一种防冻型尿素压力传感器以及SCR尿素喷射系统的制作方法

一种防冻型尿素压力传感器以及scr尿素喷射系统
技术领域
1.本实用新型涉及汽车尾气后处理技术领域，特别涉及一种防冻型尿素压力传感器以及scr尿素喷射系统。


背景技术：

2.尿素压力传感器是用于柴油发动机排气后处理的scr尿素喷射系统的传感器。由于大气污染日益严重，环境保护的要求日益提高，对柴油发动机尾气排放提出了更高的要求。柴油机所产生的微粒(pm)和氮氧化物(nox)是排放中两种最主要的污染物。从目前降低汽车尾气排放的技术途径来看，要达到欧iv排放标准，一般不再从发动机本身的结构方面采取措施，通常是采取排气后处理的方式来降低污染物的排放量，而尿素-scr选择性催化还原法是最具现实意义的方法，它能把发动机尾气中的nox减少50%以上。典型的尿素-scr系统是在原来的尾气净化系统的基础上，需要加装一套比较复杂的调节还原剂喷射量的喷射和控制系统。尿素压力传感器是用于柴油发动机排气后处理的scr尿素喷射系统的传感器，进行尿素压力检测，从而为确定尿素喷射量提供帮助。
3.由于尿素压力传感器需要在尿素环境中长时间工作，当车熄火后，scr系统停止工作，在尿素压力传感器的进液孔中，会有尿素液体残留，残留的尿素液体在低温时会形成尿素结晶，由于陶瓷芯体直接安装于金属外壳内，尿素结晶会挤压陶瓷芯体的感应片，使得尿素压力传感器中最为关键的陶瓷芯体使用寿命大大降低，甚至感应片被挤裂导致传感器直接失效。现有尿素压力端口进液孔为圆柱孔，在这个圆柱孔中装一个材料为硅橡胶或者海绵之类的膨胀材料制成的防冻塞，来避免尿素结晶不直接挤压陶瓷芯体感应片而是挤压防冻塞，但防冻塞抵消结晶产生的压力有限，当传感器装配方向倒置时或者传感器装配时初始进液口不是位于最低点，内部残留尿素溶液太多，无法通过重力自动排出，此时防冻塞无法完全抵消结晶的膨胀力，导致陶瓷芯体感应片受到挤压失效，且防冻塞长期使用过程中，有可能脱落，导致传感器失去防冻能力而失效。由于实际中应当将凝固溶液看作固态元件，防冻塞对凝固溶液的吸收和膨胀效果并不理想。针对上述缺陷，本实用新型作出了改进。


技术实现要素：

4.为了克服背景技术的不足，本实用新型提供一种防冻型尿素压力传感器，通过波形垫圈的压缩抵消掉因结冰膨胀造成的对压力感应元件的挤压作用，增强了尿素压力传感器的低温适应能力，使尿素压力传感器在极其低温环境下可靠性好，使用寿命长，从而更好地满足实际使用需求。
5.本实用新型提供一种防冻型尿素压力传感器，包括壳体、电接头、压力感应元件、电路模块和防冻组件，所述壳体的一端安装有所述电接头，壳体与电接头之间形成安装腔，所述安装腔内安装有所述压力感应元件和电路模块且电路模块靠近所述电接头，所述压力感应元件与电路模块电连接，所述壳体内设有所述防冻组件，防冻组件包括波形垫圈、圆柱塞和限位件，所述壳体的内端面设有一端开口一端封闭的圆柱空腔，所述圆柱空腔的开口
端朝向所述压力感应元件，圆柱空腔内依次安装有所述波形垫圈、圆柱塞和限位件且圆柱塞位于波形垫圈与限位件之间，所述限位件靠近圆柱空腔的开口端且其对所述圆柱塞进行限位，所述壳体上设有连通所述安装腔的进液孔；所述波形垫圈采用非开口垫圈，非开口垫圈的外径小于所述圆柱空腔的内径，或者所述波形垫圈采用开口垫圈，开口垫圈的外径等于所述圆柱空腔的内径。
6.优选的，所述限位件采用卡簧，所述圆柱空腔内设有与所述卡簧适配的卡簧槽。
7.优选的，所述压力感应元件与壳体之间设有第一密封圈，壳体的内端面设有与所述第一密封圈适配的第一凹槽，所述圆柱空腔的内壁与所述圆柱塞之间设有第二密封圈，圆柱塞上设有与所述第二密封圈适配的第二凹槽。
8.优选的，所述壳体远离所述电接头的一端中部设有突出的螺纹段，四周设有环形台阶，所述螺纹段的端部呈锥形，螺纹段的外周设有外螺纹，所述进液孔的一端连通所述安装腔，另一端贯穿所述螺纹段且从螺纹段端部穿出，所述环形台阶上设有环形的第三凹槽，所述第三凹槽内设有第三密封圈。
9.优选的，所述进液孔的直径为0.5mm-1.5mm，所述进液孔靠近所述安装腔的一端设有漏斗状进液口。
10.优选的，所述圆柱塞为硬质材料制成，所述硬质材料包括阳极氧化铝。
11.本实用新型还提供一种scr尿素喷射系统，包括上文任一项所述的防冻型尿素压力传感器。
12.综上所述，本实用新型有益效果为：
13.1.通过向下压缩波形垫圈产生压缩空间，该压缩空间的体积可略大于内部残留尿素溶液的10%的膨胀体积，因此可抵消掉尿素溶液结晶后10％膨胀体积，避免内部陶瓷电容压力感应元件受到结冰的尿素溶液产生的巨大压力，防止内部核心元件的损伤，采用波形垫圈成本更低，且波形垫圈极易获得，可进一步降低成本，波形垫圈能适用于更狭窄的空间，可进一步缩小压力传感器整体结构，进而可使传感器产品整体上更小，对于整个尿素喷射系统而言，传感器产品越小占用系统空间越小，可有利于简化整个系统；
14.2.当尿素压力传感器正向安装，即安装位置为进液口位于最低点，当车熄火后，scr系统停止工作，通过尿素压力传感器内部尿素进液孔的漏斗状进液口，更容易使内部少量残留的尿素液体通过重力作用自动排出；
15.3.进液孔的直径优选0.5mm-1.5mm, 现有的压力传感器中进液孔的直径为5mm～10mm，相比于现有的传感器，本发明缩小了进液孔的直径，减小了尿素溶液进入压力传感器内部的体积，极大地减小了尿素结晶后的膨胀力。
16.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型整体结构的一种剖面示意图；
19.图2为本实用新型壳体内部的一种半剖结构示意图；
20.图3为本实用新型壳体的一种剖面示意图；
21.图4为本实用新型圆柱塞的一种结构示意图;
22.图5为本实用新型c型卡簧的一种结构示意图；
23.图6为本实用新型波形垫圈第一视角下的一种结构示意图；
24.图7为本实用新型波形垫圈第二视角下的一种结构示意图；
25.图8为本实用新型整体结构的一种爆炸示意图；
26.图中标记:1-壳体，2-第三密封圈，3-第一密封圈，4-压力感应元件，5-电路模块，6-插针，7-电接头，8-卡簧，9-第二密封圈，10-圆柱塞，11-波形垫圈，101-锥形结构，102
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圆柱空腔，103-第一凹槽，104-折弯部，105-卡簧槽，106-漏斗状进液口，107-第三凹槽，108-进液孔，1001-第二凹槽。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的图1至图8，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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
28.为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
29.如图1至图8所示，本实施例公开的一种防冻型尿素压力传感器，包括壳体1、电接头7、压力感应元件4、电路模块5和防冻组件，所述壳体1的一端安装有所述电接头7，壳体1与电接头7之间形成安装腔，所述安装腔内安装有所述压力感应元件4和电路模块5且电路模块5靠近所述电接头7，所述压力感应元件4与电路模块5电连接，所述壳体1内设有所述防冻组件，防冻组件包括波形垫圈11、圆柱塞10和限位件，所述壳体1的内端面设有一端开口一端封闭的圆柱空腔102，所述圆柱空腔102的开口端朝向所述压力感应元件4，圆柱空腔102内依次安装有所述波形垫圈11、圆柱塞10和限位件且圆柱塞10位于波形垫圈11与限位件之间，所述限位件靠近圆柱空腔102的开口端且其对所述圆柱塞10进行限位，所述壳体1上设有连通所述安装腔的进液孔108。
30.在上述技术方案中，壳体1与电接头7之间形成的安装腔能便于安装压力感应元件4和电路模块5，设置限位件能很好地对圆柱塞10进行限位，可防止圆柱塞10从圆柱空腔102内脱落，从而避免圆柱塞10脱落后与压力感应元件4接触影响尿素压力传感器产品精度，壳体1上设置连通安装腔的进液孔108能便于进液，在尿素溶液结晶膨胀后，其膨胀力会作用于圆柱塞10的上表面，进而压缩波形垫圈11，实现对结晶后的膨胀力的释放，避免结晶膨胀力损伤压力感应元件4，具体地，尿素溶液在低温(0℃至-40℃)时会结晶导致体积膨胀，当压力感应元件4和圆柱塞10同时受到结晶后的膨胀力后，因为圆柱塞10更容易带动内部波形垫圈11实现压缩，所以会先作用于圆柱塞10，圆柱塞10压缩内部波形垫圈11，从而实现内部空腔体积增大，尿素溶液结晶后体积会有高达10％的膨胀，通过向下压缩波形垫圈11可产生压缩空间（即通过压缩波形垫圈11来释放一定的空间体积），该压缩空间的体积略大于内部尿素溶液的10%的膨胀体积，因此可抵消掉尿素溶液结晶后10％膨胀体积，避免内部压
力感应元件4受到结冰的尿素溶液产生的巨大压力，防止内部核心元件的损伤，由于尿素压力传感器内部设置了波形垫圈11压缩和自动复位结构，在低温尿素溶液结冰体积增大后，可通过波形垫圈11的压缩抵消掉因结冰膨胀造成的对压力感应元件4的挤压作用，当冰化为尿素溶液后波形垫圈11复位可正常工作，由此增强了尿素压力传感器的低温适应能力，使尿素压力传感器在极其低温环境下可靠性好，使用寿命长，从而更好地满足实际使用需求。本实施例采用波形垫圈11既能便于压缩产生压缩空间，也便于自动复位，波形垫圈11采用耐尿素腐蚀的金属材料制成，可选 sus304、sus316、65mn等，优选65mn，表面发黑处理，可很好地防止腐蚀。
31.上述的波形垫圈11属于弹性件，若将波形垫圈11替换为其他弹性件，比如弹簧，相较于弹性件采用弹簧，采用波形垫圈11的成本会更低，且波形垫圈11极易获得，可进一步降低成本，在产品生产量较大时，生产采用波形垫圈11的尿素压力传感器可以很好地节省整体生产成本，同时波形垫圈11相对弹簧结构适用于更狭窄的空间，即可采用更短小的圆柱空腔102来安装波形垫圈11，从而可进一步缩小压力传感器整体结构，进而可使传感器产品整体上更小，对于整个尿素喷射系统而言，传感器产品越小占用系统空间越小，可有利于简化整个系统。
32.具体实施时，壳体1为六角壳体1，电接头7内设置有与电路模块5电连接的插针6，进一步地，压力感应元件4优选采用陶瓷电容压力感应元件4，其采用96%的陶瓷材质制作而成，具有强抗腐蚀性、耐冲击性、高弹性等优异特性，同时陶瓷电容极高的热稳定性使它工作范围可以-40℃至135℃陶瓷电容压力传感器工作时，压力直接作用在陶瓷电容压力感应元件4的感应膜片上，基座电极与膜片电极间的电容量变化与压力成比例关系。过载时，膜片抵在基座上而不会破损，当压力恢复时，其性能不会受到任何影响，解决了传统压力感应膜片低量程过载失效的缺点。进一步地，电路模块5优选采用fpc柔性调理电路模块5，其基材采用有机高分子材料pi聚酰亚胺，有机高分子材料pi聚酰亚胺的耐高温在400℃以上，长期使用的温度范围-200℃至300℃，使得fpc柔性调理电路模块5的基材具有高绝缘性能，有机高分子材料pi聚酰亚胺柔性材料具有较好的耐折弯性能，石墨和玻璃纤维增强的聚酰亚胺抗弯强度可达到345mpa。进一步地，陶瓷电容压力感应元件4与fpc柔性调理电路模块5采用无铅锡焊电连接，插针6与电接头7为封塑一体结构，插针6一端与fpc柔性调理电路模块5采用无铅锡焊电连接，fpc柔性调理电路模块5的一端与陶瓷电容压力感应元件4上的三个pin针采用无铅锡焊实现电连接。电接头7采用pee+pa+gf30%或pbt+gf30%，两种材质均耐腐蚀和高温，且增加30%的玻纤后具有更优异的机械性能，插针6采用磷铜表面镀锡，焊接性能和导电良好。本实施例的尿素压力传感器能很好地应用于scr尿素喷射系统，进而可应用于汽车尾气后处理。六角壳体1外形呈正六角形，六角壳体1材质为阳极氧化铝、铝合金、不锈钢、黄铜、碳钢等耐腐蚀性金属，优选阳极氧化铝。
33.作为优选的一种技术方案，所述波形垫圈11采用非开口垫圈，非开口垫圈的外径小于所述圆柱空腔102的内径。在本实施例中，波形垫圈11采用非开口垫圈，非开口垫圈即闭合波形垫圈11，采用闭合波形垫圈11压缩时会产生横向的膨胀，因此非开口垫圈的外径需小于圆柱空腔102的内径，可为横向膨胀提供一定空间。具体实施时非开口垫圈的外径和圆柱空腔102的内径的大小关系可根据实际工况进行调整，在此不做进一步说明。
34.作为优选的一种技术方案，所述波形垫圈11采用开口垫圈，开口垫圈的外径等于
所述圆柱空腔102的内径。在本实施例中，波形垫圈11采用开口垫圈，开口垫圈即非闭合波形垫圈11，采用非闭合波形垫圈11压缩时垫圈非闭合处可提供压缩空间，垫圈整体可不产生横向膨胀，因此开口垫圈的外径可等于或略小于圆柱空腔102的内径。
35.具体实施时波形垫圈11优选采用非开口垫圈，即闭合垫圈，相较于开口垫圈，非开口垫圈结构完整性更好，整体受力更均匀，可有利于提升尿素压力传感器的产品质量。
36.作为优选的一种技术方案，所述限位件采用卡簧8，所述圆柱空腔102内设有与所述卡簧8适配的卡簧槽105。在本实施例中，限位件采用的卡簧8为c型卡簧8，c型卡簧8能方便地装入卡簧槽105内，可很好地对圆柱塞10进行限位，即经过c型卡簧8的作用能将圆柱塞10封装在圆柱空腔102内部。圆柱塞10设置在圆柱空腔102内波形垫圈11的上方，圆柱塞10的外径小于圆柱空腔102的内径，圆柱塞10可自由在圆柱空腔102内部上下滑动。c型卡簧8安装于卡簧槽105内，方便装配，其装配完成后的内圈直径小于圆柱塞10的外径。本实施例的波形垫圈11和c型卡簧8成本均较低且极易获得，可有利于更好地满足实际生产需求。
37.作为优选的一种技术方案，所述压力感应元件4与壳体1之间设有第一密封圈3，壳体1的内端面设有与所述第一密封圈3适配的第一凹槽103，所述圆柱空腔102的内壁与所述圆柱塞10之间设有第二密封圈9，圆柱塞10上设有与所述第二密封圈9适配的第二凹槽1001。在本实施例中，压力感应元件4远离电路模块5的端面与壳体1之间设置第一密封圈3，壳体1内正对压力感应元件4的上端面设置有第一凹槽103，第一密封圈3安装在第一凹槽103内能很好地在压力感应元件4与壳体1之间形成密封，圆柱塞10中部的外周设有环形的第二凹槽1001，第二密封圈9安装在第二凹槽1001内能很好地在圆柱空腔102内壁与圆柱塞10之间形成密封，通过设置上述密封结构能增强尿素压力传感器的内部密封性，可防止尿素压力传感器工作中出现泄露，有利于更好地满足实际需求。具体实施时，六角壳体1的上端面边缘设置有压紧电接头7的折弯部104，通过折弯部104实现对电接头7的压紧，从而实现内部第一密封圈3的密封作用，防止尿素压力传感器工作中出现泄露。本实施例的第一凹槽103为环形结构，其截面为矩形，通过槽深控制内部第一密封圈3的压缩量，密封圈材质采用耐尿素腐蚀的epdm或者hnbr。通过在圆柱塞10的中间位置设置径向环形凹槽能便于安装第二密封圈9，第二密封圈9压缩量范围是20%至25%，该密封圈呈o型，密封圈材质采用耐尿素腐蚀的epdm或者hnbr。本实施例中增设了第二密封圈9，为了让波形垫圈11在尿素溶液结晶与不结晶两种状态工作后均能够回复到初始位置（即让圆柱塞10的端面抵触于卡簧8），初始状态波形垫圈11需要产生一定的压缩用来克服圆柱塞10上的第二密封圈9的摩擦力，通过使波形垫圈11初始状态处于压缩状态（即让波形垫圈11产生一定的压缩），且波形垫圈11的初始弹性力大于等于圆柱塞10上第二密封圈9的摩擦力，这样当尿素溶液结晶后可继续压缩波形垫圈11释放出膨胀体积的空间，当冰化为尿素溶液后波形垫圈11可回复至初始位置。由于波形垫圈11初始状态处于压缩状态，尿素溶液结晶膨胀时只会继续压缩波形垫圈11，即波形垫圈11始终具有一定的压缩弹性力，可使波形垫圈11在圆柱空腔102内具有很好的稳定性。
38.作为优选的一种技术方案，所述壳体1远离所述电接头7的一端中部设有突出的螺纹段，四周设有环形台阶，所述螺纹段的端部呈锥形，螺纹段的外周设有外螺纹，所述进液孔108的一端连通所述安装腔，另一端贯穿所述螺纹段且从螺纹段端部穿出，所述环形台阶上设有环形的第三凹槽107，所述第三凹槽107内设有第三密封圈2。在本实施例中，壳体1远
离电接头7的一端中部设置突出的螺纹段能便于安装连接，螺纹段端部呈锥形且形成锥形结构101，采用锥形结构101设计有效地改变了在低温下压力传感器承受的压力方向，可减小压力传感器承受的压力，进液孔108平行于螺纹段，可便于进液，设置的第三密封圈2为外部密封圈，将第三密封圈2安装在第三凹槽107内能很好地增强安装连接时的密封性，可更好地满足实际需求。具体实施时，第三密封圈2压缩量范围是20%至25%，第三密封圈2呈o型，密封圈材质采用耐尿素腐蚀的epdm或者hnbr，可有利于延长使用寿命。本实施例的第三凹槽107为环形结构，其截面为矩形，通过槽深控制第三密封圈2的压缩量。
39.作为优选的一种技术方案，所述进液孔108的直径为0.5mm-1.5mm，所述进液孔108靠近所述安装腔的一端设有漏斗状进液口106。现有的尿素压力传感器中进液孔108的直径多为5mm～10mm，而本实施例进液孔108的直径优选0.5mm-1.5mm，通过大大缩小进液孔108的直径能有利于减小尿素溶液进入压力传感器内部的体积，进而有效减小尿素结晶后的膨胀力，进液孔108靠近安装腔的一端设置漏斗状进液口106，当尿素压力传感器停止进尿素溶液时，内部残留的少部分尿素溶液会通过该漏斗结构流出进液孔108，具体地，当尿素压力传感器正向安装，即安装位置为进液口位于最低点，当车熄火后，scr系统停止工作，通过尿素压力传感器内部尿素进液孔108的漏斗状进液口106，更容易使内部少量残留的尿素液体通过重力作用自动排出，由于减少了内部残留的尿素液体，可有利于减小尿素溶液低温结晶的膨胀体积。当尿素压力传感器倒置安装或者倾斜安装时，无法自动排出残留的尿素溶液，尿素溶液在低温(0℃至-40℃)结晶后，可通过本发明内部设置的波形垫圈11压缩和自动复位结构很好地实现膨胀力缓冲，当陶瓷电容压力感应元件4和圆柱塞10同时受到结晶后的膨胀力后，因为圆柱塞10更容易带动内部波形垫圈11实现压缩，所以会先作用于圆柱塞10，圆柱塞10压缩内部波形垫圈11，从而实现内部空腔体积增大，尿素溶液结晶后体积会有高达10％的膨胀。通过波形垫圈11向下产生的压缩空间，此压缩空间的体积略大于内部尿素溶液的10%的体积，因此可抵消掉尿素溶液结晶后10％膨胀体积，避免内部陶瓷电容压力感应元件4受到结冰的尿素溶液产生的巨大压力，防止内部核心元件的损伤。当温度大于0℃，冰逐渐化成水，尿素溶液对圆柱塞10的压力逐渐减小，当向下的压力小于此时波形垫圈11压缩产生的反作用力时，波形垫圈11会慢慢复位，恢复到初始状态，此时尿素压力传感器可正常工作。通过温度在0℃以上或者以下，即尿素溶液结晶固态状或者溶液状态，可通过波形垫圈11受力压缩及自动回复特性，使内部体积增大和减小往复变化，实现尿素压力传感器的防冻功能。
40.作为优选的一种技术方案，所述圆柱塞10为硬质材料制成，所述硬质材料包括阳极氧化铝。现有尿素压力传感器中的防冻塞长期使用后可能会出现被挤出现象，当其与陶瓷电容压力感应元件4接触后，会影响尿素压力传感器测量精度，而在本实施例中，圆柱塞10为硬质材料，通过限位件限位不会出现被挤出现象，因此不会影响尿素压力传感器的测量精度，本实施例的圆柱塞10优选阳极氧化铝材质，既方便加工，也能很好地在圆柱空腔102内部上下滑动。具体实施时，圆柱塞10的材质包括但不限于阳极氧化铝，还可采用塑料、硬质橡胶等硬质材料以及其他金属。
41.采用上述实施例提供的防冻型尿素压力传感器可达到降低生产成本、安装方向无限制、内部结构无脱落、传感器测量精度高且不易失效、传感器结构更简洁紧凑等技术效果，因而可更好地满足实际需求。
42.本实用新型还公开一种scr尿素喷射系统，其包括上述实施例中的防冻型尿素压力传感器。在现有的尿素压力传感器技术中，存在着尿素压力传感器防冻塞易脱落、防冻塞抵消膨胀压力不理想、装配方向有限制、必须依靠重力排出内部残留溶液等缺陷，本发明提供的技术方案很好地解决了上述问题。本发明提供的防冻型尿素压力传感器，其结构简洁、紧凑、测量精度高，内部通过设置防冻组件，使低温尿素溶液结冰体积增大后，可通过波形垫圈11抵消掉因结冰膨胀造成的对陶瓷电容压力感应元件4的挤压作用，当冰化为尿素溶液后波形垫圈11复位可正常工作，其在scr尿素喷射系统低温适应能力强，在极其低温环境下可靠性好，使用寿命长，防冻组件采用的圆柱塞10、波形垫圈11以及c型卡簧8等成本低，且极易获得，极大的降低了成本。
43.本实用新型还提供一种应用于上文任一项所述防冻型尿素压力传感器的波形垫圈11的压缩行程计算方法，包括以下步骤：
44.s1、计算出产品定型后内部残留尿素溶液的总体积v
总
；
45.在该步骤中，产品定型后内部残留尿素溶液主要位于圆柱空腔102外端口、第一密封圈3中部以及进液孔108内，因此本实施例产品定型后内部残留尿素溶液的总体积v
总
采用圆柱空腔102外端口体积、第一密封圈3中部体积和进液孔108体积三部分之和来计算，即v
总
=v
腔外端口
+v
密封圈中部
+v
进液孔108
，本实施例取进液孔108半径r1为0.5mm，高度h1约为16.25mm，则v
进液孔108
=π(r1)2h1=3.14x0.52x16.25=12.76mm3，本实施例第一密封圈3规格内径13x2.5，估算按照密封圈内外圆环中心为最大尿素溶液直径，则直径为15.5mm,半径为7.75mm，高度h2为0.5mm，则v
密封圈中部
=π(r2)2h2=3.14x7.752x0.5=94.298mm3，本实施例圆柱空腔102外端口包括卡簧8上端空腔和卡簧8内圈空腔两部分，取卡簧8上端空腔半径r3为3.1mm，r3也即圆柱空腔102的半径，高度h3为0.5mm，卡簧8内圈半径为2mm，高度h4为1mm，则v
腔外端口
=v
卡簧8上端空腔
+v
卡簧8内圈空腔
，v
卡簧8上端空腔
=π(r3)2h3=3.14x3.12x0.5=15.0877mm3，v
卡簧8内圈空腔
=π(r4)2h4=3.14x22x1=12.56mm3，v
腔外端口
=v
卡簧8上端空腔
+v
卡簧8内圈空腔
=15.0877+12.56=27.6477mm3，由此可得,v
总
=27.6477+94.298+12.76=134.7057mm3，
46.采用上述估算方法能方便地计算出v
总
。
47.s2、计算残留尿素溶液结冰多出的膨胀体积v
膨胀
，取v
总
的1/10作为多出的膨胀体积v
膨胀
；
48.通过该步骤来计算出残留尿素溶液结冰多出的膨胀体积，通常情况下，冰的密度为0.9x103kg/m3,水的密度为1x103kg/m3,同质量下，水和冰的体积比为9:10，因此取残留尿素溶液总体积v
总
的1/10作为多出的膨胀体积v
膨胀
,即v
膨胀
=v
总
x1/10=（v
腔外端口
+v
密封圈中部
+v
进液孔108
）x1/10=13.47057mm3。
49.s3、计算压缩波形垫圈11释放的空间体积v
释放
，需满足：v
释放
≥v
膨胀
；
50.为了防止低温时尿素溶液结晶产生的膨胀力损伤压力感应元件4，结晶膨胀压缩波形垫圈11释放的空间体积需大于v
膨胀
，即释放的空间体积v
释放
只需略大于v
膨胀
即可，也就是v
释放
≥13.47057mm3。
51.s4、计算波形垫圈11的压缩行程h，定义圆柱空腔102的内截面面积为s
内截面
，则满足：h=v
释放
/s
内截面
。
52.低温时尿素溶液结晶产生的膨胀力会推动圆柱塞10在圆柱空腔102内滑动，从而释放出一定空间，圆柱塞10在圆柱空腔102内滑动的距离与波形垫圈11的压缩行程相等，本
实施例圆柱空腔102半径r3为3.1mm，则波形垫圈11的压缩行程h=v
释放
/s
内截面
=v
释放
/[π(r3)2]，取v
释放
的最小值v
膨胀
为释放的体积，则可得波形垫圈11的最小压缩行程为h
min
=v
膨胀
/s
内截面
=13.47057/[3.14x(3.1)2]≈0.45mm，通过10%的膨胀体积计算可得到波形垫圈11的最小压缩行程，接着可选用符合要求的波形垫圈11。
[0053]
参考现有技术中的波形垫圈11力学性能分析可知，波峰波谷的波数影响波形垫圈11的载荷，根据尿素溶液结晶膨胀压力最大值为1mpa左右，结合经验值和公式计算后取波形垫圈11最大外径为6mm，优选波形垫圈11的波数为3波或4波；波形垫圈11波峰和波谷的高度差记为h
波峰波谷
,波形垫圈11的垫圈壁厚记为t，波形垫圈11的压缩行程为h，则满足：h
波峰波谷-t≥h，t取0.25mm且h取最小压缩行程时可得：h
波峰波谷
≥（ 0.45+0.25 =0.7mm），为了预留变形空间可尽量选用波峰波谷高度差更大的，本实施例现选用1mm，具体实施时也可根据实际定制高度差更大的波形垫圈11，综上，本实施例选用的波形垫圈11规格为：三波或四波非开口垫圈，外径6mm，内径3mm，垫圈壁厚0.25mm，波峰波谷高度差1mm，采用该规格的波形垫圈11可很好地满足防冻型尿素压力传感器的产品要求。
[0054]
采用上述实施例的防冻型尿素压力传感器，当尿素溶液结晶膨胀后，波形垫圈11压缩，由于内部结构尿素进液孔108直径很小（0.5mm-1.5mm），内部储存尿素溶液的空间体积本身就很小，尿素溶液结晶后的体积膨胀为传感器内部残留尿素溶液体积的 10%左右，波形垫圈11压缩后释放的体积只需要比尿素溶液膨胀的10%体积略大即可，如果将波形垫圈11替换为弹簧，采用弹簧回复结构压缩释放的体积会远远大于尿素溶液膨胀的10%体积，弹簧的行程可调节范围大，需根据防冻要求选择高度不同的弹簧，为了弹力释放稳定，通常弹簧总高度会大于波形垫圈11，采用弹簧时的压缩行程要大于采用波形垫圈11时的压缩行程，也就是说相较于波形垫圈11，采用弹簧需要更大的安装空间，因此采用波形垫圈11可进一步缩小尿素压力传感器的整体结构。
[0055]
本实施例中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，在此不做进一步说明。
[0056]
各位技术人员须知：虽然本实用新型已按照上述具体实施方式做了描述，但是本实用新型的发明思想并不仅限于此实用新型，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利权保护范围内。

技术特征：
1.一种防冻型尿素压力传感器，其特征在于，包括壳体、电接头、压力感应元件、电路模块和防冻组件，所述壳体的一端安装有所述电接头，壳体与电接头之间形成安装腔，所述安装腔内安装有所述压力感应元件和电路模块且电路模块靠近所述电接头，所述压力感应元件与电路模块电连接，所述壳体内设有所述防冻组件，防冻组件包括波形垫圈、圆柱塞和限位件，所述壳体的内端面设有一端开口一端封闭的圆柱空腔，所述圆柱空腔的开口端朝向所述压力感应元件，圆柱空腔内依次安装有所述波形垫圈、圆柱塞和限位件且圆柱塞位于波形垫圈与限位件之间，所述限位件靠近圆柱空腔的开口端且其对所述圆柱塞进行限位，所述壳体上设有连通所述安装腔的进液孔；所述波形垫圈采用非开口垫圈，非开口垫圈的外径小于所述圆柱空腔的内径，或者所述波形垫圈采用开口垫圈，开口垫圈的外径等于所述圆柱空腔的内径。2.根据权利要求1所述的一种防冻型尿素压力传感器，其特征在于，所述限位件采用卡簧，所述圆柱空腔内设有与所述卡簧适配的卡簧槽。3.根据权利要求1所述的一种防冻型尿素压力传感器，其特征在于，所述压力感应元件与壳体之间设有第一密封圈，壳体的内端面设有与所述第一密封圈适配的第一凹槽，所述圆柱空腔的内壁与所述圆柱塞之间设有第二密封圈，圆柱塞上设有与所述第二密封圈适配的第二凹槽。4.根据权利要求1所述的一种防冻型尿素压力传感器，其特征在于，所述壳体远离所述电接头的一端中部设有突出的螺纹段，四周设有环形台阶，所述螺纹段的端部呈锥形，螺纹段的外周设有外螺纹，所述进液孔的一端连通所述安装腔，另一端贯穿所述螺纹段且从螺纹段端部穿出，所述环形台阶上设有环形的第三凹槽，所述第三凹槽内设有第三密封圈。5.根据权利要求1所述的一种防冻型尿素压力传感器，其特征在于，所述进液孔的直径为0.5mm-1.5mm，所述进液孔靠近所述安装腔的一端设有漏斗状进液口。6.根据权利要求1所述的一种防冻型尿素压力传感器，其特征在于，所述圆柱塞为硬质材料制成，所述硬质材料包括阳极氧化铝。7.一种scr尿素喷射系统，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的一种防冻型尿素压力传感器。

技术总结
本实用新型涉及汽车尾气后处理，提供一种防冻型尿素压力传感器以及SCR尿素喷射系统，包括壳体、电接头、压力感应元件、电路模块和防冻组件，壳体一端设电接头，两者之间形成安装腔，安装腔内设压力感应元件和电路模块且电路模块靠近电接头，压力感应元件与电路模块电连接，壳体内设防冻组件，防冻组件包括波形垫圈、圆柱塞和限位件，壳体内端面设圆柱空腔，圆柱空腔的开口端朝向压力感应元件，圆柱空腔内依次安装波形垫圈、圆柱塞和限位件且圆柱塞位于波形垫圈与限位件之间，限位件靠近圆柱空腔的开口端且对圆柱塞进行限位，壳体上设连通安装腔的进液孔。本设计设置防冻组件能很好地实现对结晶后膨胀力的释放，可避免结晶膨胀力损伤压力感应元件。压力感应元件。压力感应元件。


技术研发人员：吴丛喜 何文超
受保护的技术使用者：孝感华工高理电子有限公司
技术研发日：2022.12.07
技术公布日：2023/10/20