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CN102400742B - 车辆scr系统及其还原剂供应装置 - Google Patents

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CN102400742B CN2010102765033A CN201010276503A CN102400742B CN 102400742 B CN102400742 B CN 102400742B CN 2010102765033 A CN2010102765033 A CN 2010102765033A CN 201010276503 A CN201010276503 A CN 201010276503A CN 102400742 B CN102400742 B CN 102400742B
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Bosch Automotive Diesel Systems Co Ltd
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Abstract

公开了一种车辆SCR系统及其还原剂供应装置，所述还原剂供应装置包括：还原剂罐；与罐连接的泵；通过压力管线与泵连接的喷嘴装置；以及在压力管线中连接在泵与喷嘴装置之间的储能器；其中，储能器包括将壳体的内部容腔隔离为上游侧容腔和下游侧容腔的可整体或局部地移动的隔板、将隔板向着上游侧容腔推压的弹性件、设在隔板中的阀，该阀允许上游侧容腔中的还原剂向下游侧容腔中流动；当泵开启后，还原剂被供应到上游侧容腔中，并且迫使隔板抵抗着弹性件的推力朝向下游侧容腔中移动，并且打开所述阀，以使得还原剂被供应至喷嘴装置；当泵关闭后，隔板被弹性件向着上游侧容腔推压，从而将压力管线和喷嘴装置中的还原剂吸入下游侧容腔中。

Description

车辆SCR系统及其还原剂供应装置
技术领域
本发明涉及一种用于车辆尤其是柴油机车辆的SCR系统及其还原剂供应装置，所述还原剂供应装置具有在工作后使还原剂回流的功能。
背景技术
车辆发动机排气中包含PM、NOx、HC、CO等有害成分。近年来，随着环保意识的增强，越来越严格的排放标准被执行。
为了降低排气中的有害成分，一方面可以对发动机进行不断的技术升级和改进，以降低发动机本身的有害气体排出。另一方面，也是更为高效的方面，是选择适当的后处理技术，以将发动机排出的有害气体量降低。
在一种现有的发动机排气后处理系统中，如图1所示，包括沿着发动机排气1的流动方向串联布置的OXI模块2、DPF模块3和SCR模块4，发动机排气1在依次通过这些部件后，以排气管排气5的形式排出。
OXI模块2可以有效地降低排气中的HC和CO。
DPF模块3可以有效地降低排气中的PM(颗粒)的含量。
SCR模块4利用选择性催化还原法将排气中的NOx减少50％以上。在一种常用的SCR模块4中，设有尿素(例如AdBlue)尿素供应模块，该尿素供应模块具有喷嘴装置6，由喷嘴装置6以精确量喷射的尿素溶液在高温下分解出作为还原剂的NH3，NH3与排气中的NOx发生下列反应：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O
这样，在发动机排气1流动经过发动机排气后处理系统后，最终排放的排气管排气5中包含无害的CO2、N2、H2O。应当理解，尽管图1所示的排气管排气5中不含PM、NOx、HC、CO等有害成分，但这不意味着绝对不含这些有害成分，而是指这些有害成分已经降低到符合排放标准的程度。
由SCR模块和尿素供应模块构成的SCR系统有很多优点，例如，具有高NOx去除效率，可降低燃油消耗，延长机油更换周期，容易升级至符合更高排放标准。此外，由于SCR系统本身的结构中不需要使用贵金属，可以作为单独的部件添加到已有的车辆排气系统中，并且低成本的尿素被用来产生还原剂，因此SCR系统的制造、安装和运行成本都很低。
尿素供应模块从尿素罐中抽取尿素溶液(例如AdBlue)，在尿素溶液中产生预定的压力，将尿素溶液输送至喷嘴装置6，然后将尿素溶液喷射到将要进入SCR模块的排气流中。为了精确地实现NH3与排气中的NOx的前述反应，要求尿素供应模块具有高精度的尿素排放量。因此，尿素供应模块成为SCR系统中的关键部件。
然而，由于在发动机运行结束后排气系统温度下降，而尿素在低温下会在尿素供应模块、尤其是其压力管线中结晶或霜冻，而这会导致系统失效。因此，必须采用专门的措施，例如在发动机运行结束后排空尿素供应模块，来解决上述问题。
目前采用的在发动机运行结束后排空尿素供应模块的方法主要有：1.利用电控的回流阀或双向泵来实现排空；2.利用辅助压缩空气来实现排空。
然而，对于上述方案1，需要采用许多控制元件；对于上述方案2，需要使用来自车辆的辅助压缩空气及相应的供应源。因此，上述两种方案都是较为昂贵的。
发明内容
出于上面描述的原因，本发明的目的是提供一种低成本的在发动机运行结束后排空尿素供应模块的方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆SCR系统的还原剂供应装置，其包括：
存储着还原剂的罐；
通过抽吸管线与罐连接的泵；
通过压力管线与泵连接的带有计量阀的喷嘴装置；以及
在所述压力管线中连接在泵与喷嘴装置之间的储能器，其中，所述储能器包括壳体、将壳体的内部容腔隔离为上游侧容腔和下游侧容腔的可整体或局部地移动的隔板、将隔板向着上游侧容腔推压的弹性件、设在所述隔板中的阀装置，所述阀装置在其特定位置允许上游侧容腔中的还原剂向下游侧容腔中流动；
当所述泵开启后，还原剂被泵供应到上游侧容腔中，上游侧容腔中的还原剂克服弹性弹力将隔板朝向下游侧容腔中整体或局部地移动，此过程中所述阀装置被打开，还原剂经过上游侧容腔进入下游侧容腔，以使得还原剂通过压力管线被供应至喷嘴装置；
当所述泵关闭后，所述隔板被弹性件驱动，向着上游侧容腔整体或局部地移动，从而将所述压力管线和喷嘴装置中的还原剂吸入所述下游侧容腔中。
根据本发明的一个优选实施方式，所述还原剂为尿素溶液，例如AdBlue。
根据本发明的另一优选实施方式，所述还原剂供应装置还包括连接在所述储能器的上游侧容腔与所述抽吸管线之间的回流元件；当所述泵关闭后，所述上游侧容腔中的还原剂至少部分地通过所述回流元件返回所述抽吸管线或罐中。
根据本发明的另一优选实施方式，所述回流元件包括压力控制阀，其包括：
连接着所述储能器的上游侧容腔的第一端口；
阀件，其在常态下将第一端口关闭，但在受到来自第一端口中的还原剂的预定压力时将第一端口打开；
连接着所述抽吸管线的第二端口；
可变体积的还原剂容腔，其总是与所述第二端口连通，并且在所述阀件打开时与所述第一端口连通；以及
限定所述还原剂容腔的可移动隔膜，其被弹性件朝向减小还原剂容腔体积的方向推压。
根据本发明的另一优选实施方式，当所述泵开启后，所述还原剂容腔中的压力变为负压，使得所述可移动隔膜朝向减小还原剂容腔体积的方向移动，从而推压所述阀件，以保持所述阀件抵抗着所述第一端口中的压力关闭所述第一端口。当所述泵关闭后，所述还原剂容腔中的负压消除，使得所述可移动隔膜对所述阀件的推压力减小，从而所述阀件在所述第一端口中的压力作用下打开所述第一端口，以使来自所述储能器的上游侧容腔的还原剂通过第一端口流入所述还原剂容腔中，然后通过第二端口流入所述抽吸管线。
根据本发明的另一优选实施方式，所述回流元件还包括与所述压力控制阀并联的节流阀。
根据本发明的另一优选实施方式，所述回流元件还包括与所述压力控制阀并联的压力调节阀，所述压力调节阀为单向阀，允许还原剂从所述储能器的上游侧容腔通过所述压力调节阀流向所述抽吸管线，但不允许反向流动。
根据本发明的另一优选实施方式，所述回流元件包括电磁阀，其连接在储能器的上游侧容腔与所述抽吸管线之间。
根据本发明的另一优选实施方式，所述隔板为单件的弹性板。
根据本发明的另一优选实施方式，所述隔板包括中央刚性的座板和密封连接在座板的外周与壳体的内表面之间的柔性隔膜。
根据本发明的另一优选实施方式，所述阀装置包括阀芯和位于所述座板中的阀孔，所述阀芯包括阀板、杆部和止挡，其中所述杆部以可滑动的方式大致垂直穿通座板，阀板在上游侧容腔一侧固定在杆部一端并且可以打开和封闭所述阀孔，止挡在下游侧容腔一侧固定在杆部的另一端，通过杆部相对于座板滑动，阀板打开和关闭所述阀孔。
根据本发明的另一优选实施方式，所述阀装置还包括阀簧，其将所述阀芯朝向所述下游侧容腔推压。
根据本发明的另一优选实施方式，所述储能器还包括阀开启挡块，其在面对着止挡的位置设置在下游侧容腔中，在隔板朝向下游侧容腔中移动的过程中，所述止挡接触到所述阀开启挡块，从而阻止所述阀装置随隔板的移动，以打开所述阀孔。
根据本发明的另一优选实施方式，所述隔板是由座板和外隔板构成的组件，所述外隔板包括固定在壳体内壁上的刚性外围部分和从其内周边缘突伸的弹性锥形内周部分，所述弹性锥形内周部分限定出中央开口，并且可在朝向下游侧容腔突伸的位置与朝向上游侧容腔突伸的位置之间弹性翻转，所述座板的外边缘与所述外隔板的弹性锥形内周部分协作而限定出所述阀装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆SCR系统，其包括SCR模块和如前所述的还原剂供应装置，所述还原剂供应装置将还原剂喷射到将要进入SCR模块的发动机排气流中。
根据本发明的一个优选实施方式，所述发动机为柴油机。当然本发明的SCR系统本质上适用于采用任何燃料的发动机。
根据本发明的还原剂供应装置仅仅通过在压力管线中串联储能器就简单地实现了工作后还原剂回流，这种简单的结构的成本低，并且容易实现系统控制。此外，由于还原剂供应装置的主要部件可以组合为一个子模块或组件，从而整体上安装在还原剂罐和喷嘴装置之间，从而容易组装，或容易对现有的还原剂供应装置进行改造。
附图说明
图1是一种现有的发动机排气后处理系统的示意图。
图2是根据本发明的一个实施方式的还原剂供应装置的示意图。
图3是根据本发明的一个实施方式的过滤器的示意图。
图4是根据本发明的一个实施方式的储能器的示意图。
图4a是图4所示储能器中的阀装置的放大示意图。
图5是根据本发明的一个实施方式的压力控制阀的示意图。
图6、7示出了处于还原剂充填开始阶段的储能器和压力控制阀的状态。
图8、9示出了处于压力积累阶段的储能器和压力控制阀的状态。
图10、11示出了系统工作结束后的压力释放阶段中的储能器和压力控制阀的状态。
图12、13示出了系统工作结束后的惯性释放阶段中的储能器和压力控制阀的状态。
图14、15示出了系统工作结束后的存储释放阶段中的储能器和压力控制阀的状态。
图16是根据本发明的另一实施方式的还原剂供应装置的示意图。
图17是根据本发明的又一实施方式的还原剂供应装置的示意图。
图18是根据本发明的另一实施方式的储能器的示意图。
图19是根据本发明的又一实施方式的储能器的示意图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的优选实施方式。
图2示出了根据本发明的一个实施方式的还原剂供应装置，用于向发动机排气SCR系统中的SCR模块以一定压力和计量的流量喷射还原剂。所述还原剂可以是通常使用的尿素溶液，例如AdBlue。
本发明的还原剂供应装置可以被构造成还原剂供应模块的形式。
如图2所示，还原剂供应装置主要包括：存储着还原剂的罐10；通过抽吸管线20与罐10连接的泵40，其在本例中为流量控制泵；在抽吸管线20中设在罐10与泵40之间的过滤器30，用于过滤来自罐10的还原剂，并且抽吸管线20因此而被分隔为位于罐10与过滤器30之间的上游抽吸管线20a和位于过滤器30与泵40之间的下游抽吸管线20b；通过压力管线60与泵40连接并被泵40供应还原剂的带有计量阀的喷嘴装置70，喷嘴装置70用于向将要进入SCR模块的排气喷射还原剂；在压力管线60中设置在泵40与喷嘴装置70之间的储能器50，由此压力管线60被分隔为位于泵40与储能器50之间的上游压力管线60a和位于储能器50与喷嘴装置70之间的下游压力管线60b；压力控制阀90，其优选为具有临时存储功能的隔膜式压力控制阀，连接在上游压力管线60a和下游抽吸管线20b之间；节流阀45，其连接在上游压力管线60a(或储能器50的上游端口)与上游抽吸管线20a(或过滤器30的第三端口，如后文所述)之间；压力传感器35，其连接于下游压力管线60b，用于监视下游压力管线60b中的压力；电子控制单元(ECU)100，其至少连接着压力传感器35和泵40，用于接收来自压力传感器35的压力信号以及控制泵40的操作。
优选地，过滤器30、压力控制阀90、节流阀45、压力传感器35、泵40、储能器50以及它们相应的连接管线都组装在公共的外壳80中，以形成一个子模块或组件，该子模块或组件可以整体上安装在罐10和喷嘴装置70之间。外壳80设有位于抽吸管线20(具体地讲，上游抽吸管线20a)中的上游接口82和位于压力管线60(具体地讲，下游压力管线60b)中的下游接口84。
图3中示出了根据本发明的一个实施方式的过滤器30的示意图。过滤器30包括：壳体30a；安装在壳体30a中的过滤介质30b；开设于壳体30a上的第一端口30c、第二端口30d和可选的第三端口30e，过滤介质30b将第一端口30c和第三端口30e与第二端口30d分隔开，以使得来自第一端口30c和第三端口30e的还原剂经过滤介质30b过滤后由第二端口30d排出。
第三端口30e并非必需的，在一些情况下可以省略。例如，在上面参照图2描述的实施方式中，节流阀45既可以连接到第三端口30e，也可以连接到上游抽吸管线20a。当节流阀45连接到第三端口30e时，更容易利用来自节流阀45的还原剂在过滤介质30b两侧建立压差，并且来自节流阀45的过滤过的还原剂会壁来自罐10的未过滤还原剂优先流经过滤介质30b。然而，将节流阀45连接到上游抽吸管线20a也是可行的。在这种情况下，过滤器30不需要有第三端口30e，只需设有第一端口30c、第二端口30d，其中第一端口30c连接着上游抽吸管线20a，第二端口30d连接着下游抽吸管线20b。
作为一种改型(未示出)，可将节流阀45连接到过滤器30，而非连接到上游抽吸管线20a。在此情况下，需要设置第三端口30e，用于与节流阀45连通。
图4示出了本发明的储能器50的一个实施方式，该储能器50包括：刚性的壳体51，其限定出接收来自泵的还原剂的内部容腔，并且具有彼此对置的上游壳体表面51a和下游壳体表面51b；布置在壳体51内的隔膜52，其为柔性或弹性的，并且在外周密封安装于壳体51的内壁；安装在隔膜52内周或中心孔中的座板56，其为刚性平板形式的，隔膜52和座板56将壳体51的内部容腔隔离为体积可变的上游侧容腔53和下游侧容腔54，座板56可以带着隔膜52朝向上游侧容腔53(上游壳体表面51a)和下游侧容腔54(下游壳体表面51b)中的任何一个的方向移动；弹性件55，例如弹簧，其布置在下游侧容腔54内，并且其一端抵靠于下游壳体表面51b，另一端抵靠于座板56，以将座板56和隔膜52向着上游侧容腔53推压；以及由阀芯62和形成在座板56中的阀孔57组成的阀装置63，用于选择性地在上游侧容腔53和下游侧容腔54之间建立连通。除了所述阀装置63处以外，上游侧容腔53和下游侧容腔54之间由座板56和隔膜52完全密封隔离。
储能器50还包括形成在壳体51上的与上游侧容腔53连通的上游端口58，其连接着上游压力管线60a；形成在壳体51上的与下游侧容腔54连通的下游端口59，其连接着下游压力管线60b。
图4a中更清楚地显示了上述阀装置63的构造。阀芯62可滑动地设置在座板56中，用于打开和关闭阀孔57。所述阀芯62包括一体形成的阀板62a、杆部62b和止挡62c。杆部62b以可滑动的方式大致垂直穿通座板56。为了便于杆部62b的滑动，可在座板56中固定安装用于对杆部62b的滑动进行导向的导向件62d。阀板62a在上游侧容腔53中固定在杆部62b一端并且具有足以覆盖住阀孔57的面积。止挡62c在下游侧容腔54中固定在杆部62b的另一端，以限制杆部62b朝向上游侧容腔53的方向移动的距离。所述阀装置63还包括阀簧62e，其为压缩弹簧，围绕杆部62b被安装并压缩在止挡62c与座板56(或导向件62d)之间，用于将阀芯62朝向下游侧容腔54推压，从而在常态下使得阀板62a推抵于座板56，从而关闭阀孔57，即所述阀装置63是常闭式的。
优选地，储能器50还包括阀开启挡块64，其在下游侧容腔54中在面对着阀芯62的止挡62c的位置设置在下游壳体表面51b上。当座板56朝向下游壳体表面51b移动时，阀开启挡块64会接触并阻止止挡62c，从而随着座板56进一步朝向下游壳体表面51b移动而使得阀板62a离开座板56，从而打开阀孔57，以在上游侧容腔53和下游侧容腔54之间建立连通。
当然，阀开启挡块64并非必需的，在杆部62b足够长的情况下，可以取消阀开启挡块64，而利用下游壳体表面51b直接接触并阻止止挡62c来打开阀孔57。
优选地，储能器50还包括座板止挡65，其在上游侧容腔53中在与座板56相对的位置设置在上游壳体表面51a上，用于限制座板56的运动空间即朝向上游壳体表面51a移动的距离。当然，座板止挡65并非必需的，也可以由上游壳体表面51a的设计来限制座板56的运动空间。
图5是本发明的压力控制阀90的一个实施方式，该压力控制阀90优选为具有临时存储功能的隔膜式压力控制阀，并且包括：刚性的壳体91；形成在壳体91上的第一端口93，其连接着上游压力管线60a；形成在壳体91上的第二端口94，其连接着下游抽吸管线20b；阀件95，其在常态下通过阀弹簧95a的推力将第一端口93关闭，但在受到来自第一端口93中的还原剂的预定压力时抵抗着阀弹簧95a的推力将第一端口93打开；布置在壳体91内的隔膜96，其为柔性或弹性的，并且在外周密封安装于壳体91的内壁；安装在隔膜96内周或中心孔中的座板97，其为刚性平板形式的，隔膜96和座板97在壳体91中限定出彼此完全隔离的还原剂容腔92和弹性件容腔98，还原剂容腔92与第一端口93和第二端口94连通并且是体积可变的，用于临时存储还原剂；以及弹性件99，例如弹簧，其设置在弹性件容腔98中，用于将座板97朝向还原剂容腔92的方向推压。
下面描述上面参述图2描述的还原剂供应装置的操作。
在系统工作之前，在储能器50中，座板56被弹性件55推压而抵靠于座板止挡65，阀装置63在其阀簧62e的作用下保持关闭。此时，在压力控制阀90中，弹性件99将座板97朝向还原剂容腔92的方向推压，还原剂容腔92处在其最小容积，并且座板97推抵于阀件95，从而阀件95将第一端口93关闭。
在系统工作时，ECU 100也将泵40启动，从而通过抽吸管线20从罐10抽吸还原剂。还原剂被抽吸管线中的过滤器30过滤，然后进入泵40。还原剂被泵40加压后输出到上游压力管线60a中，然后通过储能器的上游端口58进入上游侧容腔53中，如图6所示，这使得上游侧容腔53中的还原剂压力P1增大而大于下游侧容腔54中的还原剂压力P2，座板56带着隔膜52被上游侧容腔53中的还原剂压力P1的推动而抵抗着弹性件55的推力朝向下游侧容腔54的方向移动，如图6中的箭头R1所示，从而上游侧容腔53容积增大，而下游侧容腔54容积减小。下游侧容腔54中的还原剂通过储能器的下游端口59进入下游压力管线60b中。
在此过程中，如图7所示，在压力控制阀90中，第一端口93中存在压力P02，其基本上等于储能器50的上游侧容腔53中的还原剂压力P1；弹性件容腔98中存在压力P00，其为大气压；第二端口94和还原剂容腔92中存在压力P01，其由于泵40的抽吸作用而为负压，从而作用于座板97和隔膜96以将它们朝向还原剂容腔92中拉动。在弹性件99的推力和还原剂容腔92中负压的联合作用下，座板97和隔膜96处在朝向还原剂容腔92中移动最远的位置，即还原剂容腔92处在其最小容积，并且座板97推抵于阀件95，以使得阀件95抵抗着第一端口93中的压力P02将第一端口93关闭。
接下来，如图8所示，随着上游侧容腔53中的还原剂压力P1进一步增大而使得座板56带着隔膜52进一步朝向下游侧容腔54的方向移动，阀开启挡块64会接触并阻止阀装置63的止挡，从而将阀装置63打开，上游侧容腔53中的还原剂通过阀装置63流入下游侧容腔54中，通过下游压力管线60b流向喷嘴装置70，然后被计量和喷射。此时，上游侧容腔53和下游侧容腔54之间的压差(P1-P2)与弹性件55的推力达到平衡状态，从而隔膜52被保持在朝向下游侧容腔54中变形的状态，即保持上游侧容腔53容积增大而下游侧容腔54容积减小的状态。来自罐10的还原剂被这样供应到SCR模块。
在此过程中，压力控制阀90中的三个压力P00、P01、P02之间的关系没有变化，因而压力控制阀90的状态也没有变化，即还原剂容腔92保持处在其最小容积，且阀件95在座板97的推压下保持将第一端口93关闭，如图9所示。
在这一过程中，从泵40排出的还原剂的一部分经节流阀45回流到上游抽吸管线20a或过滤器30的第三端口30e。
当系统工作结束时，ECU 100将泵40关闭，因而不再有来自罐10的还原剂被供应到储能器50的上游侧容腔53。此时，还原剂供应装置进入压力释放阶段，如图10所示，在储能器50中，上游侧容腔53中的还原剂压力P1逐渐衰减。在这种情况下，上游侧容腔53和下游侧容腔54之间的压差(P1-P2)逐渐减小，因而座板56带着隔膜52被弹性件55向着上游侧容腔53(上游壳体表面)推压，如图10中的箭头R2所示。这样，上游侧容腔53容积减小，而下游侧容腔54容积增大。此外，随着阀装置63离开阀开启挡块64，阀装置63在其阀簧的作用下关闭。下游侧容腔54容积增大导致下游压力管线60b和喷嘴装置70中的还原剂被吸入下游侧容腔54中。上游侧容腔53容积减小导致上游侧容腔53中的还原剂通过储能器的上游端口58排出。
在这一过程中，从上游侧容腔53排出的还原剂的一部分经节流阀45回流到上游抽吸管线20a或过滤器30的第三端口30e，并且返回罐10。
此时，如图11所示，在压力控制阀90中，由于泵40的运转停止，导致第二端口94和还原剂容腔92中存在压力P01由负压升高到大致零压力，第一端口93中的压力P02作用于阀件95，使得阀件95将座板97抵抗着弹性件99的推力向弹性件容腔98那一侧移动稍稍，从而稍稍打开阀件95。这样，一部分从上游侧容腔53排出的还原剂经过第一端口93而进入还原剂容腔92，导致还原剂容腔92中的还原剂压力P01增大。在还原剂容腔92中的还原剂压力P01的作用下，座板97带着隔膜96抵抗着弹性件99的推力而向弹性件容腔98的方向移动，如图11中的箭头S2所示。接下来，阀件95在压力P02的作用下抵抗着阀弹簧95a的推力而完全打开。这样，还原剂容腔92的体积增大，从而将一部分还原剂存储于此。
同时，还原剂容腔92中的还原剂通过第二端口94逐渐向下游抽吸管线20b中流动，并且返回罐10。
这样，通过节流阀45和压力控制阀90，储能器50的上游侧容腔53中的还原剂逐渐返回到罐10。
接下来，还原剂供应装置进入惯性释放阶段。如图12所示，在储能器50中，随着座板56带着隔膜52进一步向着上游壳体表面移动，座板56推抵于座板止挡65上而不能进一步向着上游壳体表面移动，而阀装置63的阀芯则在惯性作用下进一步向着上游壳体表面移动，从而再次部分地打开阀装置63。接下来，在从上游端口58流出的还原剂的惯性作用下，下游侧容腔54中的少量还原剂会通过阀装置63进入上游侧容腔53中。
在这一过程中，从上游侧容腔53排出的还原剂的一部分经节流阀45回流到上游抽吸管线20a或过滤器30的第三端口30e，并且返回罐10。
同时，从上游侧容腔53排出的还原剂还有一部分继续通过第一端口93流到压力控制阀90的还原剂容腔92中，如图13所示。座板97带着隔膜96继续向弹性件容腔98的方向移动，如图13中的箭头S2所示。同时，上游侧容腔53中的还原剂通过第二端口94继续向下游抽吸管线20b中流动。
接下来，还原剂供应装置进入存储释放阶段。如图14所示，在储能器50中，座板56保持被弹性件55推抵于座板止挡65上，而阀装置63返回关闭位置。这样，上游侧容腔53和下游侧容腔54的体积保持不变，不再有还原剂流入、流出储能器50。
在这一阶段，如图15所示，在压力控制阀90中，不再有还原剂从储能器50的上游侧容腔53流向第一端口93，因此，第一端口93中的压力P02降低，阀件95在阀弹簧95a的推力作用下关闭第一端口93。此外，随着还原剂容腔92中的还原剂通过第二端口94流出，还原剂容腔92中的压力P01降低，座板97带着隔膜96在弹性件99的推力而向还原剂容腔92的方向移动，如图15中的箭头S1所示，直至还原剂容腔92达到其最小容积。
这样，储能器50在还原剂供应装置中构成了一个在工作后强制还原剂回流的装置，用于在系统工作结束后，使得下游压力管线60b和喷嘴装置70中的还原剂强制回流到储能器50的下游侧容腔54中，而储能器50的上游侧容腔53中的还原剂通过作为回流元件的节流阀45和压力控制阀90返回抽吸管线20和罐10。这样，下游压力管线60b和喷嘴装置70中不存在残余还原剂，也就不会在对计量喷射精度影响较大的下游压力管线和喷嘴装置中发生还原剂结晶或霜冻。
此外，由于设置了压力控制阀90，在还原剂回流过程中，可以避免还原剂供应装置中出现压力突变。
还原剂供应装置还可以带有附加的压力波动平衡功能。
下面参照图16描述根据本发明的另一实施方式的还原剂供应装置。这个实施方式基于与图2所示实施方式相同的思想，即在压力管线60中串联了储能器50。因此，图16所示实施方式中的与图2中所示相同部件被赋予相同的附图标记，并且不再重复描述。
在图16中的实施方式中，主要不同于图2中的实施方式之处在于，前述节流阀45被替换为压力调节阀44。该压力调节阀44为单向阀，其连接在上游压力管线60a(或储能器50的上游端口)与上游抽吸管线20a之间，并且允许从储能器50的上游端口排出的还原剂在一定压力下通过压力调节阀44朝向上游抽吸管线20a流动，但不允许反向流动。在系统工作结束后，还原剂供应装置进入压力释放阶段，从上游侧容腔53排出的具有压力的还原剂的一部分经压力调节阀44回流到上游抽吸管线20a或过滤器30的第三端口30e，并且返回罐10。当从上游侧容腔53排出的还原剂的压力不足以打开压力调节阀44后，压力调节阀44关闭，不再有还原剂从上游侧容腔53通过压力调节阀44流到上游抽吸管线20a。
此外，在图16所示的实施方式中，采用了普通泵40，即没有流量调节功能。然而，在图16所示的实施方式中，仍可采用流量控制泵。
此外，在图16所示的实施方式中，前述压力传感器35被取消。然而，在图16所示的实施方式中，仍可采用前述压力传感器。
图16中的实施方式的其它方面的构造和操作与图2中的实施方式相同。这里不再重复描述。
根据图16所示的实施方式中，这样，储能器50在还原剂供应装置中构成了一个在工作后强制还原剂回流的装置，用于在系统工作结束后，使得下游压力管线60b和喷嘴装置70中的还原剂强制回流到储能器50的下游侧容腔中，而储能器50的上游侧容腔中的还原剂通过作为回流元件的压力调节阀44和压力控制阀90返回抽吸管线20和罐10。这样，下游压力管线60b和喷嘴装置70中不存在残余还原剂，也就不会在对计量喷射精度影响较大的下游压力管线和喷嘴装置中发生还原剂结晶或霜冻。
图16所示的还原剂供应装置还可以带有附加的压力波动平衡功能。
下面参照图17描述根据本发明的又一实施方式的还原剂供应装置。这个实施方式基于与图2所示实施方式相同的思想，即在压力管线60中串联了储能器50。因此，图17所示实施方式中的与图2中所示相同部件被赋予相同的附图标记，并且不再重复描述。
在图17中的实施方式中，主要不同于图2中的实施方式之处在于，前述节流阀45和压力控制阀90被取消。作为替代，在图17中的实施方式中，设有电磁阀42，其一端连接着上游压力管线60a(或储能器50的上游端口)，另一端连接着上游抽吸管线20a(或过滤器30的第三端口)。电磁阀42同样由ECU 100控制。
此外，在图17所示的实施方式中，采用了普通泵40，即没有流量调节功能。然而，在图17所示的实施方式中，仍可采用流量控制泵。
图17中的实施方式的其它方面的构造与图2中的实施方式相同。
在图17中的实施方式中，在系统工作时，电磁阀42被关闭，且泵40被启动而从罐10抽吸还原剂。还原剂被泵40加压后进入储能器50的上游侧容腔中，使得储能器50中发生前面参照图6、8描述的动作，还原剂输送到喷嘴装置70，并这样被供应到SCR模块。
当系统工作结束后，泵40被关闭且同时电磁阀42被打开，使得储能器50的上游侧容腔中的还原剂能够通过电磁阀42流到上游抽吸管线20a(或过滤器30)中，从而使得储能器50中发生前面参照图10、12、14描述的动作，导致下游压力管线60b和喷嘴装置70中的还原剂被强制吸入储能器50的下游侧容腔中。在这一过程中，因上游侧容腔容积减小而排出的还原剂通过电磁阀42而流入上游抽吸管线20a(或过滤器30)中，并且返回罐10。
这样，根据图17中的实施方式，储能器50构成了一个在工作后强制还原剂回流的装置，用于在系统工作结束后，使得下游压力管线60b和喷嘴装置70中的还原剂通过作为回流元件的电磁阀42回流到储能器50中，而不存在残余还原剂。
前面参照图4等描述的储能器50仅仅是本发明所能采用的储能器的一种形式。任何其它能够基于上游侧容腔53中的还原剂压力变化实现上游侧容腔53与下游侧容腔54的容积变化的储能器都可采用。下面描述储能器50的其它示例性结构。
图18中描绘了储能器50的一种可行实施例。如图18所示，储能器50包括：壳体51，其在本例中为刚性的，并且限定出接收来自泵的还原剂的内部容腔；布置在壳体51内的弹性或柔性的可变形隔膜52，其将壳体的内部容腔隔离为上游侧容腔53和下游侧容腔54，二者均为体积可变的；弹性件55，例如弹簧，其布置在下游侧容腔54内，并且其一端抵靠于壳体51，另一端将隔膜52向着上游侧容腔53推压；单向阀装置63a，其设置在隔膜52中，并在一定的开启压力下打开，以允许上游侧容腔53中的还原剂向下游侧容腔54中单向流动；可选的单向阀装置63b，其与单向阀装置63a反向设置在隔膜52中，在一定的开启压力下打开，以允许下游侧容腔54中的还原剂向上游侧容腔53中单向流动；上游端口58，其用于连接上游压力管线；以及下游端口59，其用于连接下游压力管线。
单向阀装置63a、63b组合起来与前面参照图4等描述的储能器50中的阀装置63相当。
除了单向阀装置63a、63b处以外，上游侧容腔53和下游侧容腔54之间是完全密封隔离的。
可以理解，图18中的储能器50具有与图4中的储能器50基本相同的功能，并且可以用于前面描述的本发明的还原剂供应装置中。
图19中示出了根据本发明的又一实施方式的储能器50，其包括：刚性的壳体51，其限定出接收来自泵的还原剂的内部容腔；布置在壳体51内并且相互协作而将壳体的内部容腔隔离为上游侧容腔53和下游侧容腔54，二者均为体积可变的隔板，所述隔板由两个部件组成，即座板66和外隔板68，座板66具有刚性的中央平板部分和固定在其外周并且朝向下游侧容腔54突伸的刚性或弹性锥形外周部分66a，外隔板68具有固定在壳体51内壁上的刚性外围部分和从其内周边缘突伸的弹性锥形内周部分68a，该弹性锥形内周部分68a限定出中央开口，并且可在图19中实线所示的朝向下游侧容腔54突伸的位置与虚线所示的朝向上游侧容腔53突伸的位置之间弹性翻转；弹性件55，例如弹簧，其布置在下游侧容腔54内，并且其一端抵靠于壳体51，另一端将座板66向着上游侧容腔53推压上游端口58，其连接着上游压力管线；以及下游端口59，其连接着下游压力管线。
根据图19中的储能器50，在上游侧容腔53和下游侧容腔54中的压差为零或很小的状态下，座板66已被弹性件55推压而向上游侧容腔53中移动，直至座板66的锥形外周部分66a推抵于外隔板68的处在图19中的虚线所示朝向上游侧容腔53突伸位置的弹性锥形内周部分68a，从而上游侧容腔53容积减小，而下游侧容腔54容积增大，此时锥形外周部分66a中的阀孔被座板66的锥形外周部分66a关闭。
当系统开始工作时，还原剂进入上游侧容腔53中时，随着上游侧容腔53中的还原剂压力增大，座板66的锥形外周部分66a以及外隔板68的弹性锥形内周部分68a都被上游侧容腔53中的还原剂的推动而抵抗着弹性件55朝向下游侧容腔54移动，从而上游侧容腔53容积增大，而下游侧容腔54容积减小。下游侧容腔54中的还原剂通过下游端口59排出。当外隔板68的弹性锥形内周部分68a到达突起中的实线所示为之后，随着座板66进一步朝向下游侧容腔54移动，锥形外周部分66a离开弹性锥形内周部分68a，从而锥形外周部分66a中的阀孔被打开，上游侧容腔53中的还原剂通过阀孔57流入下游侧容腔54中。
当系统工作结束后，不再有还原剂被供应到储能器50的上游侧容腔53。上游侧容腔53中的还原剂的压力逐渐衰减。在这种情况下，上游侧容腔53和下游侧容腔54之间的压差逐渐减小，座板66又被弹性件55推压而向上游侧容腔53中移动，并且弹性锥形内周部分68a又被锥形外周部分66a推动而朝向上游侧容腔53中弹性翻转，最终到达图19中的虚线所示位置，从而上游侧容腔53容积再次减小，而下游侧容腔54容积再次增大。在座板66的移动过程中锥形外周部分66a中的阀孔保持封闭，下游侧容腔54容积增大导致与其相连的下游压力管线和喷嘴装置中的还原剂被吸入下游侧容腔54中。
基于上述的描述，本领域技术人员可以构想出储能器50的其它具体结构。例如，刚性活塞形式的隔板也是可行的。任何其它能够基于上游侧容腔中的还原剂压力变化而发生整体或局部的刚性或弹性位移或变形以实现上游侧容腔与下游侧容腔的容积变化的隔板都可采用。
本发明还涉及一种车辆SCR系统，其包括SCR模块和如前面所述的还原剂供应装置，所述还原剂供应装置将还原剂喷射到将要进入SCR模块的发动机排气流中。本发明的车辆SCR系统优选用于柴油机，但也适用于其它燃料的发动机。
根据本发明，上面描述的还原剂供应装置仅仅通过在压力管线60中串联储能器50就简单地实现了工作后还原剂回流，这种简单的结构的成本低，并且容易实现系统控制。此外，由于还原剂供应装置的主要部件可以组合在子模块或组件中，从而整体上安装在还原剂罐和喷嘴装置之间，从而容易组装，或容易对现有的还原剂供应装置进行改造。
应当理解，本发明并不局限于前面公开的内容，相反，本发明涵盖所有落在权利要求中限定的本发明精神和范围内的修改、变化和等同替换。

Claims (22)

1.一种用于车辆SCR系统的还原剂供应装置，包括：
存储着还原剂的罐；
通过抽吸管线与罐连接的泵；
通过压力管线与泵连接的带有计量阀的喷嘴装置；以及
在所述压力管线中连接在泵与喷嘴装置之间的储能器，其中，所述储能器包括壳体、将壳体的内部容腔隔离为上游侧容腔和下游侧容腔的能够整体或局部地移动的隔板、将隔板向着上游侧容腔推压的第一弹性件、设在所述隔板中的阀装置，所述阀装置在其特定位置允许上游侧容腔中的还原剂向下游侧容腔中流动；
当所述泵开启后，还原剂被泵供应到上游侧容腔中，上游侧容腔中的还原剂克服第一弹性件的弹力将隔板朝向下游侧容腔中整体或局部地移动，此过程中所述阀装置被打开，还原剂经过上游侧容腔进入下游侧容腔，以使得还原剂通过压力管线被供应至喷嘴装置；
当所述泵关闭后，所述隔板被第一弹性件驱动，向着上游侧容腔整体或局部地移动，从而将所述压力管线和喷嘴装置中的还原剂吸入所述下游侧容腔中。
2.如权利要求1所述的还原剂供应装置，其中，所述还原剂为尿素溶液。
3.如权利要求1所述的还原剂供应装置，其中，所述还原剂为AdBlue。
4.如权利要求2所述的还原剂供应装置，还包括连接在所述储能器的上游侧容腔与所述抽吸管线之间的回流元件；
当所述泵关闭后，所述上游侧容腔中的还原剂至少部分地通过所述回流元件返回所述抽吸管线或罐中。
5.如权利要求4所述的还原剂供应装置，其中，所述回流元件包括压力控制阀，其包括：
连接着所述储能器的上游侧容腔的第一端口；
阀件，其在常态下将第一端口关闭，但在受到来自第一端口中的还原剂的预定压力时将第一端口打开；
连接着所述抽吸管线的第二端口；
可变体积的还原剂容腔，其总是与所述第二端口连通，并且在所述阀件打开时与所述第一端口连通；以及
限定所述还原剂容腔的可移动隔膜，其被第二弹性件朝向减小还原剂容腔体积的方向推压。
6.如权利要求5所述的还原剂供应装置，其中，当所述泵开启后，所述还原剂容腔中的压力变为负压，使得所述可移动隔膜朝向减小还原剂容腔体积的方向移动，从而推压所述阀件，以保持所述阀件抵抗着所述第一端口中的压力关闭所述第一端口。
7.如权利要求6所述的还原剂供应装置，其中，当所述泵关闭后，所述还原剂容腔中的负压消除，使得所述可移动隔膜对所述阀件的推压力减小，从而所述阀件在所述第一端口中的压力作用下打开所述第一端口，以使来自所述储能器的上游侧容腔的还原剂通过第一端口流入所述还原剂容腔中，然后通过第二端口流入所述抽吸管线。
8.如权利要求5所述的还原剂供应装置，所述回流元件还包括与所述压力控制阀并联的节流阀。
9.如权利要求6所述的还原剂供应装置，所述回流元件还包括与所述压力控制阀并联的节流阀。
10.如权利要求7所述的还原剂供应装置，所述回流元件还包括与所述压力控制阀并联的节流阀。
11.如权利要求5所述的还原剂供应装置，所述回流元件还包括与所述压力控制阀并联的压力调节阀，所述压力调节阀为单向阀，允许还原剂从所述储能器的上游侧容腔通过所述压力调节阀流向所述抽吸管线，但不允许反向流动。
12.如权利要求6所述的还原剂供应装置，所述回流元件还包括与所述压力控制阀并联的压力调节阀，所述压力调节阀为单向阀，允许还原剂从所述储能器的上游侧容腔通过所述压力调节阀流向所述抽吸管线，但不允许反向流动。
13.如权利要求7所述的还原剂供应装置，所述回流元件还包括与所述压力控制阀并联的压力调节阀，所述压力调节阀为单向阀，允许还原剂从所述储能器的上游侧容腔通过所述压力调节阀流向所述抽吸管线，但不允许反向流动。
14.如权利要求4所述的还原剂供应装置，其中，所述回流元件包括电磁阀，其连接在储能器的上游侧容腔与所述抽吸管线之间。
15.如权利要求1至14中任一项所述的还原剂供应装置，其中，所述隔板为单件的弹性板。
16.如权利要求1至14中任一项所述的还原剂供应装置，其中，所述隔板包括中央刚性的座板和密封连接在座板的外周与壳体的内表面之间的柔性隔膜。
17.如权利要求16所述的还原剂供应装置，其中，所述阀装置包括阀芯和位于所述座板中的阀孔，所述阀芯包括阀板、杆部和止挡，其中所述杆部以可滑动的方式大致垂直穿通座板，阀板在上游侧容腔一侧固定在杆部一端并且能够打开和封闭所述阀孔，止挡在下游侧容腔一侧固定在杆部的另一端，通过杆部相对于座板滑动，阀板打开和关闭所述阀孔。
18.如权利要求17所述的还原剂供应装置，其中，所述阀装置还包括阀簧，其将所述阀芯朝向所述下游侧容腔推压。
19.如权利要求18所述的还原剂供应装置，其中，所述储能器还包括阀开启挡块，其在面对着止挡的位置设置在下游侧容腔中，在隔板朝向下游侧容腔中移动的过程中，所述止挡接触到所述阀开启挡块，从而阻止所述阀装置随隔板的移动，以打开所述阀孔。
20.如权利要求1至14中任一项所述的还原剂供应装置，其中，所述隔板是由座板和外隔板构成的组件，所述外隔板包括固定在壳体内壁上的刚性外围部分和从其内周边缘突伸的弹性锥形内周部分，所述弹性锥形内周部分限定出中央开口，并且能够在朝向下游侧容腔突伸的位置与朝向上游侧容腔突伸的位置之间弹性翻转，所述座板的外边缘与所述外隔板的弹性锥形内周部分协作而限定出所述阀装置。
21.一种车辆SCR系统，包括SCR模块和如权利要求1至20中任一项所述的还原剂供应装置，所述还原剂供应装置将还原剂喷射到将要进入SCR模块的发动机排气流中。
22.如权利要求21所述的车辆SCR系统，其中，所述发动机为柴油机。
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