一种SCR尿素计量喷射系统的制作方法

一种scr尿素计量喷射系统
技术领域
1.本发明属于尾气后处理技术领域，涉及船用或汽车用尾气后处理技术，特别是涉及一种scr尿素计量喷射系统。


背景技术：

2.柴油发动机尾气中含有大量的颗粒物和氮氧化物(nox)，nox是一种有毒气体，也是引起光化学烟雾等污染问题的主要元凶。为减少环境污染，各国排放法规都进一步要求降低柴油机的nox的排放，其中scr技术(scr脱硝)已成为降低柴油机nox排放的主流技术。尿素计量系统是scr系统的核心部件之一，是一种将尿素溶液定量输送至尿素喷嘴的装置。
3.船用scr尿素计量喷射系统普通采用空气辅助雾化尿素水溶液的方式(气助式)。目前的船用scr尿素计量喷射系统大多采用离心泵作用供给单元的动力源，离心泵几乎没有自吸能力且无法反向吸液，因此该类系统要求尿素箱出液口必须高于离心泵进液口。由于停机后无法排空尿素箱出液口至计量阀间管路内尿素水溶液，致使各元器件长期与尿素水溶液接触，容易引起系统使用寿命短、稳定性差等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种scr尿素计量喷射系统，以解决上述现有技术存在的离心泵几乎没有自吸能力且无法反向吸液的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种scr尿素计量喷射系统，主要包括：
7.供给单元，所述供给单元包括驱动源和与所述驱动源连接的齿轮泵，所述齿轮泵的进口和/或出口设置有压力表和截止阀；所述齿轮泵的进口通过管路与尿素箱连接，所述齿轮泵的出口至少连接有第一支路、第二支路和第三支路，其中，所述第一支路和所述第二支路均与所述尿素箱连接，且所述第一支路上设置溢流阀，所述第二支路上设置单向阀和阻尼孔；
8.计量喷射单元，所述计量喷射单元包括用于尿素水溶液流动的液路，所述液路包括依次连接的计量单元、液路单向阀和喷嘴，所述液路的进口连接所述第三支路；
9.控制单元，所述控制单元与所述供给单元和/或所述计量喷射单元通讯连接。
10.可选的，所述计量喷射单元还包括气路，所述气路包括依次连接的三联件、第一开关阀和气路单向阀，所述气路的进口连接压缩气源、出口连接所述喷嘴，用于压缩空气流动，以实现对尿素水溶液的雾化。
11.可选的，所述计量喷射单元还包括吹扫路，所述吹扫路包括依次连接的吹扫单向阀和第二开关阀，所述吹扫路的一端与所述气路连接、另一端与所述液路连接，用于压缩空气流动以实现对管内尿素水溶液的吹扫。
12.至此，所述计量喷射单元集成了气路、液路和吹扫路，且气路、液路均与喷嘴连接，吹扫路与喷嘴形成并联。系统工作在喷射阶段时，所述液路和所述气路在所述喷嘴出口处
混合，尿素溶液在气体射流牵引作用下被雾化。控制单元主要负责维持系统压力稳定、尿素喷射量调节及工作状态切换等。通过采用齿轮泵为系统供液，并采用气体辅助雾化的方式，具有不易发生管内结晶、雾化效果好等优势。
13.可选的，所述压缩气源通过截止阀与所述三联件连接。
14.可选的，所述齿轮泵的进口和/或出口设置有过滤器，以滤除尿素水溶液中的杂质。
15.可选的，所述计量单元包括压力传感器和计量阀。
16.可选的，所述驱动源为伺服电机。或者所述驱动源为普通电机，即非伺服电机。
17.可选的，所述喷嘴为气液外混合型喷嘴或气液内混合型喷嘴。气液混合型喷嘴主要应用在气体辅助尿素液体雾化的方式中。
18.可选的，所述气路单向阀、所述液路单向阀和/或所述吹扫单向阀为软密封单向阀。
19.可选的，所述尿素箱内配置有温度计和/或液位计
20.可选的，当所述齿轮泵自身供压达2mpa以上时，所述喷嘴可采用非气助式喷嘴，能够直接利用尿素水溶液本身的高压进行雾化。至少在喷射阶段，可将所述气路封闭或去除。
21.可选的，本发明采用具备软密封的单向阀、开关阀及计量阀，可实现反向可靠密封，从而可以避免发生气路管路内尿素结晶的问题。
22.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
23.本发明提出的scr尿素计量喷射系统，结构布置合理，采用齿轮泵作用供给单元动力源，齿轮泵具有很强的自吸能力，因此系统对尿素箱布置无特殊要求，适应性更广；齿轮泵可以实现正、反向吸液，停机后还可将管内尿素水溶液排空，从而避免尿素水溶液在管路内结冰并减轻尿素水溶液对元器件的腐蚀，以此降低尿素溶液供给系统的运行成本。同时，齿轮泵最高供给压力可达2mpa以上，支持升级为非气助式系统，即不采用压缩空气辅助雾化，直接用尿素水溶液本身的高压进行雾化。
24.本发明提供的scr尿素计量喷射系统使用寿命长，稳定性强，尤其适用于船舶或汽车领域尾气后处理。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例所公开的scr尿素计量喷射系统执行建压功能时的工作原理图；
27.图2为本发明实施例所公开的scr尿素计量喷射系统在执行喷射功能时的工作原理图，其中实线、虚线箭头分别表示液路、气路流动方向；
28.图3为本发明实施例所公开的scr尿素计量喷射系统执行吹扫功能时的工作原理图；
29.图4为本发明实施例所公开的非气助式scr尿素计量喷射系统工作原理图。
30.其中，附图标记为：1
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尿素箱，2
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供给单元，3
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计量喷射单元，4
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压缩气源，5
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截止阀，6
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计量单元，7
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非气助式喷嘴，1.1
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温度计，1.2
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液位计，1.3
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前置过滤器，2.1、2.5
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截止阀，2.2、2.6
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压力表，2.3
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驱动源，2.4
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齿轮泵，2.7
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单向阀，2.8
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阻尼孔，2.9
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溢流阀，3.1
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后置过滤器，3.2
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压力传感器，3.3
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计量阀，3.4
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液路单向阀，3.5
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吹扫单向阀，3.6
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吹扫开关阀，3.7
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喷嘴，3.8
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气路单向阀，3.9
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气路开关阀，3.10
‑
三联件。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明的目的之一是提供一种scr尿素计量喷射系统，以解决现有技术存在的离心泵几乎没有自吸能力且无法反向吸液的问题。根据离心泵无自吸能力的问题，提出了采用齿轮泵作用供给单元动力源的措施，齿轮泵具有很强的自吸能力，且可以实现正、反向吸液；该scr尿素计量喷射系统对尿素箱布置无特殊要求，停机后还可将管内尿素水溶液排空，从而有效提高scr尿素计量喷射系统的使用寿命和稳定性。
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
34.实施例一
35.如图1
‑
3所示，本实施例提供一种scr尿素计量喷射系统，主要包括供给单元2、计量喷射单元3及控制单元，其中：
36.供给单元2包括驱动源2.3、齿轮泵2.4、压力表2.2和2.6、截止阀2.1和2.5、溢流阀2.9、单向阀2.7及阻尼孔2.8等，齿轮泵2.4的进口通过管路与尿素箱1连接，齿轮泵2.4的出口连接有三条支路，一路与计量喷射单元3联通，另一路与溢流阀2.9连接，还有一路和单向阀2.7、阻尼孔2.8联通，各个液压元件均通过管路进行连接；溢流阀2.9出口、阻尼孔2.8出口均与尿素箱1联通；
37.计量喷射单元3共分为气路、液路和吹扫路，其中气路包括三联件3.10、开关阀3.9、气路单向阀3.8及喷嘴3.7等，液路包括过滤器3.1、计量单元6、液路单向阀3.4及喷嘴3.7等，吹扫路包括吹扫单向阀3.5和开关阀3.6等。气路和液路连接于同一喷嘴3.7，吹扫路则并联于气路和液路之间，液路为尿素水溶液流动流道，气路为压缩空气流动流道，吹扫路为压缩空气吹扫管内尿素水溶液时压缩空气流路。其中计量单元6包括压力传感器3.2和计量阀3.3。
38.本实施例中，如图1
‑
3所示，齿轮泵2.4的进、出口侧分别设有前置过滤器1.3和后置过滤器3.1，用于过滤尿素溶液中的杂质，以保护齿轮泵2.4、计量阀3.3和喷嘴3.7。
39.本实施例中，驱动源2.3可采用伺服电机或普通电机。
40.本实施例中，喷嘴3.7可采用气液外混合型喷嘴或气液内混合型喷嘴。气液混合型喷嘴主要应用在气体辅助尿素液体雾化的方式中。
41.本实施例中，液路单向阀3.4、吹扫单向阀3.5及气路单向阀3.8，均优选采用软密封形式，且开启压力较低，以保证反向可靠密封和较小的压损。
42.本实施例中，齿轮泵2.4最高供给压力可达2mpa以上，支持升级为非气助式系统，即不采用压缩空气辅助雾化，直接用尿素水溶液本身的高压进行雾化。此时，去除或封闭系统气路，并将喷嘴更换为非气助式喷嘴即可成为非气助式scr尿素计量喷射系统。其工作原理如图4所示，其中7为非气助式喷嘴。
43.下面对本实施例提供的scr尿素计量喷射系统的工作过程作具体描述。
44.如图1所示，为该尿素溶液供给系统执行建压功能时的示意图，执行建压功能时，控制单元发送指令，计量阀3.3、吹扫开关阀3.6及气路开关阀3.9失电，电机(驱动源2.3)正向运转，齿轮泵2.4从尿素箱1吸液，齿轮泵2.4压出尿素溶液全部经单向阀2.7、阻尼孔2.8回流至尿素箱1，当压力传感器3.2检测到系统压力达到设定值时，表明系统建压成功。系统建压成功后，便可执行喷射功能。
45.控制单元根据发动机转速与扭矩、排气温度等参数计算出所需的尿素水溶液喷射量，便会发送指令执行喷射功能。
46.如图2所示，为scr尿素计量喷射系统执行喷射功能时的示意图。执行喷射功能时，电机(驱动源2.3)继续正向运转，齿轮泵2.4压出尿素溶液一部分经单向阀2.7、阻尼孔2.8回流至尿素箱1，另一部分尿素溶液经计量喷射单元3喷射至尾气管。此时，气路开关阀3.9得电、吹扫开关阀3.6失电，液路、气路流向分别如图中实线、虚线箭头方向所示，气液在喷嘴3.7出口处混合，尿素水溶液在高速流动气体的撞击、牵引作用下发生雾化；尿素水溶液的喷射量由计量阀3.3进行调节，计量阀3.3由脉宽调制pwm信号控制，系统喷射量和计量阀3.3的pwm占空比存在确定的关系。
47.系统停机后，会自动执行吹扫功能。如图3所示，执行吹扫功能时，吹扫开关阀3.6、气路开关阀3.9得电，计量阀3.3失电，电机(驱动源2.3)反向运转，齿轮泵2.4从管路内吸液并压出至尿素箱1，压缩空气经截止阀5、三联件3.10分为两路，一路经气路开关阀3.9、气路单向阀3.8流至喷嘴3.7内气路流道，另一路经吹扫开关阀3.6、吹扫单向阀3.5将管内残留尿素水溶液经喷嘴3.7液路流道吹扫至尾气管。
48.当发动机启动时，控制单元就会开始初始化内部参数，检查整个系统是否有故障。如果有故障，就会报故障代码，并停止工作；如果无故障，就会进入建压状态。
49.由此可见，本实施例的技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
50.1.本实施例提出采用齿轮泵作用供给单元动力源，齿轮泵具有很强的自吸能力，因此本实施例提供的scr尿素计量喷射系统对尿素箱布置无特殊要求。
51.2.本实施例采用具备软密封的单向阀、开关阀及计量阀，可实现反向可靠密封，从而可以避免发生气路管路内尿素结晶的问题。
52.3.本实施例通过采用齿轮泵作用供给单元动力源，齿轮泵可以实现正、反向吸液，停机后还可将管内尿素水溶液排空，从而避免尿素水溶液在管路内结冰并减轻尿素水溶液对元器件的腐蚀，以此降低尿素溶液供给系统的运行成本。
53.4.本实施例通过采用齿轮泵作用供给单元动力源，齿轮泵最高供给压力可达2mpa以上，支持升级为非气助式系统，即不采用压缩空气辅助雾化，直接用尿素水溶液本身的高压进行雾化。
54.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本
发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
55.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。