专利名称：液体精密计量及气体辅助输送的输液系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种输液系统。特别是涉及一种低增压的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统。
背景技术：
液体的高精密计量、低增压输送在储运、化工、制药、环保等领域中应用广泛，典型地，在发动机排放尾气后处理系统中，在适当的温度下，按时、适量输送一定浓度的尿素溶液至发动机排气管内，能有效降低发动机排放尾气中的氮氧化物(NOx)。专利《一种用于混合尿素和空气的混合装置》(公开公布号CN101203664A)，和《一种空气辅助动力雾化尿素还原剂喷射控制系统》(公开公布号CN101793184A)，都公开一种用于发动机排放尾气后处理系统的空气辅助液体输送装置和系统。但在目前已有技术中，计量精度、输送压力、输送能耗、以及防止溶液结晶堵塞、防止溶液污染堵塞等方面都还存在不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够高精度计量液体的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统。本发明所采用的技术方案是一种液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，包括气体源、空气通断电磁阀、气体三通结构、电源、电子控制单元、动力源、动力传动机构、 液体源、液体过滤单元、增压单元、调压排空单元、计量单元、液气混合单元和液气输送单元；其中，输出压缩气体的气体源通过空气通断电磁阀连接气体三通结构，所述的气体三通结构分别连接调压排空单元和液气混合单元；输出驱动动力的动力源通过动力传动机构连接增压单元的膈膜片；为输液系统提供待输送液体的液体源的液体输出口通过液体过滤单元连接增压单元，所述的增压单元的液体输出端连接调压排空单元的液体输入端，调压排空单元的液体回流端连接液体源的液体回流口，所述的调压排空单元的液体输出端通过计量单元连接液气混合单元，所述的液气混合单元的液体输出端连接液气输送单元，输送的液体通过液气输送单元输送到待输送的目的地。所述的电源为电子控制单元提供直流工作电源；所述的电子控制单元通过信号线连接动力源、液体源、调压排空单元和计量单元；其中，所述的电子控制单元通过转矩传感器和/或转速传感器从动力源处获取动力源输出转矩和/或转速信息，所述的电子控制单元通过温度传感器和液位传感器从液体源处获取液体源的温度信息和液位信息，所述的电子控制单元通过温度传感器和压力传感器从调压排空单元处获取调压排空单元内液体的温度信息和压力信息，所述的电子控制单元通过流量传感器从计量单元处获取计量单元输出流量信息；所述的电子控制单元通过控制线连接空气通断电磁阀、动力源和计量单元，其中，所述的电子控制单元通过控制线控制空气通断电磁阀通断电，实现空气通断电磁阀阀芯动作，所述的电子控制单元通过控制线控制动力源通断电，实现动力源动力输出，所述的电子控制单元通过控制线控制计量单元通断电，实现计量单元计量装置动作。
所述的空气通断电磁阀采用低功耗双稳态两位两通电磁阀，包括内部形成有空腔的主阀阀体，设置在主阀阀体上部的主线圈，设置在主阀阀体空腔内并位于主线圈中心的主弹簧，连接在主弹簧下端并位于主阀阀体空腔内的阀芯，连接在阀芯底部的密封块，所述的阀芯的侧面设置有一上凹槽和一下凹槽，所述的主阀阀体的底端分别设置有与气室连通的气体入口和气体出口，所述主阀阀体侧边设置有一通孔，所述的该通孔内嵌入有辅阀阀体的一端，所述的辅阀阀体中心形成有与所述主阀阀体的空腔连通的通道，所述的辅阀阀体的另一端设置有辅线圈，所述的辅阀阀体的该端并位于辅助线圈的中心设置有辅弹簧，所述辅弹簧位于主阀阀体的这一端连接设置在支撑结构的通道内的滑杆的一端，所述滑杆的另一端有选择的插入在阀芯的上凹槽或下凹槽内。所述的气体三通结构包括有与气体源相连接的进气通道，与调压排空单元相连接的第一出气通道，以及与液气混合单元的进气口相连接的第二出气通道，其中，所述的第一出气通道是通过由管路构成的空气室与调压排空单元的调压排空隔膜片相连，或所述的第一出气通道直接与调压排空单元的调压排空隔膜片相连，或所述的第一出气通道被分成等经的两个通道；所述的气体三通结构的进气通道、第一出气通道、第一出气通道的通径 ΦΧ1、ΦΧ2、ΦΧ3 之间的关系为，ΦΧ1 = ΦΧ2, ΦΧ1 大于 ΦΧ3。所述的电子控制单元包括微控制器，所述的微控制器(58)的信号输入端分别连接第一温度信号采集单元、第二温度信号采集单元、第一压力信号采集单元、第二压力信号采集单元、流量信号采集单元以及转速或/和扭矩信号采集单元；所述的微控制器的信号输出端分别连接直流电机驱动单元、电磁阀驱动单元、计量系统驱动单元以及加热系统驱动单元；还设置有与电源相连用于向该电子控制单元( 提供电源的电源单元以及与微控制器(58)相连的时钟单元。所述的动力传动机构包括壳体、电机的输出轴、偏心盘、摩擦块、膜片推杆、回位弹簧；其中，所述壳体的一端为驱动端口，所述的壳体内轴向形成有三个贯通孔，所述的三个贯通孔在远离驱动端口的这端形成有限位凸台，所述的三个贯通孔内各插入有一膜片推杆，所述膜片推杆在位于驱动端口的这部分上形成有支撑凸台，所述的膜片推杆上套有回位弹簧，所述的回位弹簧的一端限位于限位凸台处，另一端被支撑在支撑凸台上，所述的三个膜片推杆位于驱动端口的这一端与摩擦块相接触，摩擦块与偏心盘连接，偏心盘与动力源的电机的输出轴通过过盈配合连接，三个膜片推杆的另一端连接增压单元的增压膜片。所述的增压单元包括进出液口连接块、增压腔室壳体、增压膜片、以及膜片式进液单向阀、膜片式出液单向阀；其中，进出液口连接块的一侧与增压腔室壳体的一侧通过螺栓紧密连接，增压腔室壳体的另一侧与动力传动机构中的壳体的一侧通过螺栓紧密连接， 增压腔室壳体与壳体之间设置有增压膜片，所述的增压腔室壳体在位于壳体的一侧设置有独立的三个液体腔，所述的三个液体腔的一侧与增压膜片之间形成容积可变化的蓄液空腔，所述的三个液体腔的另一侧各自通过相应的流道连通一个膜片式进液单向阀，所述的三个液体腔分别通过相应的出液流道连通膜片式出液单向阀，所述的进出液口连接块的一侧内分别设置有主进液口和主出液口，主进液口与通过液体过滤单元和相应的管道与液体源相连，主出液口通过相应的管道与调压排空单元相连，所述的进出液口连接块的另一侧内设置有一环形槽，环形槽的一侧与主进液口连通，环形槽的另一侧与增压腔室壳体上小孔道连通，所述的小孔道由21个小孔组成，21个小孔道平均分成三组，三组小孔道在环形槽圆周上均布，每组小孔道通过所述的相应的膜片式进液单向阀与所述的相应的液体腔相连通，所述的主出液口通过所述的膜片式出液单向阀与出液口相连通。所述的调压排空单元包括蓄压腔、调压排空隔膜片、空气室；其中，所述蓄压腔上分别设置有与所述计量单元相连的出液口、与增压单元相连的进液口和回流进液口，所述的回流进液口通过一个调压排空隔膜片与回流口相连，所述的回流口与液体源相连，所述的调压排空隔膜片的上方设置有空气室，所述的空气室通过进气口连接气体三通结构， 所述的蓄压腔内设置有压力传感器，所述的蓄压腔上还可设置有温度传感器。所述的液气混合单元为一个三通结构，包括有与计量单元相连的进液口、与气体三通结构相连的进气口和与液气输送单元相连的出液口 ；所述的进气口、进液口和出液口的通径ΦΧ1、ΦΧ2和ΦΧ3之间的关系为ΦΧ2大于ΦΧ1，ΦΧ3 = ΦΧ2，夹角al、a2、a3为 15° 彡 al 彡 90°，90° ^ a2 ^ 165°，90° ^ a3 ^ 270°。本发明的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，提供一种计量精确、输送压力低、输送能耗低、能防止溶液结晶堵塞、防止溶液污染堵塞的液体输送系统。该系统计量精确通过高精度计量装置予以实现，输送压力通过两级增压，每级增压都在:3bar ^ar的低压区域，这样输送能耗低，辅助空气的控制方面设计一套专用的双弹簧双线圈空气阀结构，该法在保持状态依靠弹簧工作，没有能耗要求，因而整体输送能耗低、本发明的关键部位设计了防结晶物和污染物赌赛的结构。
21主线圈22 主弹簧
23辅弹簧24 辅线圈
25滑竿26 气体出口
27气体入口28 密封块
29阀芯210 主阀阀体
211上凹槽212 下凹槽
210辅阀阀体
图3中的(a) (f)是本发明6种不同的气体三通结构的结52 液位和第二温度信号采集单元
54 第二压力信号采集单元
56 转速或/和扭矩信号采集单元
58 微控制器
510 直流电机驱动单元
512 计量系统的驱动单元图中，K31 进气通道K32 第一出气通道K33 第二出气通道 116 调压排空模块隔膜片K34 分开布置的第一出气通道图4是电子控制单元模块的构成框图；图中，51 第一温度信号采集单元53 第一压力信号采集单元55:流量信号采集单元57 电源单元59:时钟单元511:电磁阀驱动单元513 加热系统的驱动单元图5是动力传动机构及增压模块的结构示意图；图中，104:膜片式进液单向阀 105:主出液口106:出液流道1011 环形槽图6是图5的A-A剖示图；图中，7 动力传动机构71 动力传动机构的壳体73:限位凸台75:电机输出轴77:回位弹簧79 偏心盘100:进出液口连接块103 小孔道105 主出液107:膜片式出液单向阀109 液体腔1011 环形槽图7是调压排空模块结构示意图；图8图7的侧视图；图中，111 出液口 112 压力和/或温度传感器113:回流口 114:进气口115:空气室 116:调压排空隔膜片117:进液口 118:蓄压腔119:回流进液口
10 增压模块 72 驱动端口 74 支撑凸台 76 膜片推杆 78 摩擦块
101 主进液口 104 膜片式进液单向阀 106 出液流道 108 增压膜片 110 增压腔室壳体
图9是3种不同结构的液气混合模块的结构示意图；其中，al、a2、a3是3种结构的主视图bl、b2、b3是相应结构的俯视中，K131:进气口kl32:进液口K133:出液口
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统做出详细说明。如图1所示，本发明的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，包括气体源1、 空气通断电磁阀2、气体三通结构3、电源4、电子控制单元5、动力源6、动力传动机构7、液体源8、液体过滤单元9、增压单元10、调压排空单元11、计量单元12、液气混合单元13和液气输送单元14 ；其中，输出压缩气体的气体源1通过空气通断电磁阀2连接气体三通结构3，所述的气体三通结构3分别连接调压排空单元11和液气混合单元13 ；输出驱动动力的动力源6通过动力传动机构7连接增压单元10的增压膜片108 ；为输液系统提供待输送液体的液体源8的液体输出口通过液体过滤单元9连接增压单元10，所述的增压单元10的液体输出端连接调压排空单元11的液体输入端，调压排空单元11的液体回流端连接液体源8的液体回流口，所述的调压排空单元11的液体输出端通过计量单元12连接液气混合单元13，所述的液气混合单元13的液体输出端连接液气输送单元14，输送的液体通过液气输送单元14输送到待输送的目的地。所述的动力源6、液体源8、调压排空单元11和计量单元12的反馈信号输出连接所述的电子控制单元5的信号输入端。所述的电源4为直流开关电源或车载电源，典型地， 应用于车辆排放尾气后处理时，采用车载24V直流电源。所述的电源4为电子控制单元5提供直流工作电源；所述的电子控制单元5通过信号线连接动力源6、液体源8、调压排空单元 11和计量单元12，其中，所述的电子控制单元5通过转矩传感器和/或转速传感器从动力源6处获取动力源6输出转矩和/或转速信息，所述的电子控制单元5通过温度传感器和液位传感器从液体源8处获取液体源8的温度信息和液位信息，所述的电子控制单元5通过温度传感器和压力传感器从调压排空单元11处获取调压排空单元11内液体的温度信息和压力信息，所述的电子控制单元5通过流量传感器从计量单元12处获取计量单元12输出流量信息；所述的电子控制单元5通过控制线连接空气通断电磁阀2、动力源6和计量单元12，其中，所述的电子控制单元5通过控制线控制空气通断电磁阀2通断电，实现空气通断电磁阀2阀芯动作，所述的电子控制单元5通过控制线控制动力源6通断电，实现动力源 6动力输出，所述的电子控制单元5通过控制线控制计量单元12通断电，实现计量单元12 计量装置动作。本发明的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，所述的气体源1为压缩气体，优选压缩空气，在特殊应用领域可选氮气或者惰性气体，其输出调节压力值为:3bar，最高压力值不超过^ar。本发明采用增压单元增压和空气辅助增压两级增压，各级增压不大于:3bar，增压最大值不超过^ar。所述的液体源8为待输送的、未加压的液体，典型地，在发动机排放尾气后处理系统中，该液体为质量浓度为32. 5%的尿素溶液。所述的液体过滤单元9为一滤布袋，其过滤孔目数在400 1200目之间，优选800目。所述的空气通断电磁阀2采用低功耗双稳态两位两通电磁阀，具有两位两通双稳态特征，即至少包括一主一辅两套驱动线圈、一主一幅两套回位弹簧，主阀阀芯上具有两个定位孔，辅阀滑竿可伸入主阀阀芯两孔的任意一孔，以保持主阀阀芯在两个不同的稳态位置，其中一个位置为阀的开启状态，另一位置为阀的关闭状态，实现阀开启和关闭动作时， 辅驱动线圈和主驱动线圈依次通电使滑竿和阀芯动作，保持阀开启和关闭状态时，辅阀滑竿伸入主阀阀芯定位孔内，主辅驱动线圈都无需通电，以降低功耗。空气通断电磁阀2，如图 2a、图2b所示，包括内部形成有空腔的主阀阀体210，设置在主阀阀体210上部的主线圈 21，设置在主阀阀体210空腔内并位于主线圈21中心的主弹簧22，连接在主弹簧22下端并位于主阀阀体210空腔内的阀芯四，连接在阀芯四底部的密封块观，所述的密封块28具有大于阀芯所在孔道直径0. 5% 2. 5%或大于阀芯所在孔道直径IOmm 15mm的两尺寸结构；应用于尿素溶液输送时，所述的密封块材料选用聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯 (FEP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、四丙氟橡胶、丁晴橡胶等耐碱材料，优选四丙氟橡胶。当所述的密封块观具有大于阀芯所在孔道直径0. 5% 2. 5%的尺寸结构时，密封块整体随阀芯上下运动，挂擦阀芯所在孔道内表面，防止输送溶液在阀芯所在孔道内结晶带来的阀体关闭不严的影响。当所述的密封块具有大于阀芯所在孔道直径IOmm 15mm的尺寸结构时，密封块中心随阀芯上下运动，密封块边沿压入阀体内固定不动，致使阀体孔道内没有结晶形成。所述的阀芯四的侧面设置有一上凹槽211和一下凹槽212，所述的主阀阀体210 的底端分别设置有与气室连通的气体入口 27和气体出口沈，所述主阀阀体210侧边设置有一通孔，所述的该通孔内嵌入有辅阀阀体213的一端，所述的辅阀阀体213中心形成有与所述主阀阀体210的空腔连通的通道，所述的辅阀阀体213的另一端设置有辅线圈M，所述的辅阀阀体213的该端并位于辅助线圈M的中心设置有辅弹簧23，所述辅弹簧23位于主阀阀体210的这一端连接设置在支撑结构213的通道内的滑杆25的一端，所述滑杆25的另一端有选择的插入在阀芯四的上凹槽211或下凹槽212内。如图3所示，所述的气体三通结构3包括有与气体源1相连接的进气通道K31，与调压排空单元11相连接的第一出气通道K32，以及与液气混合单元13的进气口相连接的第二出气通道K33，其中，所述的第一出气通道K32是通过由管路构成的空气室与调压排空单元11的调压排空隔膜片116相连(如图6所示)，或所述的第一出气通道K32直接与调压排空单元11的调压排空隔膜片116相连，或所述的第一出气通道K32被分成等经的两个通道K34 ；此时所述的第一出气通道K32即第一气体出口 K32直接为调压排空单元的空气端， 这时三通结构3与所述的调压排空单元11合并为一体，此时所述的第一出气通道K32被分成了两个通道，称为第三出气通道K34。第一出气通道K32通道工作时不消耗压缩空气，仅为液体输送系统的调压排空单元的空气端提供一定的压力作用于膜片。所述的气体三通结构3的进气通道K31的通径ΦΧ1、第一出气通道K32的通径ΦΧ2、第二出气通道K33的通径ΦΧ3以及第三出气通道K34的通径ΦΧ4之间的关系为ΦΧ1 = ΦΧ2、ΦΧ4为双孔道，两孔道面积之和与进气通道Κ31孔道面积相当，ΦΧ1 远大于ΦΧ3，典型地，适用于不大于13L排量柴油机的排放尾气后处理，3. 5mm ^ ΦΧ1 = ΦΧ2 彡 6. 5mm, 0. 4mm 彡 ΦΧ3 彡 1. 2mm, 2. 5mm 彡 ΦΧ4 彡 3. 5mm，优选 ΦΧ1 = ΦΧ2 = 5mm, ΦΧ3 = 0. 8mm, ΦΧ4 = 3. 5mm。如图4所示，所述的电子控制单元5包括微控制器58，所述的微控制器58的信号输入端分别连接第一温度信号采集单元51、液位和第二温度信号采集单元52、第一压力信号采集单元53、第二压力信号采集单元M、流量信号采集单元55以及转速或/和扭矩信号采集单元56，所述的微控制器58的信号输出端分别连接直流电机驱动单元510、电磁阀驱动单元511、计量系统驱动单元512以及加热系统驱动单元513，还设置有与电源4相连用于向该电子控制单元5提供电源的电源单元57以及与微控制器58相连的时钟单元59。 其中，所述的第一温度信号采集单元51的输入端连接液体源8中的温度传感器；第二温度信号采集单元52的输入端连接调压排空单元11中的温度传感器；所述的第一压力信号采集单元53的输入端连接调压排空单元11中的压力传感器；第二压力信号采集单元M为压力采集备用单元；所述的流量信号采集单元阳连接计量单元12中的流量传感器；所述的转速或/和扭矩信号采集单元56的输入端连接动力源6中的转速传感器；所述直流电机驱动单元510连接动力源6 ；所述的电磁阀驱动单元511连接空气通断电磁阀2的主辅驱动线圈；所述的计量系统驱动单元512连接计量单元12的通断电磁阀驱动线圈；所述的加热系统驱动单元513与本发明的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统配置的附加加热系统继电器组相连。电子控制单元的微控制器58选用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，优选型号 XE164G。上述液体输送系统所述的动力源6为直流电机，该动力源依据液体输送系统设计寿命和使用条件选用有刷直流电机、无刷直流电机。上述液体输送系统所述的动力源6至少带有转速或扭矩采集系统之一，通过反馈转速或负载，计算上述液体输送系统所述的增压单元10达到的压力和流量区间。如图5、图6所示，所述的动力传动机构7为一套三分支的偏心机构，该偏心机构将动力源输出的旋转运动转化为增压单元所需要的往复运动。所述的动力传动机构7包括 壳体71，所述壳体71的一端为驱动端口 72，所述的壳体71内轴向形成有三个贯通孔，所述的三个贯通孔在远离驱动端口 72的这端形成有限位凸台73，所述的三个贯通孔内各插入有一膜片推杆76，所述膜片推杆76在位于驱动端口 72的这部分上形成有支撑凸台74，所述的膜片推杆76上套有回位弹簧77，所述的回位弹簧77的一端限位于限位凸台73处，另一端被支撑在支撑凸台74上，所述的三个膜片推杆76位于驱动端口 71的这一端依次通过摩擦块78和偏心盘79连接构成动力源6的电机的输出轴75，三个膜片推杆76的另一端连接增压单元10。如图5、图6所示，所述的增压单元10为具有自吸能力的液压泵，可为隔膜泵、齿轮泵、柱塞泵，在输送尿素溶液时，依据输送液体的特性和发动机排放尾气后处理系统要求， 优选三腔室隔膜泵，具体包括进出液口连接块100、增压腔室壳体110、增压膜片108、以及膜片式进液单向阀104、膜片式出液单向阀107 ；其中，进出液口连接块100的一侧与增压腔室壳体110的一侧通过螺栓紧密连接，增压腔室壳体110的另一侧与动力传动机构7中的壳体71的一侧通过螺栓紧密连接，增压腔室壳体110与壳体71之间设置有增压膜片108， 所述的增压腔室壳体110在位于壳体71的一侧设置有独立的三个液体腔109，所述的三个液体腔(109)的一侧与增压膜片108之间形成容积可变化的蓄液空腔，所述的三个液体腔 109的另一侧各自通过相应的流道连通一个膜片式进液单向阀104，所述的三个液体腔109 分别通过相应的出液流道106连通膜片式出液单向阀107，所述的进出液口连接块100的一侧内分别设置有主进液口 101和主出液口 105，主进液口 101与通过液体过滤单元9和相应的管道与液体源8相连，主出液口 105通过相应的管道与调压排空单元11相连，所述的进出液口连接块(100)的另一侧内设置有一环形槽1011，环形槽1011的一侧与主进液口 101连通，环形槽1011的另一侧与增压腔室壳体110上小孔道103连通，所述的小孔道103 由21个小孔组成，21个小孔道平均分成三组，三组小孔道103在环形槽1011圆周上均布， 每组小孔道103通过所述的相应的膜片式进液单向阀104与所述的相应的液体腔109相连通，所述的主出液口 105通过所述的膜片式出液单向阀107与出液口 106相连通。所述进出液口连接下盖1011为尼龙材料，上述膜片进液单向阀、膜片出液单向阀材料选用聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、四丙氟橡胶、丁晴橡胶等耐碱材料， 优选四丙氟橡胶。如图7、图8所示，所述的调压排空单元11包括蓄压腔118、调压排空隔膜片116、 空气室115 ；其中，所述蓄压腔118上分别设置有与所述计量单元12相连的出液口 111、与增压单元10相连的进液口 117和回流进液口 119，所述的回流进液口 119通过一个调压排空隔膜片116与回流口 113相连，所述的回流口 113与液体源8相连，所述的调压排空隔膜片116的上方设置有空气室115，所述的空气室115通过进气口 114连接气体三通结构3， 所述的蓄压腔(118)内设置有压力传感器112，所述的蓄压腔118上还可设置有温度传感器。所述的调压排空隔膜片116材料选用聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、 聚偏氟乙烯(PVDF)、四丙氟橡胶、丁晴橡胶等耐碱材料，优选四丙氟橡胶，调压排空隔膜片 116中心部分能在空气室中上下运动，调压排空隔膜片116边沿部分压入隔膜室腔体内。所述的计量单元12依据不同的使用环境可以选择电磁式流量计、涡街式流量计、 超声波流量计、涡轮式流量计、齿轮转子流量计、螺旋转子流量计、椭圆转子流量计、压电式巴氏流量计、微型电磁喷嘴等，在尿素溶液输送计量系统中，优选流量可控型齿轮转子流量计或/和微型电磁喷嘴。如图9所示，所述的液气混合单元13为三通结构。并且，所述的液气混合单元13 可以选择不同结构的三通，都包括有与计量单元12相连的进液口 K132、与气体三通结构3 相连的进气品K131和与液气输送单元14相连的出液口 K133，所述的进液口 K132设置在进气品K131与出液口 K133之间。图中9中所示的进液口 K132的通径ΦΧ2、进气品K131的通径ΦΧ1、出液口 K133 的通径ΦΧ3及各夹角al、a2、a3，具有如下特征，ΦΧ2远大于ΦΧ1，ΦΧ3 ≈ ΦΧ2，典型地，适用于不大于13L排量柴油机的排放尾气后处理，3. 5mm ≤ ΦΧ3≈ΦΧ2≤6. 5mm, 0. 4mm ≤ ΦXl ≤ 1. 2mm，15° ≤ al ≤ 90°，90° ≤ a2 ≤ 165°，90° ≤ a3 ≤ 270°，优选ΦΧ3 = ΦΧ2 = 5mm, ΦΧ3 = 0. 8mm, al = 90°，a2 = 90°，a3 = 180°，并优选附图 7 中图a3、b3所示的第三种结构形式，即混合腔布置在一个平面上，与该平面垂直布置三个通道，分别为进气口 K131、进液口 K132、出液口 K133，进气口 K131与出液口 K133之间具有一隔板。所述的液气输送单元14为一流体输送管道，典型地，管道末端带有小孔型雾化喷孔。本发明的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统的工作原理如下如附图1所示，直流电源4为系统供电，气体源1为系统提供一定压力气体，液体源8为系统提供待输送的液体；本发明通过启动准备阶段、启动阶段、工作阶段、停机阶段等四个阶段来完成整个工作过程。本发明的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统启动准备阶段，电子控制单元 5控制空气通断电磁阀2动作，使其通道中的气体通/断即阀的开启/关闭状态交替3次 10次，向液气混合单元13和液气输送单元14中输送脉动气体，冲刷液气混合通道，然后电子控制单元5控制空气通断电磁阀2动作后保持空气通断电磁阀2处于关闭状态。本发明的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统启动阶段，电子控制单元5控制动力源6启动，动力源6通过动力传动机构7驱动增压单元10运转，增压单元10将待输送的液体从液体源8中经液体过滤单元9送入调压排空单元11中，此时，调压排空单元11 的调压排空隔膜片116开启，使调压排空单元11的回流口 113与进液口 117导通，将调压排空单元11的蓄压腔118中的空气排空，在输液系统启动阶段，动力源6始终保持启动运转状态，调压排空隔膜片116始终保持开启状态，从液体源8送入调压排空单元11中的输送液体经调压排空单元11的回流口 113流回液体源8中。本发明的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统进入工作阶段时，电子控制单元5 —方面控制动力源6继续运行，一方面控制空气通断电磁阀2处于导通状态，调压排空单元11的调压排空隔膜片116关闭，使调压排空单元的回流口 113与回流进液口 119断开， 从而使调压排空单元11的蓄压腔118中的液体达到某一压力区间[P1 P2]，该压力区间需要依据实际运行的输液工况确定，典型地，在发动机排放尾气后处理系统中输送尿素溶液时，该压力区间[P1 P2]为1. 5bar ^ar ；另一方面，电子控制单元5根据输送液体量的计算条件计算单位时间t需要输送的液体量从，同时，电子控制单元5通过调压排空单元 11的压力传感器测得蓄压腔118内实际压力值，通过调压排空单元11的温度传感器测得蓄压腔内实际温度值，并根据待输送液体在不同温度、不同压力下的不同密度值换算体积流量计算量或/和质量流量计算量，根据该计算液体量仏控制计量单元12动作使该单位时间t内输送液体量达到或接近计算所需要的量& ；计量单元12计量出该单位间内的实际液体量qi，并计算该单位时间t内实际液体流量化与计算液体流量&之间的差值Δ&，AQi 用于下一单位时刻内进行液体流量修正控制，该单位时间t内通过计量单元12的液体进入液气混合单元13后由气体三通结构3的第二出气通道K33持续输送的空气带入液气输送单元14完成该单位时间t内液体输送，该单位时间t的长度依据运行工况要求取10ms、 100ms、1000ms甚至更长，典型地，取t为微控制器的若干个时钟周期；依据上述控制逻辑周而复始的控制空气通断电磁阀2、动力源6、计量单元12稳定地输送液体，直到计算出下一单位时间t内计算液体量A为零；每隔3个 10个循环，依据调压排空单元11的蓄压腔中的液体压力值调整一次动力源6的控制信号，以调整动力源6输出转速或/和扭矩，使调压排空单元11的蓄压腔118中的液体压力值维持在[P1 P2]压力区间。
本发明输液系统运行过程中，计算出某一单位时间t内所需的计算液体量A为零时，电子控制单元5 —方面控制计量单元12与动力源6立即停止运行，另一方面进行工况判断，计算后续单位时间内需要输送的液体量，并根据工况判断值控制空气通断电磁阀2 动作后来决定空气通断电磁阀2所处的启/闭状态。
权利要求
1.一种液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，其特征在于，包括气体源(1)、空气通断电磁阀O)、气体三通结构(3)、电源G)、电子控制单元(5)、动力源(6)、动力传动机构(7)、液体源(8)、液体过滤单元(9)、增压单元(10)、调压排空单元(11)、计量单元(12)、 液气混合单元(1 和液气输送单元(14)；其中，输出压缩气体的气体源(1)通过空气通断电磁阀(2)连接气体三通结构(3)，所述的气体三通结构(3)分别连接调压排空单元(11) 和液气混合单元(1 ；输出驱动动力的动力源(6)通过动力传动机构(7)连接增压单元 (10)的膈膜片；为输液系统提供待输送液体的液体源( 的液体输出口通过液体过滤单元 (9)连接增压单元(10)，所述的增压单元(10)的液体输出端连接调压排空单元(11)的液体输入端，调压排空单元(11)的液体回流端连接液体源(8)的液体回流口，所述的调压排空单元(11)的液体输出端通过计量单元(1 连接液气混合单元(13)，所述的液气混合单元(1 的液体输出端连接液气输送单元(14)，输送的液体通过液气输送单元(14)输送到待输送的目的地。
2.根据权利要求1所述的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，其特征在于，所述的电源⑷为电子控制单元(5)提供直流工作电源；所述的电子控制单元(5)通过信号线连接动力源(6)、液体源(8)、调压排空单元(11)和计量单元(1 ；其中，所述的电子控制单元( 通过转矩传感器和/或转速传感器从动力源(6)处获取动力源(6)输出转矩和/或转速信息，所述的电子控制单元( 通过温度传感器和液位传感器从液体源(8)处获取液体源(8)的温度信息和液位信息，所述的电子控制单元( 通过温度传感器和压力传感器从调压排空单元(11)处获取调压排空单元(11)内液体的温度信息和压力信息，所述的电子控制单元( 通过流量传感器从计量单元(1 处获取计量单元(1 输出流量信息；所述的电子控制单元(5)通过控制线连接空气通断电磁阀O)、动力源(6)和计量单元(12)，其中，所述的电子控制单元(5)通过控制线控制空气通断电磁阀(2)通断电，实现空气通断电磁阀O)阀芯动作，所述的电子控制单元(5)通过控制线控制动力源(6)通断电，实现动力源(6)动力输出，所述的电子控制单元( 通过控制线控制计量单元(12)通断电，实现计量单元(12)计量装置动作。
3.根据权利要求1所述的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，其特征在于，所述的空气通断电磁阀(2)采用低功耗双稳态两位两通电磁阀，包括内部形成有空腔的主阀阀体010)，设置在主阀阀体(210)上部的主线圈(21)，设置在主阀阀体O10)空腔内并位于主线圈中心的主弹簧(22)，连接在主弹簧02)下端并位于主阀阀体OlO)空腔内的阀芯( )，连接在阀芯09)底部的密封块( )，所述的阀芯09)的侧面设置有一上凹槽(211)和一下凹槽012)，所述的主阀阀体(210)的底端分别设置有与气室连通的气体入口、2Τ)和气体出口(沈)，所述主阀阀体(210)侧边设置有一通孔，所述的该通孔内嵌入有辅阀阀体013)的一端，所述的辅阀阀体013)中心形成有与所述主阀阀体OlO)的空腔连通的通道，所述的辅阀阀体013)的另一端设置有辅线圈(M)，所述的辅阀阀体(213) 的该端并位于辅助线圈04)的中心设置有辅弹簧(23)，所述辅弹簧03)位于主阀阀体 (210)的这一端连接设置在支撑结构013)的通道内的滑杆05)的一端，所述滑杆05)的另一端有选择的插入在阀芯09)的上凹槽011)或下凹槽012)内。
4.根据权利要求1所述的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，其特征在于， 所述的气体三通结构(3)包括有与气体源(1)相连接的进气通道(Κ31)，与调压排空单元(11)相连接的第一出气通道(K32)，以及与液气混合单元(1 的进气口相连接的第二出气通道(K33)，其中，所述的第一出气通道(1(3 是通过由管路构成的空气室与调压排空单元(11)的调压排空隔膜片(116)相连，或所述的第一出气通道0(3 直接与调压排空单元(11)的调压排空隔膜片(116)相连，或所述的第一出气通道0(3 被分成等经的两个通道(K34)；所述的气体三通结构(3)的进气通道(K31)、第一出气通道(K32)、第一出气通道 (K33)的通径ΦΧ1、ΦΧ2、ΦΧ3之间的关系为，ΦΧ1 = ΦΧ2, ΦΧ1大于ΦΧ3。
5.根据权利要求1所述的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，其特征在于，所述的电子控制单元( 包括微控制器(58)，所述的微控制器(58)的信号输入端分别连接第一温度信号采集单元(51)、第二温度信号采集单元(52)、第一压力信号采集单元(53)、 第二压力信号采集单元(M)、流量信号采集单元(5 以及转速或/和扭矩信号采集单元 (56)；所述的微控制器(58)的信号输出端分别连接直流电机驱动单元(510)、电磁阀驱动单元(511)、计量系统驱动单元(512)以及加热系统驱动单元(513)；还设置有与电源(4) 相连用于向该电子控制单元( 提供电源的电源单元(57)以及与微控制器(58)相连的时钟单元(59)。
6.根据权利要求1所述的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，其特征在于，所述的动力传动机构(7)包括壳体(71)、电机的输出轴(75)、偏心盘(79)、摩擦块(78)、 膜片推杆(76)、回位弹簧(77)；其中，所述壳体(71)的一端为驱动端口(72)，所述的壳体 (71)内轴向形成有三个贯通孔，所述的三个贯通孔在远离驱动端口(71)的这端形成有限位凸台(73)，所述的三个贯通孔内各插入有一膜片推杆(76)，所述膜片推杆(76)在位于驱动端口的这部分上形成有支撑凸台(74)，所述的膜片推杆(76)上套有回位弹簧(77)，所述的回位弹簧(77)的一端限位于限位凸台(73)处，另一端被支撑在支撑凸台(74) 上，所述的三个膜片推杆(76)位于驱动端口 m的这一端与摩擦块(78)相接触，摩擦块(78)与偏心盘(79)连接，偏心盘(79)与动力源(6)的电机的输出轴(7 通过过盈配合连接，三个膜片推杆(76)的另一端连接增压单元(10)的增压膜片(108)。
7.根据权利要求1所述的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，其特征在于，所述的增压单元(10)包括进出液口连接块(100)、增压腔室壳体(110)、增压膜片(108)、以及膜片式进液单向阀(104)、膜片式出液单向阀(107)；其中，进出液口连接块(100)的一侧与增压腔室壳体(110)的一侧通过螺栓紧密连接，增压腔室壳体(110)的另一侧与动力传动机构(7)中的壳体(71)的一侧通过螺栓紧密连接，增压腔室壳体(110)与壳体(71)之间设置有增压膜片(108)，所述的增压腔室壳体(110)在位于壳体(71)的一侧设置有独立的三个液体腔(109)，所述的三个液体腔(109)的一侧与增压膜片(108)之间形成容积可变化的蓄液空腔，所述的三个液体腔(109)的另一侧各自通过相应的流道连通一个膜片式进液单向阀(104)，所述的三个液体腔(109)分别通过相应的出液流道(106)连通膜片式出液单向阀(107)，所述的进出液口连接块(100)的一侧内分别设置有主进液口(101)和主出液口(105)，主进液口(101)与通过液体过滤单元(9)和相应的管道与液体源(8)相连， 主出液口(10 通过相应的管道与调压排空单元(11)相连，所述的进出液口连接块(100) 的另一侧内设置有一环形槽(1011)，环形槽(1011)的一侧与主进液口(101)连通，环形槽 (1011)的另一侧与增压腔室壳体(110)上小孔道(103)连通，所述的小孔道(103)由21个小孔组成，21个小孔道平均分成三组，三组小孔道(10 在环形槽(1011)圆周上均布，每组小孔道(10 通过所述的相应的膜片式进液单向阀(104)与所述的相应的液体腔(109)相连通，所述的主出液口(105)通过所述的膜片式出液单向阀(107)与出液口(106)相连通。
8.根据权利要求1所述的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，其特征在于，所述的调压排空单元(11)包括蓄压腔(118)、调压排空隔膜片(116)、空气室(115)；其中， 所述蓄压腔(118)上分别设置有与所述计量单元(1 相连的出液口(111)、与增压单元 (10)相连的进液口(117)和回流进液口(119)，所述的回流进液口(119)通过一个调压排空隔膜片(116)与回流口(113)相连，所述的回流口(113)与液体源⑶相连，所述的调压排空隔膜片(116)的上方设置有空气室(115)，所述的空气室(115)通过进气口(114)连接气体三通结构(3)，所述的蓄压腔(118)内设置有压力传感器(112)，所述的蓄压腔(118) 上还可设置有温度传感器。
9.根据权利要求1所述的液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，其特征在于，所述的液气混合单元(1 为一个三通结构，包括有与计量单元(1 相连的进液口(K132)、与气体三通结构(3)相连的进气口(K131)和与液气输送单元(14)相连的出液口(K133)；所述的进气口(K131)、进液口 (K132)和出液口 (K133)的通径ΦΧ1、ΦΧ2和ΦΧ3之间的关系为 ΦΧ2 大于 ΦΧ1，ΦΧ3 = ΦΧ2，夹角 al、a2、a3 为 15° <= al<= 90°，90° <=a2<= 165°， 90° <=a3 <=270°。
全文摘要
一种液体精密计量及气体辅助输送的输液系统，输出压缩气体的气体源通过空气通断电磁阀连接气体三通结构，气体三通结构分别连接调压排空单元和液气混合单元；输出驱动动力的动力源通过动力传动机构连接增压单元的膈膜片；为输液系统提供待输送液体的液体源的液体输出口通过液体过滤单元连接增压单元，增压单元的液体输出端连接调压排空单元的液体输入端，调压排空单元的液体回流端连接液体源的液体回流口，调压排空单元的液体输出端通过计量单元连接液气混合单元，液气混合单元的液体输出端连接液气输送单元，输送的液体通过液气输送单元输送到待输送的目的地。本发明计量精确、输送压力低、输送能耗低、能防止溶液结晶堵塞、防止溶液污染堵塞。
文档编号F17D3/18GK102563353SQ20121004800
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者于镒隆, 刘双喜, 杨建军, 栗国, 马杰 申请人:中国汽车技术研究中心