CN201858061U - 三柱塑料管的耐压组合式油箱 - Google Patents

三柱塑料管的耐压组合式油箱 Download PDF

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张克金
王丹
崔龙
张苡铭
魏晓川
刘国军
商晓楠
赵家瑞
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Abstract

本实用新型涉及三柱塑料管的耐压组合式油箱，其特征在于：组合式油箱的一侧是燃油箱体，中间布置尿素还原剂耐压管体，另一侧是电气控制箱；电气控制箱的一侧设置有咬口端盖扣板；尿素还原剂耐压管体上设有尿素还原剂箱盖，与压缩空气动力输入管和尿素还原剂输出管相通，液位传感器固定在尿素还原剂耐压管体上，尿素还原剂放液阀设有底部，上管堵和下管堵上固定有弹性支承胶堆，塑料管卡固定连接在箱体上；尿素还原剂耐压管体由熔接对偶管和上管堵以及下管堵热熔接为一柱，结构相同的三个尿素还原剂耐压管体通过两组熔接区接头相互连为一体。其实现紧凑化的设计，有利于车辆的美观设计，减少连接件的安装，简化车辆配置，降低重量，既能满足国4以上SCR标准要求，又能降低系统的成本。

Description

三柱塑料管的耐压组合式油箱
技术领域
本实用新型涉及三柱塑料管的耐压组合式油箱，该技术应用到汽车尾气的后处理行业。
背景技术
未来几年内，全球的汽车生产商，特别是美国和欧洲关于汽车氮氧化物NOx和微粒PM的排放达标方面将强制性地实施一些更严厉的规格。在排放法规的驱动下，一方面国外的车用重负荷柴油机正不断进行技术升级和改进，另一方面，选择恰当的后处理技术策略和装备，例如，SCR (Selective Catalytic Reduction)催化转化还原技术，DPF（Diesel Particulate Filter）颗粒捕捉器，DOC（Diesel Oxidation Catalyst）氧化型催化器等。
SCR技术的本质是利用尿素在高温下分解出NH3，作为还原剂的NH3和发动机排气中的NOx在催化剂和温度的综合作用下进行反应，理想工况下生成无毒的N2和H2O，从而达到净化的目的。SCR具有很多优点，例如，可以在柴油车的排气温度250～550oC的范围内具有50～85%的NOx去除效率，并能有效降低PM的排放水平；SCR能轻松满足欧4和欧5水平，也具有达到欧6水平的潜力；SCR催化剂不含有贵金属，比成本相对较低；SCR对车用燃油的质量，特别是硫含量不敏感。基于以上分析，SCR后处理技术也最适合中国的车辆状况和车用燃油状况。
如果在中国推广应用车载SCR后处理技术，必须解决好尿素还原剂供应、尿素还原剂的剂量、尿素还原剂的雾化喷射、SCR催化剂转换效率、氨气泄露量等技术难点。
对于预计实现国4排放的车辆，其发动机已经完成机内的优化，NOX去除率在35~40%即可满足国4排放标准，NOX去除率在65~70%即可满足国5排放标准。想象中只需连接上SCR后处理装置就可以作为国4车辆销售，事实上面对的问题远不止此；采用整套进口的SCR后处理装置，成本高达12000~15000元/套，其中，尿素喷射和控制部分就占到2500~4000元，而且一旦损坏，不能保修，必须整体更换，费用用户难以承受。
对标国外公司的SCR系统，发现都是以‘单元或模块’的概念进行设计，例如，计量单元和控制单元（DCU和ECU），即把有关的信号测量、反馈、控制以及执行机构集成起来，有利于在整车上的布置和安装。但是，这些进口单元的价格昂贵。
反之，如果不采用国外进口的DCU和ECU单元模块，而把SCR系统所需要的各个功能的单元模块或零部件分别固定在卡车的驾驶室和车架等部位，不仅占用空间，而且管线的布置会显得凌乱，此外，单独固定尿素还原剂箱的托架（钢或铸铁的）就重达18kg以上；这些单元模块或零部件随意的布置安装也易产生部件的可靠性问题。
在选择尿素还原剂的输送方式时，可以采用泵动力，这要求微型泵的可靠性非常高，例如连续工作4000小时无故障，价格稍高；也可以采用高压空气源作为动力，例如，从刹车的储气筒输送的高压空气，过滤后作为动力源。
对于高压空气源输入到尿素还原剂箱体液面上方以后，以此为动力再驱动尿素还原剂到尿素还原剂喷嘴，采用不锈钢板焊接成型的圆柱形容器，成本稍高；而采用不锈钢板焊接成型的方形容器，不仅箱体的重量大，成本高，而且焊接难度大。
考虑到尿素还原剂能同大多数的工程塑料，例如聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）管材具有很好的相容性，而且，聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）管材重量轻，成本低，货源充足，易于采用标准的工艺进行吹塑和热熔加工成所需要的形状和容积。
检索专利发现，还没有同类型的专利申报。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种三柱塑料管的耐压组合式油箱，其使一个箱体具备3种功能，实现紧凑化的设计，有利于车辆的美观设计，减少连接件的安装，简化车辆配置，降低重量，既能满足国Ⅳ以上SCR标准要求，又能降低系统的成本。
本实用新型的技术方案是这样实现的，三柱塑料管的耐压组合式油箱，三柱塑料管的耐压组合式油箱，由精密过滤器、精密气体电磁阀、精密稳压阀、空气动力管线、独立的控制单元、精密液体电磁阀、尿素还原剂输出管、三柱尿素还原剂耐压管体、尿素还原剂箱盖、燃油箱盖、尿素还原剂液位传感器、燃油箱体、尿素还原剂放液阀、燃油放液阀、进出组合套管、尿素还原剂输送管、电源导线、压缩空气输入管、压缩空气输出管、来自催化转化器的温度反馈信号线、来自催化转化器的氮氧化物反馈信号线、输入到驾驶室的尿素还原剂液位报警信号线T、箱体连接焊接点、自然通风口、电气控制箱通风口、咬口端盖扣板、电气控制箱、金属支架、上管堵、熔接对偶管、下管堵、塑料管卡、弹性支承胶堆、两组熔接区接头组成；其特征在于：组合式油箱的一侧是燃油箱体，中间布置尿素还原剂耐压管体，另一侧是电气控制箱；电气控制箱的一侧设置有咬口端盖扣板；尿素还原剂耐压管体上设有尿素还原剂箱盖，与压缩空气动力输入管和尿素还原剂输出管相通，液位传感器固定在尿素还原剂耐压管体上，尿素还原剂放液阀设有底部，上管堵和下管堵上固定有弹性支承胶堆，塑料管卡固定连接在箱体上；其在组合油箱的长度为L2；尿素还原剂耐压管体由熔接对偶管和上管堵以及下管堵热熔接为一柱，结构相同的三个尿素还原剂耐压管体通过两组熔接区接头相互连为一体；熔接成型后在0.3~0.7Mpa恒压下完成30min的打压密封测试。
所述的耐压塑料管体的材料是塑料，可以是PP聚丙烯，也可以采用PE聚乙烯，或采用PP聚丙烯和PE聚乙烯共聚物的管材，其外径为110~220mm，壁厚8~26mm； 
所述的电气控制箱的内腔壁设有金属支架固定连接两个固定在两侧的分别过滤压缩空气和尿素还原剂的精密过滤器，一个精密气体电磁阀和两个调节输往尿素喷嘴和尿素箱液面的空气流量及压力的精密稳压阀及三个精密液体电磁阀，控制单元固定在底板上，压缩空气动力输入管、尿素还原剂输出管与其相连，进出组合套管内有尿素还原剂输送管、电源导线、压缩空气输入管、压缩空气输出管、来自催化转化器的温度反馈信号线、来自催化转化器的氮氧化物反馈信号线、输入到驾驶室的尿素还原剂液位报警信号线，自然通风口、电气控制箱通风口设在箱体底部，其长度为L3。
所述的燃油箱与尿素还原剂耐压管体的长度为L1/L2=3~10；尿素还原剂耐压管体是多层排列。
所述的尿素还原剂耐压管体（8）可为塑料管件之间采用螺纹连接而制成的组合耐压管体，或塑料管件和不锈钢金属管件之间采用螺纹连接而制成的组合耐压管体。
所述的组合式油箱中包括以高压空气为动力源的空气辅助尿素还原剂喷射系统，高压空气的压力为0.15~0.3Mpa。
本实用新型的积极效果在于，采用常规的汽车油箱进行结构的改造，使之变成三箱，即油箱、尿素还原剂箱和电控单元箱，三箱一体化，外形美观，方便安装和维修，解决了SCR系统的安装和布置问题，更方便实现大批量生产，具有很高的可靠性和实用价值。
附图说明
图1为本实用新型的组合式油箱主视图。
图2为本实用新型的组合式油箱左视图。
图3为本实用新型的尿素还原剂耐压管体示意图。
图4为本实用新型的组合式油箱右视图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的描述：如图1-4所示，所述的用于国Ⅳ以上的组合式油箱，箱体是选择材质为SUS304或SUS441不锈钢板，其厚度为1.2mm~1.5mm，先按照汽车燃油箱的制造工艺，整体采用不锈钢板焊接而成，分别制成燃油箱体12，预留装配尿素还原剂耐压管体8和电气控制箱20的空间，其中，燃油箱体12需要在0.08Mpa恒压下完成30min的打压密封测试，确保无泄漏；然后再制作和组装尿素还原剂耐压管体8，尿素还原剂耐压管体8所需的熔接对偶管23的直管材，可以从市场采购，也可以向厂家订购，按照油箱的空间高度尺寸切割，推荐该管材的外径为110~220mm，壁厚8~26mm，管的外径去除管的壁厚所获得的净容量大小同所容纳的尿素还原剂的重量，油箱h2按照600mm计算，当三柱塑料管的外径为110mm，扣除管壁的10mm厚度，此时三柱塑料管的净容积约为10L，可装尿素还原剂约为10kg，恰当满足城市公交车的SCR系统2~3天尿素还原剂的消耗量；当三柱塑料管的外径为220mm，扣除管壁的厚度，此时三柱塑料管的净容积约为50L，可装尿素还原剂约为50kg，满足长途中重型车的SCR系统；当三柱塑料管的外径太小时，例如，100mm以下时，不仅尿素还原剂的装载量太小，即使取消L3的空间，在L2空间内同时布置耐压管体和控制单元，仍存在油箱的空间浪费的问题，反之，当三柱塑料管的外径太大时，例如，为260mm时，此时尿素还原剂的装载量大约可以达到100kg以上，考虑到L3的空间必须保留，该三柱塑料管的箱体的热熔加工将必须采用专用的设备，安装和固定也存在麻烦，更确切的是油箱的截面尺寸通常在700mm×700mm以下，无法满足三柱横排时安装‘三柱’的空间要求，由此判断，三柱中的单柱的直径不能大于220mm；推荐L1/L2=3~10，当L1/L2=3时，似乎使L1容积减少，燃油加注间隔减少，但是，目前的汽车油箱都是主油箱外加副油箱的方式，本实用新型仅仅是在主油箱或副油箱的部分空间内进行实施，并不影响车辆的整体行驶里程；L2是专门用来安装尿素还原剂耐压管体管体的空间，L3是用来安装控制元件的空间，在某种技术方案中，L2安装尿素还原剂耐压管体后仍有剩余的‘空间’，并足以安装原计划安装在L3空间内的控制元件，就可以安装在尿素还原剂耐压管体的两侧箱体上，此时L3就和L2合并为一个空间，使该组合式油箱更紧凑；h2的高度应该包括2个弹性支承胶堆26的高度、上管堵22的高度、熔接对偶管23的高度和下管堵24的高度，去掉2个熔接区的h3高度；上管堵22和下管堵24可以从市场采购，也可以向厂家按要求订购，上管堵22最好事先预留好空气动力管线4和尿素还原剂箱盖9的热熔接口，也可以钻孔后攻丝，采用不锈钢螺纹管件连接，用于尿素还原剂的加注，同样，下管堵24要事先预留好尿素还原剂输出管7、下管堵24要事先预留好尿素还原剂放液阀13以及下管堵24要事先预留好尿素还原剂液位传感器11热熔接口，这些接口也可以采用先好底钻孔然后再攻丝，采用不锈钢螺纹管件连接；上管堵22、熔接对偶管23和下管堵24按照常规的热熔接合工艺成为耐压管体的主体；尿素还原剂液位传感器11的安装位置高度h1和尿素还原剂耐压管体8的高度h2的比例关系是h1/h2=1/5，由此推算该位置应该在下管堵24上完成；空气动力管线4和尿素还原剂输出管7可以采用内径为φ4~6mm的不锈钢的或塑料的快速接头，同上管堵和下管堵进行热熔接合或螺纹接合连接成一体；尿素还原剂箱盖9是通过内径为φ30~60mm的塑料管或不锈钢螺纹管同上管堵实现热熔或螺纹连接，尿素还原剂箱盖9可以采用特制的盖，以区别于燃油箱盖10，其目的之一是开口形状的区别，以区别于燃油箱盖上圆孔，防止燃油和尿素还原剂之间互相加错，其目的之二是组合有标准的单向的通气阀，以便可以在尿素还原剂箱内液体负压时可以微量进入空气，调节压力，以免产生负压；把尿素还原剂液位传感器11和尿素还原剂放液阀13也和下管堵24进行热熔或螺纹接合，完成尿素还原剂耐压管体8的完整制作；塑料管卡25是可以从市场采购的标准件，也可以按要求制作和订购，其作用是固定尿素还原剂耐压管体8，防止左右移动，塑料管卡25推荐使用2~5个，少于2个无法固定，多余5个受到空间的限制，塑料管卡25同箱体之间可以采用螺栓固定，也可以采用‘拉铆钉’固定；推荐弹性支承胶堆26的上下各使用3~6个，先在规定位置上放置好内侧的弹性支承胶堆26，并用工业胶粘剂粘接在箱体上，当把尿素还原剂耐压管体8整体摆放进箱体以后，再把上边的弹性支承胶堆26用力压入，并用工业胶粘剂粘接在箱体上，也可以采用发泡胶填充微小的间隙，实现牢靠的固定；也可以完全采用发泡胶来固定，此时的车辆更适合于在城市路况较好的条件下行驶；完成尿素还原剂耐压管体8安装后，接下来再安装控制箱20所包括的固定在两侧的两个精密过滤器1，一个精密气体电磁阀2和两个精密稳压阀3，三个或更多的精密液体电磁阀6，以及控制单元5，以上部件分别采用一组金属支架21固定在底板上，也可以采用1~3个金属薄板冲孔后制成的冲孔板，该冲孔板的两端连接固定在箱体的两侧，而把有关小尺寸的电器原件固定在冲孔板上的办法进行安装；精密液体电磁阀6推荐最少采用3个，最多采用6个，当数量为3个时，尿素还原剂可以给出7个剂量平台，准确度满足要求，而当数量超过6个以后，所占成本比重太大；最后的工序是连接压缩空气动力输入口4、尿素还原剂输出管7、进出组合套管15、尿素还原剂输送管15-1、电源导线15-2、压缩空气输出管15-3、压缩空气输入管15-4、来自催化转化器的温度反馈信号线15-5、来自催化转化器的氮氧化物反馈信号线15-6、输入到驾驶室的尿素还原剂液位报警信号线15-7；使自然通风口17和电气控制箱通风口18保持畅通；咬口端盖扣板19固定牢靠；从该组合油箱安装在车上后观察，燃油箱体12布置在车上的位置是距离发动机的距离最远，而尿素还原剂箱体7和电气控制箱20布置在车上的位置是距离发动机的距离最近，该组合式油箱采用托架固定在车架上；尿素还原剂箱盖9和燃油箱盖10朝向车厢外侧；其它耐压材质以及直径和壁厚的塑料管体所制作的尿素还原剂耐压管体仍然适用于本实用新型；以塑料管体所制作的尿素还原剂耐压管体不安装在该箱体中，而是安装在车架、车厢或驾驶室某个部位仍然适用于本实用新型。
当燃油箱体12和尿素还原剂耐压管体8的空间体积关系L1/L2=7，燃油箱体12的体积为300L，尿素还原剂耐压管体8的空间体积为45L；按照汽车燃油箱的制造工艺，整体采用不锈钢板焊接而成，分别制成燃油箱体12，预留放置尿素还原剂耐压管体8和电气控制箱20的空间；其中，燃油箱体12事先在0.08Mpa恒压下完成30min的打压密封测试；在燃油箱体12上分别安装燃油箱盖10和燃油放液阀14；尿素还原剂耐压管体8采用外径为110mm，壁厚为10mm的三柱PP塑料管材热熔而成，此时L3=0；尿素还原剂容量达到11L，经过0.3Mpa，30min的打压检测；完成连接压缩空气动力输入口4、尿素还原剂输出管7、尿素还原剂放液阀13、尿素还原剂箱盖9、尿素还原剂液位传感器11的连接安装；然后在尿素还原剂耐压管体8两侧的箱体上完成电气控制箱20所属的元件安装，用一组金属支架21分别完成安装精密过滤器1、精密气体电磁阀2、精密稳压阀3、控制单元5、精密液体电磁阀6的固定；然后安装进出电气控制箱20的组合套管15，其中包括尿素还原剂的剂量管15-1、电源导线15-2、压缩空气输入管15-3、压缩空气输出管15-4、来自催化转化器的温度反馈信号线15-5、来自催化转化器的氮氧化物反馈信号线15-6、输入到驾驶室的尿素还原剂液位报警信号线15-7；使自然通风口17和电气控制箱通风口18保持畅通；咬口端盖扣板19固定牢靠。构成用于国Ⅳ以上的组合式油箱。
本实用新型的用于国Ⅳ以上的组合式油箱，同时加注满刻度的燃油和尿素还原剂，尿素还原剂的消耗率是燃油的1/25~1/30，加注一次尿素还原剂后可以保证车辆行驶1500~2000公里，满足中短途或城市客车的国Ⅳ以上车辆的SCR系统。
当燃油箱体12和尿素还原剂耐压管体8的空间体积关系L1/L2=5，燃油箱体12的体积为400L，尿素还原剂耐压管体8的空间体积约为80L；按照汽车燃油箱的制造工艺，整体采用不锈钢板焊接而成，分别制成燃油箱体12，预留放置尿素还原剂耐压管体8和电气控制箱20的空间；其中，燃油箱体12事先在0.08Mpa恒压下完成30min的打压密封测试；在燃油箱体12上分别安装燃油箱盖10和燃油放液阀14；尿素还原剂耐压管体8采用外径为200mm，壁厚为15mm的三柱PP塑料管材热熔而成；尿素还原剂容量达到40L，经过0.3Mpa，30min的打压检测；完成连接压缩空气动力输入口4、尿素还原剂输出管7、尿素还原剂放液阀13、尿素还原剂箱盖9、尿素还原剂液位传感器11的连接安装；然后在尿素还原剂耐压管体8两侧的箱体上完成电气控制箱20所属的元件安装，用一组金属支架21分别完成安装精密过滤器1、精密气体电磁阀2、精密稳压阀3、控制单元5、精密液体电磁阀6的固定；然后安装进出电气控制箱20的组合套管15，其中包括尿素还原剂的剂量管15-1、电源导线15-2、压缩空气输入管15-3、压缩空气输出管15-4、来自催化转化器的温度反馈信号线15-5、来自催化转化器的氮氧化物反馈信号线15-6、输入到驾驶室的尿素还原剂液位报警信号线15-7；使自然通风口17和电气控制箱通风口18保持畅通；咬口端盖扣板19固定牢靠。构成用于国Ⅳ以上的组合式油箱。
本实用新型的用于国Ⅳ以上的组合式油箱，同时加注满刻度的燃油和尿素还原剂，尿素还原剂的消耗率是燃油的1/25~1/30，加注一次尿素还原剂后可以保证车辆行驶3000~4500公里，满足中型车辆或城市客车的国Ⅳ以上车辆的SCR系统。

Claims (4)

1.三柱塑料管的耐压组合式油箱，三柱塑料管的耐压组合式油箱，由精密过滤器（1）、精密气体电磁阀（2）、精密稳压阀（3）、空气动力管线（4）、独立的控制单元（5）、精密液体电磁阀（6）、尿素还原剂输出管（7）、三柱尿素还原剂耐压管体（8）、尿素还原剂箱盖（9）、燃油箱盖（10）、尿素还原剂液位传感器（11）、燃油箱体（12）、尿素还原剂放液阀（13）、燃油放液阀（14）、进出组合套管（15）、尿素还原剂输送管（15-1）、电源导线（15-2）、压缩空气输入管（15-3）、压缩空气输出管（15-4）、来自催化转化器的温度反馈信号线（15-5）、来自催化转化器的氮氧化物反馈信号线（15-6）、输入到驾驶室的尿素还原剂液位报警信号线T（15-7）、箱体连接焊接点（16）、自然通风口（17）、电气控制箱通风口（18）、咬口端盖扣板（19）、电气控制箱（20）、金属支架（21）、上管堵（22）、熔接对偶管（23）、下管堵（24）、塑料管卡（25）、弹性支承胶堆（26）、两组熔接区接头（27）组成；其特征在于：组合式油箱的一侧是燃油箱体（12），中间布置尿素还原剂耐压管体（8），另一侧是电气控制箱（20）；电气控制箱（20）的一侧设置有咬口端盖扣板（19）；尿素还原剂耐压管体（8）上设有尿素还原剂箱盖（9），与压缩空气动力输入管（4）和尿素还原剂输出管（7）相通，液位传感器（11）固定在尿素还原剂耐压管体上，尿素还原剂放液阀（13）设有底部，上管堵（22）和下管堵（24）上固定有弹性支承胶堆（26），塑料管卡（25）固定连接在箱体上；其在组合油箱的长度为L2；尿素还原剂耐压管体（8）由熔接对偶管（23）和上管堵（22）以及下管堵（24）热熔接为一柱，结构相同的三个尿素还原剂耐压管体（8）通过两组熔接区接头（27）相互连为一体；熔接成型后在0.3~0.7Mpa恒压下完成30min的打压密封测试。
2.根据权利要求1所述的三柱塑料管的耐压组合式油箱，其特征在于所述的耐压塑料管体的材料是塑料，可以是PP聚丙烯，也可以采用PE聚乙烯，或采用PP聚丙烯和PE聚乙烯共聚物的管材，其外径为110~220mm，壁厚8~26mm；
3根据权利要求1所述的三柱塑料管的耐压组合式油箱，其特征在于所述的电气控制箱（20）的内腔壁设有金属支架（21）固定连接两个固定在两侧的分别过滤压缩空气和尿素还原剂的精密过滤器（1），一个精密气体电磁阀（2）和两个调节输往尿素喷嘴和尿素箱液面的空气流量及压力的精密稳压阀（3）及三个精密液体电磁阀（6），控制单元（5）固定在底板上，压缩空气动力输入管（4）、尿素还原剂输出管（7）与其相连，进出组合套管（15）内有尿素还原剂输送管（15-1）、电源导线（15-2）、压缩空气输入管（15-3）、压缩空气输出管（15-4）、来自催化转化器的温度反馈信号线（15-5）、来自催化转化器的氮氧化物反馈信号线（15-6）、输入到驾驶室的尿素还原剂液位报警信号线（15-7），自然通风口（17）、电气控制箱通风口（18）设在箱体底部，其长度为L3。
3.根据权利要求1所述的三柱塑料管的耐压组合式油箱，其特征在于所述的燃油箱与尿素还原剂耐压管体（8）的长度为L1/L2=3~10；尿素还原剂耐压管体（8）是多层排列。
4.根据权利要求1所述的三柱塑料管的耐压组合式油箱，其特征在于所述的尿素还原剂耐压管体（8）可为塑料管件之间采用螺纹连接而制成的组合耐压管体，或塑料管件和不锈钢金属管件之间采用螺纹连接而制成的组合耐压管体。
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