专利名称：用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体计量输送的装置，尤其是涉及一种用于内燃机尾气净化的后 处理系统还原剂计量输送的装置。
背景技术：
用于液体计量输送的装置(如计量泵)在汽车环保方面的应用越来越多，尤其是 尿素溶液计量泵在柴油机后处理方面的应用。目前，市面上的尿素计量泵主要包括两种一 种是柱塞泵，一种是膜片泵。使用时，柱塞泵必须在事先充满液体时才能用于产生较高的输 出压力，而且对于助喷气压十分敏感；由于尿素溶液难以做到密封，这导致柱塞泵很难达到 较高压力(比如12bar)，同时由于核心件需要精密配合，因而造价昂贵。膜片泵的优点是没 有很精密的配合件，制造相对容易，也容易达到较高压力；但是，膜片泵有一个很致命的弱 点，也即其精度与膜片的变形量(行程)有很大关系，一般来说高精度要求较大的行程(膜 片变形量)，而大的变形量又会导致膜片疲劳寿命减少。因此，使用寿命短是所有膜片泵的 天生缺陷。总之，无论是柱塞泵还是膜片泵都是为了让某一腔体的体积变化达到抽体并释放 液体的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂 计量输送的装置；本发明的装置不采用柱塞泵也不采用膜片泵，而是采用一段有柔性能够 在外力作用下改变体积的容器(比如波纹管或螺纹管)来达到类似活塞运行或膜片变形所 要产生的变更体积的效果；这即避免了柱塞泵所遇到的活塞与缸体之间需要紧密(密封) 配合的问题，又避免了膜片由于变形过大而导致使用寿命受到限制的问题；为了达到高精 度的计量效果，这种柔性可变形容积必须具有高精度可控的容积变形(比如高强度的波纹 管或螺纹管)，其容积变化能够通过其轴向伸缩量来精确控制。为解决上述技术问题，本发明一种用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量 输送的装置，采用如下的技术方案它包括a)至少一个体积可变的容器，含至少一个出口和至少一个入口，b)至少一个阀和入口相连，还原剂通过它进入容器内，c)至少一个阀和出口相连，还原剂通过它释放到容器外，和d)该容器是一个或多个可变形容积的组合体，容器内体积和压力的改变是通过该 容器自身变形来完成，而可变容积的总变形量由组成该容积的多个个体变形的容积和来计 笪弁。本申请用一个柔性的，即能够比较容易在外力作用下改变体积的，同时又能够精 确控制体积变化的容器(比如一截波纹管或螺纹管)来产生柱塞泵中活塞运行或者膜片泵 中膜片变形所要达到的改变某一容积体积的效果，从而达到抽取还原剂，必要时对之进行
4计量、加压、输送和释放的目的。采用这样一种安排，既避免了柱塞泵所要求的紧密(密封) 配合的难题，也克服了膜片泵精度差和寿命短的毛病，最终能比较经济地达到如今还原剂 计量泵需要压力高(便于雾化而且受外界压力干扰小)、精度高、寿命长、抗外界干扰能力 强的要求。为了计量准确和达到高精度，当采取轴向伸缩量来控制该容积体积变化时，这要 求径向随压力变化极少变形(即刚度较高)或者变形可知。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。图1是一个示意图，显示先前技术的一种形式，即柱塞式计量泵的一种形式，通过 活塞往复运动来实现液体抽取并释放流体；图2是一个示意图，显示先前技术的一种形式，即膜片计量泵的一种形式，通过膜 片的变形来实现液体抽取并释放流体；图3是一个示意图，显示本专利申请，即柔性容积计量泵的一种形式_波纹管泵， 依靠波纹管伸缩来实现对流体抽取、加压、计量、输送和释放；图4是一个示意图，显示波纹管变形原理；图5是一个示意图，显示电磁驱动释放阀的一种安排；图6是一个示意图，显示控制信号的一种安排；图7是一个示意图，显示过量抽取计量泵的一种安排。以上所有图中数字标记所代表的部件名称解释如下300 缸体；310 进液阀；315 释放阀；320 变形体内部容积(剂量室)350 剂量 线；360 柔性容器；370 驱动轴；380 剂量阀
具体实施例方式附图1显示现有技术的一种形式一柱塞泵。该泵通过活塞往复运动来改变腔体 320内的体积和压力，从而达到抽取液体的效果。柱塞泵的主要弱点如下1)对于流动性好，湿透性好，不易密封的流体，比如气体和尿素水溶液等，很难做 到活塞和缸体之间的良好密封，使得活塞往复运动时，流体在活塞两头的压差下从一头向 另一头泄露，导致抽取效率下降，计量不准，严重时完全丧失抽取、加压能力，这种泄露现象 在高压下尤为严重；正因为如此，所以柱塞泵很难达到高压高精度；2)活塞和缸体之间需要高精密公差配合，尤其是这种配合要在不同温度下保持一 致，增加制造难度；3)对于具有腐蚀性的流体，活塞及其驱动件都需要耐腐蚀，然而驱动活塞的铁磁 体往往不耐蚀，这就更加增加了制作难度和成本；和4)活塞与缸体之间由于有相对运动，如果所抽取的流体润滑性不好，则会导致活 塞和缸套之间机械摩擦过量而失效或损坏。附图2显示现有技术的另一种形式一膜片泵。相对活塞泵，膜片泵相当于将活塞 变成了一个薄片，此时薄片状的“活塞”不再作相对缸套的滑动。相反，薄片(“活塞”)的 边缘与缸体连接成一体，只有靠薄片自身变形来改变容积(图2)。尿素溶液的抽取由薄片 变形所产生的容体变化(容积内压力变化)来实现。其好处是避免了活塞和缸体之间的配
5合问题，而且薄膜将泵的驱动部分与所抽取的尿素液体完全分离开来，不再有密封或者驱 动件的防腐蚀问题。但是膜片泵也有自身结构所带来的一些致命毛病，主要有1)相对活塞滑动而言，膜片所能产生的变形(行程)量有限，容积变化控制精度 差，最终导致计量精度差；和2)膜片变形集中而导致疲劳寿命有限，从而使用寿命短。正因为如此，膜片泵寿命都较短，一般只有几千小时使用寿命，而且精度很少有达 到3%以上的。实施例1本申请所要解决的问题就是采用一个比较容易变形(柔性)的容积来取代活塞或 膜片，使计量精度增加、液体释放压力增加、使用寿命延长，而且不显著增加制造成本。参见图3所示，本发明包括缸体300、波纹管360和驱动轴370 ；所述缸体300上端 和波纹管360固定连接，所述波纹管360的上表面与驱动轴370固定连接；所述缸体300和 波纹管360内部空间一起构成可变化的容积室320 ；所述缸体300的下部设有单向释放阀 315，所述缸体300的侧壁上设有单向进液阀310，该单向进液阀310外接还原剂输液管33。图3显示的这种方案的一个具体实施方式
，即采用一段波纹管360来形成柔性 (容易变形)的容器以取代膜片或活塞，工作原理如下波纹管360 —端与缸体300连接在 一起(与膜片类似)；另一端连接一个驱动轴370，由机械驱动装置或电磁驱动装置或者两 者结合来驱动作轴向运动，使波纹管360伸缩变形，改变缸体容积室320的体积和压力，达 到抽取、加压、输送流体的效果。驱动轴370向上运动时，波纹管360伸张，容积室320内产 生负压，单向进液阀310被打开，单向释放阀315关闭，还原剂(尿素溶液)从单向进液阀 310吸入容积室320内；驱动轴370向下运动时，波纹管360被压缩，容积室320内产生正 压，单向进液阀310被关闭，单向释放阀315打开，还原剂(尿素溶液)从单向释放阀315 释放出来，与压缩空气汇合并被压缩空气输送到喷嘴，最后喷入发动机排气管内(图中未 显示喷嘴)。如果将每次波纹管360的收缩量(幅度或行程)固定，而且波纹管在径向的变 形随容积室320内压力变化不大，则波纹管360每收缩一次，可以通过单向释放阀315释放 某一固定量的还原剂(尿素溶液)。通过控制驱动轴370往复运动的频率，我们可以计量所 释放的还原剂的量，达到计量效果。为了计量准确和达到高精度，当采取轴向伸缩量来控制 该容积体积变化时，这要求波纹管360随容积室320内的液体压力在径向变形极少(即径 向刚度较高)或者可知。这种波纹管由一节节(多级)的波纹管连接(组合)而成，其总的伸缩量(即行 程、位移或变形量)被分布在许多节(级)(图4)，其总变形量(位移)则是每一节所产生 变形量(位移)的总和D = Σ Cli = Nd上述公式中D 总变形量d 每一节变形量N 节数这样，每节所承受的变形量很小，可以在所有局部材料的变形量很小的情况下达 到较大的波纹管总伸缩量(即容积)变化的效果。假如能够采用足够多的节(级)数，可以在保证波纹管足够多的总伸缩量的同时使该管所有地方局部材料的变形(应变)所产生 的应力小于该材料的疲劳极限(材料的疲劳极限是材料的特性之一，定义为该材料在受到 低于该极限值的交变应力时，表现出无限的寿命)，那么这个泵就会有无限的使用寿命。当然，波纹管只是能够达到上述效果的无数种柔性容积的一种。许多类似的其它 柔性容积都能达到类似效果。比如螺纹状管就是其中一种。另外，无论是螺纹状还是波纹 状管，每节的直径或大小也可以不一样。所有以上设计都是为了在保证足够量的轴向行程(这样才能保证量程和精度) 时，使变形体的每一个局部材料变形量都小于该材料的疲劳极限。由于变形量(行程)相对 大，比较容易控制，最终可以做到对容积变化较高的控制精度，达到高精度的计量效果。与 此同时，由于变形体寿命无限，可以大大提高计量泵的使用寿命，甚至达到无限寿命。图3显示的计量泵，波纹管360在电磁力的作用下由驱动轴370驱动做伸缩运动。 为了使波纹管360的伸缩量变化幅度(位移幅度)恒定不变，最好的办法是在驱动轴370 往复运动的两端各安放一个行程限制装置，比如坚固的挡板或挡块(图中未显示！)，使驱 动轴370的往复行程固定，在波纹管径向变形可以忽略不计的情况下，波纹管每伸缩一次， 该泵通过释放阀所排出的液体体积是固定的，这就构成一个固定体积排放计量泵。实施例2在通过使用柔性体容器提高了计量泵变形体变形控制精度以后，若需要更进一步 提高计量泵的精度，我们还需要解决容积室320的充不满的问题和充气的问题。参见图5所示，本发明包括缸体300、波纹管360和驱动轴370 ；所述缸体300上端 和波纹管360固定连接，所述波纹管360的上表面与驱动轴370固定连接；所述缸体300和 可变形柔性容器360内部空间一起构成可变化的容积室320 ；所述驱动轴370设有中孔管 道311，该中孔管道311下端与容积室320相通，该相通处设有单向进液阀310，该中孔管道 311上端连通还原剂输液管；所述缸体300的下部设有开口 316，该开口 316处设有单向释 放阀315，该单向释放阀315外设有电磁线圈317。现有的投入使用的计量泵计量不准、精度不高的重要因素之一是由于空气从单向 释放阀315泄漏进入容积室320。使用一个电磁力驱动的单向释放阀315可以有效的解决 这个问题。图5显示的一种具体实施方式
。其好处是可以采用单向释放阀315与驱动轴 370差时同步控制避免空气泄漏进容积室320内，使泵达到更高精度。图6显示同步控制 的信号一个样板。在这个样板中，假设驱动轴370控制信号在高电位时向下运动，压缩波纹 管360，在容积室320内压力建立起来后，在电磁力作用下将单向释放阀315打开，在驱动轴 370向上运动之前，即容积室320内保持正压时，将单向释放阀315关闭，在单向释放阀315 关闭后驱动轴再向上运动。这样避免空气泄露进入容积室320。实施例3导致计量泵计量不准和精度差的另一个种重要因素是由于容器与管道等结构的 弹性变形等原因导致容积室320内液体在没来得及充满时就进入了液体释放程序，使得实 际排放出来液体少于额定量。参见图7所示，本发明包括缸体300、波纹管360和驱动轴370 ；所述缸体300上 端和波纹管360固定连接，所述波纹管360的上表面与驱动轴370固定连接；所述缸体300 和波纹管360内部空间一起构成可变化的容积室320，所述容积室320中所需剂量由剂量线350决定；所述驱动轴370设有中孔管道311，该中孔管道311下端与容积室320相通， 该中孔管道311上端连通还原剂输液管；所述中孔管道311下部设有剂量阀380，当驱动轴 370下行至剂量线350，剂量阀380关闭中空管道311 ；所述缸体300的下部设有单向释放 阀315，该单向释放阀315由电磁线圈317控制开闭；所述缸体300的侧壁设有单向进液阀 310，该单向进液阀310通过管道与驱动轴370的中空管道311连接相通。附图7所显示的具体实施方式
工作原理如下计量泵在抽取时，抽取比所需的量 多的液体，然后通过剂量阀380将剂量线350以上的多余液体返回液体源。当波纹管被压缩 下行至剂量线350，剂量阀380被关闭，保证容积室320内液体充满而且是一个固定量。此 时，再打开单向释放阀315，波纹管360继续压缩，将这一个充满了的固定量液体释放出去， 这样可以使计量泵精度更高。这个安排还有一个好处，当剂量阀380打开(即波纹管360 保持伸张状态)时，如果将单向释放阀315打开，可以让压缩空气进入泵内并经过泵将尿素 液体反吹回尿素箱。这种利用压缩空气将尿素溶液返回尿素箱的清洗过程在某些尿素喷射 系统是需要的。这样可以避免尿素溶液在计量泵和尿素管内在寒冷天气下结冰。在图7中 所显示的单向进液阀310在某些应用中由于剂量阀380的存在是可以取消的。本文所述仅是本发明的一种形式。而本项发明却包括了多种不同的变化形式。每 一项具体细节可以有无限多种不同的形式，组合或安排，本文没有赘述。任何对本发明的改 动或采用不同方式，方法的组合与安排，其结果也仍属于本项发明范围之内。
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权利要求
用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的装置，其特征在于，它包括a)至少一个体积可变的容器，含至少一个出口和至少一个入口，b)至少一个阀和入口相连，还原剂通过它进入容器内，c)至少一个阀和出口相连，还原剂通过它释放到容器外，和d)该容器是一个或多个可变形柔性容器的组合体，容器内体积和压力的改变是通过该容器自身变形来完成，而可变容器的总变形量由组成该容积的多个个体变形的容积和来计算。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的装置， 其特征在于它包括缸体(300)、可变形柔性容器(360)和驱动轴(370)；所述缸体(300)上 端和可变形柔性容器(360)固定连接，所述可变形柔性容器(360)的上表面与驱动轴(370) 固定连接；所述缸体(300)和可变形柔性容器(360)内部空间一起构成可变化的容积室 (320)；所述缸体(300)的下部设有单向释放阀(315)，所述缸体(300)的侧壁上设有单向 进液阀(310)，该单向进液阀(310)外接还原剂输液管。
3.根据权利要求2所述的用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的装置， 其特征在于所述的可变形柔性容器(360)是波纹管或螺纹管。
4.根据权利要求3所述的用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的装置， 其特征在于所述的波纹管或螺纹管(360)是由多级波纹管或螺纹管组合而成。
5.根据权利要求2、3或4所述的用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的 装置，其特征在于所述驱动轴(370)往复运动的两端处各设置一个行程限制装置。
6.根据权利要求1所述的用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的装置， 其特征在于它包括缸体(300)、可变形柔性容器(360)和驱动轴(370)；所述缸体(300)上 端和可变形柔性容器(360)固定连接，所述可变形柔性容器(360)的上表面与驱动轴(370) 固定连接；所述缸体(300)和可变形柔性容器(360)内部空间一起构成可变化的容积室 (320)；所述驱动轴(370)设有中孔管道(311)，该中孔管道(311)下端与容积室(320)相 通，该相通处设有单向进液阀(310)，该中孔管道(311)上端连通还原剂输液管；所述缸体 (300)的下部设有开口(316)，该开口(316)处设有单向释放阀(315)，该单向释放阀(315) 外设有电磁线圈(317)。
7.根据权利要求6所述的用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的装置， 其特征在于所述的可变形柔性容器(360)是波纹管或螺纹管
8.根据权利要求6或7所述的用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的装 置，其特征在于所述单向释放阀(315)与驱动轴(370)之间采用差时同步控制。
9.根据权利要求1所述的用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的装置， 其特征在于它包括缸体(300)、可变形柔性容器(360)和驱动轴(370)；所述缸体(300)上 端和可变形柔性容器(360)固定连接，所述可变形柔性容器(360)的上表面与驱动轴(370) 固定连接；所述缸体(300)和可变形柔性容器(360)内部空间一起构成可变化的容积室 (320)，所述容积室(320)中所需剂量由剂量线(350)决定；所述驱动轴(370)设有中孔管 道(311)，该中孔管道(311)下端与容积室(320)相通，该中孔管道(311)上端连通还原剂 输液管；所述中孔管道(311)下部设有剂量阀(380)，当驱动轴(370)下行至剂量线(350)， 剂量阀(380)关闭中空管道(311)；所述缸体(300)的下部设有单向释放阀(315)，该单向释放阀(315)由电磁线圈(317)控制开闭。
10.根据权利要求8所述的用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的装 置，其特征在于所述缸体(300)的侧壁设有单向进液阀(310)，该单向进液阀(310)通过 管道与驱动轴(370)的中空管道(311)连接相通。
全文摘要
本发明公开了用于内燃机尾气净化的后处理系统还原剂计量输送的装置，它包括a)至少一个体积可变的容器，含至少一个出口和至少一个入口，b)至少一个阀和入口相连，还原剂通过它进入容器内，c)至少一个阀和出口相连，还原剂通过它释放到容器外，和d)该容器是一个或多个可变形柔性容器的组合体，容器内体积和压力的改变是通过该容器自身变形来完成，而可变容器的总变形量由组成该容积的多个个体变形的容积和来计算。本发明既避免了柱塞泵所要求的紧密(密封)配合的难题，也克服了膜片泵精度差和寿命短的毛病，最终能比较经济地达到如今还原剂计量泵需要压力高(便于雾化而且受外界压力干扰小)、精度高、寿命长、抗外界干扰能力强的要求。
文档编号F01N3/20GK101892889SQ20101023768
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者李平 申请人:张英梅