泵吸单元和用于SCR系统防结晶的尿素溶液供给系统和方法与流程

本发明涉及车载SCR系统，尤其涉及一种泵吸单元和一种用于SCR系统防结晶的尿素溶液供给系统和方法。

背景技术：

SCR(Selective Catalytic Reduction)是一种选择性催化还原技术，SCR技术使用氨气或尿素水溶液作为还原性物质，在一定温度和催化剂作用下，利用氨气或尿素水溶液将NO_X还原为对环境无害的氮气和水。由于氨气在催化剂的作用下选择性的优先还原NO_X而不先于O₂反应，故称其为“选择性催化还原”。氨气是良好的还原剂，但是有很强的刺激性，不便于直接在汽车上使用，而尿素水溶液无毒、无害，储存时性能稳定，运输方便且不具有刺激性气味，因此一般使用尿素水溶液作为车载SCR系统的还原剂。

使用SCR技术，则需要能够将尿素水溶液精确定量的喷射到汽车的发动机排气管中，并使之高效的与NO_X排放物在催化剂的作用下发生反应。因此就需要提供雾化装置使尿素水溶液在发动机的排气管中雾化。

目前柴油发动机尾气后处理系统多采用传统的空气辅助式SCR技术，不但须要车载压缩空气来帮助喷射系统进行催化还原工作，且当喷射工作结束时，压缩空气会将系统管道内多余的尿素水溶液吹到排气管内。该方式只适用于配备有储气罐的中、重型车辆，在无气的轻、中型车辆上无法使用，既限制了SCR技术的应用面，也让排气管因多余尿素水溶液因高温结晶堆积，而有了堵塞的风险。

技术实现要素：

本发明提供一种泵吸单元和一种用于SCR系统防结晶的尿素溶液供给系统和方法，用于解决上述问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种泵吸单元，用于吸收和喷射液体，包括：

一泵吸单向阀，由单向阀上体和单向阀下体组成，所述单向阀下体远离所述单向阀上体的一端设置有与外界相通的第一进液孔和第一出液孔，所述单向阀上体远离所述单向阀下体的一端设置有液压结构；

所述单向阀上体和所述单向阀下体之间设置连通腔体，所述连通腔体内设置有单向阀膜片，所述连通腔体分为与所述第一进液孔对应的左腔体和与所述第一出液孔对应的右腔体，所述左腔体和所述右腔体互相隔绝，所述左腔体与所述液压结构之间通过第二进液孔连通，所述单向阀膜片与所述单向阀上体接触时，两者之间形成有使所述第一进液孔与所述第二进液孔连通的缝隙，所述右腔体与所述液压结构之间通过第二出液孔连通，所述单向阀膜片与所述单向阀下体接触时，两者之间形成有使所述第一出液孔与所述第二出液孔连通的缝隙。

作为优选，所述液压结构由单向阀上体和泵膜片构成，所述单向阀上体在远离所述单向阀下体的一端设置有凹槽，所述泵膜片与所述单向阀上体可动连接且覆盖在所述凹槽上，并在靠近和远离所述凹槽的方向上移动，所述第二进液孔和所述第二出液孔皆与所述凹槽连通。

作为优选，所述泵膜片还连接有驱动单元，用于驱动泵膜片在靠近和远离所述凹槽的方向上移动。

作为优选，所述驱动单元包括与所述泵膜片连接的连杆，所述连杆远离所述泵膜片的一端贯穿有偏心轴机构，贯穿的方向垂直于所述连杆的长度方向，所述偏心轴机构从外向里依次包括滚动轴承、偏心轴以及电机。

作为优选，所述连杆与所述泵膜片之间通过一嵌块连接，所述嵌块一端嵌入所述泵膜片，另一端嵌入所述连杆的端部。

本发明还提供一种用于SCR系统防结晶的尿素溶液供给溶液系统，包括

一尿素溶液供给单元，包括如上所述的泵吸单元、与所述泵吸单元连接的换向单元、设置所述换向单元与所述喷射模块之间的温度传感器、压力传感器；

一喷射模块，包括与所述尿素溶液供给单元连接的喷射电磁阀；

一控制单元，与发动机连接，与所述尿素溶液供给单元、喷射模块以及发动机皆连接，用于接收所述发动机、所述温度传感器和所述压力传感器的数据，并根据所述数据控制所述尿素溶液供给单元、所述喷射电磁阀。

作为优选，所述换向单元包括

一底座，安装在所述泵吸单元底部，内部设置有相互错开的四个通道，分别为第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，所述第一通道和所述第二通道皆与所述泵吸单元的第一进液孔连通，所述第三通道和所述第四通道皆与所述第一出液孔连通；

一进端两位三通电磁阀，包括一个进口与两个出口，两个所述进端两位三通阀的出口分别通过第一通道和所述第三通道与所述泵吸单元的第一进液孔和所述第一出液孔连通；

一出端两位三通电磁阀，也包括一个进口两个出口，所述出端三通阀的进口与所述喷射电磁阀连通，两个所述出端两位三通电磁阀的出口分别通过第二通道和所述第四通道与所述泵吸单元的第一进液孔和所述第一出液孔连通。

作为优选，所述进端两位三通电磁阀的进口与尿素溶液管路连通。

本发明一种使用如上所述的用于SCR系统防结晶的尿素溶液供给系统的尿素溶液供给方法，包括以下步骤

当控制单元接收到所述发动机发出的需要提供尿素溶液的信号后，控制单元控制所述尿素溶液供给单元吸收尿素溶液向所述喷射模块输送，所述喷射模块喷射尿素溶液；

当控制单元接收到所述发动机发出的停止提供尿素溶液的信号后，控制单元控制所述尿素溶液供给单元内的换向单元，使得所述尿素溶液供给单元中的尿素溶液流向改变，所述尿素溶液供给单元从所述喷射电磁阀中倒吸尿素溶液。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种泵吸单元，其由单向阀上体和单向阀下体组成，所述单向阀下体远离所述单向阀上体的一端设置有与外界相通的第一进液孔和第一出液孔，所述单向阀上体远离所述单向阀下体的一端设置有液压结构；

所述单向阀上体和所述单向阀下体之间设置连通腔体，所述连通腔体内设置有单向阀膜片，所述连通腔体分为与所述第一进液孔对应的左腔体和与所述第一出液孔对应的右腔体，所述左腔体和所述右腔体互相隔绝，所述左腔体与所述液压结构之间通过第二进液孔连通，所述单向阀膜片与所述单向阀上体接触时，两者之间形成有使所述第一进液孔与所述第二进液孔连通的缝隙，所述右腔体与所述液压结构之间通过第二出液孔连通，所述单向阀膜片与所述单向阀下体接触时，两者之间形成有使所述第一出液孔与所述第二出液孔连通的缝隙。使用这种泵吸单元，当需要进液时，液压结构中形成负压，单向阀膜片与单向阀上体接触，第一进液孔即吸入尿素溶液，尿素溶液进入连通腔体内从单向阀膜片与单向阀上体之间的缝隙进入第二进液孔从而进入液压结构中，当泵吸单元吸入足够的尿素溶液后，液压结构中形成正压，单向阀膜片与单向阀下体接触，单向阀膜片与单向阀下体之间形成缝隙，液压结构中的尿素溶液通过第二出液孔进行连通腔体，并通过单向阀膜片与单向阀下体之间形成的缝隙进入第一出液孔，从而排出泵吸单元。因此这种泵吸单元能够较好地控制尿素溶液的吸收与排出，不会导致一次性吸收过多超过需要喷射的尿素溶液，因此具有精确控制剂量的特点。

本发明提供的用于SCR系统防结晶的尿素溶液供给系统和方法中，由于泵吸单元中设置了换向单元，因此当不在需要向发动机排气管中喷射尿素溶液时，使用换向单元将管路中尿素溶液的流向换向，可使管路将之前管路中多吸收的尿素溶液进行倒吸，从而避免了多余的尿素溶液残留在管路和喷射模块中产生结晶，减少了管路堵塞的风险。

附图说明

图1为本发明提供的泵吸单元的剖面图；

图2为本发明提供的用于SCR系统防结晶的尿素溶液供给系统的结构示意图。

图中：1-泵吸单元、11-泵吸单向阀、111-单向阀下体、1111-凹槽、112-第一进液孔、113-第一出液孔、114-连通腔体、1141-第一缝隙、1142-第二缝隙、115-单向阀膜片、116-第二进液孔、117-第二出液孔、118-单向阀上体、119-泵膜片、12-连杆、13-嵌块、14-滚动轴承、15-偏心轴、16-电机；

2-进端两位三通电磁阀、3-出端两位三通电磁阀、4-温度传感器、5-压力传感器、6-控制单元、7-喷射电磁阀、8-尿素溶液管路、9-发动机；

A1-进端两位三通电磁阀的进口、P1-进端第一出口、T1-进端第二出口、A2-出端两位三通电磁阀的进口、P2-出端第一出口、T2-出端第二出口。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

请参照图1，本发明提供了一种泵吸单元1，用于吸收尿素溶液、暂时储存尿素溶液并排放尿素溶液，从下至上依次包括相互连接的泵吸单向阀11以及用于驱动泵吸单向阀11工作的驱动单元。

泵吸单向阀11，由单向阀上体118和单向阀下体111组成，所述单向阀下体111远离所述单向阀上体118的一端设置有与外界相通的第一进液孔112和第一出液孔113，所述单向阀上体118远离所述单向阀下体111的一端设置有液压结构，液压结构是与第一进液孔112和第一出液孔113连通的，这样从第一进液孔112吸收的尿素溶液暂时储存在液压结构中，等到储存完毕后，再从第一出液孔113排出尿素溶液。

液压结构具体为单向阀上体118形成凹槽1111，在凹槽1111上覆盖有泵膜片119，泵膜片119与单向阀上体118可动连接，也就是说泵膜片119可在凹槽1111内移动，使得凹槽1111的体积发生变化，从而使得内部气压以及液压发生变化。具体地，可在凹槽1111口设置卡勾，泵膜片119固定于卡勾下方，其边缘沿着凹槽1111的凹槽壁移动，但由于卡勾的限位，其仅在凹槽1111内移动，无法移动至凹槽1111外部。

所述单向阀上体118和所述单向阀下体111之间设置连通腔体114，连通腔体114与第一进液孔112和第一出液孔113连通，所述连通腔体114内设置有单向阀膜片115，所述连通腔体114分为与所述第一进液孔113对应的左腔体和与所述第一出液孔113对应的右腔体，所述左腔体和所述右腔体虽然连通，但是由于单向阀膜片115的存在，使得两个腔体互相隔绝，连通腔体114与凹槽1111之间设置有连通结构，具体为左腔体与凹槽1111之间通过第二进液孔116连通，右腔体与凹槽1111之间通过第二出液孔117连通，在左腔体内，单向阀上体118上设置了第一缝隙1141，在右腔体内，单向阀下体111上设置了第二缝隙1142，单向阀膜片115与单向阀上体118接触时，第一缝隙1141无法被单向阀膜片115遮挡，这样连通腔体114内的液体只能从第一缝隙1141进入第二进液孔116，单向阀膜片115与单向阀下体111接触时，第二缝隙1142无法被单向阀膜片115遮挡，这样连通腔体114内的液体只能从第二缝隙1142进入第一出液孔113。

驱动单元包括与泵膜片119可动连接的连杆12，该连杆12与泵膜片119之间使用嵌块13连接，嵌块13的两端分别嵌入连杆12的端部和泵膜片119内，嵌块13进入泵膜片119后和连杆12的端部的宽度增大，从而卡入泵膜片119和连杆12内部，使嵌块13保持稳定，而连杆12在拉动泵膜片119上下运动时，嵌块13起到一定的缓冲作用。

连杆12远离泵膜片119的一端为圆环形状，在圆环内贯穿有偏心轴结构，具体从外向内为滚动轴承14、偏心轴15以及电机16，电机16驱动偏心轴15作自转运动，偏心轴15的自转与滚动轴承14之间形成凸轮驱动结构，滚动轴承14自转时驱动连杆12上下运动。

泵吸单元1的运动方式为：当需要泵吸单元1吸收尿素溶液时，电机16驱动偏心轴15转动，使得连杆12向上移动，泵膜片119被带动向上移动，使得凹槽1111内形成负压，单向阀膜片115在负压的作用下被向上吸气与单向阀上体118接触，第一进液孔112在负压的作用下吸收尿素溶液，尿素溶液通过第一进液孔112进入连通腔体114后通过第一缝隙1141进入第二进液孔116从而被暂时储存在凹槽1111内；

当需要泵吸单元1排放尿素溶液时，电机16驱动偏心轴15转动，使得连杆12向下移动，泵膜片119被带动向下移动，使得凹槽1111内形成正压，凹槽1111内的尿素溶液通过第二出液孔117进入连通腔体114，使得单向阀膜片115向下紧贴单向阀下体111，尿素溶液通过第二缝隙1142进入第一出液孔113，从而排出泵吸单元1。

请参照图1，本发明还提供一种用于SCR系统防结晶的尿素溶液供给溶液系统，包括

一尿素溶液供给单元，包括如上所述的泵吸单元1、与所述泵吸单元1连接的换向单元、设置在所述换向单元与所述喷射模块之间的温度传感器4、压力传感器5；

一喷射模块，包括与所述尿素溶液供给单元连接的喷射电磁阀7；

一控制单元6，与泵吸单元1、进端两位三通电磁阀2和出端两位三通电磁阀3、喷射模块以及发动机9皆连接，用于接收所述发动机9、所述温度传感器4和所述压力传感器5的数据，并根据所述数据控制所述尿素溶液供给单元、所述喷射电磁阀7。控制单元6与发动机9连接，可接收发动机9是否开始启动的信号，若要开始启动，则控制单元6接收信号后，控制尿素溶液供给单元启动吸收尿素溶液的程序，开始吸收尿素溶液向喷射模块进行运输，由喷射模块中的喷射电磁阀7向发动机排气管喷射尿素溶液；若发动机9停止运动了，则控制单元6接收信号后，控制尿素溶液供给单元启动倒吸尿素溶液的程序，开始倒吸喷射电磁阀7中的尿素溶液，使得喷射电磁阀7中的尿素溶液反向运输，经过泵吸单元1后返回尿素溶液管路8中。

控制单元6与泵吸单元1中的电机16连接，控制其运动的速率，从而控制偏心轴15的转动速率，进而控制连杆12上下移动的频率。

作为优选，所述换向单元包括

一底座(未图示)，安装在所述泵吸单元1底部，内部设置有相互错开的四个通道，分别为第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，所述第一通道和所述第二通道皆与所述泵吸单元1的第一进液孔112连通，所述第三通道和所述第四通道皆与所述第一出液孔113连通；

一进端两位三通电磁阀2，包括一个进口与两个出口，分别为进端两位三通电磁阀的进口A1和进端第一出口P1、进端第二出口T1，其中进端两位三通电磁阀的进口A1与尿素溶液管路8连接，尿素溶液管路8向进端两位三通电磁阀的进口A1提供尿素溶液，进端第一出口P1通过第一通道和泵吸单元1的第一进液孔112连通，进端第二出口T1通过第三通过和泵吸单元1的第一出液孔113连通；当进端两位三通电磁阀2处于断电状态时，进端两位三通电磁阀的进口A1与进端第一出口P1相通，进端第二出口T1处于封闭状态；当进端两位三通电磁阀2处于通电状态时，进端两位三通电磁阀的进口A1与进端第二出口T1相通，进端第二出口P1处于封闭状态。

一出端两位三通电磁阀3，也包括一个进口两个出口，分别为出端两位三通电磁阀的进口A2、出端第一出口P2、出端第二出口T2，其中出端两位三通电磁阀的进口A2与所述喷射电磁阀7连通，出端第一出口P2通过第二通道和泵吸单元1的第一出液孔112连通，出端第二出口T2通过第四通道和泵吸单元1的第一进液孔113连通；当出端两位三通电磁阀3处于断电状态时，出端两位三通电磁阀的进口A2与出端第一出口P2相通，出端第二出口T2处于封闭状态；当出端两位三通电磁阀3处于通电状态时，出端两位三通电磁阀的进口A2与出端第二出口T2相通，出端第一出口P2处于封闭状态。

温度传感器4和压力传感器5设置在出端两位三通电磁阀的进口A2与喷射电磁阀7连接的管路上。进端两位三通电磁阀2、出端两位三通电磁阀3、泵吸单元1、温度传感器4以及压力传感器5皆与控制单元6信号连接，控制单元6可控制进端两位三通电磁阀2的断电和通电状态。

本发明提供一种使用如上所述的用于SCR系统防结晶的尿素溶液供给系统的尿素溶液供给方法，包括以下步骤：

当控制单元6接收到发动机9发出的启动信号后，控制单元6控制使进端两位三通电磁阀2和出端两位三通电磁阀3处于断电状态，此时进端两位三通电磁阀2内进端两位三通电磁阀的进口A1与进端第一出口P1相通，进端第二出口T1处于封闭状态，尿素溶液管路8中的尿素溶液依次通过进端两位三通电磁阀的进口A1、进端第一出口P1通过底座的第一通道进入泵吸单元1的第一进液孔112，经过泵吸单元1内的凹槽1111的暂时储存后，被排出第一出液孔113，此时出端两位三通电磁阀3中的出端两位三通电磁阀的进口A2与出端第一出口P2连通，出端第二出口T2处于封闭状态，被排出第一出液孔113的尿素溶液依次通过出端第一出口P2和出端两位三通电磁阀的进口A2进入喷射电磁阀7中，从而向发动机排气管中喷射。在此过程中，温度传感器4和压力传感器5用于检测向喷射电磁阀7输送的尿素溶液的温度以及压力，从而控制泵吸单元1中电机16的运动速率。

当控制单元6接收到发动机9发出的停止运转信号后，控制单元6控制使进端两位三通电磁阀2和出端两位三通电磁阀3处于通电状态，此时出端两位三通电磁阀3中的出端两位三通电磁阀的进口A2与出端第二出口T2连通，出端第二出口P2处于封闭状态，此时喷射电磁阀7内的尿素溶液依次通过出端两位三通电磁阀的进口A2、出端第二出口T2进入泵吸单元1的第一进液孔112，经过泵吸单元1内的凹槽1111的暂时储存后，从第一出液孔113排出，此时进端两位三通电磁阀2内进端两位三通电磁阀的进口A1与进端第二出口T1相通，进端第一出口P1处于封闭状态，从第一出液孔113排出的尿素溶液依次通过进端第二出口T1、进端两位三通电磁阀的进口A1从而进入尿素溶液管路8中，使得喷射电磁阀7内的尿素溶液倒吸回尿素溶液管路8中，防止尿素溶液残留在喷射电磁阀7中产生结晶，减少管路以及喷射口部堵塞的风险。

综上所述，本发明提供的泵吸单元1能够较好地控制尿素溶液的吸收与排出，不会导致一次性吸收过多超过需要喷射的尿素溶液，因此具有精确控制剂量的特点。

本发明提供的用于SCR系统防结晶的尿素溶液供给系统和方法中，由于泵吸单元1中设置了换向单元，因此当不再需要向发动机排气管中喷射尿素溶液时，使用换向单元将管路中尿素溶液的流向换向，可将之前管路中多吸收的尿素溶液进行倒吸，从而避免了多余的尿素溶液残留在管路和喷射模块中产生结晶，减少了管路堵塞的风险。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。