CN112963227A - 一种基于氨气介质的发动机尾气后处理系统与控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于氨气介质的发动机尾气后处理系统与控制方法，该系统包括液氨压力罐、起动罐、控制计量阀、SCR系统、控制单元；液氨压力罐中设有水暖加热盘，液氨压力罐通过压力控制阀与起动罐连接；起动罐上设有与控制单元连接的压力传感器、温度传感器，起动罐内部设有与控制单元连接的加热装置，起动罐通过控制计量阀与SCR系统连接，控制计量阀与控制单元连接；控制单元用于根据压力传感器、温度传感器实时监测的压力值和温度值控制加热装置；控制单元还用于控制控制计量阀完成氨气喷射，将氨气输出给SCR系统。本发明采用直接作用于尾气的氨气作为加注剂，解决尿素低温结晶的问题，而且氨气喷射安全可控。
Description
技术领域
本发明涉及发动机尾气后处理领域，具体是一种基于氨气介质的发动机尾气后处理系统与控制方法。
背景技术
伴随商用车排放污染物限值法规要求越来越高，为有效降低尾气污染物排放达到环保法规要求，目前主流解决方案为应用尿素液作为还原剂的后处理系统：通过向排放系统内加注尿素溶液，尿素在高温环境下水解为氨气，氨气再与污染物氮氧化物反应将之还原为无污染的氮气和水。这个过程中真正分解尾气中污染气体的有效物质是氨气，尿素则仅是承载所需氨气的一种载体形式。这样的处理系统存在以下问题：罐内尿素溶液溶质在低温下很容易析出结晶，导致尿素溶液品质下降及堵塞喷射系统管路；另外在北方冬季低温环境下尿素溶液易出现结冰，需要大功率加热，耗能高；尿素溶液需要在160℃以上时才能分解成氨气和二氧化碳，在发动机启动初期因排气管路低温环境工况下不能分解出氨气、后处理系统不起作用；另外，尿素溶液的有效成分氨的质量比只有14.25％，且需要去离子水做溶剂，资源消耗大；尿素的水解过程有二氧化碳排放，增加了尾气的碳排放；工业上的尿素制取则又需要使用用氨气和二氧化碳合成。
发明内容
本发明提供一种基于氨气介质的发动机尾气后处理系统与控制方法，采用直接作用于尾气的氨气作为加注剂，解决尿素低温结晶的问题；同时提高资源的有效利用率，而且因不需要尿素还原为氨的过程，无二氧化碳排放，响应速度快，使用范围可覆盖发动机的全工况。
一种基于氨气介质的发动机尾气后处理系统，包括液氨压力罐、起动罐、控制计量阀、SCR系统、控制单元；
所述液氨压力罐中设有水暖加热盘，所述水暖加热盘用于对液氨压力罐内的液氨进行预热，所述液氨压力罐通过压力控制阀与起动罐连接；
所述起动罐上设有与控制单元连接的压力传感器、温度传感器，所述起动罐内部设有与控制单元连接的加热装置，所述起动罐通过控制计量阀与SCR系统连接，控制计量阀与控制单元连接；
所述控制单元用于根据压力传感器、温度传感器实时监测的压力值和温度值控制加热装置，直至温度值或压力值符合预设值要求时停止加热装置加热，并始终保持恒定值；所述所述控制单元还用于控制控制计量阀完成氨气喷射，将氨气输出给SCR系统。
进一步的，所述液氨压力罐中还设有与控制单元连接的液位检测装置，所述液位检测装置用于实时监测液氨压力罐中液氨的液面高度，在液氨量过低或加注过多时提供报警信号。
进一步的，所述水暖加热盘中安装有加热水管，加热水管中通入整车冷却系统用的冷却液，即所述水暖加热盘采用整车冷却系统用的冷却液余热对液氨压力罐内的液氨进行预热。
进一步的，所述液氨压力罐上设有加注口、排气口，所述加注口用于向液氨压力罐注入液氨，排气口用于根据需要进行人工排气。
进一步的，所述起动罐中还设有吸附剂，吸附剂用于在起动罐内将液氨吸附在加热装置周围。
进一步的，所述吸附剂为氯化锶颗粒。
进一步的，所述控制计量阀通过氨气导入管接入SCR系统。
进一步的，所述控制计量阀的氨气喷射量由控制单元给出的信号控制控制计量阀中的流量计量装置的开启时间实现。
一种基于氨气介质的发动机尾气后处理控制方法，其采用上述系统进行，所述方法包括如下步骤：
1)向液氨压力罐加注液氨；
2)设置压力控制阀，将压力设置为需求值，液氨压力罐通过压力控制阀将氨气输出给起动罐；
3)启动车辆，水暖加热盘开始工作，对液氨压力罐内的液氨进行预热；
4)控制单元检测是否收到液位检测装置的液位报警信号，如有液位过低报警信号，上报警示内容至仪表或蜂鸣器；
5)控制单元控制起动罐内加热装置加热；
6)接收压力传感器、温度传感器传输的温度与压力值，当温度值或压力值符合预设值要求时停止加热装置加热，并始终保持恒定值；
7)控制单元接收到氨气喷射需求时，通过需求量与控制计量阀的输出能力计算开启时间；
8)控制单元通过控制控制计量阀完成氨气喷射，通过氨气导入管将氨气输出给SCR系统。
本发明通过液氨压力罐、起动罐的配合设计，采用直接作用于尾气的氨气作为加注剂，解决尿素低温结晶的问题；同时实现100％的有效利用率，达到0.3kg的液氨相当于5L尿素溶液当量；且因不需要尿素还原为氨的过程，无二氧化碳排放，响应速度快，使用范围可覆盖发动机的全工况；本发明对于提高内燃机尾气排放指标的意义十分重大，氨气喷射安全可控，可提高氨气使用存储安全性，控制精度高。
附图说明
图1是本发明实施例基于氨气介质的发动机尾气后处理系统的结构示意图；
图2是本发明实施例基于氨气介质的发动机尾气后处理控制方法的流程图。
图中：10—液氨压力罐，11—水暖加热盘，12—防喷溅物质，13—压力控制阀，14—加注口，15—排气口，16—液位检测装置，17—加热水管，20—起动罐，21—压力传感器，22—温度传感器，23—温度传感器，24—吸附剂，30—控制计量阀，31—氨气导入管，40—SCR系统，50—控制单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
图1所示为本发明基于氨气介质的发动机尾气后处理系统其中一个实施例的结构示意图，所述基于氨气介质的发动机尾气后处理系统包括系统由液氨压力罐10、起动罐20、控制计量阀30、SCR(Selective Catalytic Reduction,选择性催化还原法)系统40、控制单元50。
所述液氨压力罐10中设有水暖加热盘11、防喷溅物质12、液位检测装置16，所述水暖加热盘11中安装有加热水管17，加热水管17中通入整车冷却系统用的冷却液，即所述水暖加热盘11采用整车冷却系统用的冷却液余热，对液氨压力罐10内的液氨进行预热，预热只需要保证液氨压力罐10的温度处于可气化即可，不需要控制；所述防喷溅物质12具有多孔泡沫状(例如海绵，液氨会含在每个小蜂窝内)，在发生碰撞后液氨压力罐10损坏时可以防止液氨的喷溅；所述液位检测装置16与控制单元50连接，用于实时监测液氨压力罐10中液氨的液面高度，在液氨量过低或加注过多时提供报警信号。
所述液氨压力罐10上设有加注口14、排气口15，所述加注口14用于向液氨压力罐10注入液氨，排气口15用于根据需要进行人工排气。
所述液氨压力罐10通过压力控制阀13与起动罐20连接，所述压力控制阀13可将液氨压力罐10的氨气输出控制在4bar±1bar，给起动罐20提供氨气。
所述起动罐20上设有与控制单元50连接的压力传感器21、温度传感器22，内部具有吸附剂24以及与控制单元50连接的加热装置23，所述起动罐20通过控制计量阀30与SCR系统40连接，控制计量阀30也与控制单元50连接。
液氨压力罐10内的氨气经过压力控制阀13输送给起动罐20，起动罐20将氨气的温度与压力控制在希望的恒定值，然后输送给控制计量阀13。对液氨喷射的压力、温度控制均在起动罐20实现，氨气的压力与温度由控制单元50根据压力传感器21、温度传感器22的监测值控制加热装置23，闭环控制在预设恒定值，例如当温度与压力低于预设值时(比如40℃、4bar)，由控制单元50控制加热装置23(例如电加热棒)工作。起动罐20容积比液氨压力罐10小很多，只需要满足不低于10分钟的氨气需求量即可，温度、压力响应速度快，功耗低，控制精度高；内部具有的吸附剂24(比如氯化锶颗粒)可以在起动罐内将液氨吸附在加热装置23周围，进一步增加了温度压力控制的响应速度，解决极寒工况下的氨气快速喷射问题。
所述控制计量阀30通过排气管与起动罐20连通，所述控制计量阀30包括阀体及流量计量装置，是独立的模块设计，可以安装在排气管外环境较好的位置，所述控制计量阀30通过氨气导入管31接入SCR系统40。所述控制计量阀30氨气喷射量由控制单元50给出的信号(比如PWM信号)控制流量计量装置的开启时间实现。因起动罐20输入的氨气压力与温度为理想的恒定值，无需再对氨气的温度压力进行计算与算法补偿，只需要根据排放需求可以更快的响应速度将氨气通过氨气导入管31直接释放到SCR系统40中。氨气导入管31没有控制部分，材料、结构、布置位置等可根据需要自由设计，没有寿命方面的顾虑。
请继续参阅图2，本发明实施例还提供一种基于氨气介质的发动机尾气后处理控制方法，其可采用上述系统进行，所述方法包括如下步骤：
1)通过加注口14向液氨压力罐10加注液氨；
2)设置压力控制阀13，将压力设置为需求值(例如4bar±1bar)，液氨压力罐10通过压力控制阀13将氨气输出给起动罐20；
3)启动车辆，水暖加热盘11开始工作，对液氨压力罐10内的液氨进行预热；
4)控制单元50检测是否收到液位检测装置16的液位报警信号，如有液位过低报警信号，上报警示内容至仪表或蜂鸣器；
5)控制单元50控制起动罐20内加热装置23(电加热棒)加热；
6)接收压力传感器21、温度传感器22传输的温度与压力值，当温度值或压力值符合预设值要求时停止加热装置23加热，并始终保持恒定值；
7)控制单元50接收到氨气喷射需求时，通过需求量与控制计量阀30的输出能力计算开启时间；
8)控制单元50通过PWM等信号控制控制计量阀30完成氨气喷射，通过氨气导入管31将氨气输出给SCR系统40；
返回执行步骤7)，直至IG OFF。
本发明提供一种快速响应的高精度、高可靠性、高安全的基于氨气介质的发动机尾气后处理系统，其中氨气的压力、温度控制为最佳的恒定值，在接收到氨气需求时，控制单元无需对压力与温度值进行采集与补偿计算，可实现快速随动响应。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于氨气介质的发动机尾气后处理系统，其特征在于：包括液氨压力罐、起动罐、控制计量阀、SCR系统、控制单元；
所述液氨压力罐中设有水暖加热盘，所述水暖加热盘用于对液氨压力罐内的液氨进行预热，所述液氨压力罐通过压力控制阀与起动罐连接；
所述起动罐上设有与控制单元连接的压力传感器、温度传感器，所述起动罐内部设有与控制单元连接的加热装置，所述起动罐通过控制计量阀与SCR系统连接，控制计量阀与控制单元连接；
所述控制单元用于根据压力传感器、温度传感器实时监测的压力值和温度值控制加热装置，直至温度值或压力值符合预设值要求时停止加热装置加热，并始终保持恒定值；所述所述控制单元还用于控制控制计量阀完成氨气喷射，将氨气输出给SCR系统。
2.如权利要求1所述的基于氨气介质的发动机尾气后处理系统，其特征在于：所述液氨压力罐中还设有与控制单元连接的液位检测装置，所述液位检测装置用于实时监测液氨压力罐中液氨的液面高度，在液氨量过低或加注过多时提供报警信号。
3.如权利要求1所述的基于氨气介质的发动机尾气后处理系统，其特征在于：所述水暖加热盘中安装有加热水管，加热水管中通入整车冷却系统用的冷却液，即所述水暖加热盘采用整车冷却系统用的冷却液余热对液氨压力罐内的液氨进行预热。
4.如权利要求1所述的基于氨气介质的发动机尾气后处理系统，其特征在于：所述液氨压力罐上设有加注口、排气口，所述加注口用于向液氨压力罐注入液氨，排气口用于根据需要进行人工排气。
5.如权利要求1所述的基于氨气介质的发动机尾气后处理系统，其特征在于：所述起动罐中还设有吸附剂，吸附剂用于在起动罐内将液氨吸附在加热装置周围。
6.如权利要求5所述的基于氨气介质的发动机尾气后处理系统，其特征在于：所述吸附剂为氯化锶颗粒。
7.如权利要求1所述的基于氨气介质的发动机尾气后处理系统，其特征在于：所述控制计量阀通过氨气导入管接入SCR系统。
8.如权利要求1所述的基于氨气介质的发动机尾气后处理系统，其特征在于：所述控制计量阀的氨气喷射量由控制单元给出的信号控制控制计量阀中的流量计量装置的开启时间实现。
9.一种基于氨气介质的发动机尾气后处理控制方法，其特征在于采用权利要求1-8中任一项所述系统进行，所述方法包括如下步骤：
1)向液氨压力罐加注液氨；
2)设置压力控制阀，将压力设置为需求值，液氨压力罐通过压力控制阀将氨气输出给起动罐；
3)启动车辆，水暖加热盘开始工作，对液氨压力罐内的液氨进行预热；
4)控制单元检测是否收到液位检测装置的液位报警信号，如有液位过低报警信号，上报警示内容至仪表或蜂鸣器；
5)控制单元控制起动罐内加热装置加热；
6)接收压力传感器、温度传感器传输的温度与压力值，当温度值或压力值符合预设值要求时停止加热装置加热，并始终保持恒定值；
7)控制单元接收到氨气喷射需求时，通过需求量与控制计量阀的输出能力计算开启时间；
8)控制单元通过控制控制计量阀完成氨气喷射，通过氨气导入管将氨气输出给SCR系统。
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|---|---|---|---|---|
| CN107313840A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-11-03 | 中国第汽车股份有限公司 | 发动机余热加热方式的固体氨系统的氨气自动补给方法 |
| CN110500162A (zh) * | 2018-05-18 | 2019-11-26 | 梁天宇 | 一种柴油机尾气后处理scr碳酸氢铵喷射系统 |
| CN111577430A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-08-25 | 宁波楷世环保科技有限公司 | 响应时间短的氨气生成计量喷射装置及喷射率控制系统 |
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