CN204239029U - 用于scr尾气后处理系统的集成式尿素泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于SCR尾气后处理系统的集成式尿素泵，该尿素泵包括监测部件和机械结构部件；监测部件包括电机驱动板、尿素温度传感器和固设在驱动电机上的温度传感器，尿素温度传感器和温度传感器产生的信号由外部控制系统实时读取；机械结构部件包括膜片泵部件、可拆卸式的尿素过滤器和压力保持器，膜片泵部件的出液口分别与尿素过滤器的进液口、压力保持器的进液口连通，尿素过滤器的出液口与喷射部件的进液口连通。上述结构的集成式尿素泵运行可靠、尿素注射计量精准。

Description

用于SCR尾气后处理系统的集成式尿素泵

技术领域

本实用新型涉及一种膜片泵。更具体地，涉及一种用于SCR尾气后处理系统的集成式尿素泵。

背景技术

现有技术中，内燃机尤其是柴油内燃机的排气中含有大量的颗粒物(PM,Particulate Matter)和氮氧化物，对大气环境造成严重污染。这不符合现行的以及今后将颁布的环境保护相关法律法规的规定。

现有技术中，用于内燃机排气处理的方法存在一个缺点，即对PM和氮氧化物的净化处理无法同时实现，二者之间相互冲突。例如，采用废气再循环(EGR,Exhaust Gas Recycle)技术净化处理内燃机排气，可以实现排气中氮氧化物的含量大幅度降低，但排气中PM的含量反而升高，且燃油成本提高；采用高压喷射技术净化处理内燃机排气，有利于降低排气中PM的含量，但往往会使排气中氮氧化物的含量升高。

近年来，技术人员又开始关注柴油机均质混合气压燃(HCCI，HomogeneousCharge Compression Ignition)技术，希望从内燃机内同时降低PM和氮氧化物的含量，但HCCI技术适用的工况范围有限，内燃机模式切换控制复杂，且降低排气中PM和氮氧化物含量的效果不明显。

随着人类对大气保护意识的增强，国内外陆续颁布的环境保护相关法律法规逐步趋于严格化。对此，技术人员不得不采用后处理技术来净化处理内燃排气。

SCR后处理技术的基本原理是向内燃机排气中喷射燃油或者另外添加还原剂，利用合适的催化剂促使还原剂与氮氧化物发生化学反应生成氮气(N2)，同时抑制还原剂与氧气的非选择性氧化反应。例如，以氨(NH3)为还原剂的SCR后处理技术处理排气时，发生的主要化学反应如下：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O；

2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O；

8NH3+6NO2→7N2+12H2O；

2NO2+2NH3→NH4NO3+N2+H2O。

由于氨具有较高的腐蚀性，液氨和氨水的储存和运输都很困难，因而氨不能直接用于车载SCR后处理系统。

针对氨作为还原剂的上述缺陷，技术人员通常采用尿素水溶液来提供还原剂。实践表明，浓度为32.5％的尿素水溶液具有最低的凝固点，其凝固点为-11℃，故国际上普遍采用浓度为32.5％的尿素水溶液来提供SCR后处理技术的还原剂，并将其命名为AdBlue。

采用SCR后处理技术净化处理内燃机排气，如果采用尿素水溶液来提供还原剂，需要将尿素水溶液喷射向排气。向排气中喷射尿素水溶液时，需要综合考虑氮氧化物的浓度、催化剂的工作状况和氨的泄漏量等因素。具体地，向排气中喷射尿素水溶液时需要精确控制尿素水溶液的喷射量的要求，使得在氨的泄漏量最高不超过25ppm、平均不超过10ppm的条件下，氮氧化物的转化效率最高。

因此，对SCR后处理技术来说，如何为SCR尾气后处理系统建立一个合适的注射压力和提供足够的流量成为技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够提供合适的注射压力和足够流量的集成式尿素泵。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：

用于SCR尾气后处理系统的集成式尿素泵，包括监测部件和机械结构部件；所述监测部件包括电机驱动板、尿素温度传感器和固设在驱动电机上的温度传感器，所述尿素温度传感器和温度传感器产生的信号由外部控制系统实时读取；所述机械结构部件包括膜片泵部件、可拆卸式的尿素过滤器和压力保持器，所述尿素温度传感器固设在尿素过滤器上，所述膜片泵部件包括泵体、偏心轴、膜片保持架、膜片和泵侧盖，所述偏心轴通过在其两端设置的轴承设置在所述泵体内，偏心轴的一端通过联轴器与驱动电机连接，所述偏心轴上的偏心部分通过轴承与所述膜片保持架连接，所述膜片保持架的两端分别与第一膜片、第二膜片连接，所述泵侧盖通过螺栓将膜片四周压紧在泵体上并与膜片之间形成腔室，所述膜片泵部件的出液口分别与尿素过滤器的进液口、压力保持器的进液口连通，在所述膜片泵的进液口与出液口上均设置有整体式单向阀，所述尿素过滤器的出液口与喷射部件的进液口连通。

优选地，所述压力保持器包括压力保持器膜片组件、背压弹簧、膜片压紧盖、弹簧压紧盖、压力保持器导流芯和压力保持器导流芯座，所述压力保持器膜片组件、压力保持器导流芯、压力保持器导流芯座以及泵体组成了压力保持器压力腔，所述膜片压紧盖用于将压力保持器膜片组件压紧在所述泵体上，所述弹簧压紧盖用于将背压弹簧压紧在所述压力保持器膜片组件上。

优选地，尿素过滤器包括尿素滤芯、尿素滤芯固定套以及可拆卸式尿素过滤器端盖；所述尿素滤芯、尿素滤芯固定套、可拆卸式尿素过滤器端盖以及泵体形成了用尿素滤芯隔开的外储液腔和内储液腔。

优选地，该尿素泵还包括设置在泵体上用来采集管道内压力数值的压力传感器，所述压力传感器采集到的信号由外部控制系统实时读取。

优选地，所述压力保持器导流芯上开设有导流孔，所述导流孔的一端与压力保持器压力腔连通，另一端与压力保持器的出液口连通。

优选地，所述联轴器为弹性联轴器。

优选地，该尿素泵的泵体通过其底面与底板接触，膜片泵部件、尿素过滤器部分和压力保持器分别通过O形橡胶密封圈与底板的上平面进行密封。

本实用新型的有益效果如下：

所述集成式尿素泵的监测部件包括了电机驱动与控制、管路压力监测、尿素温度监测和驱动电机工作温度监测的主要功能，实现了与外部控制系统、喷射计量系统的协调工作，使外部控制系统内部控制策略能够实时的监测集成式尿素泵的工作状态，通过分析各传感器监测的数据很好的协调系统内各功能模块的运作，使整个系统运行更加可靠、尿素注射计量更加精准；固定于驱动电机上的温度传感器对电机的运行温度进行监测，在电机由于过载、堵转等原因造成温升时，及时由控制系统感知，并采取策略对驱动电机进行良好的保护。

所述膜片泵部件具有的膜片泵传动部分，作为一个独立的传动机构，通过弹性联轴器与驱动电机相连接，该结构同时增加了膜片泵传动部分和驱动电机的使用寿命和机械可靠性。

所述膜片泵所采用的4个整体式单向阀分别作为一个独立的机构安装于膜片泵内，提高了膜片泵工作时的进、出液口的密闭性能，防止了膜片泵工作时液体沿工作流向的反向泄露，增加了单向阀的使用寿命，从而提高了所述膜片泵的可靠性和使用寿命；同时简化了膜片泵的组装和加工难度。

所述可拆卸式尿素过滤器部分使用了易于安装和取出的尿素滤芯结构，尿素滤芯可以将尿素内的颗粒污染物过滤掉，使其不能够进入到喷射系统内，给喷射系统内的喷嘴造成堵塞，给予了喷嘴最大限度的保护；易于安装和取出的尿素滤芯结构方便了尿素滤芯的更换和清洗，避免频繁更换造成的资源浪费；尿素过滤器内的结构所构成的两个腔体起到了良好的消除管路内液体振动的作用。

所述压力保持器的导流芯上开有导流孔，可以在系统启动时排出管路内的空气和部分液体，减小膜片泵启动阻力，在系统停机后缓慢释放管路内部压力，部分排空集成式泵体内部液体；分开设计的压紧盖结构分别对膜片和弹簧进行压缩和固定，最大限度减小了在安装时膜片组件由于弹簧压力不均而产生的的偏移而影响密封效果。

所述集成式尿素泵采用的O形橡胶密封圈形式的密封结构，更加方便的实现了集成式尿素泵的密封要求，简化了各零部件的结构。

所述集成式尿素泵所采用的各结构部件，方便了集成式尿素泵的拆装，简化了各部件的加工难度，用简单的部件实现了复杂腔体的构建。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本实用新型的结构示意图。

图2示出本实用新型的压力保持器局部示意图。

图3示出本实用新型的可拆卸式尿素过滤器局部示意图。

图4示出本实用新型的膜片泵局部示意图。

图5示出本实用新型的A向剖视图。

图6示出本实用新型的B向剖视图。

图7示出本实用新型的C向剖视图。

图8示出本实用新型的导流孔部位放大图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。

如图1～8所示，用于SCR尾气后处理系统的集成式尿素泵包括监测部件和机械结构部件。

监测部件包括电机驱动板23、用于管路压力监测的尿素压力传感器8、用于尿素温度监测的尿素温度传感器11和用于电机温度监测的温度传感器16。电机驱动板23通过驱动板固定架22固定于集成式泵体12上，用以控制驱动电机15运转，尿素压力传感器8以及尿素温度传感器11固定于集成式泵体12上，用以实时监测管路内尿素压力及尿素温度，驱动电机15上装有温度传感器16，用以实时监测15的温度。控制与监测部分所包括的电子元件8、11、16、23均通过位于底板24上的插接件与外部控制系统连接。

机械结构部件包括用于尿素溶液供给的膜片泵部件、用于尿素过滤的可拆卸式尿素过滤器部件和用于系统压力保持的压力保持器部件。

膜片泵部件：偏心轴19通过第一轴承18以及挡圈17限定于集成式泵体12上，并通过第二轴承20与膜片保持架35组成滑动连接。膜片保持架35两端分别与第一膜片34和第二膜片36相连，并依靠第一泵侧盖33与第二泵侧盖37将膜片压在集成式泵体12上，第一膜片34与第一泵侧盖33、第二膜片36与第二泵侧盖37之间分别形成两个可变腔体。第一单向阀29、第二单向阀30、第三单向阀31和第四单向阀32均为整体式单向阀，其分别通过各自的固定套，由第一泵侧盖33、第二泵侧盖37压在集成式泵体12上，其中第三单向阀31和第四单向阀32为进液阀，第一单向阀29和第二单向阀30为排液阀。驱动电机15依靠电机固定架13固定于集成式泵体12上，驱动电机15电机轴通过弹性联轴器14与膜片泵传动部分的偏心轴19连接。集成式泵体12固定于底板24上，位于底板24与集成式泵体12之间接触面上的膜片泵部分、可拆卸式尿素过滤器部分、压力保持器部分的各对应接口处均设有密封结构，防止尿素溶液外泄，底板24上与膜片泵进液道100相对应的接口处装有快速接头25与外部管路相连。

可拆卸式尿素过滤器部件：尿素滤芯10插入到尿素滤芯固定套9内，并通过自身密封结构与9的内壁进行密封，防止过滤器外储液腔300内未经过滤的尿素溶液进入到过滤器内储液腔400内污染过滤后的尿素溶液。尿素滤芯固定套9同样通过自身密封结构与集成式泵体12的密封部位进行密封，防止尿素溶液外泄，位于尿素滤芯10底端的底板24上的对应接口处装有可拆卸尿素过滤器端盖26，对尿素滤芯10底端进行固定，同时通过26上的密封结构对腔体400进行密封，26上装有快速接头27与外部管路相连。

压力保持器部分：压力保持器膜片组件4上的膜片通过膜片压紧盖7压紧并密封于集成式泵体12上，压力保持器膜片组件4的背部安装有背压弹簧5，背压弹簧5通过弹簧压紧盖6固定并压紧于膜片压紧盖7上。压力保持器膜片组件4通过背压弹簧5将下端面与位于压力保持器导流芯座2上的压力保持器导流芯3上端面结合、密封。压力保持器导流芯3上开有导流孔800用以导流及系统排气、卸压。保持器导流芯座2通过密封结构与集成式泵体12对应的密封结构进行密封，防止尿素溶液外泄，并形成压力保持器压力腔700，在底板24上与压力保持器部分对应的接口处装有快速接头28与外部管路相连。

需要说明的是，本实施例的用于SCR尾气后处理系统的集成式尿素泵可以在具备尿素溶液供给、过滤、系统压力保持以及系统状态监测的功能情况下由膜片泵部分、可拆卸式尿素过滤器部分、压力保持器部分的各独立模块构成或者是其中两种或两种以上部分的组合构成。换而言之，本实施例中，包括膜片泵部分、可拆卸式尿素过滤器部分、压力保持器部分的用于SCR尾气后处理系统的集成式尿素泵是优选的实施方案。

本实例的用于SCR尾气后处理系统的集成式尿素泵的工作原理如下：

系统开启时，电机驱动板控制驱动电机运转，驱动电机依靠弹性联轴器14与膜片泵传动部分的偏心轴19的连接，驱动膜片泵传动部分进行旋转，依靠固定于偏心轴19偏心结构上的第二轴承20与膜片保持架35组成的滑动连接使膜片保持架35进行往复运动，继而带动第一膜片34和36进行拉伸、压缩运动。第一膜片34拉伸同时第二膜片36压缩，第一膜片34拉伸时，整体式单向阀29关闭，31打开，第一膜片34一侧的腔体吸入液体；同时第二膜片36压缩，整体式单向阀32关闭，30打开，第二膜片36一侧腔体压出液体。同样，第一膜片34压缩同时第二膜片36拉伸，这时，第一膜片34一侧整体式单向阀29打开，31关闭，压出液体；第二膜片36一侧整体式单向阀30关闭，32打开，吸入液体。

系统不间断运行时，第一膜片34及36分别做相反的运动，膜片泵部件不间断地吸入并压出液体，尿素溶液通过进液口Ⅰ吸入，流经膜片泵进液道100进入膜片泵，压出后经过膜片泵排液道200进入过滤器外储液腔300，过滤器外储液腔300逐渐注满的同时，尿素溶液继续进入流道500注入尿素压力传感器支路600及压力保持器压力腔700，尿素溶液的持续注入，系统内部压力上升，内部气体及少数尿素溶液通过位于压力保持器导流芯上的导流孔800排出。在注满整个系统的同时，尿素溶液溢入尿素滤芯10并通过10的过滤，进入过滤器内储液腔400，经由出液口Ⅱ流出，进入尿素喷射部件管路。系统持续注满。

当系统内部压力上升到设定压力时，压力保持器压力腔700内尿素溶液抬升压力保持器膜片组件4，背压弹簧5压缩，4的下端面与压力保持器导流芯3的上端面分开，尿素溶液从位于3上的排液孔900流出，经过回流口Ⅲ回流至尿素箱。

系统运行过程中，尿素压力传感器8实时监测系统内部压力，并由外部控制系统实时读取、判断，当达到系统设定喷射压力时，外部控制系统开启位于发动机排气管路上的喷射部件，进行尿素注射动作。尿素温度传感器11实时监测系统内尿素温度，由外部控制系统实时读取、判断，以决定是否开启加热模块，对系统内尿素溶液温度进行实时调控。位于驱动电机15上的温度传感器16实时监测15的运转温度，在驱动电机15由于过载、堵转等原因导致温度超过正常运转温度时，及时由外部控制系统感知，并由外部控制系统发出警告。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，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，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (7)

1.用于SCR尾气后处理系统的集成式尿素泵，其特征在于：该尿素泵包括监测部件和机械结构部件；

所述监测部件包括电机驱动板、尿素温度传感器和固设在驱动电机上的温度传感器，所述尿素温度传感器和温度传感器产生的信号由外部控制系统实时读取；

所述机械结构部件包括膜片泵部件、可拆卸式的尿素过滤器和压力保持器，所述尿素温度传感器固设在尿素过滤器上，所述膜片泵部件包括泵体、偏心轴、膜片保持架、膜片和泵侧盖，所述偏心轴通过在其两端设置的轴承设置在所述泵体内，偏心轴的一端通过联轴器与驱动电机连接，所述偏心轴上的偏心部分通过轴承与所述膜片保持架连接，所述膜片保持架的两端分别与第一膜片、第二膜片连接，所述泵侧盖通过螺栓将膜片四周压紧在泵体上并与膜片之间形成腔室，所述膜片泵部件的出液口分别与尿素过滤器的进液口、压力保持器的进液口连通，在所述膜片泵的进液口与出液口上均设置有整体式单向阀，所述尿素过滤器的出液口与喷射部件的进液口连通。

2.根据权利要求1所述的集成式尿素泵，其特征在于：所述压力保持器包括压力保持器膜片组件、背压弹簧、膜片压紧盖、弹簧压紧盖、压力保持器导流芯和压力保持器导流芯座，所述压力保持器膜片组件、压力保持器导流芯、压力保持器导流芯座以及泵体组成了压力保持器压力腔，所述膜片压紧盖用于将压力保持器膜片组件压紧在所述泵体上，所述弹簧压紧盖用于将背压弹簧压紧在所述压力保持器膜片组件上。

3.根据权利要求1所述的集成式尿素泵，其特征在于：尿素过滤器包括尿素滤芯、尿素滤芯固定套以及可拆卸式尿素过滤器端盖；所述尿素滤芯、尿素滤芯固定套、可拆卸式尿素过滤器端盖以及泵体形成了用尿素滤芯隔开的外储液腔和内储液腔。

4.根据权利要求1所述的集成式尿素泵，其特征在于：该尿素泵还包括设置在泵体上用来采集管道内压力数值的压力传感器，所述压力传感器采集到的信号由外部控制系统实时读取。

5.根据权利要求2所述的集成式尿素泵，其特征在于：所述压力保持器导流芯上开设有导流孔，所述导流孔的一端与压力保持器压力腔连通，另一端与压力保持器的出液口连通。

6.根据权利要求1所述的集成式尿素泵，其特征在于：所述联轴器为弹性联轴器。

7.根据权利要求1所述的集成式尿素泵，其特征在于：该尿素泵的泵体通过其底面与底板接触，膜片泵部件、尿素过滤器部分和压力保持器分别通过O形橡胶密封圈与底板的上平面进行密封。