾化效果好，不易结晶堵塞。

附图说明

图1是本发明集成式SCR还原剂储存装置的立体视图；

图2是图1的立体分解视图；

图3是本发明集成式SCR还原剂储存装置的接线图；

图4是图3中过滤器分解的立体分解图；

图5是本发明过滤器、计量阀和混合腔连接的局部剖视图；

图6是图5中CC方向的剖视图；

图7是本发明集成式SCR还原剂储存装置中泵体的仰视图；

图8是本发明集成式SCR还原剂储存装置中泵体的俯视图；

图9是本发明中过渡板的立体视图；

图10是本发明集成式SCR还原剂储存装置实施例二的接线图；

图11是本发明集成式SCR还原剂储存装置实施例三的接线图。

图中元件的标号

计量喷射单元    1      盖体            11    泵体            12

泵体下表面      121    膜片泵          13    第一压力传感器  14

第二压力传感器  15     液流管道        16    控制单元        17

环形槽          161    出液接头        18    感应组件        19

储液箱          2      过渡板          3

吸液管          31     过滤器          4     滤腔壳体        41

端盖            42     滤芯            43    进液口          44

出液口          45     计量阀          5     混合腔          6

空气节流孔      61     单向阀          71    膜片阀          72

第一电磁阀      73     第三电磁阀      74    贯穿孔          75

喷嘴            76     排气管          77    通气管          79

水加热单元      8      进水接头        81    进水管          82

出水管          83     出水接头        84    水循环管道      85

第一流道        851    热交换器        87    隔热套          88

第一流道        852    第一流道        853

压缩空气单元    9      气源            91    第二电磁阀      92

减压阀          93     第二温度传感器  94    粗滤装置        32

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明优选实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1、图2所示，本发明集成式SCR还原剂储存装置包括计量喷射单元1和储液箱2，计量喷射单元1通过一过渡板3与储液箱2集成于一体，所述计量喷射单元包括盖体11、泵体12、膜片泵13、过滤器4、计量阀5、混合腔6、第一压力传感器14、第二压力传感器15，设置于泵体上液流管道16以及控制单元17。

结合图3示，盖体11扣合于泵体12上，其与泵体12间形成一封闭空间，所述膜片泵13、计量阀5、混合腔6、第一压力传感器14和第二压力传感器15均设置在所述盖体11和泵体12所形成的封闭空间内，所述过滤器4置于所述盖体11外侧的泵体12上，便于清洁维护；所述膜片泵13用于将还原剂从储液箱2内抽吸到泵体的液流管道16中，从而为还原剂的输送提供动力源。

结合图4～6所示的计量喷射单元，所述过滤器4固定安装于泵体12上，用于过滤和抑制压力波动，其包括滤腔壳体41、端盖42和设置于滤腔壳体和端盖内的滤芯43，所述滤腔壳体41一体成型在所述泵体12上，所述端盖42密封地设置于所述滤腔壳体41的一端，滤腔壳体41上设置有进液口44和出液口45，所述出液口45与所述计量阀5的入液口通过设置于泵体内的液流管道16连通。结合图4所示，所述过滤器4的进液口44设置为与所述过滤器滤腔壳体41内壁相切的方向上，进液口切向设置是为了避免进液口与所述滤腔壳体41因垂直设置而造成还原剂喷射压力过大直接冲击滤芯而造成损坏，同时，还原剂偏置所述芯轴方向进入储液腔后，贴壁流动形成缓冲，防止垂直进入扰动液体而造成压力明显波动，起到稳压效果。

结合图5、图7示，所述计量阀5在本实施例中采用的是高精度尿素专用计量阀，用于对还原剂进行计量喷射。计量阀5的一端通过贯穿孔75和泵体内的液流管道16与过滤器4相连接，而另一端与混合腔6相连接，该混合腔6串联在计量阀5的下游，主要起到气液的混合雾化功能，以形成均匀的悬浮液，优化净化效果。

本实施例中，所述计量阀5一端的喷孔部位伸入混合腔6内，所述混合腔6的内壁上设置有空气节流孔61，所述空气节流孔61另一端连通气源，所述空气节流孔61与所述混合腔6内壁相切，其为混合腔6内的气体和液体混合提供压缩气源的入口，在计量阀5喷射还原剂的过程中，高速气流通过空气节流孔61切向进入混合腔6内。

根据旋风分离器原理，当切向气流进入混合腔6内时，会在腔内形成外旋气流和内旋气流，外旋气流会贴附腔壁旋转，并朝远离出液接头的方向吹送，即向计量阀5的方向吹送，当达到混合腔6顶部时又会形成内旋气流，与外向气流反向运动，同时，当气流汇集在计量阀5喷孔处时，在计量阀的喷射压力作用下，喷射出的还原剂被内旋气流充分搅拌，并向下吹送，经出液接头喷射出，在混合腔6内由于搅拌作用，可以将尿素水溶液形成均匀的悬浮液，降低结晶风险，并有利于在出液接头下游的雾化喷嘴处形成均匀的喷雾，提高催化还原反应效果。

所述混合腔6远离计量阀5的一端通过泵体内的液道管路16连通泵体侧壁上的出液接头18，该出液接头18通过喷射管路及喷嘴76与排气管77相接。优选地，所述出液接头18的位置低于所述计量阀5的位置，所述混合腔6所在轴线与水平方向形成一锐角角度，即所述混合腔6倾斜设置，所述混合腔6与水平方向形成20°角度为佳，这样，在喷射动作结束后，即使混合腔内存有残余的还原剂，受重力作用，还原剂也会向下(即出液接头方向)流动，而不会返流堵塞计量阀的喷孔。

如图7、图8所示，所述液流管道16由贯穿设置于泵体12内侧及泵体下表面121与过渡板3间的空间内的若干段管道组成，所述膜片泵13、过滤器4和计量阀5依次通过泵体内的液流管道16相连通，液流管道16一端与自过渡板3下侧向下延伸的吸液管31相连接，然后依次连接安装于泵体12上的膜片泵13、单向阀71后分为两路流道，一路通过图中贯通泵体的贯穿孔75和环形槽161与过滤器4的进液口44相接，将需要喷射的还原剂输送入过滤器4中进行过滤后，再送至计量阀5中；另一路则形成与膜片阀72及储液箱2相接的回液管道，如图10所示，所述吸液管31的底部连接一粗滤装置32，防止还原剂内杂质进入喷射系统造成堵塞。

结合图2、图3、图7及图9示，本发明集成式SCR还原剂储存装置还包括水加热单元8，所述水加热单元8采用加热后的发动机冷却水循环，在寒冷的季节可以对计量喷射单元和储液箱内的还原剂进行加热，同时，加热后的发动机冷却水通过在水循环管道内循环流动对泵体12进行加热。

所述水加热单元8包括进水接头81、进水管82、出水管83、出水接头84和复数段水循环管道85，所述水循环管道85包括设置在泵体12内的第一流道851和第二流道852，以及形成于泵体12下表面121与过渡板3间的第三流道853，第一流道851和第二流道852分别与设置在泵体侧壁上的进水接头81和出水接头84相接。

进水管82和出水管83自过渡板3的下侧向下延伸形成，其上端分别与水循环管道85的第三流通853相连通，底部间通过一热交换器87相接通，所述进水接头81、进水管82、出水管83和出水接头84通过水循环管道85依次连通，以对泵体12及储液箱2内的还原剂形成良好的加热。

较佳地，在进水管82和出水管83连接处在储液箱底部形成增大加热面积的螺旋状结构的热交换器87，且在进水管82上部的外表面上包裹隔热套88，隔热套88的设置使加热后的冷却水在流经进水管上部时避免损失过多热量，而是首先融化尿素箱底部的冰冻，便于抽吸。

更佳地，所述本发明计量喷射装置还包括通气管79，所述通气管79、吸液管31和进水管82均包裹在隔热套88内。

参见图3所示，水加热单元8中进水管82所在管路上还设置有第一电磁阀73，所述第一电磁阀73电连接所述控制单元17，控制单元17通过控制第一电磁阀73来控制加热后的冷却水进行循环加热化冰。

所述控制单元17电连接所述膜片泵13、计量阀5，以及装设于计量阀5和混合腔6两端的第一压力传感器14和第二压力传感器15，其中第一压力传感器14设置在所述计量阀5的上游端，第二压力传感器15设置在所述计量阀5的下游端，第一压力传感器14和第二压力传感器15根据控制单元接收到的命令喷射量和计量阀两端的压差，并计算计量阀5的开启脉冲的占空比，达到精确计量的目的。

本实施例中的计量喷射装置还包括压缩空气单元9，所述压缩空气单元9包括依次串联的气源91、第二电磁阀92和减压阀93，所述第二电磁阀92电路连接控制单元17，所述气源91的下游还设置有空气过滤器，压缩空气单元既可以为膜片阀71打开或关闭提供空气压力，又可以为混合腔6内还原剂的雾化提供压缩空气。

结合图3及图9所示，本发明的计量喷射装置还包括感应组件19，所述感应组件由位移传感器和第一温度传感器组成，所述述感应组件与所述水加热单元集成在所述计量喷射单元的下方，所述述感应组件与所述计量喷射单元内的控制单元电连接，所述感应组件提供储液箱内液位和温度的感应信息。更优地，在所述泵体12内还装设有测量泵体内还原剂问题的第二温度传感器94。

当控制单元接受到发动机点火信号时，控制单元17控制膜片泵13内的电机以某一固定转速开始排空动作，使得液流管道16中的还原剂通过回流管路返回到储液箱2中，约30秒后，控制单元17控制第二电磁阀72开启气源来关闭排空回路，此时膜片泵13继续工作，还原剂经液流管道和过滤器4后被泵体送到计量阀5的上游，其压力持续增加，当计量阀5上游的第一压力传感器14的压力值P1达到设定值时，膜片泵电机停转，控制单元接受到喷射请求，并控制计量阀5开始计量喷射，第二压力传感器15用于采集计量阀下游的压力值P2，以计算压差，并调整计量阀打开脉宽。

在控制单元17控制压缩空气单元关闭回液膜片后、喷射前，第一压力传感器14的压力值(P1)较小，此时控制单元17控制膜片泵内的电机以预先设定的转速运行，大约5s后，过滤腔内的压力P1达到喷射压力值；开始喷射后P1会下降，下降速度与喷射量有关，为了维持P1稳定，电机开始工作，过滤腔补充还原剂，以维持P1值的稳定，此过程中，电机转速根据喷射量和当前P1值进行闭环控制，达到精确计量的目的。

当温度较低需要加热时，控制单元17接受到感应传感器中温度传感器的低温信号时，控制单元会控制第二电磁阀92打开水加热单元8，加热后的发动机冷却水依次流经进水接头81、进水管82、出水管83和出水接头84，既实现了计量喷射单元的加热，也实现了储液箱2内还原剂的加热。

图10是本发明实施例二系统控制图，本实施例与实施例一都属于有气喷射系统，其区别在于所述计量喷射单元1下游的喷嘴76管路连通空气压缩单元9，提供二次雾化效果。

图11是本发明实施例三系统控制图，属于无气喷射系统，本实施例与实施例一的区别在于本实施例无需使用压缩空气单元，计量阀5直接将还原剂喷射进排气管77，且回流管路上直接用第三电磁阀74与控制单元17电路连接，控制单元直接控制第三电磁阀74开启或关闭来控制回流，完成排空动作。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.集成式SCR还原剂储存装置，其特征在于：所述集成式SCR还原剂储存装置包括储液箱、计量喷射单元，以及对所述储液箱和计量喷射单元进行加热的水加热单元；所述储液箱用于储存还原剂，所述计量喷射单元与所述储液箱集成一体，所述计量喷射单元包括盖体、泵体、膜片泵、过滤器和计量阀，所述盖体扣合于所述泵体上，所述盖体和泵体间形成封闭空间，至少所述膜片泵设置于所述封闭空间内。

2.根据权利要求1所述的集成式SCR还原剂储存装置，其特征在于：所述集成式SCR还原剂储存装置还包括过渡板，所述计量喷射单元通过过渡板与所述储液箱集成一体。

3.根据权利要求2所述的集成式SCR还原剂储存装置，其特征在于：所述计量喷射单元包括水加热单元，所述水加热单元自所述过渡板向下延伸到所述储液箱内，用于对所述储液箱和计量喷射单元进行加热。

4.根据权利要求3所述的集成式SCR还原剂储存装置，其特征在于：所述水加热单元包括相接的进水管、出水管和设置在所述计量喷射单元内的水循环管道，所述进水管和出水管延伸到所述储液箱内。

5.根据权利要求4所述的集成式SCR还原剂储存装置，其特征在于：所述水加热单元还包括进水接头和出水接头，所述进水接头和出水接头设置在所述泵体上，所述进水接头、进水管、出水管、水循环管道和出水接头相接通。

6.根据权利要求4所述的集成式SCR还原剂储存装置，其特征在于：所述集成式SCR还原剂储存装置还包括设置在所述储液箱内的感应组件，所述感应组件包括液位传感器和第一温度传感器。

7.根据权利要求4-6任意一项所述的集成式SCR还原剂储存装置，其特征在于：所述进水管上还设置有隔热套。

8.根据权利要求1所述的集成式SCR还原剂储存装置，其特征在于：所述泵体内形成有若干段供还原剂流通的液流管道。

9.根据权利要求1所述的集成式SCR还原剂储存装置，其特征在于：所述计量喷射单元还包括设置于所述计量阀两端的第一压力传感器和第二压力传感器。

10.根据权利要求1所述的集成式SCR还原剂储存装置，其特征在于：所述计量喷射单元还包括控制单元，所述控制单元电连接所述膜片泵和计量阀，以控制所述还原剂的喷射。

11.根据权利要求1所述的集成式SCR还原剂储存装置，其特征在于：所述集成式SCR还原剂储存装置还包括设置在泵体内的第二温度传感器。