CN103912352A - 固态选择性催化还原系统（sscr）氨气流量精细控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固态选择性催还原系统（SSCR）氨气流量精细控制装置，主要由SSCR氨气生成器（2）、稳压罐（8）、粗精调节组合控制阀（15）、SCR催化器（16）以及氨气喷射控制单元组成（4），所述的粗精调节组合控制阀（15）由高频通断控制阀Ｉ（10）和高频通断控制阀II（18）以及位于主出气通道（12）上的蝶形控制阀（13）组成；氨气喷射控制单元（4）首先对粗调通道（9）中的高频通断控制阀Ⅰ（10）进行控制，随后氨气喷射控制单元（4）可以通过选择两种精细调节装置的一种或者同时使用两种精细调节装置来实现对氨气流量的精细调节，当采用一种精细调节装置进行调节时，另一种精细调节装置不进行工作。

Description

固态选择性催化还原系统(SSCR)氨气流量精细控制装置

技术领域

本发明涉及的是一种气体流量控制领域，具体涉及到采用不同的组合控制方式实现SSCR氨气流量的精细控制。 

背景技术

随着环境污染的加剧，导致各国的发动机尾气排放标准的越来越严格，而对于柴油机而言，其主要的污染物为氮氧化物和固体颗粒物。针对这些污染物，在柴油机尾气后处理方面需要采取一定的技术措施，其中基于降低排气中的NOX排放污染物的选择性催化还原技术SCR就是众多排气后处理技术之一，以尿素水溶液为还原剂的传统SCR技术有其显著的缺点，近几年来，以固态金属氨络物或者氨基甲酸铵为还原剂的SSCR技术越来越受到科研工作者的重视。SSCR技术与液态尿素SCR相比有其显著地优点，比如SSCR系统的氨气直接喷射到发动机排气管内，与液态尿素相比，不需要尿素的水解和热解过程，氨气的生成过程在机外进行，所以在排气温度较低的情况下就可以发动机排放污染物中的NOx反应并且不存在液态尿素SCR系统的结晶堵塞问题。另外相同质量的固态金属氨络物的储氨密度是液态尿素储氨密度的三倍左右，在装载相同质量的反应物的情况下，机车的行驶里程更长。在这项技术中需要对氨气的流量进行精确地控制，而现有的技术一般采用开关式控制阀对气体的流量进行调节，或者采用脉宽调制的方式对比例控制阀进行调节，进而调节所需要的氨气的流量。传统的比例阀由于阀体结构设计上的原因，在气体的流量控制方面存在着动态响应性差，气体流量脉动大，不容易进行精细调节等技术缺陷。 

发明内容

针对现有的技术措施存在的问题，本发明提供一种结构简单，使用方便的一种SSCR氨气流量精细控制装置，通过氨气喷射控制单元对蝶形控制阀和高频通断控制阀的控制提高氨气流量的稳定性，有效降低氨气流量的波动性问题，实现对氨气流量的精确控制。有效的解决现有的控制阀存在的动态响应性差，流量脉动性大，不容易进行精细调节等问题。 

本发明为一种SSCR系统氨气流量精确控制装置，主要由SSCR氨气发生器、稳压罐、粗精调节组合控制阀、SCR催化器、以及氨气喷射控制单元组成。其中所述的粗精调节组合控制阀，其特征在于由高频通断控制阀Ⅰ和高频通断控制阀Ⅱ以及蝶形控制阀组成。高频通断控制阀Ｉ安装于粗调通道中，对气体的流量起到粗调作用，高频通断控制阀Ⅱ安装于精调通道中，其流通通道面积由高频通断控制阀Ⅰ的最大波动量决定，精调通道的流通面积小于粗调通道流通面积能够实现对气体的流量实现精细调节。蝶形控制阀安装于主出气通道处，其主要包括电磁执行机构、位于主出气通道内部的阀芯以及安装于阀芯中部的圆形翻板组成，其中圆形翻板的面积大小由位于粗调通道中的高频通断控制阀Ⅰ的最大波动量决定，其面积较小，能够实现对氨气流量的精细调节。蝶形控制阀调节翻板的安装初始位置为调节翻板所在平面与主出气通道的轴线相垂直。阀芯与电磁驱动机构相连，该电磁驱动机构可以为步进电机、直线电机、伺服电机等部件，氨气喷射控制单元通过驱动电磁执行机构带动阀芯以及 阀芯上面的圆形翻板转动，从而改变主出气通道的流通面积来调整总出气流量的大小。所述的氨气喷射控制单元由信号采集部分、运算控制单元、驱动单元组成，位于高频通断控制阀Ｉ和高频通断控制阀Ⅱ两侧的压差传感器Ⅰ和压差传感器Ⅱ以及稳压罐上的压力传感器分别于单片机上的A/D转换通道相连。蝶形控制阀上的电磁执行机构与单片机上I/O口相连。高频通断控制阀Ⅰ和高频通断控制阀Ⅱ分别通过驱动电路与氨气喷射控制单元相连。气体喷射控制单元通过接受发动机ECU工况信号确定所需气体流量的大小，并通过对高频通断控制阀Ｉ和高频通断控制阀Ⅱ以及蝶形控制阀的调节实现气体流量的控制。 

所述的SSCR系统包括氨气发生器、稳压罐、SCR催化器以及氨气喷射控制单元等部件。其特征在于：氨气发生器上安装有压力传感器，在氨气发生器内部安装有对储氨物质金属氨络、氨基甲酸铵等进行加热的装置，加热装置通过接通发动机热源对氨气发生器内部的储氨物质进行加热，氨气发生器上的压力传感器通过检测氨气发生器压力的大小来控制发动机热源加热量的大小，当大于所设定的安全压力时，控制截止电磁阀动作停止热源供给，当低于设定的压力下限时控制截止电磁阀动作打开发动机热源供给。在氨气发生器的出口通过管道与稳压减压器相连，稳压减压器的出口通过管道与稳压罐相连，生成的氨气通过稳压减压器降压后进入稳压罐，从而得到所需的氨气喷射压力。稳压罐处安装有用于监测氨气压力和温度的压力传感器和温度传感器。稳压罐通过三通阀与高频通断控制阀Ⅰ和高频通断控制阀Ⅱ以及蝶形控制阀组成的粗精调节组合控制阀相连。总的出气通道与SCR催化器前的发动机排气管相连，SSCR系统生成的氨气经过氨气流量精细控制装置喷入排气管内来降低发动机排气污染物中的氮氧化物的排放。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。 

图2为图1中主出气通道处蝶形控制阀结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方案进行进一步的详细说明。 

本发明提供一种SSCR氨气流量精确控制装置，下面通过SSCR系统对本发明的具体实施方式进行详细说明。所述的SSCR系统包括氨气发生器2、稳压罐8、SCR催化器16以及氨气喷射控制单元4等部件。氨气喷射控制单元4通过氨气发生器2上压力传感器3的反馈信号来控制截止电磁阀1来实现氨气发生器2压力在一定的范围内波动，并通过稳压减压器5和稳压罐8的作用使氨气喷射压力稳定在一定的范围内，然后氨气喷射控制单元4通过对粗精调组合控制阀的控制作用实现对氨气流量的精细调节。所述的粗精调节组合控制阀15由高频通断控制阀Ⅰ10和高频通断控制阀Ⅱ18以及蝶形控制阀13组成。本发明的第一种实施方式为，氨气喷射控制单元4通过对相串联的高频通断控制阀I10和蝶形控制阀13的控制实现对氨气流量的精细调节，对高频通断控制阀II18不进行控制。位于粗调通道9的高频通断控制阀I10对气体的流量大小起到粗略调节作用。氨气喷射控制单元4通过改变控制信号的占空比来调节高频通断控制阀I10的通断来粗略调节所通过的气体流量的大小。如图2所示为对氨气流量进行精细调节的蝶形控制阀13示意图，氨气喷射控制单元4通过调节蝶形控制阀 13阀芯23上的圆形翻板22实现对所通过的氨气流量的精细调节。氨气喷射控制单元4接收发动机ECU14的信号确定在不同工况下氨气量的大小，位于稳压罐8处的压力传感器6和温度传感器7采集的信号传输给氨气喷射控制单元4，确定所需氨气流量的大小，并通过流体力学计算确定通过一定流量的氨气所需喷射压差的大小。首先调节高频通断控制阀I10的占空比来调节高频通断控制阀I10两端压差的大小，从而调整氨气喷射压差的大小，当只通过调整高频通断控制阀I10达不到所需要的流量精度时，氨气喷射控制单元4通过控制主出气通道12处蝶形控制阀13的电磁执行机构21的转动来调节总出气通道12的流通面积来实现对氨气流量的调节，从而实现所需要的氨气流量精度。本发明的第二种实施方式为，氨气喷射控制单元4通过对相并联的高频通断控制阀I10和高频通断控制阀II18的控制实现对气体流量的精细调节，此时氨气喷射控制单元4不对主出气通道12处的蝶形控制阀13进行控制。氨气喷射控制单元4通过接收发动机ECU14的信号确定在不同工况下所需氨气流量的大小，位于稳压罐8处的压力传感器6和温度传感器7采集的信号传输给氨气喷射控制单元4，确定所需氨气流量的大小，并通过流体力学计算确定通过一定流量的氨气所需喷射压差的大小。首先调节高频通断控制阀I10的占空比来调节高频通断控制阀I10两端压差的大小，从而调整氨气喷射压差的大小，当单独调节高频通断控制阀I10达不到所需的流量精度时，氨气喷射控制单元4通过调整高频通断控制阀II18的占空比来实现对所需氨气流量的精细调节。高频通断控制阀II18所控制的通道面积较小，其阀芯组件的质量较小，在对其进行占空比调节的过程中，其响应特性较好，从而使所输出氨气的脉动性降低，稳定性较好，调节精度更高。本发明的第三种实施方式为，氨气喷射控制单元4通过对高频通断控制阀I10的控制来实现对氨气流量的粗略调节，当需要对氨气流量进行精细调节时同时采用两种精细调节装置来实现对氨气流量的精细调节，也就是说既采用蝶形控制阀13进行精细调节又采用高频通断控制阀II对气体流量进行调节，当然这种控制形式对控制阀总体的控制策略要求较高。在实际的应用过程中，可以选择相串联的蝶形控制阀13和高频通断控制阀I10对氨气流量进行控制，或者选择相并联的高频通断控制阀I10和高频通断控制阀II18双控制阀双通道的方式都能达到对氨气流量精细调节的效果。当然这两种组合方式都在本发明的保护之列。本发明还有其他的实施方式，在这里就不进行一一赘述。本专业人员在不进行创造性的思考的前提下对个别零部件的改动或者是在本发明的基础上进行的新的实施方式的开发等都应该视为本发明的保护范围。像高频通断控制阀I10和高频通断控制阀II18的选型的改变都应视为本发明专利的内容。由于现有技术的高频通断控制阀的结构大同小异，都能实行对气体流量的调节作用，本发明未对高频通断控制阀的具体形式进行规定。通过上述的说明可知，在SSCR氨气流量精细控制装置作用下，氨气不仅实现了流量的无级输出，而且实现了对氨气流量的精细调节，输出氨气脉动性降低，稳定性提高。当然在对氨气流量的输出精度要求不高的情况下，可以只对粗调通道9上的高频通断控制阀I10进行控制，所述的蝶形控制阀13和高频通断控制阀II18在这种情况下不进行工作。在这种情况下对氨气喷射控制系统的要求也相应降低。 

本发明是基于SSCR的氨气流量的精细控制装置，其中的粗精调节组合控制阀15通过与其它气体装置相配合后也可以应用于其他技术领域，凡是具体功能未发生本质改变时，均属 于本发明的保护范围。 

Claims (3)

1.一种固态选择性催化还原系统（SSCR）氨气流量精确控制装置，其特征在于：主要由氨气发生器（2）、稳压罐（8）、粗精调节组合控制阀（15）、SCR催化器（14）以及氨气喷射控制单元（4）等部件组成；其中所述的粗精调节组合控制阀（15），其特征在于由高频通断控制阀Ⅰ（10）和高频通断控制阀Ⅱ（18）以及蝶型控制阀（13）组成；高频通断控制阀Ｉ(10)安装于粗调通道（9）中，对气体的流量起到粗调作用，高频通断控制阀Ⅱ（18）安装于精调通道（19）中，其流通通道面积由高频通断控制阀Ⅰ(10)的最大波动量决定，精调通道（19）流通面积小于粗调通道（9）能够实现对氨气流量的小范围调节；蝶形控制阀(13)安装于主出气通道（12）处，其主要包括电磁执行机构（21）、位于主出气通道（12）内部的阀芯(23)以及安装于阀芯（23）中部的圆形翻板（22）组成，其中圆形翻板（22）的面积大小由位于粗调通道（9）中的高频通断控制阀Ⅰ（10）的最大波动量决定，圆形翻板（22）的面积与通道总面积相比较小，能够实现对氨气流量的精细调节；蝶形控制阀调节翻板的安装初始位置为调节翻板所在平面与主出气通道的轴线相垂直；阀芯（23）与电磁驱动机构（21）相连，氨气喷射控制单元（4）通过驱动电磁执行机构（21）带动阀芯（23）以及阀芯（23）上面的圆形翻板（22）转动，从而改变主出气通道（12）的流通面积来调整总出气流量的大小；所述的氨气喷射控制单元（4）由信号采集部分、运算控制单元、驱动单元组成，位于高频通断控制阀Ｉ（10）和高频通断控制阀Ⅱ（18）两侧的压差传感器Ⅰ（11）和压差传感器Ⅱ（17）以及稳压罐(8)上的压力传感器（6）分别于单片机上的A/D转换通道相连；蝶形控制阀（13）上的电磁执行机构（22）与单片机上I/O口相连；高频通断控制阀Ⅰ(10)和高频通断控制阀Ⅱ（18）分别通过驱动电路与单片机相连；气体喷射控制单元（4）通过接受发动机ECU（14）工况信号确定所需气体流量的大小，并通过对高频通断控制阀Ｉ（10）和高频通断控制阀Ⅱ（18）以及蝶形控制阀（13）的调节实现气体流量的控制。

2.根据权利要求1所述的SSCR系统包括氨气发生器（2）、稳压罐（8）、SCR催化器（16）以及氨气喷射控制单元（4）等部件；其特征在于：氨气发生器（2）上安装有压力传感器（3），在氨气发生器（2）内部加装有对储氨物质（金属氨络物、氨基甲酸氨等）进行加热的装置，加热装置通过接通发动机热源对氨气发生器内部的储氨物质进行加热，氨气发生器（2）上的压力传感器（3）通过检测氨气发生器（3）压力的大小来控制发动机热源加热量的大小，当大于所设定的安全压力时，控制截止电磁阀（1）动作停止热源供给，当低于设定的压力下限时控制截止电磁阀（1）动作打开发动机热源供给；在氨气发生器（2）的出口通过管道与稳压减压器（5）相连，稳压减压器（5）的出口通过管道与稳压罐（8）相连，稳压罐（8）处安装有用于监测氨气压力和温度的压力传感器（6）和温度传感器（7）；稳压罐（8）通过三通阀与高频通断控制阀Ⅰ（10）和高频通断控制阀Ⅱ（18）以及蝶形控制阀（13）组成的粗精调节组合控制阀（15）相连；总的出气通道与SCR催化器（16）前的发动机排气管（20）相连，SSCR系统生成的氨气经过氨气流量精细控制装置喷入排气管内来降低发动机排气污染物中的氮氧化物的排放。

3.按权利要求1所述的粗精调节组合控制阀（15），其特征在于由高频通断控制阀Ⅰ（10）和高频通断控制阀Ⅱ（18）以及蝶型控制阀（13）组成；其中高频通断控制阀Ⅰ是对氨气流量进行粗略调节的装置，高频通断控制阀Ⅱ（18）以及蝶型控制阀（13）是对氨气流量进行精细调节的两种装置；当对氨气流量进行调节时，氨气喷射控制单元（4）首先对粗调通道（9）中的高频通断控制阀Ⅰ（10）进行控制，当单独通过对高频通断控制阀Ⅰ（10）的控制达不到所需的调节精度时，氨气喷射控制单元可以通过选择两种精细调节的一种或者同时使用两种精细调节装置来实现对氨气流量的精细调节，当采用一种精细调节装置进行调节时，另一种精细调节装置不进行工作。