CN110985170B - 一种非气助式尿素泵及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车尾气处理领域，并具体公开了一种非气助式尿素泵及其应用，其包括换向阀和隔膜泵，其中：换向阀包括结构相同的第一电磁阀和第二电磁阀，每个电磁阀分别包括静铁芯、第一通孔、线圈、衔铁、弹簧、第二通孔和第三通孔，静铁芯的中心设置有第一通孔，线圈套设在静铁芯的外侧，衔铁设置在静铁芯的下端，该衔铁的上方与弹簧连接，电磁阀的底端设置有第二通孔和第三通孔；隔膜泵的进液端与第一电磁阀的第二通孔连接，隔膜泵的出液端与第二电磁阀的第二通孔连接。本发明将衔铁和阀芯一体化设计，通过线圈和弹簧控制衔铁即阀芯沿竖直方向作直线运动，以此实现尿素溶液流向的转换，具有结构紧凑、运动平滑的优势。

Description

一种非气助式尿素泵及其应用
技术领域
本发明属于汽车尾气处理领域，更具体地，涉及一种非气助式尿素泵及其应用。
背景技术
柴油发动机燃烧后喷出的尾气中含有大量的颗粒状物质和NOx，对空气质量具有极大的威胁。为减少环境污染，各国排放法规都进一步要求降低柴油车尾气中NOx的排放，其中SCR技术已成为降低柴油车NOx排放的主流技术。尿素泵是SCR系统的核心部件之一，是一种将尿素溶液输送至尿素喷嘴的装置。
尿素泵可分为空气辅助式和非空气辅助式，其中非空气辅助式尿素泵是一种将具有稳定压力的尿素溶液输送至喷嘴的装置。目前的非空气辅助式尿素泵的换向阀阀芯主要做旋转运动，容易出现密封失效的问题，造成尿素泵使用寿命短、稳定性差。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种非气助式尿素泵及其应用，其中根据尿素泵中换向阀易出现密封失效的问题，提出了一种换向阀，其利用衔铁充当阀芯作直线运动，并利用电磁力或弹簧力提供密封力，以此实现尿素溶液流动方向的转变，从而能够有效提高尿素泵的使用寿命和稳定性，因而尤其适用于汽车尾气处理的应用场合。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种非气助式尿素泵，其包括换向阀和隔膜泵，其中：
所述换向阀包括结构相同的第一电磁阀和第二电磁阀，每个电磁阀分别包括静铁芯、第一通孔、线圈、衔铁、弹簧、第二通孔和第三通孔，所述静铁芯的中心设置有第一通孔，所述线圈套设在所述静铁芯的外侧，所述衔铁设置在所述静铁芯的下端，该衔铁的上方设置有所述弹簧，所述电磁阀的底端设置有第二通孔和第三通孔；执行反抽功能时，所述线圈通电，所述静铁芯产生电磁力从而吸引所述衔铁向上运动，将所述第一通孔密封，所述第二通孔和第三通孔连通，并且所述弹簧处于压缩状态；执行喷射功能时，所述线圈断电，所述静铁芯的电磁力消失，所述弹簧释放，从而带动所述衔铁向下运动，将所述第三通孔密封，所述第一通孔和第二通孔连通，以此在所述换向阀中实现尿素溶液流动方向的转换；
所述隔膜泵的进液端与所述第一电磁阀的第二通孔连接，该隔膜泵的出液端与所述第二电磁阀的第二通孔连接，用于为尿素溶液流动提供动力；
工作时，尿素箱与所述第一电磁阀的第一通孔和所述第二电磁阀的第三通孔连接；喷嘴与所述第二电磁阀的第一通孔和所述第一电磁阀的第三通孔连接；
使用过程中，当发动机启动时，所述隔膜泵从所述尿素箱中抽吸尿素溶液，并通过所述换向阀送入所述喷嘴，从而实现所述尿素溶液的喷射，当发动机停机时，所述隔膜泵从所述喷嘴中反抽尿素溶液，并通过所述换向阀送入所述尿素箱，以此实现所述尿素溶液的反抽。
作为进一步优选地，所述非气助式尿素泵还包括稳压腔，所述稳压腔设置在所述隔膜泵和喷嘴之间，该稳压腔的出液端分为两路，一路与所述喷嘴连接形成喷射管路，另一路与所述尿素箱连接形成回液管路，同时该回液管路上设置有回流阻尼孔。
作为进一步优选地，每个所述电磁阀还包括第一密封垫和第二密封垫，所述第一密封垫设置在所述第一通孔出口的两侧，用于保证所述第一通孔的密封性，所述第二密封垫设置在所述衔铁的下端，用于保证所述第二通孔的密封性。
作为进一步优选地，所述非气助式尿素泵还包括设置在所述换向阀两端的第一过滤器和第二过滤器，用于过滤所述尿素溶液中的杂质。
作为进一步优选地，所述隔膜泵选用直流无刷电机进行驱动。
作为进一步优选地，所述隔膜泵采用伞阀或提升阀作为配流阀，用于提高所述隔膜泵的使用寿命。
作为进一步优选地，所述第一电磁阀和第二电磁阀通过串联方式或并联方式连接。
按照本发明的另一方面，提供了一种包括上述非气助式尿素泵的尿素溶液供给系统。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明提供的换向阀采用湿式电磁铁，将衔铁和阀芯一体化设计，通过线圈和弹簧控制衔铁即阀芯沿竖直方向作直线运动，以此实现尿素溶液流向的转换，与旋转式阀芯相比具有结构紧凑、运动平滑的优势，并且阀芯直线运动更有利于平面密封，进而能够有效提高尿素泵的可靠性；
2.同时，本发明通过设置稳压腔和密封垫，能够保证喷嘴处尿素溶液的压力，并提高尿素泵的密封性，从而进一步提高非气助式尿素泵的稳定性和可靠性；
3.此外，本发明通过将该非气助式尿素泵应用到尿素溶液供给系统中，能够在发动机停机时实现反向抽液，将尿素泵内部残留的尿素溶液抽回至尿素箱中，从而避免尿素在尿素泵内结冰引起诸多故障，以此降低尿素溶液供给系统的运行成本。
附图说明
图1是按照本发明优选实施例构建的非气助式尿素泵执行喷射功能时尿素溶液的流动方向示意图；
图2是按照本发明优选实施例构建的非气助式尿素泵执行反抽功能时尿素溶液的流动方向示意图；
图3是本发明提供的尿素溶液供给系统执行喷射功能时的示意图；
图4是本发明提供的尿素溶液供给系统执行反抽功能时的示意图；
图5是按照本发明优选实施例构建的非气助式尿素泵的内部结构示意图；
图6是按照本发明优选实施例构建的非气助式尿素泵执行喷射功能时尿素溶液的流动方向示意图；
图7是按照本发明优选实施例构建的非气助式尿素泵中换向阀的安装示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-尿素箱，2-第一过滤器，3-换向阀，3.1-第一通孔，3.2-弹簧，3.3-第一密封垫，3.4-第二密封垫，3.5-第二通孔，3.6-第三通孔，3.7-精铁芯，3.8-线圈，3.9-衔铁，4-隔膜泵，5-压力传感器，6-稳压腔，7-回流阻尼孔，8-第二过滤器，9-喷嘴，10-尾气管，11.1-第一流道，11.2-第二流道，12-吸液接头，13-回液接头，14-喷射接头，15-尿素泵泵体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提供了一种非气助式尿素泵，其包括换向阀3和隔膜泵4，其中：
换向阀3包括结构相同的第一电磁阀和第二电磁阀，每个电磁阀分别包括静铁芯3.7、第一通孔3.1、线圈3.8、衔铁3.9、弹簧3.2、第二通孔3.5和第三通孔3.6，静铁芯3.7的中心设置有第一通孔3.1，线圈3.8套设在静铁芯3.7的外侧，衔铁3.9设置在静铁芯3.7的下端，该衔铁3.9的上方设置有弹簧3.2，电磁阀的底端设置有第二通孔3.5和第三通孔3.6；如图2所示，执行反抽功能时，线圈3.8通电，静铁芯3.7产生电磁力从而吸引衔铁3.9向上运动，将第一通孔3.1密封，第二通孔3.5和第三通孔3.6连通，并且弹簧3.2处于压缩状态，此时由电磁力提供密封力，图中箭头所指为尿素溶液的流动方向；如图1所示，执行喷射功能时，线圈3.8断电，静铁芯3.7的电磁力消失，弹簧3.2释放，从而带动衔铁3.9向下运动，将第三通孔3.6密封，第一通孔3.1和第二通孔3.5连通，此时换向阀3处于常位状态，由弹簧力提供密封力，图中箭头所指为尿素溶液的流动方向，在换向阀3中，衔铁3.9充当阀芯作直线往复运动，以此在换向阀3中实现尿素溶液流动方向的转换；
隔膜泵4的进液端与第一电磁阀的第二通孔3.5连接，该隔膜泵4的出液端与第二电磁阀的第二通孔3.5连接，用于为尿素溶液流动提供动力，工作时通过驱动电路驱动隔膜泵4运转；
工作时，尿素箱1与第一电磁阀的第一通孔3.1和第二电磁阀的第三通孔3.6连接；喷嘴9与第二电磁阀的第一通孔3.1和第一电磁阀的第三通孔3.6连接；
使用过程中，当发动机启动时，如图3和图6所示，隔膜泵4从尿素箱1中抽吸尿素溶液，并通过换向阀3送入喷嘴9，从而实现尿素溶液的喷射，当发动机停机时，如图4所示，隔膜泵4从喷嘴9中反抽尿素溶液，并通过换向阀3送入尿素箱1，以此实现尿素溶液的反抽。
进一步，上述非气助式尿素泵还包括稳压腔6，稳压腔6设置在隔膜泵4和喷嘴9之间，该稳压腔6的出液端分为两路，一路与喷嘴9连接形成喷射管路，另一路与尿素箱1连接形成回液管路，同时该回液管路上设置有回流阻尼孔7，用于起加载作用，稳压腔6的出口设置有压力传感器5，用于实时监测尿素泵的喷射压力。
进一步，每个电磁阀还包括第一密封垫3.3和第二密封垫3.4，第一密封垫3.3设置在第一通孔3.1出口的两侧，用于保证第一通孔3.1的密封性，第二密封垫3.4设置在衔铁3.9的下端，用于保证第三通孔3.6的密封性。
进一步，非气助式尿素泵还包括设置在换向阀3两端的第一过滤器2和第二过滤器8，其中第一过滤器2设置在尿素箱1与换向阀3之间，第二过滤器8设置在稳压腔6与换向阀3之间，用于过滤尿素溶液中的杂质。
进一步，隔膜泵4选用直流无刷电机进行驱动；隔膜泵4采用伞阀或提升阀作为配流阀，用于提高隔膜泵的使用寿命；第一电磁阀和第二电磁阀串联连接或者并联连接，其中采用并联的方式连接时，能够同步得电或断电。
按照本发明的另一方面，提供了一种尿素溶液供给系统，该系统包括如图5和图7所示的非气助式尿素泵，以及尿素箱1和喷嘴9，为节省安装空间，换向阀3和隔膜泵4分别安装在尿素泵泵体15中心板上下两侧，换向阀3与其他部件采用第一流道11.1和第二流道11.2连接，同时非气助式尿素泵的吸液接头12与尿素箱1连接形成吸液管路，其回液接头13上设置有回流阻尼孔7，通过与尿素箱1连接形成回液管路，喷射接头14则与喷嘴9连接形成喷射管路。
下面对本发明提供的尿素溶液供给系统的工作过程作具体描述。
图3为该尿素溶液供给系统执行喷射功能时的示意图，喷射过程分为建压阶段和喷射阶段，在建压阶段，电子控制单元(ECU)发出信号，驱动隔膜泵4以某一速度运转，隔膜泵4从尿素箱1吸液，被吸入的尿素溶液经过第一滤器2过滤后流过换向阀3进入隔膜泵4的泵腔，经隔膜泵4排出的尿素溶液会经过换向阀3流至第二过滤器8，从第二过滤器8流出的尿素溶液会进入稳压腔6，稳压腔6的出口分为喷射管路及回液管路，回液管路布置有回流阻尼孔7。当压力传感器5检测到泵内压力值达到0.9MPa后，隔膜泵4的转速会被调至另一固定值，使非气助式尿素泵压力维持在0.9MPa，在建压阶段，换向阀3电磁铁不得电、保持常位状态，喷嘴9不开启。
若ECU向非气助式尿素泵发送尿素喷射量指令，非气助式尿素泵自动进入喷射阶段，隔膜泵4会以相应的速度运行，同时ECU会发送指令控制喷嘴9以设定频率开启，定量的尿素溶液会被喷入尾气管10内。
图4为该尿素溶液供给系统执行反抽功能时的示意图，发动机停机后，ECU会先发送指令使换向阀3的电磁铁得电，再发送指令使隔膜泵4以某一转速运转，此时，隔膜泵4的排液方向与喷射过程相反，隔膜泵4从稳压腔6、回液管路及喷射管路吸液，并将尿素溶液排出至尿素箱1内，反抽可以使尿素泵内部无残留的尿素溶液，进而避免出现尿素结冰、结晶等现象，从而提高尿素泵系统的可靠性。
当发动机启动时，尿素泵就会开始初始化内部参数，检查整个系统是否有故障，如果有故障，就会报故障代码，并停止工作；如果尿素泵没有故障，就会进入建压状态。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种非气助式尿素泵，其特征在于，包括换向阀(3)和隔膜泵(4)，其中：
所述换向阀(3)包括结构相同的第一电磁阀和第二电磁阀，每个电磁阀分别包括静铁芯(3.7)、第一通孔(3.1)、线圈(3.8)、衔铁(3.9)、弹簧(3.2)、第二通孔(3.5)和第三通孔(3.6)，所述静铁芯(3.7)的中心设置有第一通孔(3.1)，所述线圈(3.8)套设在所述静铁芯(3.7)的外侧，所述衔铁(3.9)设置在所述静铁芯(3.7)的下端，该衔铁(3.9)的上方设置有所述弹簧(3.2)，所述电磁阀的底端设置有第二通孔(3.5)和第三通孔(3.6)；执行反抽功能时，所述线圈(3.8)通电，所述静铁芯(3.7)产生电磁力从而吸引所述衔铁(3.9)向上运动，将所述第一通孔(3.1)密封，所述第二通孔(3.5)和第三通孔(3.6)连通，并且所述弹簧(3.2)处于压缩状态；执行喷射功能时，所述线圈(3.8)断电，所述静铁芯(3.7)的电磁力消失，所述弹簧(3.2)释放，从而带动所述衔铁(3.9)向下运动，将所述第三通孔(3.6)密封，所述第一通孔(3.1)和第二通孔(3.5)连通，以此在所述换向阀(3)中实现尿素溶液流动方向的转换；
所述隔膜泵(4)的进液端与所述第一电磁阀的第二通孔(3.5)连接，该隔膜泵(4)的出液端与所述第二电磁阀的第二通孔(3.5)连接，用于为尿素溶液流动提供动力；
工作时，尿素箱(1)与所述第一电磁阀的第一通孔(3.1)和所述第二电磁阀的第三通孔(3.6)连接；喷嘴(9)与所述第二电磁阀的第一通孔(3.1)和所述第一电磁阀的第三通孔(3.6)连接；
使用过程中，当发动机启动时，所述隔膜泵(4)从所述尿素箱(1)中抽吸尿素溶液，并通过所述换向阀(3)送入所述喷嘴(9)，从而实现所述尿素溶液的喷射，当发动机停机时，所述隔膜泵(4)从所述喷嘴(9)中反抽尿素溶液，并通过所述换向阀(3)送入所述尿素箱(1)，以此实现所述尿素溶液的反抽。
2.如权利要求1所述的非气助式尿素泵，其特征在于，所述非气助式尿素泵还包括稳压腔(6)，所述稳压腔(6)设置在所述隔膜泵(4)和喷嘴(9)之间，该稳压腔(6)的出液端分为两路，一路与所述喷嘴(9)连接形成喷射管路，另一路与所述尿素箱(1)连接形成回液管路，同时该回液管路上设置有回流阻尼孔(7)。
3.如权利要求1所述的非气助式尿素泵，其特征在于，每个所述电磁阀还包括第一密封垫(3.3)和第二密封垫(3.4)，所述第一密封垫(3.3)设置在所述第一通孔(3.1)出口的两侧，用于保证所述第一通孔(3.1)的密封性，所述第二密封垫(3.4)设置在所述衔铁(3.9)的下端，用于保证所述第二通孔(3.5)的密封性。
4.如权利要求1所述的非气助式尿素泵，其特征在于，所述非气助式尿素泵还包括设置在所述换向阀(3)两端的第一过滤器(2)和第二过滤器(8)，用于过滤所述尿素溶液中的杂质。
5.如权利要求1所述的非气助式尿素泵，其特征在于，所述隔膜泵(4)选用直流无刷电机进行驱动。
6.如权利要求1所述的非气助式尿素泵，其特征在于，所述隔膜泵(4)采用伞阀或提升阀作为配流阀，用于提高所述隔膜泵的使用寿命。
7.如权利要求1～6任一项所述的非气助式尿素泵，其特征在于，所述第一电磁阀和第二电磁阀通过串联方式或并联方式连接。
8.一种尿素溶液供给系统，其特征在于，该系统包括如权利要求1～7任一项所述的非气助式尿素泵。
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