CN104632326A - 内燃机尾气净化后处理系统的反应剂计量输送装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内燃机尾气净化后处理系统的尿素计量输送装置，包括尿素计量装置、喷嘴和尿素储存箱；所述尿素储存箱内装有尿素；尿素计量装置包括计量泵和控制器；所述计量泵安装在尿素储存箱内部并浸泡在尿素之中；所述计量泵与控制器连接；所述计量泵通过喷射管与喷嘴连接；所述控制器安装在尿素储存箱的顶部或外部。避免尿素溶液在寒冷天气因结冰而造成对于与尿素接触部件的损坏，还解决了系统长期不使用时尿素脱水结晶而影响系统正常工作的问题。

Description

内燃机尾气净化后处理系统的反应剂计量输送装置
技术领域
本发明涉及一种反应剂输送与计量装置，尤其是涉及一种内燃机尾气净化后处理系统的反应剂计量输送装置。
背景技术
目前用于柴油机后处理的反应剂是尿素水溶液。尿素输送与计量系统集成在尿素箱上不仅可以节约安装空间和制造成本，更重要的是使系统更可靠。其中一种安排是将尿素计量泵在尿素箱内，浸泡在尿素溶液里。由于尿素溶液在低温时会结冰，结冰时体积膨胀生产极大的应力，容易导致浸泡在尿素溶液中的尿素泵等装置损坏。另外，对于空气助喷系统来说，尿素出口与空气汇合处容易由于尿素溶液脱水而结晶。事实上述两个问题是目前困扰尿素输送计量系统的常见问题。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种内燃机尾气净化后处理系统的反应剂计量输送装置，解决了尿素（本发明所说的反应剂通常指尿素）溶液在寒冷天气结冰时体积膨胀导致的尿素计量装置损坏，及由于系统长期不使用时尿素溶液在与空气汇合处脱水结晶引起的系统无法正常工作的问题。其次本发明还解决计量泵尿素出口处容易脱水结晶的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的第一种技术方案是采用无空气辅助喷射尿素的输送装置。
所述无气助尿素输送装置包括反应剂储存箱、喷嘴和反应剂计量装置；所述反应剂储存箱内装有反应剂；反应剂计量装置包括计量泵和控制器；所述控制器通过电线与计量泵连接；所述计量泵通过喷射管与喷嘴连接；
所述计量泵安装在尿素储存箱内部并浸泡在尿素之中；所述控制器安装在尿素储存箱的顶部或外部，避免与尿素直接接触。
计量泵为电磁线圈直接驱动的柱塞泵、活塞泵、隔膜泵或齿轮泵，泵内各部件之间的间隙和空腔都充满尿素。计量泵的内部结构设计成允许尿素充满所有空腔，保证在寒冷天气尿素结冰时所有与尿素接触的部件在各个方向都受到同等压力，即各向等压，从而避免这些部件产生塑性变形。
优选地，所述喷嘴与控制器通过电线连接并接受控制器的控制。
优选地，所述计量泵内部液腔设置至少一个弹性变形体。
为解决上述技术问题，本发明采用的第二个技术方案是有压缩空气辅助尿素喷射（即气助）输送装置。
所述气助尿素输送装置包括反应剂储存箱、喷嘴和反应剂计量装置；所述反应剂储存箱内装有反应剂（本发明所说反应剂通常指尿毒）；反应剂计量装置包括计量泵、控制器和空气开关阀；所述控制器通过电线与计量泵和空气开关阀连接；所述空气开关阀一端通过空气输送管与压缩空气源连接，另一端通过喷射管与计量泵和喷嘴依顺序串联连接；
所述计量泵安装在尿素储存箱内部并浸泡在尿素之中；所述控制器安装在尿素储存箱的顶部或外部，避免与尿素直接接触。
所述计量泵为电磁线圈直接驱动的柱塞泵、活塞泵、隔膜泵或齿轮泵，泵内各部件之间的间隙和空腔都充满尿素。计量泵的内部结构设计成允许尿素充满所有空腔，保证在寒冷天气尿素结冰时所有与尿素接触的部件在各个方向都受到同等压力，即各向等压，从而避免这些部件产生塑性变形。
优选地，所述空气开关阀入口端通过空气输送管与压缩空气源连接，出口端通过喷射管与喷嘴连接；所述计量泵通过反应剂输送管与喷射管连接。
改进地，所述喷射管和计量泵适当部位，含有对水有渗透性的材料,可以使尿素储存箱内的尿素中的水分子以极慢的速度向喷射管内或计量泵出口处内部渗透，在计量泵长期不工作的情况下保持其出口与空气的汇合处湿润，从而避免残留在该处的尿素脱水结晶。
改进地，所述喷射管与尿素输送管结合处即计量泵释放出来的尿素与喷射管内空气的汇合处及其附近，含有能够吸收周围空气中水分并使水分渗透进入该结合处内腔的材料，在计量泵长期不工作的情况下，保持尿素与空气汇合处的湿润，从而避免残留在该处和尿素输送管内的尿素脱水结晶。
改进地，在所述喷射管与尿素输送管的结合处，设置一个细微的内壁与尿素亲和力很强（即湿润）的管道或由该材料制成的多孔材料带状物，例如泡沫材料，一端与所述空气与尿素的汇合处连接，另一端伸入尿素储存箱内的尿素中，利用毛细管内液体张力将液体引至所述空气与尿素汇合处，在计量泵长期不工作的情况下保持尿素与空气的汇合处湿润，从而避免残留在该处和尿素输送管内的尿素脱水结晶。
优选地，在所述空气输送管与计量泵之间安装有减压阀。
优选地，在所述计量泵入口端设有过滤器。
优选地，所述计量泵内部液腔设置至少一个弹性变形体。以避免计量泵内部核心件在尿素结冰体积膨胀时受到损坏，该变形体可以由适当的材料制作成，在计量泵工作压力范围内（一般少于10bar）极少变形或者变形量可知，这样就不会明显影响计量精度，但是在较高压力下（比如大于10bar）容易弹性变形，这样在尿素结冰时能够吸收压力，避免计量泵内其它部件承受过高压力而损坏；在尿素溶液解冻后，泵内压力恢复正常时，该变形体恢复原状。
本发明的有益效果是本发明的尿素（尿素）计量装置可以经济可靠地避免尿素溶液在寒冷天气因结冰而造成对于与尿素接触部件的损坏，另外由于将尿素计量泵置于尿素箱内，浸泡在尿素中，使其部件都在尿素溶液中工作，第一，避免了计量泵因长期不使用时尿素脱水出现的尿素在泵内结晶的现象；第二，由于计量泵置于尿素溶液中，在工作时可得到足够的冷却；第三，在寒冷天气，需要对尿素解冻时，计量泵内尿素可以由线圈加热，也可以由周围尿素来加热。
同时，本发明采用的使尿素与空气汇合处长期保持湿润的技术，解决了系统长期不使用时尿素脱水结晶而影响系统正常工作的问题。
本发明的尿素计量系统具有经济、可靠的特点，适合寒冷气候条件下的工作。
附图说明
图1为包含计量装置的汽车后处理系统结构示意图；
图2为本发明计量装置的实施例1结构示意图；
图3为一种浸泡在尿素液体中工作的计量泵示意图；
图4为本发明计量装置的实施例2结构示意图；
图5为一种可以渗透液体的液气汇合处示意图；
图6为本发明计量装置的实施例5结构示意图；
图7为一种可以吸湿并渗透液体的液气汇合处示意图；
图8为一种通过液体自身张力传送液体至液气汇合处的示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-8及实施例对本发明进一步加以说明。
实施例1
如图1所示，一种无气助车辆尾气后处理系统：包括发动机608、排气管道609、喷嘴607、SCR催化剂611、SCR前温度和NOx传感器603、SCR后温度和NOx传感器604、冷却液循环控制阀606、尿素储存箱700、热交换器612和尿素计量装置1000；
所述SCR前温度和NOx传感器603、喷嘴607、SCR催化剂611、SCR后温度和NOx传感器604依次设置在排气管道609上；
所述计量装置1000与尿素储存箱700集成在一起。
其中尿素储存箱700顶部还安装有尿素加注口（未显示）及压力调节阀613。尿素储存箱700内置有热交换器612，与发动机608冷却循环液体相连，在寒冷的天气需要加热尿素时，控制器600打开发动机冷却液循环控制阀606，使发动机冷却液循环穿过热交换器612，加热尿素；
尿素计量装置1000从尿素储存箱700抽取尿素，根据发动机608运行工况计量和释放适当量的尿素；释放出来的尿素由喷嘴607喷入发动机排气管609，与排气混合后在SCR催化剂611的帮助下与发动机排气中的NOx产生化学反应，达到降低NOx排放效果，目前通常使用的尿素为（尿素水溶液共晶点）32.5%浓度的尿素水溶液。
如图2所示，尿素计量装置1000包括计量泵200和控制器600，计量泵200安装在尿素储存箱700内部并浸泡在尿素701之中；控制器600通过电线分别与计量泵200和喷嘴连接并控制计量泵和喷嘴运行；计量泵200通过喷射管402与喷嘴607连接；控制器600安装在尿素储存箱700外，不与尿素接触；或者控制器600安装在尿素储存箱700顶部，由外壳将其与尿素储存箱700内腔隔开。
计量泵200安装在尿素储存箱700内靠近底部浸泡在尿素中，而且为电磁线圈直接驱动柱塞（活塞）泵、隔膜泵或齿轮泵，该泵内部各部件之间所有较大的间隙和空腔都能尿素让充满，如图3所示，这样在尿素冰体积膨胀时，所有部件都受到各向同等压力，避免塑性变形。
实施例2
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，作为进一步的改进，为了保护计量泵内部核心件不因尿素结冰体积膨胀而受到损坏，可以在计量泵200内部液腔中安放一个或多个可变形体，如图3所示。该变形体可以由适当的材料制作成，在计量泵工作压力范围（一般少于10bar）内极少变形，或者变形量可知，这样就不会明显影响计量精度；但是在较高压力（比如大于10bar）下容易弹性变形，这样在尿素结冰膨胀时能够吸收计量泵内部液腔中的压力，避免计量泵内其它部件承受过高压力而损坏。在尿素溶液解冻后，泵内压力恢复正常时，该变形体恢复原状。
实施例3
如图4所示，在实施例1的基础上，增加空气辅助，构成气助车辆尾气后处理系统。此时，实施例1不同的是，尿素计量装置1000还包括空气开关阀100。该空气开关阀100通过电线与控制器600连接并受控制器600控制开关。空气开关阀100入口一端通过空气输送管101将压缩空气引入空气控制阀100，出口一端通过喷射管402先与计量泵200连接，再与喷嘴607串接。
实施例4
如图5所示，作为对实施例3的改进，喷射管402浸泡在尿素溶液内的部分或计量泵200液体出口处某个部位含有渗透性材料622，可以使尿素溶液或水分子以极慢的速度向管道内渗透。这样，即使在系统长期不工作的情况下，尿素与空气的汇合处总是保持湿润，避免尿素脱水结晶堵住尿素和空气通道。
实施例5
如图6所示，在实施例3的基础上，与实施例3不同的是，空气开关阀出口一端通过喷射管402不经过计量泵200直接通向喷嘴607；计量泵200通过尿素输送管102与喷射管402汇合。这样的安排可以使喷射管402不用进出尿素箱，减少管道使用。
实施例6
如图7所示，作为对实施例5的改进，从尿素计量泵200释放出来的尿素与喷射管402内空气的汇合处，即尿素输送管102与喷射管402的结合处，管道含有吸湿和渗透性材料622，可以吸收周围环境中的水份并使水份渗透进入该汇合处的内腔，即使在系统长期不工作的情况下，尿素与空气的汇合处总是保持湿润，避免尿素脱水结晶堵住尿素和空气通道。
实施例7
如图8所示，作为对实施例5或6的改进，从尿素计量泵200释放出来的尿素与喷射管402内空气的汇合处，即尿素输送管102与喷射管402的结合处，通过一根细管或能够传输水分的线缆103与尿素箱700内的尿素701连接相通，使得尿素或尿素中的水分在毛细管液面张力或者扩散力的作用下将尿素箱内的尿素或水分输送到上述尿素与空气汇合处的内腔，保持部位湿润，即使在系统长期不工作的情况下，尿素与空气的汇合处总是保持湿润，避免尿素脱水结晶堵住尿素和空气通道。
本文中虽然以尿素溶液为例来说明发明内容，但是本发明适用于任何其它反应剂。
上文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。另外本文中虽然使用尿素或尿素溶液为例来说明计量系统的功能，但是本发明适用于任何其他流体尿素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种内燃机尾气净化后处理系统的反应剂计量输送装置，其特征在于：包括反应剂储存箱（700）、喷嘴（607）和反应剂计量装置(1000)；所述反应剂计量装置(1000)包括计量泵（200）和控制器（600）；所述控制器（600）安装在反应剂储存箱（700）的顶部或外部，通过电线与计量泵（200）连接；所述计量泵（200）通过喷射管（402）与喷嘴（607）连接；
所述计量泵（200）为电磁线圈直接驱动的柱塞泵、隔膜泵或齿轮泵，安装在反应剂储存箱（700）内部并浸泡在反应剂之中，泵内各部件之间的间隙和空腔都充满反应剂。
2.根据权利要求1所述的反应剂计量输送装置，其特征在于：所述喷嘴（607）与控制器（600）通过电线连接并接受控制器（600）的控制。
3.一种内燃机尾气净化后处理系统的反应剂计量输送装置，其特征在于：包括反应剂储存箱（700）、喷嘴（607）和反应剂计量装置(1000)；
所述反应剂计量装置(1000)包括计量泵（200）、空气开关阀（100）和控制器（600）；所述控制器（600）安装在反应剂储存箱（700）的顶部或外部，通过电线与计量泵（200）和空气开关阀（100）连接；
所述空气开关阀（100）入口端通过空气输送管（101）与压缩空气源连接相通，出口端通过喷射管（402）先经过计量泵（200）再与喷嘴（607）连接相通；
所述计量泵（200）为电磁线圈直接驱动的柱塞泵、隔膜泵或齿轮泵，安装在反应剂储存箱（700）内部并浸泡在反应剂之中，泵内各部件之间的间隙和空腔都充满反应剂。
4.根据权利要求3所述的计量装置，其特征在于：所述喷射管（402）或计量泵(200)反应剂出口处含有渗透性的材料。
5.根据权利要求3所述的反应剂计量输送装置，其特征在于：所述空气开关阀（100）入口端通过空气输送管（101）与压缩空气源连接，出口端通过喷射管（402）与喷嘴（607）连接；所述计量泵(200)通过反应剂输送管(102)与喷射管(402)连接。
6.根据权利要求5所述的反应剂计量输送装置，其特征在于：所述喷射管(402)与反应剂输送管(102)结合处的管材为吸湿和渗透性材料。
7.根据权利要求5或6所述的反应剂计量输送装置，其特征在于：所述喷射管(402)与反应剂输送管(102)的结合处设有一毛细管（103），所述毛细管的自由端伸入反应剂储存箱（700）内部的反应剂中。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的反应剂计量输送装置，其特征在于：在所述空气输送管（101）与计量泵（200）之间安装有减压阀(400)。
9.根据权利要求1至8任一项所述的反应剂计量输送装置，其特征在于：在所述计量泵(200)入口端设有过滤器(204)。
10.根据权利要求1至9任一所述的反应剂计量输送装置，其特征在于：所述计量泵（200）内部液腔设置至少一个弹性变形体。
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