一種scr計量模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于排氣后處理技術領域，具體涉及發動機排氣凈化NOx選擇性催化還原(SCR)計量噴射系統。
【背景技術】
[0002]伴隨著環境問題的日益突出，節能減排已經成為發動機行業最為重要的主題，世界許多國家都不斷推出一系列的發動機及車輛排放標準，對此，以內燃機為動力的車輛需要更好的燃燒控制系統，并且安裝排放后處理系統以求滿足越來越嚴格的排放要求。例如，包括火花點火式小型發動機在內的發動機也像汽車發動機一樣采用電控燃油噴射技術和排氣三元催化處理技術；柴油發動機或者稀薄燃燒的缸內直噴汽油機，為降低尾氣中的NOx等有害污染物，采用能夠在富氧環境下進行催化還原處理的NOx選擇催化還原(SCR=Selective Catalytic Reduct1n)技術。
[0003]SCR技術通過在催化器上游計量噴射NOx選擇性還原劑，例如32.5%重量濃度的尿素水溶液(也叫柴油排氣處理液DEF=Diesel Exhaust Fluid，或者添藍液AdBlue)對排氣進行處理。具體，當DEF進入發動機排氣管后，通過排氣高溫分解成氨氣，與排氣混合后進入SCR催化轉換器。在催化劑的作用下，氨氣就會與發動機排氣中的NOx等發生催化還原反應，使NOx分解為無害的N2、H20。如果DEF噴射量與排氣中的NOx含量不相匹配，那么要么NOx不能夠被充分還原分解，排放量增加，要么剩余不少氨氣排到大氣中，造成二次污染。因此SCR系統必然需要精度較高的SCR計量噴射裝置。
[0004]美國專利US20090301067A1公開了一種計量噴射裝置及其方法。計量噴射裝置是一個螺線管驅動的柱塞泵噴嘴，安裝在排氣管上，需要外加一個低壓泵為其從DEF儲液罐提供工作液體，并且需要采取冷卻措施才能正常工作。此外，美國專利US8356471B2公開的SCR計量噴射之操作、系統及方法中提供了一種泵-嘴端分別控制的方案。除計量精度要求夕卜，由于尿素本身的特性，對裝置的溫度控制以及管路化冰也有一定要求。
[0005]例如，由于尿素水溶液具有導電性，傳統的以直流旋轉電泵為動力源的噴射計量系統不能潛入在工作液體中工作，因此多數現有技術采用以直流電機驅動的外置膜片泵為動力源，這種系統的結構復雜，除了可靠性外，還受環境的影響較大，尤其在低溫環境下工作需要復雜的融冰輔助裝置，售后服務維護也比較困難。
[0006]現有技術采用了相當復雜的系統解決上述問題，例如特制的計量泵置于尿素水溶液儲存罐之外，依靠復雜的管路連接各個裝置，所有管路都必須包裹電加熱裝置來融冰，導致系統復雜而成本很高。此外，噴射單元以及其相關設備管路的布置安裝、維修更換方便性也是一個重要問題，系統越復雜這方面的成本也就越高。因此，關于SCR計量噴射裝置無論簡潔結構和應用方式，還是其計量噴射系統的精度以及穩定性都是非常有價值的研究工作。
【發明內容】
[0007]本發明針對上述問題，之目的在于是提供一種計量精度高，噴射效果好，結構簡單，更換、維修方便的計量噴射裝置，并進一步降低排氣后處理計量噴射系統的成本。
[0008]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:一種SCR計量噴射裝置，其特征在于，包括尿素罐，螺線管驅動泵，控制器，噴嘴，過濾器，支架以及托盤。
[0009]所述螺線管驅動泵包括一個螺線管驅動裝置和一個柱塞組件。所述螺線管裝置包括線圈、磁軛、磁阻和電樞，其中磁軛與電樞由導磁材料構成，磁阻由非導磁材料構成。所述柱塞組件包括柱塞，套筒以及回位彈簧，柱塞與套筒配合形成壓送容積，壓送容積連接進液閥和出液閥，液體從進液道進入進液閥，通過壓送容積從出液閥輸入出液道。所述回位彈簧可作用于柱塞或者套筒之上。
[0010]所述控制器為螺線管裝置提供驅動信號，最常見的控制方法是采取PffM驅動的方式。由于驅動信號和回位彈簧的作用，柱塞與套筒處于相對往復運動狀態，使得壓送容積大小交替變化。
[0011]上述方案中的回位彈簧可以被另外一個螺線管裝置所取代以提供套筒或者柱塞回位所需要的力。
[0012]工作液體經過濾器進入螺線管驅動泵，由出液道輸出后的高壓液體通過噴嘴呈霧狀噴出，所述噴嘴可以是一個由彈簧力關閉的單向閥，亦可以是一個電磁閥。
[0013]進一步，出液道與螺線管泵之間可以包括一個高壓管，所述高壓管由金屬或者高分子材料制成，可以是定型的剛性管，也可以是可彎曲的柔性管。所述螺線管泵可以是噴嘴也可以是安裝于排氣管道上的噴射器。另外，來自尿素箱的液體需要經過一個過濾器才能進入螺線管驅動泵的內部空間。
[0014]所述支架為一個不銹鋼材料的連接架，包括溫度傳感器、液位傳感器等。支架一端是一個螺線管驅動泵固定臺，另一端用于固定托盤。托盤上安裝有控制器以及包含各種引線孔道以管道。支架也可以一個由融冰管構成的支架，融冰液體為發動機冷卻液，其進、出液口設置在托盤上。螺線管泵可以通過支架垂直或者水平放置于儲液箱中，其中固定托盤的一端固定在儲液箱上，控制器外露于儲液箱，固定螺線管噴射泵的一端位于儲液箱內的底部。
[0015]一種可選擇的方案是:包括一個氣液混合腔，液體由噴嘴首先噴入氣液混合腔中，液體與氣體混合后再經一個噴射器噴入發動機的排氣管內，以增強霧化效果。另外，液體噴射完成后，高壓空氣可以延后關閉，以掃除混合輸送管內的殘余液體，避免其結冰或者結晶體析出對輸送管路造成堵塞和損壞。所述噴射器可以為一個簡單的節流孔式噴嘴，也可以為一個不含噴嘴閥的旋流噴嘴。此方案有利于液體霧化和增加排氣管氧氣的含量以及可以避免液體結冰對輸送管路的堵塞和損壞。
[0016]另外一種應用于SCR系統的噴射方案是:噴嘴直接安裝于排氣管道上，液體通過高壓管由噴嘴直接噴入發動機排氣管中，所述噴嘴可以是一個抗結焦和污染能力強的提升閥也可以是一個電磁閥。為了防止高壓管結冰，需要沿高壓管布置融冰裝置，例如用電加熱或者發動機冷卻水加熱的方式進行融冰。
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細描述。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明提供的SCR計量模塊實施例結構示意圖之一。
[0019]圖2為本發明提供的SCR計量模塊實施例結構示意圖之二。
[0020]圖3為本發明提供的SCR計量模塊實施例結構示意圖之三。
[0021]圖4為本發明提供的SCR計量模塊之螺線管驅動泵結構之一。
[0022]圖5為本發明提供的SCR計量模塊之螺線管驅動泵結構之二。
[0023]圖6為本發明提供的SCR計量模塊之噴嘴結構之一。
[0024]圖7為本發明提供的SCR計量模塊之噴嘴結構之二。
具體實施例
[0025]圖1為本發明提供的SCR計量裝置實施例結構示意圖之一，示例包括一個尿素罐1，一個螺線管驅動泵2，一個噴嘴3，一個控制器4，一個與螺線管驅動泵2設置為一體的氣液混合腔5，一個混合輸液管10，一個包含溫度傳感器12、液位傳感器11的支架6，一個托盤7，一個噴射器8，一個帶有SCR催化轉換器18的排氣管道9，沿排氣流方向依次布置有溫度傳感器17以及NOx或者氨氣傳感器19，分別位于催化轉換器18兩側。
[0026]所述螺線管驅動泵2固定于支架6 —端，可以通過支架6垂直或者水平放置于尿素箱I中，具體結構示意圖如圖4所述，包括螺線管驅動裝置104，柱塞組件103，回位彈簧101，泵端113，過濾器110，低壓容積119以及輸出端殼體118。
[0027]螺線管驅動裝置104包括線圈116，第一內磁軛121a，第二內磁軛121d，外部磁軛121b，外部磁軛端部121c，磁隙117和電樞102a。外部磁軛121b通過凸起121bl的塑性變形與外部磁端部121c鎖緊，同時線圈116也被固定在其中,第一內磁軛121a包括一個可通過流體的內部排氣道120。外部磁軛121b、外部磁軛端部121c、第一內磁軛121a和第二內磁軛121d均由導磁材料制成,磁隙117為非導磁材料。電樞102a開有若干個沿周向分布的直槽102e，以減少往復運動的阻力。
[0028]柱塞組件103包括套筒114，柱塞102，進液閥106和出液閥115。套筒114與柱塞102密切配合，形成壓送容積107。所述套筒114可與電樞102a設計為一體，并采用相同或者不同的材料，套筒114位于電樞102a內側，包括柱塞孔105，溢流孔106bl，進液道109。柱塞102包括一個端面106b2，一個出液道102d，一個位于出液道102d下游的限流孔102b，一個位于端部的凸起102c。進液閥106為一個由單向閥106a和一個滑閥106b形成的組合閥。所述單向閥106a由閥件106al、閥簧106a2以及閥座106a3組成，閥座106a3可與套筒114連為一體，為一個位于進液道109處并與之連通的圓錐形座面。所述滑閥106b包含溢流孔106bl以及柱塞102之端面106b2。滑閥106b的開閉由柱塞102的相對位置決定，當柱塞102運動至端面106b2超過溢流孔102b最高點時滑閥106b關閉。若所述單向閥106a的關閉遲于溢流孔106bl被遮擋的時刻，開始壓送液體的過程取決于單向閥106a的關閉，反之，開始壓送液體的過程取決于溢流孔106bl的遮擋。所述出液閥115為一個單向閥，包括出液閥件115a，出液閥簧115b和出液閥座115c。出液閥座115c固定在柱塞102上，固定可以采用緊配或者焊接等方式。
[0029]泵端113包括一個泵端進液口 113c，一個支撐桿113a和一個限位件113b，進液道109允許支撐桿113a伸入并接觸到單向閥件106al，限位件113b用于限制電樞102a回位，在電樞102a離開泵端113的一段距離內，支撐桿113a保持與單向閥件106al接觸并阻止其落座，這樣一方面可以在電樞102a回位到初始位置時，單向閥106a保持開啟狀態，使得液體有更充足的時間進入壓送容積107，另一方面，在電樞102a離開泵端113前行運動的一段距離內，壓送容積107內的氣體可以繼續通過單向閥106a排出，從而保證了液體的計量精度。
[0030]過濾器110包括內部骨架108，過濾網布111，過濾器內腔112。
[0031]所述螺線管驅動泵之工作過程如下: