阅读说明：本技术 一种用于尿素计量泵的过滤装置及其尿素计量泵 (Filtering device for urea metering pump and urea metering pump ) 是由 杜玮 于 2018-05-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供的用于尿素计量泵的过滤装置,该装置设置在进液口接头与尿素泵之间的流道上,或设置在进液口接头之前的流道上,其结构采用尿素溶液直接流至过滤网层内侧,再由其内向外的尿素溶液流向进行过滤；这样,不仅可以使过滤装置的滤芯体积大,相应的容尘量大大增加,而且尿素溶液会从过滤壳体底部慢慢地积聚上升,滤芯内空气会随之而上升,最后当滤芯内的尿素液面上升到顶部时,这些空气会被挤出过滤器,有利于尿素泵平稳运行及尿素溶液稳定、无波动地输出。(The invention provides a filtering device for a urea metering pump, which is arranged on a flow channel between a liquid inlet joint and a urea pump or arranged on the flow channel in front of the liquid inlet joint, and adopts the structure that urea solution directly flows to the inner side of a filter screen layer and then is filtered from the flow direction of the urea solution from the inner side to the outer side; therefore, the filter element of the filtering device is large in size, the corresponding dust holding capacity is greatly increased, the urea solution can slowly accumulate and rise from the bottom of the filtering shell, air in the filter element can rise along with the air, and finally when the urea liquid level in the filter element rises to the top, the air can be extruded out of the filter, so that the stable operation of the urea pump and the stable and non-fluctuating output of the urea solution are facilitated.)

一种用于尿素计量泵的过滤装置及其尿素计量泵

技术领域

本发明属于柴油发动机尾气后处理领域，涉及一种过滤装置，特别涉及一种用于尿素计量泵的过滤装置及其尿素计量泵。

背景技术

柴油机选择性催化还原系统(Selective Catalytic Reduction，简称SCR)是用于去除柴油发动机排放中的氮氧化物；其包括三个部分：尿素供应模块、尿素喷射模块和催化***模块。其工作原理是：利用尿素喷射模块将尿素供应模块中的尿素溶液喷射在高温环境中的催化***模块内，由于尿素溶液在高温下会发生水解和热解反应后生成氨气，这样氨气在催化***模块中与柴油发电机排出尾气中的氮氧化物发生氧化还原反应，生成氮气和水，从而达到降低柴油发动机尾气排放中氮氧化物排放的目的。其中尿素喷射模块由DUC(喷射控制单元)、尿素计量泵(气助式或非气助式)和雾化喷嘴组成；如图1所示，为现有技术非气助式尿素计量泵的尿素溶液过滤原理示意图，其中编号1为尿素箱、2为尿素计量泵的进液口接头、3为尿素计量泵的回液口接头、4为尿素计量泵的出液口接头、5为尿素泵、5’为换向阀、6为尿素计量泵的稳压腔和7为雾化喷嘴；该非气助式尿素计量泵大都采用两级过滤，分别设置在进液口接头内和稳压腔内，其工作原理是：尿素泵启动后，尿素溶液从尿素箱1被吸入进液口接头2，经过进液口接头2内设置的第一级滤芯过滤后(其滤网直径Φ4mm，长30mm，且过滤精度一般为90μm)，进入尿素泵5流道，再通过稳压腔6(其内设第二级滤芯，且过滤精度为30μm)，然后进入出液口接头4，最终经雾化喷嘴7喷出。

如图2所示，为现有技术非气助式尿素计量泵中设置在进液口接头2内的第一级滤芯结构示意图，包括过滤壳体21’、滤芯22’；滤芯22’包括空芯的上端头221a、下端头223a及固定它们之间的过滤网222a；滤芯22’通过上端头221a过盈嵌入过滤壳体21’内；过滤壳体21’通过螺纹连接拧在尿素计量泵进液孔上；其工作原理是：

尿素泵启动后，尿素溶液从进液口a流入，穿过上端头221a中心孔至滤芯22’内，然后由滤芯22’内腔透过过滤网222a流向其外侧，最后尿素溶液通过出液口b流出进液口接头2。图2中箭头为尿素溶液在进液口接头2内流向。

现有技术存在如下问题：

1、第一级滤芯设计在进液口接头内部，由于其内部结构空间特别狭小，这样导致滤芯的滤网体积无法增大，其容尘量也比较小，从而积聚在滤网上颗粒很快达到其容尘极限，就会对尿素溶液流道系统中的流量造成影响，进而影响整个尿素计量泵的性能；

2、当第一级滤芯采用过滤精度为90μm的过滤材料时，尿素溶液中粒径小于90μm的大颗粒会集中在尿素泵流道内，一旦其积聚、板结在尿素泵关键元件的密封面上，会影响整个尿素计量泵的密封性能和喷***度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种滤网过滤面积大、容尘量高、空气阻尼小，从而使尿素泵密封性能好、压力稳定，用于尿素计量泵的过滤装置，包括带进出液口的帽子状过滤壳体及其安装在其上过滤网层和带沿的帽子状抗冻橡胶件；所述的过滤网层底端外侧分别与抗冻橡胶件、过滤壳体之间密封，所述的过滤网层上端外沿或与过滤壳体之间设有孔隙；尿素溶液流经路径是：从过滤壳体的进液口流入，直接流至所述过滤网层与所述抗冻橡胶件之间的空间内，然后透过所述过滤网层至所述过滤壳体与所述过滤网层之间的空间内，再由所述过滤网层底端外沿设有孔隙流过，最后从所述过滤壳体的顶部出液口流出。

优选的，所述过滤壳体内顶为圆锥形纵截面。

优选的，所述过滤网层内顶面为封闭下凸弧形纵截面。

优选的，所述过滤网层内顶面为封闭下凸弧形纵截面，所述过滤壳体内顶为圆锥形纵截面。

优选的，所述过滤网层过滤精度在50μm～75μm之间选取。进一步，所述过滤网层中过滤网采用不锈钢钢丝、玻璃纤维、尼龙和无纺布中至少有一种材料制成的编织网。

进一步，所述过滤网层由上盖、中心开孔的底盖及其固定在它们之间的过滤网构成。再进一步还包括套装到底盖外的定位环、中心带透气孔的盖子和密封圈；所述过滤网层和抗冻橡胶件通过盖子固定在过滤壳体上；所述密封圈嵌入底盖外侧一周的凹型槽内。

本发明还提供一种尿素计量泵，包括上述所述过滤装置；进一步，所述尿素计量泵为气助式尿素计量泵或非气助式尿素计量泵；更进一步，所述过滤装置设置除进液口接头外的尿素泵之前的流道上。

本发明提供的用于非气助式尿素计量泵的过滤装置，该装置设置在进液口接头与尿素泵之间的流道上，或设置在进液口接头之前的流道上；其结构采用尿素溶液直接流至过滤网层内侧，再由其内向外的尿素溶液流向进行过滤；这样，不仅滤芯体积大，相应的容尘量大大增加，而且尿素溶液会从过滤壳体底部慢慢地积聚上升，滤芯内空气会随之而上升，最后当滤芯内的尿素液面上升到顶部时，这些空气会被挤出过滤器，有利于尿素泵平稳运行及尿素溶液稳定、无波动地输出。如果过滤网层内顶面采用封闭下凸弧形纵截面结构或所述过滤壳体内顶设计为圆锥形纵截面结构，可以进一步有效排出过滤器中空气，不仅消除了由于车辆剧烈晃动，使尿素溶液里混有大量气泡，从而在较短时间内，造成第二级过滤压强降为OMpa，导致尿素泵出现短暂失效，使尿素计量泵系统稳定性差，而且提高了尿素计量泵喷***度；如果过滤网层内顶面采用封闭下凸弧形纵截面结构，同时所述过滤壳体内顶设计为圆锥形纵截面内顶结构，可以完全排出过滤器中空气，大大地提高了尿素计量泵稳定性和喷***度。

另外，无论所述过滤网层过滤网采用无折边过滤网还是折边过滤网，与现有技术相比不仅在过滤体积大大地增加，而且其容尘量显著提高；其中折边过滤网更优；所述过滤网采用不锈钢钢丝、玻璃纤维、尼龙、无纺布等材料的编织网，其过滤精度为50μm～75μm，不仅与现有技术中在进液口接头内设置第一级滤芯的过滤精度为90μm的过滤材料相比，有效避免大于90～75μm的大颗粒进入尿素泵内流道，大大地降低其元件密封面密封失效的几率；而且与现有技术中采用过滤精度小于30μm的过滤材料(如纸质过滤网)相比，本发明采用上述过滤网对尿素泵在吸入尿素溶液时产生的压阻可以忽略不计，更有利于发挥出尿素泵的性能。

同时，本发明提供的用于气助式尿素计量泵的过滤装置，该装置设置在进液口接头与尿素泵之间的流道上，或设置在进液口接头之前的流道上；其结构采用尿素溶液直接流至过滤网层内侧，再由其内向外的尿素溶液流向进行过滤；这样，不仅滤芯体积大，相应的容尘量大大增加，而且尿素溶液会从过滤壳体底部慢慢地积聚上升，滤芯内空气会随之而上升，最后当滤芯内的尿素液面上升到顶部时，这些空气会被挤出过滤器，有利于尿素泵平稳运行及尿素溶液稳定、无波动地输出。如果过滤网层内顶面采用封闭下凸弧形纵截面结构或所述过滤壳体内顶设计为圆锥形纵截面结构，可以进一步有效排出过滤器中空气，不仅消除了由于车辆剧烈晃动，使尿素溶液里混有大量气泡，从而在较短时间内，导致尿素泵出现短暂失效，使尿素计量泵系统稳定性差，而且提高了尿素计量泵喷***度；如果过滤网层内顶面采用封闭下凸弧形纵截面结构，同时所述过滤壳体内顶设计为圆锥形纵截面结构，可以完全排出过滤器中空气，大大地提高了尿素计量泵稳定性和喷***度。

附图说明

图1为现有技术非气助式尿素计量泵的尿素溶液过滤原理示意图。

图2为现有技术中设置在进液口接头内的第一级滤芯结构示意图。

图3为本发明实施例1提供的一种第一级过滤装置主视图。

图4为图3的俯视图。

图5为图3的后视图。

图6为图3的A-A剖面示意图。

图7为本发明实施例1提供的一种第一级过滤装置装配示意图。

图8为本发明实施例2提供的一种第一级过滤装置示意图。

图9为本发明实施例3提供的一种第一级过滤装置示意图。

图10为本发明实施例4提供的一种第一级过滤装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明提供的第一级过滤装置结构进行详细说明。

实施例1：

本实施例提供一种第一级过滤装置结构示意图，如图3至7所示，包括锥形内顶的过滤壳体21、滤芯22和中心带孔的盖子23；所述滤芯22压入过滤壳体21内，然后将盖子23与过滤壳体21通过螺纹连接，使滤芯22固定在过滤壳体21内腔中；其中滤芯22包括抗冻橡胶件221、定位环222、底盖223、密封圈224、过滤网225和上盖226；所述过滤网225***外沿带凸棱的上盖226和底盖223的沟槽部位，并将其与上盖226、底盖223的沟槽部位进行焊接；所述密封圈224嵌入底盖223外侧一周的凹型槽内；所述定位环222套装到底盖223外；所述抗冻橡胶件221按压放入滤芯22腔内；所述上盖226内顶为封闭下凸弧形纵截面结构。

其工作原理是：尿素泵启动后，尿素溶液从尿素计量泵的进液口接头(进液口接头内不设滤芯)流入第一级过滤装置的过滤壳体21的进液口a，依次穿过定位环222和底盖223的流道孔，至由过滤网225与抗冻橡胶件221之间形成的空间内，然后尿素溶液流过过滤网225，流向上盖226，并通过上盖226外沿与过滤壳体21之间的间隙，经过上盖226上面与过滤壳体21之间形成的空间，从过滤壳体21顶部的出液口b流出。

由于过滤壳体21的锥型内顶结构设计，这样不仅有利于在第一级过滤装置的充液阶段其内部的空气流出，而且在第一级过滤装置充满尿素溶液后，有利于尿素溶液平稳、顺利地流出。

由于滤芯22中上盖226内顶为封闭下凸弧形纵截面结构设计，非常有利于第一级过滤装置的充液阶段其内部空气的彻底、顺利地排出。

当过滤器内部开始充液时，会从底部积聚慢慢上升，空气也会随之而上升，当液面上升到上盖226顶部时，滤芯内部的气体会完全随着其弧顶被溶液压出，进入滤芯外侧，随着尿素泵的持续运行，外侧的气体最终被完全抽出，然后由过滤壳体21的锥顶进入出口流道内，再随着系统流道排出。

所述抗冻橡胶件221为模具预制成型件，当环境温度低时，由于残留在滤芯内的尿素溶液会结冰，其体积会膨胀，采用抗冻橡胶件221为中空结构，就给尿素溶液结冰变形提供了空间。

本实施例还提供的一种非气助式尿素计量泵，包括本实施例提供的过滤装置，其设置在尿素泵6之前除进液口接头(取消现有技术中第一级滤芯)外的流道上。这样，不仅可以使滤芯体积大，而且可以提高滤芯的容尘量成可能，同时，消除了现有技术中启动尿素泵时，滤芯内部充满尿素溶液后，由于在过滤器壳体顶部始终有空气积聚，这样尿素计量泵受外界晃动时，这些空气会与尿素溶液产生少量气泡从出液口流出，进入尿素泵和第二级过滤腔，导致尿素泵输出压力波动，从而直接影响尿素泵的喷***度；更为严重是，当尿素计量泵受外界剧烈晃动时，会产生大量气泡，直接导致尿素泵和第二级过滤腔的压强降至OMpa，造成尿素泵出现短暂失效。

本实施例中过滤网采用无折叠或折叠的过滤网结构，其采用不锈钢钢丝、玻璃纤维、尼龙和无纺布中的至少一种材料制成。采用无折叠结构的过滤网(滤网直径为70μm，滤网长度为35mm)，其体积约是现有技术中在进液口接头内设置第一级滤芯体积的38.5倍，容尘量显著提升；采用折叠结构的过滤网(滤网直径为70μm，滤网长度为35mm)，其过滤表面积比不折叠结构的过滤网更显著增大，容尘量也明显提升。

实验1：采用折叠结构网孔孔径70μm(其过滤精度70μm)不锈钢过滤网的上述结构的过滤装置，并将其安装在12kg/min规格非气助式尿素计量泵中尿素泵之前流道上，压力表(上海荣华Y－100型，测量范围0～4兆帕)设置在尿素计量泵的出液口，尿素泵转速在恒定3000r/min下连续运行41天；其中每天在室温(23℃)情况下，调节尿素计量泵的喷射量对其进行一次测试：保持出液口压力为9bar时，通过非标无刷电机控制器调整其变位器来调节供给尿素泵电机的电压，并利用优利德UT372非接触试转速仪测量其转速，同时收集不同转速下每分钟从尿素计量泵出液口的喷射量，通过电子称(LT1002型MAX1000g，e＝10d，d＝0.01g)分别测量，下表1和2分别为第1天和第41天尿素泵在不同转速及其相应的喷射量的测量数据。经过41天跑合测试，喷射量未下降，说明不锈钢过滤网未堵塞，无液情况下达到负压280bar用时3～4秒，尿素泵回抽干净后尿素计量泵剩余3～3.5g，过滤腔内气体残留少；喷射时晃动该过滤装置几乎没有气泡冒出进入泵芯，不会造成尿素泵喷射溶液波动。

表1：第1天跑合测试数据

转速(r/min)	压力(bar)	喷射量(g)	备注
				1180	9	0
1400	9	52
				1600	9	91
1800	9	140
				2000	9	192
2200	9	233
				2400	9	263
2600	9	295
				2800	9	308
3000	9	333

表2：第41天跑合测试数据

转速(r/min)	压力(bar)	喷射量(g)	备注
				1160	9	0
1400	9	56
				1600	9	97
1800	9	143
				2000	9	188
2200	9	242
				2400	9	276
2600	9	310
				2800	9	332
3000	9	358

实验2：采用折叠结构网孔孔径：50μm(其过滤精度50μm)不锈钢过滤网的上述结构的过滤装置，并将其安装在12kg/min规格非气助式尿素计量泵中尿素泵之前流道上，其余采用与实验1相同的实验设备和方法进行测试，下表3和4分别为第1天和第41天尿素泵在不同转速及其相应的喷射量的测量数据。经过41天跑合测试，喷射量未下降，说明不锈钢过滤网未堵塞，无液情况下达到负压280bar用时4～5秒，尿素泵回抽干净后尿素计量泵剩余3～3.5g，过滤腔内有气体残留少；喷射时晃动该过滤装置几乎没有气泡冒出进入泵芯，不会造成尿素泵喷射溶液波动。

表3：第1天跑合测试数据

转速(r/min)	压力(bar)	喷射量(g)	备注
				1180	9	0
1400	9	32
				1600	9	71
1800	9	121
				2000	9	170
2200	9	211
				2400	9	243
2600	9	272
				2800	9	290
3000	9	311

表4：第41天跑合测试数据

转速(r/min)	压力(bar)	喷射量(g)	备注
				1160	9	0
1400	9	36
				1600	9	81
1800	9	126
				2000	9	175
2200	9	212
				2400	9	257
2600	9	291
				2800	9	311
3000	9	335

实验3：采用折叠结构网孔孔径：75μm(其过滤精度75μm)不锈钢过滤网的上述结构的过滤装置，并将其安装在12kg/min规格非气助式尿素计量泵中尿素泵之前流道上，其余采用与实验1相同的实验设备和方法进行测试，下表5和6分别为第1天和第41天尿素泵在不同转速及其相应的喷射量的测量数据。经过41天跑合测试，喷射量未下降，说明不锈钢过滤网未堵塞，无液情况下达到负压280bar用时2～3秒，尿素泵回抽干净后尿素计量泵剩余3～3.5g，过滤腔内气体残留少；喷射时晃动该过滤装置几乎没有气泡冒出进入泵芯，不会造成尿素泵喷射溶液波动。

表5：第1天跑合测试数据

转速(r/min)	压力(bar)	喷射量(g)	备注
				1180	9	0
1400	9	55
				1600	9	94
1800	9	145
				2000	9	196
2200	9	238
				2400	9	268
2600	9	301
				2800	9	312
3000	9	342

表6：第41天跑合测试数据

转速(r/min)	压力(bar)	喷射量(g)	备注
				1160	9	0
1400	9	61
				1600	9	102
1800	9	153
				2000	9	198
2200	9	254
				2400	9	286
2600	9	326
				2800	9	348
3000	9	370

实验4：采用折叠结构(过滤精度为30um，N0406-100型号滤芯)普通纸质过滤网的上述结构的过滤装置，并将其安装在12kg/min规格非气助式尿素计量泵中尿素泵之前流道上，其余采用与实验1相同的实验设备和方法进行测试，下表7和8分别为第1天和第25天尿素泵在不同转速及其相应的喷射量的测量数据。经过25天跑合测试，喷射量下降，说明滤网堵塞；无液情况下达到负压280bar用时9～10秒；尿素泵回抽干净后尿素计量泵剩余5～5.5g，过滤腔内有较多气体残留；喷射时晃动该过滤装置会有少量气泡冒出进入泵芯，会造成尿素泵喷射溶液波动。

表7：第1天跑合测试数据

转速(r/min)	压力(bar)	喷射量(g)	备注
				1330	9	0
1600	9	48
				1800	9	83
2000	9	128
				2200	9	164
2400	9	186
				2600	9	209
2800	9	219
				3000	9	228

表8：第25天跑合测试数据

通过上述实验，本实施例中采用上述过滤网的过滤装置，其过滤网采用过滤精度为75～50μm材料时，不仅与现有技术中在进液口接头内设置第一级滤芯的过滤精度为90μm的过滤材料相比，有效避免大于75μm的大颗粒进入尿素泵内流道，大大地降低其元件密封面密封失效的几率；而且与现有技术中采用过滤精度小于30μm的过滤材料(如普通纸质过滤网)相比，本发明采用上述过滤网对尿素泵在吸入尿素溶液时产生的压阻可以忽略不计，更有利于发挥出尿素泵的性能。

实施例2：

本实施例提供一种第一级过滤装置结构示意图，如图8所示，本实施例的过滤装置及其非气助式尿素计量泵除了滤芯22中上盖226’内顶面为平面结构设计外，其他部分与实施例1相同，其工作原理相同见实施例1。

由于其滤芯22中上盖226ˊ内顶面为平面结构设计，在第一级过滤装置的充液阶段其内部空气的彻底、顺利地排出效果比实施例1差；从而导致其构成的非气助式尿素计量泵系统性能比实施例1差。

实施例3：

本实施例提供一种第一级过滤装置结构示意图，如图9所示，本实施例的过滤装置及其非气助式尿素计量泵除了过滤壳体21’内顶面为平面结构设计外，其他部分与实施例1相同，其工作原理相同见实施例1。

由于其过滤壳体21’内顶面为平面结构设计，这样在第一级过滤装置的充液阶段其内部的空气流出，及在第一级过滤装置充满尿素溶液后尿素溶液平稳、顺利地流出，其效果比实施例1差；从而导致其构成的非气助式尿素计量泵系统性能比实施例1差。

实施例4：

本实施例提供一种第一级过滤装置结构示意图，如图10所示，本实施例的过滤装置及其非气助式尿素计量泵除了滤芯22中上盖226’内顶面为平面结构设计外，其他部分与实施例3相同，其工作原理与实施例1基本相同。

由于其过滤壳体21’内顶面为平面结构设计，及其滤芯22中上盖226’内顶面为平面结构设计，这样在第一级过滤装置的充液阶段其内部的空气流出，及在第一级过滤装置充满尿素溶液后尿素溶液平稳、顺利地流出，其效果比实施例3还差；从而导致其构成的非气助式尿素计量泵系统性能比较比实施例3还差。

以上实施例只是阐述了本发明在非气助式尿素计量泵中的基本原理和特性，但除了上述过滤装置用在非气助尿素计量泵中对过滤网过滤精度有特殊要求外，本发明也适用于气助式尿素计量泵中；因此本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。