CN111365096A - 一种用电驱动泵线圈加热的液态还原剂计量喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的用电驱动泵线圈加热的液态还原剂计量喷射装置，利用该计量喷射装置中具有输送或/和回抽功能液态还原剂电驱动泵电机或电磁铁的线圈加电产生的的热量,直接或间接对过滤储能装置等防冻设备及其防冻管路加热保温或加热解冻，不再设置专门加热解冻保温装置，大大降低地计量喷射装置的制造和运行成本。
Description
技术领域
本发明属于柴油发动机尾气后处理领域，涉及一种用电驱动泵线圈加热的液态还原剂计量喷射装置，特别涉及一种用电驱动泵线圈加热的尿素水溶液计量喷射装置。
背景技术
液态还原剂(如尿素水溶液)计量喷射装置是柴油发动机选择性催化还原系统(Selective Catalytic Reduction，简称SCR)中的一个重要装置，其工作原理为：计量喷射装置中的输送泵将尿素水溶液从尿素储存箱中被吸出，通过稳压单元形成稳定压力的尿素水溶液，再通过配量模块将尿素水溶液定量以细微雾状喷射进入催化消声器中，这样，细微雾状尿素水溶液首先在高温下发生水解和热解反应后生成氨气，然后氨气在催化消声器中与柴油发动机排放尾气中的氮氧化物发生氧化还原反应，重新生成氮气和水，从而达到降低柴油发动机氮氧化物排放的目的。
如图1，为现有技术的一种尿素水溶液计量喷射装置，由尿素水溶液储存箱18、吸液管A2、前置过滤器3、吸液管B4、两位四通换向阀5、吸液管C6、输送泵7(具有尿素水溶液供给和回抽功能)、主喷射管A8、两位四通换向阀5、主喷射管B9、过滤储能装置1、喷射管10、配量模块11、回液管A12、压力传感器13(其作用是检测喷射压力的波动，将波动值传给控制器，控制器调整输送泵的转速或频率，使压力波动稳定在一定范围内)、压力阀14、回液管B15、节流阀16、回液管C17、回抽管A20、回抽管B19、回抽管C22和回抽管D21构成。
其工作原理如下：
建压过程：当计量喷射装置建压时，输送泵7和两位四通换向阀5开启，尿素水溶液储存箱18中尿素溶液经吸液管A2、前置过滤器3、吸液管B4、两位四通换向阀5、吸液管C6、输送泵7、主喷射管A8、两位四通换向阀5、主喷射管B9进入过滤储能装置1；当回液管A12中尿素水溶液压力达到9bar时压力阀14液体压力打开，过滤储能装置1中多余尿素水溶液经回液管A12、压力阀14、回液管B15、节流阀16、回液管C17回流至尿素水溶液储存箱18中，这样，输送泵7不断地运行保持过滤储能装置1中尿素水溶液压力不变。
计量喷射过程：当控制器接收到喷射信号时，配量模块11电控打开，过滤储能装置1中尿素水溶液经喷射管10由配量模块11中喷嘴定量喷射，同时输送泵7不断地运行补充过滤储能装置1中尿素水溶液使其压力保持稳定，且回液管A12中尿素水溶液压力达到9bar时液压打开压力阀14，使过滤储能装置1中多余尿素水溶液溢流回尿素水溶液储存箱18中。
抽空过程：先通电换向两位四通换向阀5，然后电控打开配量模块11中的喷嘴，再电控启动输送泵7，这样，停止计量喷射装置时，残留在计量喷射装置中尿素水溶液依次由喷射支路中配量模块11、喷射管10、过滤储能装置1，回抽支路中回抽管A20、两位四通换向阀5、回抽管B19，供给支路中吸液管C6，然后吸入输送泵7；再依次从供给支路中主喷射管8、回抽支路中回抽管C22、两位四通换向阀5、回抽管D21，再经供给支路中吸液管B4、过滤器3、吸液管A2，最后流回储存箱18。
上述计量喷射装置不仅所用两位四通换向阀5结构复杂，而且与其连接的回抽支路管路复杂，常常会使该换向阀和回抽支路管路内残留有一些尿素水溶液，导致其冬天经常被冻裂而无法使用；即使计量喷射装置停止使用时冬天未被冻裂，但是为了确保计量喷射装置在低温环境下能正常启动和运行，不仅要对该换向阀及其连接管路进行加热解冻和保温外，还要对除尿素水溶液储存箱18外其余设备和管道进行加热解冻和保温措施。如图2和3，为现有技术对上述计量喷射装置配套的电加热装置，将加热丝34注塑进塑料骨架35(塑料骨架材料采用尼龙或PA66)，该电加热装置的形状结构必须依附在上述计量喷射装置中除尿素水溶液储存箱18外的设备和管道外表面，其结构相当复杂且对其制造工艺要求较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供(基本方案)一种用电驱动泵线圈加热的液态还原剂计量喷射装置，主要包括电驱动泵、防冻设备及其防冻连接管路，和控制器，所述控制器用于对所述计量喷射装置进行供电并控制；在所述计量喷射装置电驱动泵电机或电磁铁的线圈上加电源，对所述计量喷射装置中至少一个防冻设备或至少一段防冻连接管路进行加热解冻或加热保温，且加热解冻或加热保温后确保所述电驱动泵电机或电磁铁能正常工作。进一步地，所述电源为PWM脉宽调制电流。
基本方案的优选方案：所述计量喷射装置还包括与控制器连接的监测液态还原剂温度的温度传感器，当所述计量喷射装置通电开始时或工作过程中，所述温度传感器监测到防冻设备或防冻连接管路内的液态还原剂在冰冻温度或低于冰冻温度时，所述控制器在电驱动泵电机或电磁铁的线圈上加电源，对所述计量喷射装置中至少一个防冻设备或至少一段防冻连接管路进行加热解冻或加热保温。进一步地，所述电源为PWM脉宽调制电流。
基本方案或其优选方案的再优选方案：所述防冻设备为所述计量喷射装置中的液态还原剂泵体、液态还原剂阀体、液态还原剂过滤器本体(具有过滤功能的设备，如前置过滤器、过滤储能装置等)。进一步地，所述电驱动泵为具有供给或/和回抽功能液态还原剂泵。更进一步地，所述液态还原剂为尿素水溶液或AdBlue或添蓝。
基本方案或其优选方案的再优选方案的再再优选方案：还包括设置在电驱动泵的电机或电磁铁本体，与防冻设备或防冻连接管之间的一导热件，用于将所述装置中电驱动泵线圈热量传导至防冻设备或防冻连接管。
再再优选方案的再再再优选方案1：所述导热件包括导热块本体及其上表面或/和下表面带凹弧，其表面的凹弧用于嵌入所述电驱动泵线圈外壳体、所述防冻设备外壳体和所述防冻连接管路中至少一个。
再再优选方案的再再再优选方案2：所述导热件包括导热件本体及其空腔，在所述导热件本体上至少设置一个，以用于安装所述电驱动泵的电机或电磁铁本体，或者电驱动泵的液态还原剂泵本体。
再再优选方案或再再再优选方案1或再再再优选方案2的优选方案：所述导热件本体采用耐高温阻燃工程塑料注塑而成，或采用铝合金压力铸造或挤压拉伸而成。进一步地，所述耐高温阻燃工程塑料为尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)或PA66。
再再优选方案或再再再优选方案1或再再再优选方案2的优选方案：所述电驱动泵为具有供给或/和回抽功能液态还原剂泵。进一步地，所述电源为PWM脉宽调制电流。更进一步地，所述防冻设备为所述计量喷射装置中的液态还原剂泵体、液态还原剂阀体、液态还原剂过滤器本体。再更进一步地，所述液态还原剂为尿素水溶液或AdBlue或添蓝。
本发明提供的用电驱动泵线圈加热的液态还原剂计量喷射装置，利用该计量喷射装置中具有输送或/和回抽功能液态还原剂电驱动泵电机或电磁铁的线圈产生的的热量,直接或间接对过滤储能装置等防冻设备及其他防冻管路加热保温或加热解冻，不再设置专门加热解冻保温装置，大大降低地液态还原剂计量喷射装置的制造和运行成本。
附图说明
图1为现有技术尿素计量喷射装置示意图。
图2为图1的加热装置结构示意平面图。
图3为图2的加热装置中加热骨架及其加热丝解体结构示意立体图。
图4为图1的过滤储能装置纵截面结构示意图。
图5为图4的A-A横截面结构示意图。
图6为本发明的一种图1中输送泵电磁铁本体直接对过滤储能装置加热的纵截面结构示意图。
图7为图6的A-A横截面结构示意图。
图8为本发明的一种图1中输送泵电磁铁本体通过导热块对过滤储能装置加热的纵截面结构示意图。
图9为图8的A-A横截面结构示意图。
图10为本发明的一种图1中输送泵电磁铁本体通过导热件对过滤储能装置加热的导热件横截面结构示意图。
具体实施方式
下面以背景技术部分描述的尿素计量喷射装置为基础，并结合本发明附图及具体实施例对本发明提供的尿素计量喷射装置进行详细说明。
图1所示现有技术尿素计量喷射装置中的过滤储能装置以如图4和5为所示一种过滤储能装置结构示意图为例来描述本发明实施例，该装置主要由纸质过滤层01、空芯橡胶棒02和帽状外壳03构成，纸质过滤层01和空芯橡胶棒02依次从帽状外壳03的敞口一端嵌入并在该端外侧通过带中心孔的端盖04固定(通过螺纹)；在所述外壳03的另一端设置尿素水溶液入口05且尿素水溶液穿过所述纸质过滤层01直接流至所述空芯橡胶棒02，尿素水溶液入口5与主喷射管B9连接；在外壳03的侧壁中部设置尿素水溶液喷射出口07，其与喷射管10连接；在外壳03的侧壁底部(设置在侧壁底部有利于尿素水溶液抽空)设置尿素水溶液回液出口06，其与回液管A12相连。
实施例1
如图6和7为一种图1所示尿素计量喷射装置中的输送泵驱动电磁铁本体直接对过滤储能装置加热的结构示意图，其所示过滤储能装置与图4和5所示的过滤储能装置区别在于：直接将输送泵驱动电磁铁外壳本体设置在过滤储能装置尿素水溶液入口一端，尿素水溶液入口05改在过滤储能装置外壳03侧壁上，尿素水溶液流入过滤储能装置的路径由直接流入改为由过滤储能装置外壳03侧壁进入再左转流入。电磁铁主要由电磁铁外壳701、线圈703和电铁芯702，电磁铁外壳701通过螺钉36与过滤储能装置外壳03一端。
工作原理：
所述计量喷射装置包括对该装置中设备控制及供电的控制器(图中未示出)及与其连接的监测装置内液态还原剂最低温度点的温度传感器(图中未示出)，当所述计量喷射装置未计量喷射时，且所述温度传感器监测到过滤储能装置内的尿素水溶液温度处于或低于结冰点温度，所述控制器在输送泵驱动电磁铁的线圈上加PWM脉宽调制电流，通过电磁铁外壳701传热直接对过滤储能装置进行热解冻或加热保温；当所述温度传感器监测过滤储能装置内的尿素水溶液温度大于结冰点温度时，所述控制器停止输送泵驱动电磁铁的线圈加PWM脉宽调制电流。
为了确保输送泵驱动电磁铁的线圈由于加载PWM脉宽调制电流加热导致其烧毁(即确保上述加热解冻或加热保温后所述电驱动泵电机或电磁铁能正常工作)，可以利用液态还原剂最低温度点的温度传感器或在输送泵驱动电磁铁的壳体设置温度传感器监测其加热过程中的温度，一旦其过热就停止加载PWM脉宽调制电流或降低PWM脉宽调制电流的大小；也可以根据实际需要在输送泵驱动电磁铁的线圈加载预先实验测定某一特定PWM脉宽调制电流的加热时间，来设计输送泵驱动电磁铁的线圈，使其极限加热时间大于实际加热时间；这样就确保了输送泵驱动电磁铁的线圈在加载PWM脉宽调制电流加热过程中不会导致其烧毁。
当计量喷射装置停止工作即系统停止喷射时，为了防止过滤储能装置内的尿素水溶液冷冻结冰影响计量喷射装置正常工作，控制器也可以在所述计量喷射装置中输送泵驱动电磁铁的线圈上加PWM脉宽调制电流，通过电磁铁外壳701传热直接对过滤储能装置进行加热保温；当计量喷射装置重新开始工作即系统喷射时，控制器在所述计量喷射装置中输送泵驱动电磁铁的线圈上停止加PWM脉宽调制电流。
由于计量喷射装置采用该装置中输送泵驱动电磁铁的线圈对过滤储能装置进行加热解冻或加热保温，不再需要现有技术中工艺复杂电加热注塑专用装置，大大地降低了计量喷射装置整体成本和运行成本。
实施例2
如图8和9为一种图1所示尿素计量喷射装置中的输送泵驱动电磁铁本体通过导热块(即导热件)对过滤储能装置加热的结构示意图。本实施例与实施例1的区别是：输送泵驱动电磁铁设置在过滤储能装置的侧壁外，电磁铁与过滤储能装置之间固定设置一导热块30；加热时通过电磁铁外壳701再由导热块30传热间接对过滤储能装置进行加热；所述过滤储能装置尿素水溶液入口05也不用与实施例1设在其外壳03的侧壁上；其余结构和工作原理与实施例1基本相同。
实施例3
如图10，为本实施例提供的一种一种图1中输送泵电磁铁本体通过导热件对过滤储能装置加热的导热件横截面结构示意图，导热件30由导热件本体301及其设置在其上的2个相邻地空腔A302和空腔B303构成，其采用工程塑料(尼龙或PA66)挤压拉伸或注塑而成，或采用铝合金压力铸造而成；输送泵7整体或泵体或其线圈外壳安装在空腔A302内，过滤储能装置1安装在空腔C303内；这样，计量喷射装置中过滤储能装置1加热解冻或加热保温时，利用输送泵7电磁铁线圈产生的的热量,通过导热件本体301给过滤储能装置1传导热量加热(加热解冻或加热保温参见实施例1中加热解冻或加热保温的工作原理)。
以上实施例只以具体的图1所示尿素计量喷射装置中输送泵7电磁铁加电对一种具体过滤储能装置1进行加热保温或加热解冻阐述了本发明思想。
为了防止图1所示尿素计量喷射装置中除储存箱和配量模块外的其余防冻设备(如过滤储能装置1、前置过滤器3、压力传感器13、压力阀14、节流阀16和两位四通换向阀5等)和防冻连接管路，由于残留尿素溶液而冻裂，也可以对上述防冻设备中至少一个或/和防冻连接管路中至少一段采取上述实施例1-3中类似加热结构对其进行加热解冻或加热保温。
另外，本发明过滤储能装置也可以是其他结构的空芯橡胶储能过滤装置即可，不受上述实施例中具体结构限制；本发明尿素计量喷射装置也不限于图1所示的尿素计量喷射装置的限制，如上述实施例中尿素计量喷射装置输送泵7具有供给和回抽功能为一体，而其他尿素计量喷射装置中供给功能设一台泵，回抽功能设一台泵，只要所采用泵为电驱动泵(如电机或电磁铁驱动)即可。
本发明中尿素水溶液还可以是AdBlue或添蓝等液态还原剂。
对于只要能实现电驱动泵电机或电磁铁线圈对上述防冻设备或防冻连接管路加热解冻或加热保温，它们之间加热结构不受上述实施例中具体结构限制，因此本发明不受上述实施例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内；本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (15)
1.一种用电驱动泵线圈加热的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，主要包括电驱动泵、防冻设备及其防冻连接管路，和控制器，所述控制器用于对所述计量喷射装置进行供电并控制；在所述计量喷射装置电驱动泵电机或电磁铁的线圈上加电源，对所述计量喷射装置中至少一个防冻设备或/和至少一段防冻连接管路进行加热解冻或加热保温，且加热解冻或加热保温后确保所述电驱动泵能正常工作。
2.根据权利要求1所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述计量喷射装置还包括与控制器连接的监测液态还原剂温度的温度传感器；当所述计量喷射装置通电开始时或工作过程中，所述温度传感器监测到防冻设备或防冻连接管路内的液态还原剂在冰冻温度或低于冰冻温度时，所述控制器在电驱动泵电机或电磁铁的线圈上加电源，对所述计量喷射装置中至少一个防冻设备或/和至少一段防冻连接管路进行加热解冻或加热保温。
3.根据权利要求1或2所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述电源为PWM脉宽调制电流。
4.根据权利要求3所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述防冻设备为所述计量喷射装置中的液态还原剂泵体、液态还原剂阀体、液态还原剂过滤器本体。
5.根据权利要求4所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述电驱动泵为具有供给或/和回抽功能液态还原剂泵。
6.根据权利要求5所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述液态还原剂为尿素水溶液或AdBlue或添蓝。
7.根据权利要求1或2所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，还包括设置在电驱动泵的电机本体或电磁铁本体，与防冻设备或防冻连接管之间的一导热件(30)，用于将所述装置中电驱动泵线圈热量传导至防冻设备或防冻连接管路。
8.根据权利要求7所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述导热件(30)包括导热块本体(301)及其上表面或/和下表面带凹弧，其表面的凹弧用于嵌入所述电驱动泵线圈外壳体、所述防冻设备外壳体和所述防冻连接管路中至少一个。
9.根据权利要求7所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述导热件(30)包括导热件本体(301)及其空腔(302、303)，在所述导热件本体(301)上至少设置一个空腔，以用于安装所述电驱动泵的电机或电磁铁本体，或者电驱动泵的液态还原剂泵本体。
10.根据权利要求8或9所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述导热件本体(301)采用耐高温阻燃工程塑料注塑而成，或采用铝合金压力铸造或挤压拉伸而成。
11.根据权利要求10所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述耐高温阻燃工程塑料为尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)或PA66。
12.根据权利要求8或9所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述电驱动泵为具有供给或/和回抽功能液态还原剂泵。
13.根据权利要求12所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述电源为PWM脉宽调制电流。
14.根据权利要求13所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述防冻设备为所述计量喷射装置中的液态还原剂泵体、液态还原剂阀体、液态还原剂过滤器本体。
15.根据权利要求14所述的液态还原剂计量喷射装置，其特征在于，所述液态还原剂为尿素水溶液或AdBlue或添蓝。
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