CN210370866U - 一种防止液体冻冰损坏的尿素液供给模块 - Google Patents

Abstract

一种防止液体冻冰损坏的尿素液供给模块，包括模块本体、尿素供给泵、尿素液液位传感器、尿素液温度传感器、加热解冻循环水管、进水接嘴、出水接嘴，所述模块本体内部设置有循环水流道，所述加热解冻循环水管通过所述循环水流道与所述加热解冻循环水管进出水接嘴相连通，其特征在于，所述尿素液供给模块设置有一个以上气体空间，所述气体空间之一设置于所述循环水流道上，所述气体空间之二设置于尿素供给泵之上，在循环水或者工作液体结冰体积膨胀时，气体空间内的气体被压缩释放出容积，从而防止液体结冰时导致部件损坏。

Description

一种防止液体冻冰损坏的尿素液供给模块

技术领域

本发明属于发动机排放控制领域，具体涉及发动机排气选择性还原（SCR）技术的尿素液供给计量系统。

背景技术

随着环境问题的日益突出，节能减排已经成为车辆及发动机的永无止境的要求，为此，各国都出台了一系列的车辆排放标准，并且越来越严格。对此，以内燃机为动力的车辆需要安装排放后处理系统以求满足排放要求。例如，目前主要用于对柴油发动机尾气中NOx等污染物进行催化处理的SCR（Selective Catalytic Reduction）技术等已经成为柴油车辆等必需使用的技术。

SCR技术需要将NOx还原反应剂定量喷射进柴油机排气中，其还原剂有32.5%重量浓度的尿素水溶液（也叫柴油排气处理液DEF=Diesel Exhaust Fluid，或者添蓝液AdBlue），或者氨气。在SCR排气催化处理过程中，DEF处理液被定量喷射进柴油机排气中，通过排气高温分解成氨气，与排气混合后进入SCR催化转换器，在催化剂的作用下，氨气就会与发动机排气中的NOx等发生催化还原反应，使NOx分解为无害的N2、H2O。如果DEF喷射量与排气中的NOx含量不相匹配或者尿素溶液品质不能达到要求，那么要么NOx不能够被充分还原分解，排放量增加，要么剩余不少氨气排到大气中，造成二次污染。

然而，作为重要反应剂的尿素水溶液其品质往往只在出厂或者检验时进行品质管控，大多后处理系统也未设置可以检测尿素溶液品质的装置。现下，不少车辆用户为减少使用成本，使用劣质尿素溶液或者在尿素溶液中添加水溶剂，导致尿素溶液品质参差不齐，严重影响尾气NOx的处理效果，SCR形同虚设。因此，在装置中设置可以检测尿素品质的传感器是十分必要的。

此外，由于尿素水溶液本身的特性，喷射结束后，残留在封闭的尿素系统及管路中的尿素混合液在低于尿素液冰点（-11~12℃）可能出现结冰，这不仅会导致尿素喷射中断，还可能因为结冰时尿素液体积膨胀而导致尿素喷射系统损坏。现有SCR 技术大多考虑增设辅助加热装置以保证系统正常工作。但是现有的提供喷射动力源的装置过于庞大或者其它原因导致系统部件难以集成植入DEF 储液罐中，常需要设计复杂的融冰装置，这使得系统更加庞大，难以布置，同时，系统越复杂这方面的成本也就越高。特别是对于尿素泵内置的喷射系统，尿素泵布置往往贴近箱体底部，且自身无解冻能力，需要彻底解冻系统才能开始工作，导致系统在解冻时间及布置空间上均受到限制。例如，美国专利US20090301067A1公开了一种计量喷射装置及其方法。计量喷射装置是一个安装在排气管上的螺线管驱动的柱塞泵喷嘴，需要外加一个低压泵为其从DEF储液罐提供工作液体，在无特殊融冰及喷嘴冷却装置辅助时无法正常工作。另，美国专利US8356471B2公开的SCR计量喷射之操作、系统及方法中提供了一种泵-嘴端分别控制的方案。除对装置的温度控制以及管路化冰的有严格要求外，其计量精度也需要精确控制。

对于整个尿素喷射装置而言，尿素箱顶部留有气体空间是十分必要的，该空间不仅可以确保各执行部件的正常排气，还保证了尿素箱本身在尿素溶液结冰时有足够的膨胀空间。而尿素在加注时无法做到准确判断，现有结构常见增设与大气连通的管路，但又碍于系统脏物承受能力，需要加设过滤装置，进一步增加了系统的复杂性和成本。

综上，关于NOx选择催化还原技术（SCR）无论是简化结构和应用方式，还是其计量喷射系统的精度以及稳定性都是非常有价值的研究工作。

发明内容

本发明针对上述问题，之目的在于提供一种结构简单，适应性好，工作稳定且成本低的尿素液供给模块。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种尿素液供给模块，包括尿素供给泵、计量喷嘴、模块本体、尿素液液位传感器、尿素液温度传感器、尿素液品质传感器、尿素液加热解冻循环水管。所述模块本体内部设置有循环水流道，所述加热解冻循环水管通过所述循环水流道与所述加热解冻循环水管进出水接嘴相连通。

所述尿素液供给模块设置有一个以上气体空间，所述气体空间之一设置于所述循环水流道上，位于加热解冻循环水管的进水端或者出水端。所述气体空间之二设置于尿素供给泵之上，靠近出液口位置，在循环水或者工作液体结冰体积膨胀时，气体空间内的气体被压缩释放出容积，从而防止液体结冰时导致部件损坏，气体空间的总容积大于等于供给模块中液体结冰时的膨胀容积。

所述气体空间可以是一个下部向下与循环水流道连通但上部封闭又有一定高度的鼓包空间，所述下部向下的连接通道足够大，从而使进入鼓包空间内部的液体能够依靠自身重力并克服气泡阻力顺利回到循环水流道。

上述气体空间也可以是一个由软性薄壁材料制成的密闭空心容积，在周围压力增加时，该密闭空心容积被压缩而释放出容积。所述密闭空心容积由橡胶材料制成。

所述模块本体上还设置了尿素液出液接嘴、回液接嘴和内部出液通道和回液通道，以及所述加热解冻循环水管进、出水接嘴，以及将模块从尿素箱上部插入尿素箱后用于安装固定于尿素箱的安装卡扣。

所述供液泵包括进液口和出液口，所述进液口设置有初级滤网，尿素溶液在自身重力作用下经初级滤网过滤后进入供给泵。所述初级滤网上设有竖直的排气泡管，此外，供液泵中部位置设置有一个横向排气泡管，两个排气泡管通过一个三通接管连接后通向模块安装卡扣底平面以上空间。所述三通部分设置有部分初级过滤网，以在尿素液冻冰后解冻时可以通过最早解冻的该部分初级过滤网给所述尿素供给泵进液。

上述尿素泵出液口连接有一根出液管，该出液管为成型管，以尽可能贴近加热解冻循环水管的方式设计，所述出液管伸入模块本体内部与内部出液通道连通，并通向出液接嘴。出液管与出液通道之间安装有密封垫由此进行密封和减震。

所述计量喷嘴包括进液嘴和回液嘴，进液端与所述出液接嘴通过一根供液管连接，回液端与所述回液接嘴通过一根回液管连接，回液接嘴另一端连通回液通道，并通过所述回液通道通向尿素箱内部一定深度。

所述尿素液供给泵和尿素液品质传感器位于模块的底部，固定在所述尿素液加热解冻循环水管上，以利于融冰的方式布置。所述尿素液液位传感器和尿素液温度传感器通过模块固定，并伸入至尿素箱接近尿素供给泵位置。

上述模块本体还包括环轴向阵列的梯形台阶，所述安装卡扣包括与模块本体之台阶相配合的限位孔以及可允许所述尿素液供给模块各管路通过的通孔，安装卡扣通过抱紧的方式固定于模块本体同时限位各通向本体内部的管路以及各传感器管道，保证各安装部件的稳定性。

上述模块本体上还设计有一个二级尿素液过滤装置，所述二级尿素液过滤装置位于出液接嘴上游，包括一个带螺纹盖的腔体，用于更换内部滤芯，其过滤精度高于所述初级过滤网，以保证下游喷嘴的正常工作，提高系统使用寿命。

进一步，上述尿素液供给模块包括一个管路残余尿素液处理装置，所述管路尿素液处理装置的一种可供选择的方案为：所述模块本体上设置有尿素回抽装置，包括回抽阀和回抽管路。所述回抽管路包括一个引射腔，一个通入尿素箱一定深度的引流道，一个进液道和一个出液道。所述回抽阀为一个依靠电磁力开启的单向阀，所述引射腔为一个有利于在回抽阀开启状态下尿素液体快速从引流道流出的空间，同时，该空间也有利于出液道液体进入引流道。所述尿素回抽装置通过进液道和出液道串联于内部出液通道上，正常喷射状态时，内部出液通道内的尿素液经过尿素回抽装置之进、出液道直接到达出液接嘴后输出。在须要进行管路清扫的时候启动回抽阀，尿素液以一定速度通过进液道进入引流道，使得引射腔产生一定真空度，就可以把供液管及回液管内的大部分尿素液抽回到尿素箱。

所述管路残余尿素液处理装置的另一种可供选择的方案为：所述模块本体上设置有尿素清扫装置，包括一个膜片式空气泵和清扫管路，清扫管路上设置有单向阀，并与所述出液管单向相连通，在必要的时候启动所述空气泵从尿素箱吸气加压打开所述单向阀，就可以把供液管及回液管内的大部分尿素液抽回到尿素箱。

上述尿素液供给模块的进一步优化设计为，所述模块本体上设有尿素箱通大气管路和接嘴。所述尿素箱通大气管路一端连接接嘴，另一端伸入到尿素箱内部一定深度，其目的在于，一方面防止尿素箱加注口高于所述模块本体时，加注过量而导致尿素液面高于设定位置，另一方面，用于平衡尿素箱内气压。

此外，所述尿素液加热解冻循环水管在底部可以设计成L型，方便所述尿素泵和尿素液品质传感器固定在模块同一高度位置，并且能够通过尿素箱的模块安装孔插入到尿素箱最底部。

下面的技术方案，对本发明作进一步的限定或优化。

本发明的有益效果是：在采用结构简单安装布置方便的直筒型排气混合管时，降低发动机排气管内结晶风险、提高反应剂与排气混合均匀度，同时能够降低SCR系统成本。

附图说明

图1为本发明所提供的防止液体冻冰损坏的尿素液供给模块实施例结构示意图之一。

图2为本发明所提供的防止液体冻冰损坏的尿素液供给模块实施例结构示意图之二。

图3为本发明所提供的防止液体冻冰损坏的尿素液供给模块实施例结构示意图之三。

图4为本发明所提供的模块本体之气体空间结构部分剖视图之一。

图5为本发明所提供的模块本体之气体空间结构部分剖视图之二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明所提供第一实施例结构示意图如图1所示，所述尿素液供给模块，包括一个尿素箱13、一个尿素供给泵12、一个计量喷嘴11、一个模块本体10、一个尿素液液位传感器43、一个尿素液温度传感器44、一个尿素液品质传感器38、一个尿素液加热解冻循环水管45和一个尿素清扫装置14。

所述模块本体10上设置了尿素液出液接嘴20、回液接嘴25以及所述加热解冻循环水管45之进出水接嘴（46、47），布置于出液接嘴20上游的二级尿素液过滤装置52以及将模块15从尿素箱13上部插入尿素箱13后用于安装固定于尿素箱13的安装卡扣16。此外，模块本体10自身包括内部出液通道57和回液通道26、内部进出水道（如图4所示，以进液道300为例）、环轴向阵列的梯形台阶58。所述安装卡扣16包括与模块本体10之台阶58相配合的限位孔54a，与尿素箱13安装限位台阶59a相配合的凸出54以及可允许所述尿素液供给模块15各管路通过的通孔55，安装卡扣16通过抱紧的方式固定于模块本体10同时限位各通向本体内部的管路以及各传感器管道，保证各安装部件的稳定性，并通过凸出54将模块15安装于尿素箱安装孔59内。

上述二级尿素液过滤装置52位于出液接嘴20上游，包括一个带螺纹盖52b的腔体52a，一个布置于腔体52a内部的内部滤芯52。所述腔体52a与内部出液通道57连通，尿素液经滤芯52过滤后输出。所述滤芯52可定期更换，其过滤精度高于所述初级过滤网32，以保证下游计量喷嘴11的正常工作，提高系统使用寿命。

所述供液泵12包括进液口60和出液口29，所述进液口60设置有初级滤网32，尿素溶液在自身重力作用下经初级滤网32过滤后进入供给泵12。所述初级滤网32通过卡扣31卡紧于供给泵12之上，其上设有竖直的排气泡管33。此外，供给泵12中部位置设置有一个横向排气泡管30，两个排气泡管（30、33）通过一个三通接管41连接后通向模块安装卡扣16底平面以上气隙空间。所述三通接管41部分设置有部分初级过滤网41a，以在尿素液冻冰后解冻时可以通过最早解冻的该部分初级过滤网41a给所述尿素供给泵12进液。

进一步，如图5所示，所述供给泵12之出液口29位置包括一个带凸缘400的台阶401，一个与台阶配合的压盖403，所述压盖403包括一个倒钩404。所述倒钩404卡在凸缘400上，并通过密封圈402形成一个密封腔体406，所述腔体406内设有气体空间405。气体空间405为一个软性薄壁材料制成的密闭空心容积，其材料可以是橡胶。

所述计量喷嘴11包括进液端23和回液端24，进液端23与所述出液接嘴20通过一根供液管21连接，回液端24与所述回液接嘴25通过一根回液管22连接，回液接嘴25另一端连通回液通道26，并通过所述回液通道26通向尿素箱13内部一定深度。

上述出液口29连与模块本体10内部出液通道57之间通过一根出液管28连接，所述出液管28为成型管，以尽可能贴近加热解冻循环水管45的方式设计，出液管28与出液通道57之间安装有密封垫56由此进行密封和减震，所述内部出液通道57通向出液接嘴20。

所述尿素液供给泵12和尿素液品质传感器38位于模块15的底部，固定在尿素液加热解冻循环水管45上，以利于融冰的方式布置。尿素液加热解冻循环水管45为一根底部L型管，L型管之间包括一个带定位孔35的平台34，有利于尿素供给泵12和尿素液品质传感器38固定在模块15同一高度位置，并且能够通过尿素箱13的模块安装孔59插入到尿素箱13最底部。所述品质传感器38包括一个与定位孔35相对应的螺纹孔40a台阶40，通过螺栓36固定于平台34上。所述尿素液液位传感器43和尿素液温度传感器44通过模块15固定，并伸入至尿素箱13接近尿素供给泵12位置。

结合图4所示，所述加热解冻循环水管45通过模块本体10内部进出水道（以进水道300为例）与加热解冻循环水管进、出水接嘴（46、47）相连通。在模块本体10内部进出水道300上，设置有气体空间301，从而防止水结冰时胀裂循环水系统。所述加热解冻循环水管45端部设有水管套302和减震套304，用于固定和保护加热解冻循环水管45，循环水管45与模块本体10之间通过密封圈303密封。

上述尿素清扫装置14包括一个膜片式空气泵49和清扫管路17。所述模块本体10包括一个气路通道48。所述清扫管路17包括进气道49a和出气道51，进气道49a通过模块本体10之气路通道通48向尿素箱13上部气体空间。所述出气道51上设置有单向阀50，并与所述出液管28单向相连通。在必要的时候启动所述空气泵49从尿素箱13吸气加压打开所述单向阀50，加压气体依次经进气道49a、出液管28、供液管21、回液管22并可以把各管路中的大部分尿素液抽回到尿素箱13。

图2为本发明提供的第二实施例结构示意图，与本发明所提供第一实施例结构示意图之区别在于：所述模块本体10上设置有尿素回抽装置18，包括回抽阀100和回抽管路18a。所述回抽管路18a包括一个引射腔101，一个通入尿素箱13一定深度的引流道104，一个进液道103和一个出液道102。所述回抽阀100为一个依靠电磁力开启的单向阀，所述引射腔101为一个有利于在回抽阀100开启状态下尿素液体快速从引流道104流回的空间，同时，该空间也有利于出液管28液体进入引流道104。所述尿素回抽装置18通过进液道103和出液道102串联于内部出液通道57上，正常喷射状态时，内部出液通道57内的尿素液经过尿素回抽装置18之进、出液道（102、103）直接到达出液接嘴20后输出。在须要进行管路清扫的时候启动回抽阀100，尿素液以一定速度通过进液道103进入引流道104，使得引射腔101产生一定真空度，致使供液管21管及回液管22内的大部分尿素液抽回到尿素箱13。

在本实施例所述结构下，模块内部回液通道26延伸段设置在尿素箱13上部气体空间，以保证回抽时管路中无倒吸现象。

图3为本发明提供的第三实施例结构示意图，与本发明所提供第一实施例结构示意图之区别在于：所述模块本体10上设有尿素箱13通大气管路200和接嘴201。所述尿素箱13通大气管路一端连接接嘴201，另一端伸入到尿素箱13内部一定深度H，其目的在于，一方面防止尿素箱13加注口高于所述模块本体10时，加注过量而导致尿素液面高于设定位置，另一方面，用于平衡尿素箱13内气压。在本结构实施例中，所述清扫装置之进气道49a可直接连接大气，以简化管路设计。

上述实施例仅用于说明本发明的实质，但并不限制本发明。在未背离本发明原理的情况下，所作的任何修改，简化等替换方式，都包括在本发明的保护范围之内。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种防止液体冻冰损坏的尿素液供给模块，包括模块本体、尿素供给泵、尿素液液位传感器、尿素液温度传感器、加热解冻循环水管、进水接嘴、出水接嘴，所述模块本体内部设置有循环水流道，所述加热解冻循环水管通过所述循环水流道与所述加热解冻循环水管进出水接嘴相连通，其特征在于，所述尿素液供给模块设置有一个以上气体空间，所述气体空间之一设置于所述循环水流道上，所述气体空间之二设置于尿素供给泵之上，在循环水或者工作液体结冰体积膨胀时，气体空间内的气体被压缩释放出容积，从而防止液体结冰时导致部件损坏。

2.如权利要求1所述的尿素液供给模块，其特征在于，所述气体空间的总容积大于等于供给模块中液体结冰时的膨胀容积。

3.如权利要求2所述的尿素液供给模块，其特征在于，所述气体空间为水管气体空间，设于所述加热解冻循环水管的进水端或者出水端。

4.如权利要求2所述的尿素液供给模块，其特征在于，所述气体空间为供给泵气体空间，设置于靠近出液口位置，以满足模块中工作液体结冰后膨胀空间需求。

5.如权利要求3所述的尿素液供给模块，其特征在于，所述气体空间为一个下部向下与循环水流道连通但上部封闭又有一定高度的鼓包空间，所述下部向下的连接通道足够大，从而使进入鼓包空间内部的液体能够依靠自身重力并克服气泡阻力顺利回到循环水流道。

6.如权利要求3或者4所述的尿素液供给模块，其特征在于，所述气体空间为一个由软性薄壁材料制成的密闭空心容积，在周围压力增加时，该密闭空心容积被压缩而释放出容积。

7.如权利要求6所述的尿素液供给模块，其特征在于，所述密闭空心容积由橡胶材料制成。

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