CN115450734A - 泵芯装置、尿素泵和选择性催化还原系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及泵芯装置、尿素泵和选择性催化还原系统。该泵芯装置包括：集成腔座，其包括进液管路和出液管路；以及输送泵部件，其设置在集成腔座中并且包括与进液管路连通的输送进液端和与出液管路连通的输送出液端，该泵芯装置还包括回流部件，其设置在集成腔座的内部并且包括回流进液端和回流出液端，其中，回流进液端与出液管路连通并且回流出液端与进液管路连通，以用于使从输送出液端输出的溶液能够回流至输送进液端。通过这种泵芯装置，减少了管路部件，节省了安装空间，降低了成本；同时缩短了回流距离，提高了泵的输送效率，延长泵的使用寿命。

Description

泵芯装置、尿素泵和选择性催化还原系统

技术领域

本公开涉及柴油发动机尾气后处理技术领域，具体地，涉及泵芯装置、尿素泵和选择性催化还原系统。

背景技术

柴油机选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，简称SCR)系统通常包括尿素溶液储存箱、尿素泵、配量模块以及它们之间的尿素溶液连接管路和设置在柴油发动机废气排放管路上的催化消声器。尿素泵的输送泵从储存箱通过输送线路将尿素溶液输送至配量模块，配量模块将尿素溶液喷射至催化消声器之前的尾气排放管路中，尿素溶液在柴油发动机排放的高温尾气作用下汽化产生氨气，然后氨气进入SCR催化器中与尾气中的氮氧化物发生氧化还原反应，最终生成氮气和水，从而达到降低柴油发动机氮氧化物排放的目的；在柴油发动机停车运行时，为了防止残留在输送泵与配量模块之间的尿素溶液低温冻结并因此冻裂设备和管路，尿素泵的回抽泵通过回抽线路将其回抽至尿素溶液储存箱中。

现有的非气助式尿素泵管路机构(如图1中所示)主要包括：输送管路机构、回流管路机构、回抽管路机构、过滤机构以及各管路机构上的加热解冻机构等。输送管路机构与回抽管路机构集成在尿素泵的泵芯的集成腔座上，而回流管路机构以节流阀形式与输送出液端管路(即喷射管路)并列设置在尿素泵外，以将输送的溢流溶液直接回流至尿素溶液储存箱中。

这种结构设置较为分散、复杂，浪费了空间，并导致加热不集中，需要多设置一条专门的回流加热管路来对回流管路机构进行低温时的加热解冻，增加了成本，同时提高了解冻难度。另外，回流管路过长，增加了输送泵的负荷；而且溢流溶液直接回流到储存箱中并随后再次由输送泵从储存箱中抽取的这种往复循环大大增加了输送泵的输送功率，降低了输送泵的使用寿命，同时也降低了尿素泵的工作效率。

因此，需要提供一种能够节省管路及加热管路以节省空间并降低成本并且能够提高泵的输送效率并延长泵的使用寿命的尿素泵。

发明内容

本部分提供了本公开的总体概要，而不是对本公开的全部范围或所有特征的全面公开。

本公开的一个目的在于提供一种能够节省管路及加热管路以节省空间并降低成本的尿素泵。

本公开的另一目的在于提供一种能够提高泵的输送效率并延长泵的使用寿命的尿素泵。

为了实现上述目的中的一个或多个，根据本公开的一方面，提供了一种泵芯装置，包括：

集成腔座，其包括进液管路和出液管路；以及

输送泵部件，其设置在集成腔座中并且包括与进液管路连通的输送进液端和与出液管路连通的输送出液端，

该泵芯装置还包括回流部件，其设置在集成腔座的内部并且包括回流进液端和回流出液端，其中，回流进液端与出液管路连通并且回流出液端与进液管路连通，以用于使从输送出液端输出的溶液能够回流至输送进液端。

在上述泵芯装置中，还可以包括回抽泵部件，其设置在集成腔座中并且包括与出液管路连通的回抽进液端和与进液管路连通的回抽出液端。

在上述泵芯装置中，输送泵部件和回抽泵部件可以分别设置在集成腔座的相对的两端处。

在上述泵芯装置中，回流部件可以包括：

节流阀体，其在内部限定有节流孔；

节流阀座，其为中空的并且其一端与节流阀体连接以在其内限定内部空间，并且节流阀座在内部设置有阀杆保持部；以及

设置在内部空间中的T型阀杆和复位弹簧，T型阀杆被保持在阀杆保持部中并能够在阀杆保持部中滑动以打开及关闭节流孔，并且复位弹簧的一端与节流阀座连接且另一端与T型阀杆连接，以沿使T型阀杆关闭节流孔的方向作用于T型阀杆。

在上述泵芯装置中，复位弹簧可以设定成当输送泵部件的泵压达到标定值时沿与所述方向相反的方向收缩，以使T型阀杆打开节流孔。

在上述泵芯装置中，T型阀杆可以由具有软磁特性的材料制成，并且回流部件在靠近T型阀杆的端部处可以设置有电磁吸附装置，以用于在输送泵部件的泵压达到标定值时使电磁吸附装置通电以对T型阀杆产生磁吸力，从而使T型阀杆克服复位弹簧的弹力打开节流孔。

在上述泵芯装置中，节流孔的出液端可以构造成孔径小于节流孔的孔径的小孔，其中，小孔的孔径的范围为0.2mm至0.8mm。

在上述泵芯装置中，回流部件可以包括：

节流阀体，其在内部限定有节流孔；

节流阀座，其与节流阀体分离布置并在内部设置有阀杆保持部；

T型阀杆，其被保持在阀杆保持部中并能够在阀杆保持部中滑动以打开及关闭节流孔；以及

复位弹簧，其一端与节流阀座的一端连接且另一端与T型阀杆连接，以沿使T型阀杆关闭节流孔的方向作用于T型阀杆。

根据本公开的另一方面，提供了一种尿素泵，其包括根据前述段落中的任一个所述的泵芯装置。

根据本公开的又一方面，提供了一种选择性催化还原系统，其包括根据前一段落所述的尿素泵。

根据本公开，通过将回流部件集成在泵芯装置的集成腔座内并使其能够将由输送泵部件输送的溶液全部或部分回流至输送泵部件的输送进液端来再次上液，能够减少原先置于尿素泵外的回流管路及相应的加热管路，由此节省了空间并降低了成本，同时缩短了回流距离，由此提高了泵的输送效率，延长泵的使用寿命。

通过以下结合附图对本公开的示例性实施方式的详细说明，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将更加清楚。

附图说明

图1为现有技术的SCR系统的示意性原理图；

图2为根据本公开的实施方式的泵芯装置的剖视图；

图3为根据本公开的实施方式的泵芯装置的集成腔座的剖视图；

图4为图2中所示的泵芯装置的输送泵部件的剖视图；

图5示意性地示出了图2中所示的泵芯装置的工作原理；

图6为根据本公开的实施方式的回流部件的剖视图；

图7为根据本公开的另一实施方式的回流部件的剖视图；

图8为图2中所示的泵芯装置的回抽泵部件的剖视图，其中，该剖视图还示出了集成安装在集成腔座的腔座体中的回流部件；以及

图9示意性地示出了根据本公开的实施方式的主动开合型的回流部件。

具体实施方式

下面参照附图、借助于示例性实施方式对本公开进行详细描述。要注意的是，对本公开的以下详细描述仅仅是出于说明目的，而绝不是对本公开的限制。此外，在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件。

在如图1中所示的现有技术的SCR系统中，输送管路机构1001和回抽管路机构1002集成在集成腔座1000中，而回流管路机构1003设置在尿素泵外，以将输送的溢流溶液通过回流管路机构1003直接回流至尿素溶液储存箱1004中。这种结构设置使得需要专门设置一条回流加热管来对回流管路机构1003进行低温时如冬季的加热解冻，增加了成本和解冻难度；此外，外置的回流管路过长，增加了尿素泵中输送泵的负荷；而且溢流溶液直接回流到储存箱1004中并随后再次由输送泵从储存箱1004中抽取的这种往复循环大大增加了输送泵的输送功率，降低了输送泵的使用寿命，同时也降低了尿素泵的工作效率。

为解决上述问题，如图2中所示，根据本公开的实施方式，提供了一种泵芯装置1，包括：

集成腔座10，其包括进液管路10a和出液管路10b；

输送泵部件11，其设置在集成腔座10中并且包括与进液管路10a连通的输送进液端11a和与出液管路10b连通的输送出液端11b；以及

回抽泵部件12，其设置在集成腔座10中并且包括与出液管路10b连通的回抽进液端12a和与进液管路10a连通的回抽出液端12b，

泵芯装置1还包括回流部件13，其设置在集成腔座10的内部并且包括回流进液端13a和回流出液端13b，其中，回流进液端13a与出液管路10b连通并且回流出液端13b与进液管路10a连通，以用于使从输送出液端11b输出的溶液能够回流至输送进液端11a。

通过上述构造，可以在不改变现有输送泵部件和回抽泵部件的工作原理的基础上，在集成腔座内部集成安装回流部件。由此，可将由输送泵部件输送的多余溶液经由内置于泵芯的集成腔座中的回流部件回流至输送泵部件的输送进液端来进行直接上液。以此方式，节省了管路和相应的解热机构如加热管路并且由此节省了安装空间并降低了成本；同时还由于缩短了回流管路而降低了输送泵部件的负荷，并且由于循环上液而提高了输送泵部件的上液效率，并延长了输送泵部件并且因此尿素泵的使用寿命；此外，由于集成的回流部件减小了输出管路中的气体，因此还增强了泵压稳定性。

另一方面，均集成在集成腔座内，使得能够通过较少甚至一个热源对集成腔座内所有管道进行加热以进行解冻，而且如此构造的泵芯内的管路的长度较短，使得停机状态下内部残留液体较少，可以有效减少结冰体积，由此也可提高泵的抗冻性能。

参照图2和图3，集成腔座10由腔座体101和用于封堵腔座体101的工艺堵头102构成。腔座体101具有进液管路10a、出液管路10b、进液口10c和出液口10d、以及用于集成输送泵部件11的输送泵中空腔、用于集成回抽泵部件12的回抽泵中空腔、和用于集成回流部件13的内部中空腔，其中，进液管路10a与输送泵中空腔、回抽泵中空腔和内部中空腔均连通，并且出液管路10b与输送泵中空腔、回抽泵中空腔和内部中空腔均连通。工艺堵头102在内部中空腔处封堵腔座体101。

如图2和图4中所示，根据本公开的实施方式的输送泵部件11在集成腔座10的一端处集成在集成腔座10的输送泵中空腔中，并且包括与进液管路10a连通的输送进液端11a和与出液管路10b连通的输送出液端11b。输送泵部件11由输送膜片111、输送阀芯112、输送进阀113、输送排阀114、密封阀板115构成。

具体地，输送膜片111的一端与能够提供上下往复运动(如图2中在上方的箭头所示)的机构相连，而另一端与输送阀芯112之间形成空腔118，以通过输送膜片111向上运动产生负压来从输送进阀113向空腔118中输送溶液，并通过输送膜片111向下运动产生正压来将空腔118中的溶液从输送排阀114输出。

输送阀芯112在其中设置有分别将空腔118与输送进液端11a和输送出液端11b连通并因此与进液管路10a和出液管路10b连通的孔组112a和112b。

输送进阀113由输送阀芯112和伞阀117组成。伞阀117包括杆部和连接至杆部的一端的伞形部，其中，杆部穿过输送阀芯112且伞形部位于输送阀芯112的上表面上。当输送膜片111向下运动产生正压时，伞形部固定在输送阀芯112上以关闭孔组112a并形成第一密封面A1(见图5)，而在输送膜片111向上运动产生负压时，伞形部离开输送阀芯112以打开孔组112a，由此使孔组112a能够通过伞阀117而被单向密封。

输送排阀114由输送阀芯112、密封阀板115和弹簧118组成。密封阀板115安装在输送阀芯112与腔座体101之间以用于隔离输送进阀113和输送排阀114。弹簧118设置在孔组112b的出液口处，并且其一端连接至密封阀板115，而另一端固定至腔座体101，弹簧118在常态下呈压缩状态以使密封阀板115密封孔组112b。当输送膜片111向下运动产生正压时，密封阀板115向下移动以打开孔组112b，而在输送膜片111向上运动产生负压时，密封阀板115在弹簧118作用下向上移动以关闭孔组112b并形成第二密封面A2(见图5)。

需要说明的是，输送泵部件11也可为其他形式的泵，例如，齿轮泵、柱塞泵、叶片泵等。

此外，如图2和图8中所示，根据本公开的实施方式的回抽泵部件12在集成腔座10的一端处集成在集成腔座10的回抽泵中空腔中，并且包括与出液管路10b连通的回抽进液端12a和与进液管路10a连通的回抽出液端12b。回抽泵部件12由回抽膜片121、回抽阀芯122、回抽阀板123构成。

具体地，回抽膜片121的一端与能够提供上下往复运动(如图2中在下方的箭头所示)的机构相连，而另一端与回抽阀芯122之间形成空腔124，以通过回抽膜片121向下运动产生负压来从回抽进阀125向空腔124中回抽溶液，并通过回抽膜片121向上运动产生正压来将空腔124中的溶液从回抽排阀126输出。回抽阀芯122在其中设置有分别将空腔124与回抽进液端12a和回抽出液端12b连通并因此与出液管路10b和进液管路10a连通的孔组122a和122b。回抽进阀125由腔座体101和回抽阀板123组成。并且回抽排阀126由回抽阀板123和回抽阀芯122组成。孔组122a和122b分别通过回抽阀板123来进行单向密封，以形成第三密封面A3和第四密封面A4(见图5)。

可以理解的是，回抽泵部件12也可以为其他形式的泵。

可以设想的是，输送泵部件11和回抽泵部件12可以分别设置在集成腔座10的相对的两端处。也就是说，输送泵中空腔和回抽泵中空腔可以分别构造在集成腔座10的相对的两端处。这里，两端指的是集成腔座的相对的两侧，如图2中所示。由此，可以允许对集成腔座10内的管路进行更合理地布置。然而，可以理解的是，输送泵部件11和回抽泵部件12也可以设置在集成腔座10的其他位置处，例如设置在同一侧。

还可以设想的是，泵芯装置1可以不包含回抽泵部件12，即仅包含输送泵部件11和回流部件13。在这种情况下，泵芯装置1仍能够实现上文提到的由内置回流部件13带来的各种优点。

下面，结合图2、图6、图7和图9对回流部件13进行详细描述。

回流部件13设置在集成腔座10的内部中空腔中，并且包括与出液管路10b连通的回流进液端13a和与进液管路10a连通的回流出液端13b。参照图2和图6，其示出了根据本公开的一种实施方式的回流部件13，其可整个固定在内部中空腔中，其包括：

节流阀体131，其在内部限定有节流孔131a；

节流阀座132，其为中空的并且其一端与节流阀体131连接以在节流阀座132内限定内部空间，并且节流阀座132在内部设置有阀杆保持部132a；以及

设置在该内部空间中的T型阀杆133和复位弹簧134，T型阀杆133被保持在阀杆保持部132a中并能够在阀杆保持部中滑动以打开及关闭节流孔131a，并且复位弹簧134的一端与节流阀座132连接且另一端与T型阀杆133连接，以沿使T型阀杆133关闭节流孔131a的方向作用于T型阀杆133。

复位弹簧134在常态下呈压缩状态，以通过弹力将T型阀杆133沿上述方向抵靠住节流孔131a以对其进行封闭。当节流孔131a的入液口处的压力达到一定值(即开启压力)时，T型阀杆133会克服复位弹簧134的弹力离开节流孔131a，由此打开节流孔131a，以允许输送的多余的尿素溶液在压力作用下从回流进液端13a经由节流孔131a回流进入回流部件13内，并经由设置在节流阀座132的端部处的出液孔从回流出液端13b排出到进液管路10a，由此，实现输送的多余尿素溶液在泵芯内的回流。

参照图7，其示出了根据本公开的另一实施方式的回流部件13，其包括：

节流阀体131，其在内部限定有节流孔131a；

节流阀座132，其与节流阀体131分离布置并在内部设置有阀杆保持部132a；

T型阀杆133，其被保持在阀杆保持部132a中并能够在阀杆保持部中滑动以打开及关闭节流孔131a；以及

复位弹簧134，其一端与节流阀座132的一端连接且另一端与T型阀杆133连接，以沿使T型阀杆133关闭节流孔131a的方向作用于T型阀杆133。

节流阀座132可通过一端与内部中空腔固定，同样地，复位弹簧134在常态下呈压缩状态，以通过弹力将T型阀杆133沿上述方向抵靠住节流孔131a以对其进行封闭。图7中所示的回流部件13与图6中所示的回流部件13的工作原理相同，在此不再赘述。

可以设想的是，还可以采用其他形式的回流部件。

根据本公开的实施方式，回流部件13还可以包括密封座135，密封座135与T型阀杆133的一端连接以封闭节流孔131a从而在其与节流孔131a之间形成第五密封面A5(见图5)。

回流部件13还可以包括过滤装置比如过滤网136，该过滤网136可以设置在节流阀体131的节流孔131a的入液口的上游，以对待进入节流孔131a的回流的尿素溶液进行过滤，避免回流的尿素溶液中的固体物质在回流部件中造成堵塞。

可以设想的是，可以在节流阀体131与集成座腔101的连接处设置O型圈137，以实现节流阀体131与集成座腔101之间的密封连接。

可以设想的是，复位弹簧134可以设定成当输送泵部件11的泵压达到标定值时沿与上述方向相反的方向收缩，以使T型阀杆133打开节流孔131a。

由此，可以通过调整复位弹簧134的工作力值来调整回流部件13的节流孔131a的开启压力，从而可以改善输送泵部件11的吸液性能。

在本实施方式中，该泵压的标定值可以是大于等于300mbar的值。

此外，例如，如图6中所示，还可以将节流孔131a的出液端构造成孔径小于节流孔131a的孔径的小孔131a’，并通过调整小孔131a’的孔径来调整回流量。根据本公开的实施方式，小孔131a’的孔径的范围可以为0.2mm至0.8mm。

图9示出了具有另一种开合方式的回流部件13，即主动开合型的回流部件。

该主动开合型的回流部件具有与图6中所示的回流部件的结构类似的结构，不同之处在于，T型阀杆133由具有软磁特性的材料制成，并且回流部件13在靠近T型阀杆133的端部处设置有电磁吸附装置138比如电磁铁，以用于在输送泵部件11的泵压达到标定值时例如通过控制器来使电磁吸附装置138通电以对T型阀杆133产生磁吸力，从而使T型阀杆133克服复位弹簧134的弹力打开节流孔131a。

下面结合图5，对泵芯装置1的两种工作状态，即输送状态和回抽状态进行描述。

在输送状态中，回抽泵部件12关闭，输送泵部件11的输送膜片111上下往复运动，在输送膜片111与输送阀芯112之间形成的空腔118中交替产生正压和负压。

具体地，当输送膜片111向上运动时，空腔118产生负压，导致第一密封面A1打开而第二密封面A2关闭，尿素溶液从进液口10c经过进液管路10a、输送进液端11a进入孔组112a到达空腔118中；当输送膜片111向下运动时，空腔118产生正压，导致第一密封面A1关闭而第二密封面A2打开，尿素溶液从空腔118经过孔组112b进入输送出液端11b，一部分经过出液管路10b进入出液口10d，多余尿素溶液经过过滤网136并在达到标定值的泵压下通过节流孔131a，经由第五密封面A5，回流至进液管路10a，并再次经由输送进液端11a上液。

特别地，尿素泵在开始工作阶段，需要吸入液体并将输送泵部件11内部的空气输送压缩至出液管路10b，保证在尿素泵开始工作时空气不通过回流部件13进入进液管路10a，避免空气在尿素泵内部形成内循环，从而影响泵的吸液性能。在工作一段时间使得压力达到标定值后，回流部件13自动开启进行内部回流。

在回抽状态中，输送泵部件11和回流部件13在弹簧作用下关闭，回抽泵部件12的回抽膜片121上下往复运动，在回抽膜片121与回抽阀板123之间形成的空腔124中交替产生正压和负压。

具体地，当回抽膜片121向下运动时，空腔124产生负压，导致第三密封面A3打开而第四密封面A4关闭，尿素溶液从出液口10d经过出液管路10b进入回抽进液端12a，然后通过孔组122a进入空腔124中；当回抽膜片121向上运动时，空腔124产生正压，导致第三密封面A3关闭而第四密封面A4打开，尿素溶液经过孔组122b进入回抽出液端12b，然后从回抽出液端12b经过进液管路10a到进液口10c，并由此回抽到尿素溶液储存箱中。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种泵芯装置，包括：

集成腔座，其包括进液管路和出液管路；以及

输送泵部件，其设置在所述集成腔座中并且包括与所述进液管路连通的输送进液端和与所述出液管路连通的输送出液端，

其特征在于，还包括回流部件，其设置在所述集成腔座的内部并且包括回流进液端和回流出液端，其中，所述回流进液端与所述出液管路连通并且所述回流出液端与所述进液管路连通，以用于使从所述输送出液端输出的溶液能够回流至所述输送进液端。

2.根据权利要求1所述的泵芯装置，其特征在于，还包括回抽泵部件，其设置在所述集成腔座中并且包括与所述出液管路连通的回抽进液端和与所述进液管路连通的回抽出液端。

3.根据权利要求2所述的泵芯装置，其特征在于，所述输送泵部件和所述回抽泵部件分别设置在所述集成腔座的相对的两端处。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的泵芯装置，其特征在于，所述回流部件包括：

节流阀体，其在内部限定有节流孔；

节流阀座，其为中空的并且其一端与所述节流阀体连接以在其内限定内部空间，并且所述节流阀座在内部设置有阀杆保持部；以及

设置在所述内部空间中的T型阀杆和复位弹簧，所述T型阀杆被保持在所述阀杆保持部中并能够在所述阀杆保持部中滑动以打开及关闭所述节流孔，并且所述复位弹簧的一端与所述节流阀座连接且另一端与所述T型阀杆连接，以沿使所述T型阀杆关闭所述节流孔的方向作用于所述T型阀杆。

5.根据权利要求4所述的泵芯装置，其特征在于，所述复位弹簧设定成当所述输送泵部件的泵压达到标定值时沿与所述方向相反的方向收缩，以使所述T型阀杆打开所述节流孔。

6.根据权利要求4所述的泵芯装置，其特征在于，所述T型阀杆由具有软磁特性的材料制成，并且所述回流部件在靠近所述T型阀杆的端部处设置有电磁吸附装置，以用于在所述输送泵部件的泵压达到标定值时使所述电磁吸附装置通电以对所述T型阀杆产生磁吸力，从而使所述T型阀杆克服所述复位弹簧的弹力打开所述节流孔。

7.根据权利要求4所述的泵芯装置，其特征在于，所述节流孔的出液端构造成孔径小于所述节流孔的孔径的小孔，其中，所述小孔的孔径的范围为0.2mm至0.8mm。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的泵芯装置，其特征在于，所述回流部件包括：

节流阀体，其在内部限定有节流孔；

节流阀座，其与所述节流阀体分离布置并在内部设置有阀杆保持部；

T型阀杆，其被保持在所述阀杆保持部中并能够在所述阀杆保持部中滑动以打开及关闭所述节流孔；以及

复位弹簧，其一端与所述节流阀座的一端连接且另一端与所述T型阀杆连接，以沿使所述T型阀杆关闭所述节流孔的方向作用于所述T型阀杆。

9.一种尿素泵，其特征在于，包括根据权利要求1至8中的任一项所述的泵芯装置。

10.一种选择性催化还原系统，其特征在于，包括根据权利要求9所述的尿素泵。

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