液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統的製作方法

2023-05-26 11:06:41

專利名稱：液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種輸液系統。特別是涉及一種低增壓的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統。
背景技術：
液體的高精密計量、低增壓輸送在儲運、化工、製藥、環保等領域中應用廣泛，典型地，在發動機排放尾氣後處理系統中，在適當的溫度下，按時、適量輸送一定濃度的尿素溶液至發動機排氣管內，能有效降低發動機排放尾氣中的氮氧化物(NOx)。專利《一種用於混合尿素和空氣的混合裝置》(公開公布號CN101203664A)，和《一種空氣輔助動力霧化尿素還原劑噴射控制系統》(公開公布號CN101793184A)，都公開一種用於發動機排放尾氣後處理系統的空氣輔助液體輸送裝置和系統。但在目前已有技術中，計量精度、輸送壓力、輸送能耗、以及防止溶液結晶堵塞、防止溶液汙染堵塞等方面都還存在不足。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠高精度計量液體的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統。本發明所採用的技術方案是一種液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，包括氣體源、空氣通斷電磁閥、氣體三通結構、電源、電子控制單元、動力源、動力傳動機構、 液體源、液體過濾單元、增壓單元、調壓排空單元、計量單元、液氣混合單元和液氣輸送單元；其中，輸出壓縮氣體的氣體源通過空氣通斷電磁閥連接氣體三通結構，所述的氣體三通結構分別連接調壓排空單元和液氣混合單元；輸出驅動動力的動力源通過動力傳動機構連接增壓單元的膈膜片；為輸液系統提供待輸送液體的液體源的液體輸出口通過液體過濾單元連接增壓單元，所述的增壓單元的液體輸出端連接調壓排空單元的液體輸入端，調壓排空單元的液體回流端連接液體源的液體回流口，所述的調壓排空單元的液體輸出端通過計量單元連接液氣混合單元，所述的液氣混合單元的液體輸出端連接液氣輸送單元，輸送的液體通過液氣輸送單元輸送到待輸送的目的地。所述的電源為電子控制單元提供直流工作電源；所述的電子控制單元通過信號線連接動力源、液體源、調壓排空單元和計量單元；其中，所述的電子控制單元通過轉矩傳感器和/或轉速傳感器從動力源處獲取動力源輸出轉矩和/或轉速信息，所述的電子控制單元通過溫度傳感器和液位傳感器從液體源處獲取液體源的溫度信息和液位信息，所述的電子控制單元通過溫度傳感器和壓力傳感器從調壓排空單元處獲取調壓排空單元內液體的溫度信息和壓力信息，所述的電子控制單元通過流量傳感器從計量單元處獲取計量單元輸出流量信息；所述的電子控制單元通過控制線連接空氣通斷電磁閥、動力源和計量單元，其中，所述的電子控制單元通過控制線控制空氣通斷電磁閥通斷電，實現空氣通斷電磁閥閥芯動作，所述的電子控制單元通過控制線控制動力源通斷電，實現動力源動力輸出，所述的電子控制單元通過控制線控制計量單元通斷電，實現計量單元計量裝置動作。
所述的空氣通斷電磁閥採用低功耗雙穩態兩位兩通電磁閥，包括內部形成有空腔的主閥閥體，設置在主閥閥體上部的主線圈，設置在主閥閥體空腔內並位於主線圈中心的主彈簧，連接在主彈簧下端並位於主閥閥體空腔內的閥芯，連接在閥芯底部的密封塊，所述的閥芯的側面設置有一上凹槽和一下凹槽，所述的主閥閥體的底端分別設置有與氣室連通的氣體入口和氣體出口，所述主閥閥體側邊設置有一通孔，所述的該通孔內嵌入有輔閥閥體的一端，所述的輔閥閥體中心形成有與所述主閥閥體的空腔連通的通道，所述的輔閥閥體的另一端設置有輔線圈，所述的輔閥閥體的該端並位於輔助線圈的中心設置有輔彈簧，所述輔彈簧位於主閥閥體的這一端連接設置在支撐結構的通道內的滑杆的一端，所述滑杆的另一端有選擇的插入在閥芯的上凹槽或下凹槽內。所述的氣體三通結構包括有與氣體源相連接的進氣通道，與調壓排空單元相連接的第一出氣通道，以及與液氣混合單元的進氣口相連接的第二出氣通道，其中，所述的第一出氣通道是通過由管路構成的空氣室與調壓排空單元的調壓排空隔膜片相連，或所述的第一出氣通道直接與調壓排空單元的調壓排空隔膜片相連，或所述的第一出氣通道被分成等經的兩個通道；所述的氣體三通結構的進氣通道、第一出氣通道、第一出氣通道的通徑 ΦΧ1、ΦΧ2、ΦΧ3 之間的關係為，ΦΧ1 = ΦΧ2, ΦΧ1 大於 ΦΧ3。所述的電子控制單元包括微控制器，所述的微控制器(58)的信號輸入端分別連接第一溫度信號採集單元、第二溫度信號採集單元、第一壓力信號採集單元、第二壓力信號採集單元、流量信號採集單元以及轉速或/和扭矩信號採集單元；所述的微控制器的信號輸出端分別連接直流電機驅動單元、電磁閥驅動單元、計量系統驅動單元以及加熱系統驅動單元；還設置有與電源相連用於向該電子控制單元( 提供電源的電源單元以及與微控制器(58)相連的時鐘單元。所述的動力傳動機構包括殼體、電機的輸出軸、偏心盤、摩擦塊、膜片推桿、回位彈簧；其中，所述殼體的一端為驅動埠，所述的殼體內軸向形成有三個貫通孔，所述的三個貫通孔在遠離驅動埠的這端形成有限位凸臺，所述的三個貫通孔內各插入有一膜片推桿，所述膜片推桿在位於驅動埠的這部分上形成有支撐凸臺，所述的膜片推桿上套有回位彈簧，所述的回位彈簧的一端限位於限位凸臺處，另一端被支撐在支撐凸臺上，所述的三個膜片推桿位於驅動埠的這一端與摩擦塊相接觸，摩擦塊與偏心盤連接，偏心盤與動力源的電機的輸出軸通過過盈配合連接，三個膜片推桿的另一端連接增壓單元的增壓膜片。所述的增壓單元包括進出液口連接塊、增壓腔室殼體、增壓膜片、以及膜片式進液單向閥、膜片式出液單向閥；其中，進出液口連接塊的一側與增壓腔室殼體的一側通過螺栓緊密連接，增壓腔室殼體的另一側與動力傳動機構中的殼體的一側通過螺栓緊密連接， 增壓腔室殼體與殼體之間設置有增壓膜片，所述的增壓腔室殼體在位於殼體的一側設置有獨立的三個液體腔，所述的三個液體腔的一側與增壓膜片之間形成容積可變化的蓄液空腔，所述的三個液體腔的另一側各自通過相應的流道連通一個膜片式進液單向閥，所述的三個液體腔分別通過相應的出液流道連通膜片式出液單向閥，所述的進出液口連接塊的一側內分別設置有主進液口和主出液口，主進液口與通過液體過濾單元和相應的管道與液體源相連，主出液口通過相應的管道與調壓排空單元相連，所述的進出液口連接塊的另一側內設置有一環形槽，環形槽的一側與主進液口連通，環形槽的另一側與增壓腔室殼體上小孔道連通，所述的小孔道由21個小孔組成，21個小孔道平均分成三組，三組小孔道在環形槽圓周上均布，每組小孔道通過所述的相應的膜片式進液單向閥與所述的相應的液體腔相連通，所述的主出液口通過所述的膜片式出液單向閥與出液口相連通。所述的調壓排空單元包括蓄壓腔、調壓排空隔膜片、空氣室；其中，所述蓄壓腔上分別設置有與所述計量單元相連的出液口、與增壓單元相連的進液口和回流進液口，所述的回流進液口通過一個調壓排空隔膜片與回流口相連，所述的回流口與液體源相連，所述的調壓排空隔膜片的上方設置有空氣室，所述的空氣室通過進氣口連接氣體三通結構， 所述的蓄壓腔內設置有壓力傳感器，所述的蓄壓腔上還可設置有溫度傳感器。所述的液氣混合單元為一個三通結構，包括有與計量單元相連的進液口、與氣體三通結構相連的進氣口和與液氣輸送單元相連的出液口 ；所述的進氣口、進液口和出液口的通徑ΦΧ1、ΦΧ2和ΦΧ3之間的關係為ΦΧ2大於ΦΧ1，ΦΧ3 = ΦΧ2，夾角al、a2、a3為 15° 彡 al 彡 90°，90° ^ a2 ^ 165°，90° ^ a3 ^ 270°。本發明的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，提供一種計量精確、輸送壓力低、輸送能耗低、能防止溶液結晶堵塞、防止溶液汙染堵塞的液體輸送系統。該系統計量精確通過高精度計量裝置予以實現，輸送壓力通過兩級增壓，每級增壓都在:3bar ^ar的低壓區域，這樣輸送能耗低，輔助空氣的控制方面設計一套專用的雙彈簧雙線圈空氣閥結構，該法在保持狀態依靠彈簧工作，沒有能耗要求，因而整體輸送能耗低、本發明的關鍵部位設計了防結晶物和汙染物賭賽的結構。



21主線圈22 主彈簧
23輔彈簧24 輔線圈
25滑竿26 氣體出口
27氣體入口28 密封塊
29閥芯210 主閥閥體
211上凹槽212 下凹槽
210輔閥閥體
圖3中的(a) (f)是本發明6種不同的氣體三通結構的結52 液位和第二溫度信號採集單元
54 第二壓力信號採集單元
56 轉速或/和扭矩信號採集單元
58 微控制器
510 直流電機驅動單元
512 計量系統的驅動單元圖中，K31 進氣通道K32 第一出氣通道K33 第二出氣通道 116 調壓排空模塊隔膜片K34 分開布置的第一出氣通道圖4是電子控制單元模塊的構成框圖；圖中，51 第一溫度信號採集單元53 第一壓力信號採集單元55:流量信號採集單元57 電源單元59:時鐘單元511:電磁閥驅動單元513 加熱系統的驅動單元圖5是動力傳動機構及增壓模塊的結構示意圖；圖中，104:膜片式進液單向閥 105:主出液口106:出液流道1011 環形槽圖6是圖5的A-A剖示圖；圖中，7 動力傳動機構71 動力傳動機構的殼體73:限位凸臺75:電機輸出軸77:回位彈簧79 偏心盤100:進出液口連接塊103 小孔道105 主出液107:膜片式出液單向閥109 液體腔1011 環形槽圖7是調壓排空模塊結構示意圖；圖8圖7的側視圖；圖中，111 出液口 112 壓力和/或溫度傳感器113:回流口 114:進氣口115:空氣室 116:調壓排空隔膜片117:進液口 118:蓄壓腔119:回流進液口
10 增壓模塊 72 驅動埠 74 支撐凸臺 76 膜片推桿 78 摩擦塊
101 主進液口 104 膜片式進液單向閥 106 出液流道 108 增壓膜片 110 增壓腔室殼體
圖9是3種不同結構的液氣混合模塊的結構示意圖；其中，al、a2、a3是3種結構的主視圖bl、b2、b3是相應結構的俯視中，K131:進氣口kl32:進液口K133:出液口
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統做出詳細說明。如圖1所示，本發明的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，包括氣體源1、 空氣通斷電磁閥2、氣體三通結構3、電源4、電子控制單元5、動力源6、動力傳動機構7、液體源8、液體過濾單元9、增壓單元10、調壓排空單元11、計量單元12、液氣混合單元13和液氣輸送單元14 ；其中，輸出壓縮氣體的氣體源1通過空氣通斷電磁閥2連接氣體三通結構3，所述的氣體三通結構3分別連接調壓排空單元11和液氣混合單元13 ；輸出驅動動力的動力源6通過動力傳動機構7連接增壓單元10的增壓膜片108 ；為輸液系統提供待輸送液體的液體源8的液體輸出口通過液體過濾單元9連接增壓單元10，所述的增壓單元10的液體輸出端連接調壓排空單元11的液體輸入端，調壓排空單元11的液體回流端連接液體源8的液體回流口，所述的調壓排空單元11的液體輸出端通過計量單元12連接液氣混合單元13，所述的液氣混合單元13的液體輸出端連接液氣輸送單元14，輸送的液體通過液氣輸送單元14輸送到待輸送的目的地。所述的動力源6、液體源8、調壓排空單元11和計量單元12的反饋信號輸出連接所述的電子控制單元5的信號輸入端。所述的電源4為直流開關電源或車載電源，典型地， 應用於車輛排放尾氣後處理時，採用車載24V直流電源。所述的電源4為電子控制單元5提供直流工作電源；所述的電子控制單元5通過信號線連接動力源6、液體源8、調壓排空單元 11和計量單元12，其中，所述的電子控制單元5通過轉矩傳感器和/或轉速傳感器從動力源6處獲取動力源6輸出轉矩和/或轉速信息，所述的電子控制單元5通過溫度傳感器和液位傳感器從液體源8處獲取液體源8的溫度信息和液位信息，所述的電子控制單元5通過溫度傳感器和壓力傳感器從調壓排空單元11處獲取調壓排空單元11內液體的溫度信息和壓力信息，所述的電子控制單元5通過流量傳感器從計量單元12處獲取計量單元12輸出流量信息；所述的電子控制單元5通過控制線連接空氣通斷電磁閥2、動力源6和計量單元12，其中，所述的電子控制單元5通過控制線控制空氣通斷電磁閥2通斷電，實現空氣通斷電磁閥2閥芯動作，所述的電子控制單元5通過控制線控制動力源6通斷電，實現動力源 6動力輸出，所述的電子控制單元5通過控制線控制計量單元12通斷電，實現計量單元12 計量裝置動作。本發明的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，所述的氣體源1為壓縮氣體，優選壓縮空氣，在特殊應用領域可選氮氣或者惰性氣體，其輸出調節壓力值為:3bar，最高壓力值不超過^ar。本發明採用增壓單元增壓和空氣輔助增壓兩級增壓，各級增壓不大於:3bar，增壓最大值不超過^ar。所述的液體源8為待輸送的、未加壓的液體，典型地，在發動機排放尾氣後處理系統中，該液體為質量濃度為32. 5%的尿素溶液。所述的液體過濾單元9為一濾布袋，其過濾孔目數在400 1200目之間，優選800目。所述的空氣通斷電磁閥2採用低功耗雙穩態兩位兩通電磁閥，具有兩位兩通雙穩態特徵，即至少包括一主一輔兩套驅動線圈、一主一幅兩套回位彈簧，主閥閥芯上具有兩個定位孔，輔閥滑竿可伸入主閥閥芯兩孔的任意一孔，以保持主閥閥芯在兩個不同的穩態位置，其中一個位置為閥的開啟狀態，另一位置為閥的關閉狀態，實現閥開啟和關閉動作時， 輔驅動線圈和主驅動線圈依次通電使滑竿和閥芯動作，保持閥開啟和關閉狀態時，輔閥滑竿伸入主閥閥芯定位孔內，主輔驅動線圈都無需通電，以降低功耗。空氣通斷電磁閥2，如圖 2a、圖2b所示，包括內部形成有空腔的主閥閥體210，設置在主閥閥體210上部的主線圈 21，設置在主閥閥體210空腔內並位於主線圈21中心的主彈簧22，連接在主彈簧22下端並位於主閥閥體210空腔內的閥芯四，連接在閥芯四底部的密封塊觀，所述的密封塊28具有大於閥芯所在孔道直徑0. 5% 2. 5%或大於閥芯所在孔道直徑IOmm 15mm的兩尺寸結構；應用於尿素溶液輸送時，所述的密封塊材料選用聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯 (FEP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、四丙氟橡膠、丁晴橡膠等耐鹼材料，優選四丙氟橡膠。當所述的密封塊觀具有大於閥芯所在孔道直徑0. 5% 2. 5%的尺寸結構時，密封塊整體隨閥芯上下運動，掛擦閥芯所在孔道內表面，防止輸送溶液在閥芯所在孔道內結晶帶來的閥體關閉不嚴的影響。當所述的密封塊具有大於閥芯所在孔道直徑IOmm 15mm的尺寸結構時，密封塊中心隨閥芯上下運動，密封塊邊沿壓入閥體內固定不動，致使閥體孔道內沒有結晶形成。所述的閥芯四的側面設置有一上凹槽211和一下凹槽212，所述的主閥閥體210 的底端分別設置有與氣室連通的氣體入口 27和氣體出口沈，所述主閥閥體210側邊設置有一通孔，所述的該通孔內嵌入有輔閥閥體213的一端，所述的輔閥閥體213中心形成有與所述主閥閥體210的空腔連通的通道，所述的輔閥閥體213的另一端設置有輔線圈M，所述的輔閥閥體213的該端並位於輔助線圈M的中心設置有輔彈簧23，所述輔彈簧23位於主閥閥體210的這一端連接設置在支撐結構213的通道內的滑杆25的一端，所述滑杆25的另一端有選擇的插入在閥芯四的上凹槽211或下凹槽212內。如圖3所示，所述的氣體三通結構3包括有與氣體源1相連接的進氣通道K31，與調壓排空單元11相連接的第一出氣通道K32，以及與液氣混合單元13的進氣口相連接的第二出氣通道K33，其中，所述的第一出氣通道K32是通過由管路構成的空氣室與調壓排空單元11的調壓排空隔膜片116相連(如圖6所示)，或所述的第一出氣通道K32直接與調壓排空單元11的調壓排空隔膜片116相連，或所述的第一出氣通道K32被分成等經的兩個通道K34 ；此時所述的第一出氣通道K32即第一氣體出口 K32直接為調壓排空單元的空氣端， 這時三通結構3與所述的調壓排空單元11合併為一體，此時所述的第一出氣通道K32被分成了兩個通道，稱為第三出氣通道K34。第一出氣通道K32通道工作時不消耗壓縮空氣，僅為液體輸送系統的調壓排空單元的空氣端提供一定的壓力作用於膜片。所述的氣體三通結構3的進氣通道K31的通徑ΦΧ1、第一出氣通道K32的通徑ΦΧ2、第二出氣通道K33的通徑ΦΧ3以及第三出氣通道K34的通徑ΦΧ4之間的關係為ΦΧ1 = ΦΧ2、ΦΧ4為雙孔道，兩孔道面積之和與進氣通道Κ31孔道面積相當，ΦΧ1 遠大於ΦΧ3，典型地，適用於不大於13L排量柴油機的排放尾氣後處理，3. 5mm ^ ΦΧ1 = ΦΧ2 彡 6. 5mm, 0. 4mm 彡 ΦΧ3 彡 1. 2mm, 2. 5mm 彡 ΦΧ4 彡 3. 5mm，優選 ΦΧ1 = ΦΧ2 = 5mm, ΦΧ3 = 0. 8mm, ΦΧ4 = 3. 5mm。如圖4所示，所述的電子控制單元5包括微控制器58，所述的微控制器58的信號輸入端分別連接第一溫度信號採集單元51、液位和第二溫度信號採集單元52、第一壓力信號採集單元53、第二壓力信號採集單元M、流量信號採集單元55以及轉速或/和扭矩信號採集單元56，所述的微控制器58的信號輸出端分別連接直流電機驅動單元510、電磁閥驅動單元511、計量系統驅動單元512以及加熱系統驅動單元513，還設置有與電源4相連用於向該電子控制單元5提供電源的電源單元57以及與微控制器58相連的時鐘單元59。 其中，所述的第一溫度信號採集單元51的輸入端連接液體源8中的溫度傳感器；第二溫度信號採集單元52的輸入端連接調壓排空單元11中的溫度傳感器；所述的第一壓力信號採集單元53的輸入端連接調壓排空單元11中的壓力傳感器；第二壓力信號採集單元M為壓力採集備用單元；所述的流量信號採集單元陽連接計量單元12中的流量傳感器；所述的轉速或/和扭矩信號採集單元56的輸入端連接動力源6中的轉速傳感器；所述直流電機驅動單元510連接動力源6 ；所述的電磁閥驅動單元511連接空氣通斷電磁閥2的主輔驅動線圈；所述的計量系統驅動單元512連接計量單元12的通斷電磁閥驅動線圈；所述的加熱系統驅動單元513與本發明的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統配置的附加加熱系統繼電器組相連。電子控制單元的微控制器58選用16位微控制器，Infineon C166SV2核)(C166 系列微控制器、Freescale S12X系列微控制器、FUJITSU 16FX系列微控制器，優選型號 XE164G。上述液體輸送系統所述的動力源6為直流電機，該動力源依據液體輸送系統設計壽命和使用條件選用有刷直流電機、無刷直流電機。上述液體輸送系統所述的動力源6至少帶有轉速或扭矩採集系統之一，通過反饋轉速或負載，計算上述液體輸送系統所述的增壓單元10達到的壓力和流量區間。如圖5、圖6所示，所述的動力傳動機構7為一套三分支的偏心機構，該偏心機構將動力源輸出的旋轉運動轉化為增壓單元所需要的往復運動。所述的動力傳動機構7包括 殼體71，所述殼體71的一端為驅動埠 72，所述的殼體71內軸向形成有三個貫通孔，所述的三個貫通孔在遠離驅動埠 72的這端形成有限位凸臺73，所述的三個貫通孔內各插入有一膜片推桿76，所述膜片推桿76在位於驅動埠 72的這部分上形成有支撐凸臺74，所述的膜片推桿76上套有回位彈簧77，所述的回位彈簧77的一端限位於限位凸臺73處，另一端被支撐在支撐凸臺74上，所述的三個膜片推桿76位於驅動埠 71的這一端依次通過摩擦塊78和偏心盤79連接構成動力源6的電機的輸出軸75，三個膜片推桿76的另一端連接增壓單元10。如圖5、圖6所示，所述的增壓單元10為具有自吸能力的液壓泵，可為隔膜泵、齒輪泵、柱塞泵，在輸送尿素溶液時，依據輸送液體的特性和發動機排放尾氣後處理系統要求， 優選三腔室隔膜泵，具體包括進出液口連接塊100、增壓腔室殼體110、增壓膜片108、以及膜片式進液單向閥104、膜片式出液單向閥107 ；其中，進出液口連接塊100的一側與增壓腔室殼體110的一側通過螺栓緊密連接，增壓腔室殼體110的另一側與動力傳動機構7中的殼體71的一側通過螺栓緊密連接，增壓腔室殼體110與殼體71之間設置有增壓膜片108， 所述的增壓腔室殼體110在位於殼體71的一側設置有獨立的三個液體腔109，所述的三個液體腔(109)的一側與增壓膜片108之間形成容積可變化的蓄液空腔，所述的三個液體腔 109的另一側各自通過相應的流道連通一個膜片式進液單向閥104，所述的三個液體腔109 分別通過相應的出液流道106連通膜片式出液單向閥107，所述的進出液口連接塊100的一側內分別設置有主進液口 101和主出液口 105，主進液口 101與通過液體過濾單元9和相應的管道與液體源8相連，主出液口 105通過相應的管道與調壓排空單元11相連，所述的進出液口連接塊(100)的另一側內設置有一環形槽1011，環形槽1011的一側與主進液口 101連通，環形槽1011的另一側與增壓腔室殼體110上小孔道103連通，所述的小孔道103 由21個小孔組成，21個小孔道平均分成三組，三組小孔道103在環形槽1011圓周上均布， 每組小孔道103通過所述的相應的膜片式進液單向閥104與所述的相應的液體腔109相連通，所述的主出液口 105通過所述的膜片式出液單向閥107與出液口 106相連通。所述進出液口連接下蓋1011為尼龍材料，上述膜片進液單向閥、膜片出液單向閥材料選用聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、四丙氟橡膠、丁晴橡膠等耐鹼材料， 優選四丙氟橡膠。如圖7、圖8所示，所述的調壓排空單元11包括蓄壓腔118、調壓排空隔膜片116、 空氣室115 ；其中，所述蓄壓腔118上分別設置有與所述計量單元12相連的出液口 111、與增壓單元10相連的進液口 117和回流進液口 119，所述的回流進液口 119通過一個調壓排空隔膜片116與回流口 113相連，所述的回流口 113與液體源8相連，所述的調壓排空隔膜片116的上方設置有空氣室115，所述的空氣室115通過進氣口 114連接氣體三通結構3， 所述的蓄壓腔(118)內設置有壓力傳感器112，所述的蓄壓腔118上還可設置有溫度傳感器。所述的調壓排空隔膜片116材料選用聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、 聚偏氟乙烯(PVDF)、四丙氟橡膠、丁晴橡膠等耐鹼材料，優選四丙氟橡膠，調壓排空隔膜片 116中心部分能在空氣室中上下運動，調壓排空隔膜片116邊沿部分壓入隔膜室腔體內。所述的計量單元12依據不同的使用環境可以選擇電磁式流量計、渦街式流量計、 超聲波流量計、渦輪式流量計、齒輪轉子流量計、螺旋轉子流量計、橢圓轉子流量計、壓電式巴氏流量計、微型電磁噴嘴等，在尿素溶液輸送計量系統中，優選流量可控型齒輪轉子流量計或/和微型電磁噴嘴。如圖9所示，所述的液氣混合單元13為三通結構。並且，所述的液氣混合單元13 可以選擇不同結構的三通，都包括有與計量單元12相連的進液口 K132、與氣體三通結構3 相連的進氣品K131和與液氣輸送單元14相連的出液口 K133，所述的進液口 K132設置在進氣品K131與出液口 K133之間。圖中9中所示的進液口 K132的通徑ΦΧ2、進氣品K131的通徑ΦΧ1、出液口 K133 的通徑ΦΧ3及各夾角al、a2、a3，具有如下特徵，ΦΧ2遠大於ΦΧ1，ΦΧ3 ≈ ΦΧ2，典型地，適用於不大於13L排量柴油機的排放尾氣後處理，3. 5mm ≤ ΦΧ3≈ΦΧ2≤6. 5mm, 0. 4mm ≤ ΦXl ≤ 1. 2mm，15° ≤ al ≤ 90°，90° ≤ a2 ≤ 165°，90° ≤ a3 ≤ 270°，優選ΦΧ3 = ΦΧ2 = 5mm, ΦΧ3 = 0. 8mm, al = 90°，a2 = 90°，a3 = 180°，並優選附圖 7 中圖a3、b3所示的第三種結構形式，即混合腔布置在一個平面上，與該平面垂直布置三個通道，分別為進氣口 K131、進液口 K132、出液口 K133，進氣口 K131與出液口 K133之間具有一隔板。所述的液氣輸送單元14為一流體輸送管道，典型地，管道末端帶有小孔型霧化噴孔。本發明的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統的工作原理如下如附圖1所示，直流電源4為系統供電，氣體源1為系統提供一定壓力氣體，液體源8為系統提供待輸送的液體；本發明通過啟動準備階段、啟動階段、工作階段、停機階段等四個階段來完成整個工作過程。本發明的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統啟動準備階段，電子控制單元 5控制空氣通斷電磁閥2動作，使其通道中的氣體通/斷即閥的開啟/關閉狀態交替3次 10次，向液氣混合單元13和液氣輸送單元14中輸送脈動氣體，衝刷液氣混合通道，然後電子控制單元5控制空氣通斷電磁閥2動作後保持空氣通斷電磁閥2處於關閉狀態。本發明的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統啟動階段，電子控制單元5控制動力源6啟動，動力源6通過動力傳動機構7驅動增壓單元10運轉，增壓單元10將待輸送的液體從液體源8中經液體過濾單元9送入調壓排空單元11中，此時，調壓排空單元11 的調壓排空隔膜片116開啟，使調壓排空單元11的回流口 113與進液口 117導通，將調壓排空單元11的蓄壓腔118中的空氣排空，在輸液系統啟動階段，動力源6始終保持啟動運轉狀態，調壓排空隔膜片116始終保持開啟狀態，從液體源8送入調壓排空單元11中的輸送液體經調壓排空單元11的回流口 113流回液體源8中。本發明的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統進入工作階段時，電子控制單元5 —方面控制動力源6繼續運行，一方面控制空氣通斷電磁閥2處於導通狀態，調壓排空單元11的調壓排空隔膜片116關閉，使調壓排空單元的回流口 113與回流進液口 119斷開， 從而使調壓排空單元11的蓄壓腔118中的液體達到某一壓力區間[P1 P2]，該壓力區間需要依據實際運行的輸液工況確定，典型地，在發動機排放尾氣後處理系統中輸送尿素溶液時，該壓力區間[P1 P2]為1. 5bar ^ar ；另一方面，電子控制單元5根據輸送液體量的計算條件計算單位時間t需要輸送的液體量從，同時，電子控制單元5通過調壓排空單元 11的壓力傳感器測得蓄壓腔118內實際壓力值，通過調壓排空單元11的溫度傳感器測得蓄壓腔內實際溫度值，並根據待輸送液體在不同溫度、不同壓力下的不同密度值換算體積流量計算量或/和質量流量計算量，根據該計算液體量仏控制計量單元12動作使該單位時間t內輸送液體量達到或接近計算所需要的量& ；計量單元12計量出該單位間內的實際液體量qi，並計算該單位時間t內實際液體流量化與計算液體流量&之間的差值Δ&，AQi 用於下一單位時刻內進行液體流量修正控制，該單位時間t內通過計量單元12的液體進入液氣混合單元13後由氣體三通結構3的第二出氣通道K33持續輸送的空氣帶入液氣輸送單元14完成該單位時間t內液體輸送，該單位時間t的長度依據運行工況要求取10ms、 100ms、1000ms甚至更長，典型地，取t為微控制器的若干個時鐘周期；依據上述控制邏輯周而復始的控制空氣通斷電磁閥2、動力源6、計量單元12穩定地輸送液體，直到計算出下一單位時間t內計算液體量A為零；每隔3個 10個循環，依據調壓排空單元11的蓄壓腔中的液體壓力值調整一次動力源6的控制信號，以調整動力源6輸出轉速或/和扭矩，使調壓排空單元11的蓄壓腔118中的液體壓力值維持在[P1 P2]壓力區間。
本發明輸液系統運行過程中，計算出某一單位時間t內所需的計算液體量A為零時，電子控制單元5 —方面控制計量單元12與動力源6立即停止運行，另一方面進行工況判斷，計算後續單位時間內需要輸送的液體量，並根據工況判斷值控制空氣通斷電磁閥2 動作後來決定空氣通斷電磁閥2所處的啟/閉狀態。
權利要求
1.一種液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，其特徵在於，包括氣體源(1)、空氣通斷電磁閥O)、氣體三通結構(3)、電源G)、電子控制單元(5)、動力源(6)、動力傳動機構(7)、液體源(8)、液體過濾單元(9)、增壓單元(10)、調壓排空單元(11)、計量單元(12)、 液氣混合單元(1 和液氣輸送單元(14)；其中，輸出壓縮氣體的氣體源(1)通過空氣通斷電磁閥(2)連接氣體三通結構(3)，所述的氣體三通結構(3)分別連接調壓排空單元(11) 和液氣混合單元(1 ；輸出驅動動力的動力源(6)通過動力傳動機構(7)連接增壓單元 (10)的膈膜片；為輸液系統提供待輸送液體的液體源( 的液體輸出口通過液體過濾單元 (9)連接增壓單元(10)，所述的增壓單元(10)的液體輸出端連接調壓排空單元(11)的液體輸入端，調壓排空單元(11)的液體回流端連接液體源(8)的液體回流口，所述的調壓排空單元(11)的液體輸出端通過計量單元(1 連接液氣混合單元(13)，所述的液氣混合單元(1 的液體輸出端連接液氣輸送單元(14)，輸送的液體通過液氣輸送單元(14)輸送到待輸送的目的地。
2.根據權利要求1所述的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，其特徵在於，所述的電源⑷為電子控制單元(5)提供直流工作電源；所述的電子控制單元(5)通過信號線連接動力源(6)、液體源(8)、調壓排空單元(11)和計量單元(1 ；其中，所述的電子控制單元( 通過轉矩傳感器和/或轉速傳感器從動力源(6)處獲取動力源(6)輸出轉矩和/或轉速信息，所述的電子控制單元( 通過溫度傳感器和液位傳感器從液體源(8)處獲取液體源(8)的溫度信息和液位信息，所述的電子控制單元( 通過溫度傳感器和壓力傳感器從調壓排空單元(11)處獲取調壓排空單元(11)內液體的溫度信息和壓力信息，所述的電子控制單元( 通過流量傳感器從計量單元(1 處獲取計量單元(1 輸出流量信息；所述的電子控制單元(5)通過控制線連接空氣通斷電磁閥O)、動力源(6)和計量單元(12)，其中，所述的電子控制單元(5)通過控制線控制空氣通斷電磁閥(2)通斷電，實現空氣通斷電磁閥O)閥芯動作，所述的電子控制單元(5)通過控制線控制動力源(6)通斷電，實現動力源(6)動力輸出，所述的電子控制單元( 通過控制線控制計量單元(12)通斷電，實現計量單元(12)計量裝置動作。
3.根據權利要求1所述的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，其特徵在於，所述的空氣通斷電磁閥(2)採用低功耗雙穩態兩位兩通電磁閥，包括內部形成有空腔的主閥閥體010)，設置在主閥閥體(210)上部的主線圈(21)，設置在主閥閥體O10)空腔內並位於主線圈中心的主彈簧(22)，連接在主彈簧02)下端並位於主閥閥體OlO)空腔內的閥芯( )，連接在閥芯09)底部的密封塊( )，所述的閥芯09)的側面設置有一上凹槽(211)和一下凹槽012)，所述的主閥閥體(210)的底端分別設置有與氣室連通的氣體入口、2Τ)和氣體出口(沈)，所述主閥閥體(210)側邊設置有一通孔，所述的該通孔內嵌入有輔閥閥體013)的一端，所述的輔閥閥體013)中心形成有與所述主閥閥體OlO)的空腔連通的通道，所述的輔閥閥體013)的另一端設置有輔線圈(M)，所述的輔閥閥體(213) 的該端並位於輔助線圈04)的中心設置有輔彈簧(23)，所述輔彈簧03)位於主閥閥體 (210)的這一端連接設置在支撐結構013)的通道內的滑杆05)的一端，所述滑杆05)的另一端有選擇的插入在閥芯09)的上凹槽011)或下凹槽012)內。
4.根據權利要求1所述的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，其特徵在於， 所述的氣體三通結構(3)包括有與氣體源(1)相連接的進氣通道(Κ31)，與調壓排空單元(11)相連接的第一出氣通道(K32)，以及與液氣混合單元(1 的進氣口相連接的第二出氣通道(K33)，其中，所述的第一出氣通道(1(3 是通過由管路構成的空氣室與調壓排空單元(11)的調壓排空隔膜片(116)相連，或所述的第一出氣通道0(3 直接與調壓排空單元(11)的調壓排空隔膜片(116)相連，或所述的第一出氣通道0(3 被分成等經的兩個通道(K34)；所述的氣體三通結構(3)的進氣通道(K31)、第一出氣通道(K32)、第一出氣通道 (K33)的通徑ΦΧ1、ΦΧ2、ΦΧ3之間的關係為，ΦΧ1 = ΦΧ2, ΦΧ1大於ΦΧ3。
5.根據權利要求1所述的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，其特徵在於，所述的電子控制單元( 包括微控制器(58)，所述的微控制器(58)的信號輸入端分別連接第一溫度信號採集單元(51)、第二溫度信號採集單元(52)、第一壓力信號採集單元(53)、 第二壓力信號採集單元(M)、流量信號採集單元(5 以及轉速或/和扭矩信號採集單元 (56)；所述的微控制器(58)的信號輸出端分別連接直流電機驅動單元(510)、電磁閥驅動單元(511)、計量系統驅動單元(512)以及加熱系統驅動單元(513)；還設置有與電源(4) 相連用於向該電子控制單元( 提供電源的電源單元(57)以及與微控制器(58)相連的時鐘單元(59)。
6.根據權利要求1所述的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，其特徵在於，所述的動力傳動機構(7)包括殼體(71)、電機的輸出軸(75)、偏心盤(79)、摩擦塊(78)、 膜片推桿(76)、回位彈簧(77)；其中，所述殼體(71)的一端為驅動埠(72)，所述的殼體 (71)內軸向形成有三個貫通孔，所述的三個貫通孔在遠離驅動埠(71)的這端形成有限位凸臺(73)，所述的三個貫通孔內各插入有一膜片推桿(76)，所述膜片推桿(76)在位於驅動埠的這部分上形成有支撐凸臺(74)，所述的膜片推桿(76)上套有回位彈簧(77)，所述的回位彈簧(77)的一端限位於限位凸臺(73)處，另一端被支撐在支撐凸臺(74) 上，所述的三個膜片推桿(76)位於驅動埠 m的這一端與摩擦塊(78)相接觸，摩擦塊(78)與偏心盤(79)連接，偏心盤(79)與動力源(6)的電機的輸出軸(7 通過過盈配合連接，三個膜片推桿(76)的另一端連接增壓單元(10)的增壓膜片(108)。
7.根據權利要求1所述的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，其特徵在於，所述的增壓單元(10)包括進出液口連接塊(100)、增壓腔室殼體(110)、增壓膜片(108)、以及膜片式進液單向閥(104)、膜片式出液單向閥(107)；其中，進出液口連接塊(100)的一側與增壓腔室殼體(110)的一側通過螺栓緊密連接，增壓腔室殼體(110)的另一側與動力傳動機構(7)中的殼體(71)的一側通過螺栓緊密連接，增壓腔室殼體(110)與殼體(71)之間設置有增壓膜片(108)，所述的增壓腔室殼體(110)在位於殼體(71)的一側設置有獨立的三個液體腔(109)，所述的三個液體腔(109)的一側與增壓膜片(108)之間形成容積可變化的蓄液空腔，所述的三個液體腔(109)的另一側各自通過相應的流道連通一個膜片式進液單向閥(104)，所述的三個液體腔(109)分別通過相應的出液流道(106)連通膜片式出液單向閥(107)，所述的進出液口連接塊(100)的一側內分別設置有主進液口(101)和主出液口(105)，主進液口(101)與通過液體過濾單元(9)和相應的管道與液體源(8)相連， 主出液口(10 通過相應的管道與調壓排空單元(11)相連，所述的進出液口連接塊(100) 的另一側內設置有一環形槽(1011)，環形槽(1011)的一側與主進液口(101)連通，環形槽 (1011)的另一側與增壓腔室殼體(110)上小孔道(103)連通，所述的小孔道(103)由21個小孔組成，21個小孔道平均分成三組，三組小孔道(10 在環形槽(1011)圓周上均布，每組小孔道(10 通過所述的相應的膜片式進液單向閥(104)與所述的相應的液體腔(109)相連通，所述的主出液口(105)通過所述的膜片式出液單向閥(107)與出液口(106)相連通。
8.根據權利要求1所述的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，其特徵在於，所述的調壓排空單元(11)包括蓄壓腔(118)、調壓排空隔膜片(116)、空氣室(115)；其中， 所述蓄壓腔(118)上分別設置有與所述計量單元(1 相連的出液口(111)、與增壓單元 (10)相連的進液口(117)和回流進液口(119)，所述的回流進液口(119)通過一個調壓排空隔膜片(116)與回流口(113)相連，所述的回流口(113)與液體源⑶相連，所述的調壓排空隔膜片(116)的上方設置有空氣室(115)，所述的空氣室(115)通過進氣口(114)連接氣體三通結構(3)，所述的蓄壓腔(118)內設置有壓力傳感器(112)，所述的蓄壓腔(118) 上還可設置有溫度傳感器。
9.根據權利要求1所述的液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，其特徵在於，所述的液氣混合單元(1 為一個三通結構，包括有與計量單元(1 相連的進液口(K132)、與氣體三通結構(3)相連的進氣口(K131)和與液氣輸送單元(14)相連的出液口(K133)；所述的進氣口(K131)、進液口 (K132)和出液口 (K133)的通徑ΦΧ1、ΦΧ2和ΦΧ3之間的關係為 ΦΧ2 大於 ΦΧ1，ΦΧ3 = ΦΧ2，夾角 al、a2、a3 為 15° <= al<= 90°，90° <=a2<= 165°， 90° <=a3 <=270°。
全文摘要
一種液體精密計量及氣體輔助輸送的輸液系統，輸出壓縮氣體的氣體源通過空氣通斷電磁閥連接氣體三通結構，氣體三通結構分別連接調壓排空單元和液氣混合單元；輸出驅動動力的動力源通過動力傳動機構連接增壓單元的膈膜片；為輸液系統提供待輸送液體的液體源的液體輸出口通過液體過濾單元連接增壓單元，增壓單元的液體輸出端連接調壓排空單元的液體輸入端，調壓排空單元的液體回流端連接液體源的液體回流口，調壓排空單元的液體輸出端通過計量單元連接液氣混合單元，液氣混合單元的液體輸出端連接液氣輸送單元，輸送的液體通過液氣輸送單元輸送到待輸送的目的地。本發明計量精確、輸送壓力低、輸送能耗低、能防止溶液結晶堵塞、防止溶液汙染堵塞。
文檔編號F17D3/18GK102563353SQ20121004800
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者於鎰隆, 劉雙喜, 楊建軍, 慄國, 馬傑 申請人:中國汽車技術研究中心