内燃机尾气净化后处理系统的压缩空气驱动的计量装置的制作方法

专利名称：内燃机尾气净化后处理系统的压缩空气驱动的计量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计量泵，尤其是涉及一种内燃机尾气净化后处理系统的压缩空气 驱动的计量装置。
背景技术：
目前用于柴油机后处理的尿素喷射系统以气助系统为主流，尤其应用在中重型车 辆上。气助尿素喷射系统采用车辆上制动压缩空气为气源。通常的做法是将压缩空气(助 喷空气)引至尿素计量泵，将计量泵释放出来的尿素液体携带至喷嘴，最后喷入发动机排气管。
目前投入使用的主要有三种计量泵柱塞泵、隔膜泵和齿轮泵。所有以上的计量泵 都存在如下缺陷1)机械结构相对复杂，结构的复杂很自然导致可靠性较差，容易出毛病； 2)有些部件之间有相对的机械运动(转动或往复运动)需要电磁驱动或者电磁与弹簧联合 驱动，这些因素导致较高的制造成本和较短的使用寿命；3)而且有些泵对于工作介质纯洁 度要求较高；4)另外这些泵不同程度上在车载的恶劣环境下使用，经常会出现各种各样的 毛病，比如在防冻、防结晶堵塞、密封、抗助喷空气压力影响等方面。发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种内燃机尾气净化后处理系统的压缩 空气驱动的计量装置；该计量装置结构简单、可靠、耐久、对工作介质不敏感、成本低廉；由 于助喷压力随驱动液体的气源压力波动，比所有其他的计量装置更容易抵抗气源压力的波 动对计量精度的影响；该计量装置可集成在反应剂储存箱里，这样也节省了安装空间，避免 了防水、防尘、密封、防冻、防结晶等一些列问题。
为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案
一种内燃机尾气净化后处理系统的压缩空气驱动的计量装置，该装置采用压缩空 气直接驱动液体；该装置采用两个液腔，通过一个空气控制阀，交替地向这两个液腔供应压 缩空气，将液腔内的液体排挤至一个计量阀，由计量阀来释放液体；当一个液腔向计量阀供 应液体，另一个液腔则补充液体，这样两个液腔轮换着向计量阀不间断地供给液体，驱动液 腔内液体的同一气源经过进一步减压(即助喷压力)，用于将计量阀释放的液体带至喷嘴喷 射入发动机排气管内。具体方案如下
—种内燃机尾气净化后处理系统的压缩空气驱动的计量装置，包括空气控制阀、 第一液腔、第二液腔、第一减压装置、计量阀和控制器；
所述空气控制阀通过第一管道外接压缩空气，通过第二管道连通大气，通过第三 管道与第一液腔连接相通，通过第四管道与第二液腔连接相通，通过第五管道与第一减压 装置连接相通；
所述第一液腔上设有第一进液单向阀和第一出液单向阀，所述第二液腔上设有第 二进液单向阀和第二出液单向阀；液腔通过进液单向阀与反应剂储存箱连通，当反应剂储存箱内储有反应剂时，反应剂可以通过进液单向阀进入液腔；所述第一出液单向阀和第二 出液单向阀的出口通过反应剂输送管与计量阀的进口连接相通；
所述计量阀的出口管道和第一减压装置的出口管道汇聚后进入喷射管道；喷射管 道通过喷嘴喷出反应剂到发动的排气管道；
所述控制器分别通过控制线与空气控制阀和计量阀连接。
优选地，所述第一管道上设有第二减压装置；由于目前车载空气制动系统产生的 压力大多在8 12bar之间，不便直接采用，为了方便使用车载空气制动系统产生的压缩空 气，需要增设第二减压装置。
优选地，所述空气控制阀还通过第二管道(102)连通大气。
优选地，所述的第一进液单向阀的进口处和第二进液单向阀的进口处设有共用的 过滤器；使得进入单向阀的反应剂不因含有颗粒杂质而堵塞管道。
优选地，液腔的进液阀和出液阀的安装位置只要在靠近液腔底部就行；比如，出液 阀也可以安装在底部，进液阀也可以安装在侧面，也可以两者都安装在底部或侧面。最优选 地，所述第一进液单向阀设置在第一液腔的底部，第一出液单向阀设置在靠近第一液腔底 部的侧壁上；所述第二进液单向阀设置在第二液腔的底部，第二出液单向阀设置在靠近第 二液腔底部的侧壁上。
优选地，所述第一液腔和第二液腔内壁上均固设有液体传感器，该液体传感器通 过数据线与控制器连接；液体传感器用于测定反应剂的液位。所述液体传感器，可以有两 种，都可以达到同样功效1)液位传感器，直接测量液腔内的液位；2)液体存在传感器，探 测在下止点的地方液体是否存在。如果没有液体，那就是液腔液位达到了下止点位置。
优选地，所述第一减压装置和第二减压装置均为减压阀。
优选地，所述控制器通过数据线连接反应剂温度传感器和反应剂液位传感器；用 于测定反应剂液罐内的反应剂温度和液位。
优选地，所述空气控制阀是电磁驱动阀，设有三个控制位置在第一个位置时，空 气控制整体关闭状态，第一管道、第二管道、第三管道、第四管道和第五管道之间互不相通； 在第二个位置时，第一管道分别与第三管道和第五管道相通，第二管道与第四管道相通；在 第三个位置时，第一管道分别与第四管道和第五管道相通，第二管道与第三管道相通。
优选地，所述空气控制阀、减压装置和计量阀集成为一阀岛。
本发明具有如下有益效果
本发明计量装置结构简单、可靠、耐久、对工作介质不敏感、成本低廉；由于助喷压 力随驱动液体的气源压力波动，比所有其他的计量装置更容易抵抗气源压力的波动对计量 精度的影响；该计量装置可集成在反应剂储存箱里，这样也节省了安装空间，避免了防水、 防尘、密封、防冻、防结晶等一些列问题。


下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明
图1为本发明计量装置的一种实施例结构示意图2为本发明计量装置的另一种实施例结构示意图3为本发明计量装置的又一种实施例结构示意图4为液腔结构的一种具体结构示意图5为液腔结构的另一种具体结构示意图6为液腔结构的又一种具体结构示意图7为包含计量装置的汽车后处理系统结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1所示，一种内燃机尾气净化后处理系统的压缩空气驱动的计量装置，包 括空气控制阀100、第一液腔200、第二液腔300、第一减压装置400、计量阀500和控制器 600 ；
所述空气控制阀100通过第一管道101外接压缩空气，通过第二管道102连通大 气(或者通过其他装置，比如反应剂储存箱，间接连通大气)，通过第三管道103与第一液 腔200连接相通，通过第四管道104与第二液腔300连接相通，通过第五管道105与第一减 压装置400连接相通；
所述第一液腔200上设有第一进液单向阀201和第一出液单向阀202，所述第二液 腔300上设有第二进液单向阀301和第二出液单向阀302 ;液腔200、300通过进液单向阀 201,301与反应剂储存箱700连通，当反应剂储存箱700内储有反应剂701时，反应剂701 可以通过进液单向阀201，进入液腔200，可以通过进液单向阀301进入液腔300 ;所述第一 出液单向阀202和第二出液单向阀302的出口通过反应剂输送管203与计量阀500的进口 连接相通；所有单向阀都由压力驱动自动开启与关闭，必要时采用弹簧协助开启或关闭(图 中未示出)；
所述计量阀500的出口管道501和第一减压装置400的出口管道401汇聚后进入 喷射管道402 ;喷射管道402通过喷嘴607喷出反应剂到发动的排气管道；
所述控制器600分别通过控制线与空气控制阀100和计量阀500连接；
所述第一减压装置400和第二减压装置410均为减压阀。
实施例2
参见图3所示，重复实施例1，不同之处在于，所述计量装置还包括如下技术特征
所述第一管道101上设有第二减压装置410 ;由于目前车载空气制动系统产生的 压力大多在8 12bar之间，不便直接采用，为了方便使用车载空气制动系统产生的压缩空 气，增设第二减压装置410。
实施例3
参见图2、图3、图4、图5和图6所示,重复实施例2,其不同之处在于所述计量装 置还包括如下技术特征
所述的第一进液单向阀201的进口处和第二进液单向阀301的进口处设有共用的 过滤器204 ;使得进入单向阀201、301的反应剂不因含有颗粒杂质而堵塞管道。
实施例4
参见图4所示，重复实施例3，其不同之处在于，所述计量装置还包括如下技术特 征
所述第一进液单向阀201设置在第一液腔200的底部，第一出液单向阀202设置在第一液腔200在侧壁上；所述第二进液单向阀301设置在第二液腔300的底部，第二出液 单向阀302设置在第二液腔300在侧壁上；
所述第一液腔200和第二液腔300内壁上均固设有液体传感器205，该液体传感 器205通过数据线与控制器600连接；液体传感器205用于测定液腔内反应剂的液位是否 达到下止点位置，即控制器600认为液腔“空”了的位置；液体传感器205可以是液位传感 器，也可以是相对简单的探测是否存在(即有无)液体的传感器；
参见图3所示，所述控制器600通过数据线连接反应剂温度传感器601和反应剂 液位传感器602 ;用于测定反应剂储存箱内的反应剂温度和液位。
实施例5
参见图3、图4所示，重复实施例1 4，其不同之处在于
所述空气控制阀100是电磁驱动阀，设有三个控制位置
在第一个位置时，空气控制整体关闭状态，第一管道101、第二管道102、第三管道 103、第四管道104和第五管道105之间互不相通；
在第二个位置时，第一管道101分别与第三管道103和第五管道105相通,第二管 道102与第四管道104相通；此时，压缩空气被同时引入第一减压装置400和第一液腔200， 该腔内液体被加压至与上述引入的压缩空气相同的压力；与此同时，第二液腔300与外界 大气环境相通，腔内压力得到释放，与外界大气压力一致；在压力驱动下，第一液腔200的 第一进液单向阀201与第二液腔300的第二出液单向阀302关闭，第一液腔200的第一出 液单向阀202与第二液腔300的第二进液单向阀301打开，第一液腔200内的液体通过反 应剂输送管203被驱向计量阀500 ;此时，由于第二液腔300与外界大气环境压力一样,液 体在重力驱动下通过第二进液单向阀301进入并充满第二液腔300 ;这个过程持续到液体 传感器205探测到第一液腔200内的液位下降到下止点，即控制器600认为液腔200 “空” 了的位置；这时，控制器600发出信号，将空气控制阀100打向第三个位置；
在第二个位置时，第一管道101分别与第四管道104和第五管道105相通,第二管 道102与第三管道103相通；此时，压缩空气被同时引入第一减压装置400和第二液腔300， 该腔内液体被加压至与上述引入的压缩空气相同的压力；与此同时，第一液腔200与外界 大气环境相通，腔内压力得到释放，与外界大气压力一致；在压力驱动下，第二液腔300的 第二进液单向阀301与第一液腔200的第一出液单向阀202关闭，第二液腔300的第二出 液单向阀302与第一液腔200的第一进液单向阀201打开，第二液腔300内的液体通过反 应剂输送管203被驱向计量阀500 ;此时，由于第一液腔200与外界大气环境压力一样,液 体在重力驱动下通过第一进液单向阀201进入并充满第一液腔200 ;这个过程持续到液体 传感器205探测到第二液腔300内的液位下降到下止点，即控制器600认为液腔300 “空” 了的位置；这时，控制器600发出信号，将空气控制阀100再打回第二个位置，一个新的循环 开始；这样不断的循环下去，第一液腔200和第二液腔300相互交替地轮流地向计量阀500 供给与引入液腔200、液腔300和第一减压装置400的压缩空气相同压力的液体；
所述空气控制阀100、第一减压装置400、第二减压装置410和计量阀500集成为 一阀岛；
使用安装时，所述控制器600、第一减压装置400、第二减压装置410、空气控制阀 100与计量阀500组成第一部分(即上半部分)，安装在反应剂储存箱700的上部；其余反应剂温度传感器601、反应剂液位传感器602、反应剂过滤器204、第一液腔200和第二液腔 300组成第二部分(即下半部分)，安装在反应剂储存箱700的内部，部分或全部浸泡在液体 中。
工作原理如下
参见图1、图2、图3、图7所示，本发明计量装置通过第一管道101与压缩空气源 (比如车辆制动系统压缩空气储存罐)相连，通过喷射管道402与反应剂喷嘴607相连；控 制器600通过电线束与发动机ECU及整车电器系统相连，传输信号并获得电源；另外，控制 器600还与DeNOx系统的其它子系统或零部件相连，比如SCR前温度传感器603与SCR后 温度传感器604、N0x传感器605、发动机冷却液循环控制阀606等相连，用于获取信息和发 出控制信号；
所述空气控制阀100通过第一管道101外接压缩空气，压缩空气先经过第二减压 装置410减压至驱动反应剂液体所需要的压力(液压)，即计量阀500入口液压；然后空气控 制阀100的压缩空气再输送到第一减压装置400，第一减压装置400将压缩空气进一步减 压至助喷空气压力，即计量阀500出口以及进入喷嘴607的压力(助喷压力)，与计量阀500 释放出来的液体汇合，并将液体携带至喷嘴607，最后将液体喷入发动机608排气管609内。 如果在某些应用中，气源压力较低，就不用2级减压了，可以直接采用，也就是说可以省去 第二减压装置410，正如实施例1所示。
参见图4所示，本实施例中，控制器600是根据液体传感器205来分别探测第一液 腔200和第二液腔300内的液面是否下降到了下止点；这里液体传感器205安装的位置决 定了第一液腔200和第二液腔300内液面最低允许位置(即下止点)；当某一液腔的液面到 达这一位置，控制器600认为该液腔“空”了，不能再向计量阀500供给液体，指挥空气控制 阀100变更位置，由另一液腔接替继续向计量阀500供给液体，这个“空”了的液腔开始补 充液体。
除了采用液体传感器205来判断下止点外，另一种办法就是通过计算每次液腔的 充满量和排出量来确定。在某一循环，液腔的充满量(即液腔补充液体完成后的液面位置) 是由当时反应剂储存箱液面的位置来确定的。控制器600通过读取反应剂储存箱700内的 液位传感器602可以知道当时的液面高度。知道了反应剂储存箱700内液面的高度、液腔 几何形状、液腔截面积以及液腔下止点的位置，我们就能计算出液腔这次已储存的可以供 给的反应剂的量；在该液腔开始向计量阀500供给液体时便开始累计液体释放量，当计量 阀500累计释放量达到该液腔可以供给的量时，控制器600即可做出判断该液腔“空”了， 应该让空气控制阀100更换位置；
比较理想的第一减压装置400能够产生一个恒定的压降，尽管通过第一减压装置 400降压后的压力(助喷压力)会随第一减压装置400的输入气压变化而变化，但是由于该 输入气压始终与输入计量阀的液压保持一致，所以计量阀入口与出口之间的液气压力差会 相对恒定，即液压与助喷压力始终保持一个恒定的压差；这时，如果将计量阀500开启的间 隙固定，就可以通过控制计量阀500开启的时间来精确控制反应剂释放量。
实施6
重复实施例5,其不同之处仅在于
在某些应用中，可以用管道来取代第一液腔200和第二液腔300,如图5所示。在图5所示的例子中，实际上第一液腔200和第二液腔300分别被两个U形管来代替；在左侧 U形管的底部安装有第一进液单向阀201，在右侧U形管的底部安装有第二进液单向阀301 ； 在左侧U形管出口端顶部安装有第一出液单向阀202，在右侧U形管出口端顶部安装有第二 出液单向阀302 ;液体离开出液单向阀202、302后通过一个共同的反应剂输送管203流向 计量阀500。
在上面的例子中，我们会注意到一个现象，如果这些液腔都立着放，液腔内每次液 体充满的程度会受到反应剂储存箱(液罐)的液面(即液位)影响。也就是说，液罐满的时候， 每次液腔就会充得满些，液罐较空的时候，每次液腔内补充的液体就会少一些。在通常情况 下，这不会影响系统的正常工作。在某些应用中，如果这是个问题，可以将液腔设计成平躺 在液罐底部。这样液腔即使在液罐液位较低时也能灌得比较满(参见图6所示)。
如果液腔截面积过大，比如平躺式的液腔，为了防止反应剂在寒冷天气结冰，由于 体积膨胀而损坏液腔，液腔的壁可以设计成波纹的或皱纹的(未显示)，允许液腔在远远超 过正常工作压力(要求压力高点)时有一定量的弹性变形。
液腔的形状可以是任何形状，根据使用要求和制造、安装方便来确定，一般的情况 下以圆筒状(管状)、方筒状或长方筒状比较好制造。
实施例7
参见图7所不,一种利用实施例1 6的计量装置在车辆尾气后处理中的系统装 置包括发动机608、排气管道609、喷嘴607、SCR消音器610、SCR催化剂611、SCR前温度 传感器603、SCR后温度传感器604、NOx传感器605、冷却液循环控制阀606、反应剂储存箱 700、热交换器612和实施例1 6中任一的计量装置1000 ；
所述喷嘴607、SCR消音器610、SCR前温度传感器603、SCR催化剂611、SCR后温 度传感器604和NOx传感器605依次设置在排气管道609上；
所述计量装置1000通过管道402连接喷嘴607 ；
所述发动机608的冷却液循环管道作为热交换器612的加热管；在寒冷天气时，热 交换器612用于加热反应剂储存箱700内的反应剂701，通过冷却液循环控制阀606来控制 热交换；这个例子中，计量装置1000与反应剂储存箱700集成在一起。
其中反应剂储存箱700顶部还安装有反应剂加注口(未显示)及压力调节阀613 ； 压力调节阀613使反应剂储存箱700内外保持相同的压力。任何时候反应剂储存箱700 内外有压力差时，该阀门便打开；反应剂储存箱700内置有热交换器612，与发动机冷却循 环液体相连，在寒冷的天气需要加热反应剂时，控制器600打开发动机冷却液循环控制阀 606，使发动机冷却液循环穿过热交换器612，加热反应剂；
反应剂计量装置1000从反应剂储存箱700抽取反应剂，根据发动机608运行工况 计量和释放适当量的反应剂；释放出来的反应剂由喷嘴607喷入发动机排气管609，与排气 混合后在SCR催化剂611的帮助下与发动机排气中的NOx产生化学反应，达到降低NOx排 放效果，目前通常使用的反应剂为(尿素水溶液共晶点)32. 5%浓度的尿素水溶液。
上文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了说明的方便基 于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所 不同。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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。凡是属于本发 明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
权利要求
1.内燃机尾气净化后处理系统的压缩空气驱动的计量装置，其特征在于该装置采用压缩空气直接驱动液体；该装置采用两个液腔，通过至少一个空气控制阀，交替地向这两个液腔供应压缩空气，将液腔内的液体排挤至计量阀，由计量阀来释放液体；当一个液腔向计量阀供应液体，另一个液腔则补充液体，这样两个液腔轮换着向计量阀不间断地供给液体， 驱动液腔内液体的同一气源经过进一步减压，用于将计量阀释放的液体带至喷嘴喷射入发动机排气管内。
2.根据权利要求1所述的计量装置，其特征在于包括空气控制阀(100)、第一液腔(200)、第二液腔(300)、第一减压装置(400)、计量阀(500)和控制器(600)；所述空气控制阀(100)通过第一管道(101)外接压缩空气，通过第三管道(103)与第一液腔(200)连接相通，通过第四管道(104)与第二液腔(300)连接相通，通过第五管道(105) 与第一减压装置(400)连接相通；所述第一液腔(200 )上设有第一进液单向阀(201)和第一出液单向阀(202 )，所述第二液腔(300)上设有第二进液单向阀(301)和第二出液单向阀(302);所述第一出液单向阀 (202)和第二出液单向阀(302)的出口通过反应剂输送管(203)与计量阀(500)的进口连接相通；所述计量阀(500)的出口管道(501)和第一减压装置的出口管道(401)汇聚后进入喷射管道(402);所述控制器(600)分别通过控制线与空气控制阀(100)和计量阀(500)连接。
3.根据权利要求2所述的计量装置，其特征在于优选地，所述第一管道(101)上设有第二减压装置(410);所述空气控制阀还通过第二管道(102)连通大气。
4.根据权利要求2或3所述的计量装置，其特征在于优选地，所述的第一进液单向阀(201)的进口处和第二进液单向阀(301)的进口处设有共用的过滤器(204)。
5.根据权利要求4所述的计量装置，其特征在于优选地，所述第一进液单向阀(201) 设置在第一液腔(200)的底部，第一出液单向阀(202)设置在第一液腔(200)在侧壁上；所述第二进液单向阀(301)设置在第二液腔(300 )的底部，第二出液单向阀(302 )设置在第二液腔(300)在侧壁上。
6.根据权利要求4所述的计量装置，其特征在于优选地，所述第一液腔(200)和第二液腔(300)内壁上均固设有液体传感器(205)，液体传感器(205)通过数据线与控制器 (600)连接。
7.根据权利要求4所述的计量装置，其特征在于优选地，所述控制器(600)通过数据线连接反应剂温度传感器(601)和反应剂液位传感器(602 )。
8.根据权利要求1 4中任一所述的计量装置，其特征在于优选地，所述空气控制阀 (100)是电磁驱动阀，设有三个控制位置在第一个位置时，空气控制阀(100)整体关闭状态，第一管道(101)、第二管道(102)、 第三管道(103)、第四管道(104)和第五管道(105)之间互不相通；在第二个位置时，第一管道(101)分别与第三管道(103)和第五管道(105)相通，第二管道(102)与第四管道(104)相通；在第三个位置时，第一管道(101)分别与第四管道(104)和第五管道(105)相通，第二管道(102)与第二管道(103)相通。
9.根据权利要求3所述的计量装置，其特征在于优选地，所述第一减压装置(400)和第二减压装置(410)均为减压阀。
10.根据权利要求1 4中任一所述的计量装置，其特征在于优选地，所述空气控制阀(100)、减压装置和计量阀(500)集成为阀岛。
全文摘要
内燃机尾气净化后处理系统的压缩空气驱动的计量装置，该装置采用压缩空气直接驱动液体；该装置采用两个液腔，通过一个空气控制阀，交替地向这两个液腔供应压缩空气，将液腔内的液体排挤至一个计量阀，由计量阀来释放液体；当一个液腔向计量阀供应液体，另一个液腔则补充液体，这样两个液腔轮换着向计量阀不间断地供给液体，驱动液腔内液体的同一气源经过进一步减压，用于将计量阀释放的液体带至喷嘴喷射入发动机排气管内。本发明结构简单、可靠、耐久、对工作介质不敏感、成本低廉；比所有其他的计量装置更容易抵抗气源压力的波动对计量精度的影响；可集成在反应剂储存箱里，节省了安装空间，避免了防水、防尘、密封、防冻、防结晶等问题。
文档编号F04F1/10GK102996529SQ20121047264
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者李平 申请人:刘薇