CN103201473A - 集成式scr还原剂储存装置 - Google Patents

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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 (Selective 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, 需要在满足书"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"。
现己知, 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
泵体下表面 121 膜片泵 13 第一压力传感器 第二压力传感器 15 液流管道 16 控制单元
环形槽 161 出液接头 18 感应组件
储液箱 2 过渡板 3
吸液管 31 过滤器 4 41 端盖 42 滤芯 43 进液口 44 出液口 45 计量阀 6 空气节流孔 61 单向阀 71 膜片阀 72 第一电磁阀 73 第三电磁阔 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 86 热交换器 87 隔热套 88 压縮空气单元 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 1.1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—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 体混合提供压縮气源的入口, 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— 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 迸水接头 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, 所述第一电磁阔 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縮空气单元 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幵 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打幵水加热单元 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阔 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 (1)

  1. 权 利 要 求 书
    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。
    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 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。
    4. 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。
    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。
    6. 根据权利要求 5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。
    7. 根据权利要求 6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。
    8. 根据权利要求 7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。
    9. 根据权利要求 7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。
    10. 根据权利要求 7-9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。
    11. 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 述泵体内形成有若干段供还原剂流通的液流管道。
    12. 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。
    13. 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。
    14. 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泵体内的第二温度传感器。
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