固態(tài)選擇性催化還原系統(tǒng)（sscr）氨氣流量精細控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種固態(tài)選擇性催還原系統(tǒng)（SSCR）氨氣流量精細控制裝置，主要由SSCR氨氣生成器（2）、穩(wěn)壓罐（8）、粗精調(diào)節(jié)組合控制閥（15）、SCR催化器（16）以及氨氣噴射控制單元組成（4），所述的粗精調(diào)節(jié)組合控制閥（15）由高頻通斷控制閥Ｉ（10）和高頻通斷控制閥II（18）以及位于主出氣通道（12）上的蝶形控制閥（13）組成；氨氣噴射控制單元（4）首先對粗調(diào)通道（9）中的高頻通斷控制閥Ⅰ（10）進行控制，隨后氨氣噴射控制單元（4）可以通過選擇兩種精細調(diào)節(jié)裝置的一種或者同時使用兩種精細調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)對氨氣流量的精細調(diào)節(jié)，當采用一種精細調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)時，另一種精細調(diào)節(jié)裝置不進行工作。
【專利說明】固態(tài)選擇性催化還原系統(tǒng)(SSCR)氨氣流量精細控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種氣體流量控制領(lǐng)域，具體涉及到采用不同的組合控制方式實現(xiàn)SSCR氨氣流量的精細控制。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染的加劇，導(dǎo)致各國的發(fā)動機尾氣排放標準的越來越嚴格，而對于柴油機而言，其主要的污染物為氮氧化物和固體顆粒物。針對這些污染物，在柴油機尾氣后處理方面需要采取一定的技術(shù)措施，其中基于降低排氣中的NOX排放污染物的選擇性催化還原技術(shù)SCR就是眾多排氣后處理技術(shù)之一，以尿素水溶液為還原劑的傳統(tǒng)SCR技術(shù)有其顯著的缺點，近幾年來，以固態(tài)金屬氨絡(luò)物或者氨基甲酸銨為還原劑的SSCR技術(shù)越來越受到科研工作者的重視。SSCR技術(shù)與液態(tài)尿素SCR相比有其顯著地優(yōu)點，比如SSCR系統(tǒng)的氨氣直接噴射到發(fā)動機排氣管內(nèi)，與液態(tài)尿素相比，不需要尿素的水解和熱解過程，氨氣的生成過程在機外進行，所以在排氣溫度較低的情況下就可以發(fā)動機排放污染物中的NOx反應(yīng)并且不存在液態(tài)尿素SCR系統(tǒng)的結(jié)晶堵塞問題。另外相同質(zhì)量的固態(tài)金屬氨絡(luò)物的儲氨密度是液態(tài)尿素儲氨密度的三倍左右，在裝載相同質(zhì)量的反應(yīng)物的情況下，機車的行駛里程更長。在這項技術(shù)中需要對氨氣的流量進行精確地控制，而現(xiàn)有的技術(shù)一般采用開關(guān)式控制閥對氣體的流量進行調(diào)節(jié)，或者采用脈寬調(diào)制的方式對比例控制閥進行調(diào)節(jié)，進而調(diào)節(jié)所需要的氨氣的流量。傳統(tǒng)的比例閥由于閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計上的原因，在氣體的流量控制方面存在著動態(tài)響應(yīng)性差，氣體流量脈動大，不容易進行精細調(diào)節(jié)等技術(shù)缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有的技術(shù)措施存在的問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便的一種SSCR氨氣流量精細控制裝置，通過氨氣噴射控制單元對蝶形控制閥和高頻通斷控制閥的控制提高氨氣流量的穩(wěn)定性，有效降低氨氣流量的波動性問題，實現(xiàn)對氨氣流量的精確控制。有效的解決現(xiàn)有的控制閥存在的動態(tài)響應(yīng)性差，流量脈動性大，不容易進行精細調(diào)節(jié)等問題。
[0004]本發(fā)明為一種SSCR系統(tǒng)氨氣流量精確控制裝置，主要由SSCR氨氣發(fā)生器、穩(wěn)壓罐、粗精調(diào)節(jié)組合控制閥、SCR催化器、以及氨氣噴射控制單元組成。其中所述的粗精調(diào)節(jié)組合控制閥，其特征在于由高頻通斷控制閥I和高頻通斷控制閥II以及蝶形控制閥組成。高頻通斷控制閥I安裝于粗調(diào)通道中，對氣體的流量起到粗調(diào)作用，高頻通斷控制閥II安裝于精調(diào)通道中，其流通通道面積由高頻通斷控制閥I的最大波動量決定，精調(diào)通道的流通面積小于粗調(diào)通道流通面積能夠?qū)崿F(xiàn)對氣體的流量實現(xiàn)精細調(diào)節(jié)。蝶形控制閥安裝于主出氣通道處，其主要包括電磁執(zhí)行機構(gòu)、位于主出氣通道內(nèi)部的閥芯以及安裝于閥芯中部的圓形翻板組成，其中圓形翻板的面積大小由位于粗調(diào)通道中的高頻通斷控制閥I的最大波動量決定，其面積較小，能夠?qū)崿F(xiàn)對氨氣流量的精細調(diào)節(jié)。蝶形控制閥調(diào)節(jié)翻板的安裝初始位置為調(diào)節(jié)翻板所在平面與主出氣通道的軸線相垂直。閥芯與電磁驅(qū)動機構(gòu)相連，該電磁驅(qū)動機構(gòu)可以為步進電機、直線電機、伺服電機等部件，氨氣噴射控制單元通過驅(qū)動電磁執(zhí)行機構(gòu)帶動閥芯以及閥芯上面的圓形翻板轉(zhuǎn)動，從而改變主出氣通道的流通面積來調(diào)整總出氣流量的大小。所述的氨氣噴射控制單元由信號采集部分、運算控制單元、驅(qū)動單元組成，位于高頻通斷控制閥I和高頻通斷控制閥II兩側(cè)的壓差傳感器I和壓差傳感器II以及穩(wěn)壓罐上的壓力傳感器分別于單片機上的A/D轉(zhuǎn)換通道相連。蝶形控制閥上的電磁執(zhí)行機構(gòu)與單片機上I/O 口相連。高頻通斷控制閥I和高頻通斷控制閥II分別通過驅(qū)動電路與氨氣噴射控制單元相連。氣體噴射控制單元通過接受發(fā)動機ECU工況信號確定所需氣體流量的大小，并通過對高頻通斷控制閥I和高頻通斷控制閥II以及蝶形控制閥的調(diào)節(jié)實現(xiàn)氣體流量的控制。
[0005]所述的SSCR系統(tǒng)包括氨氣發(fā)生器、穩(wěn)壓罐、SCR催化器以及氨氣噴射控制單元等部件。其特征在于:氨氣發(fā)生器上安裝有壓力傳感器，在氨氣發(fā)生器內(nèi)部安裝有對儲氨物質(zhì)金屬氨絡(luò)、氨基甲酸銨等進行加熱的裝置，加熱裝置通過接通發(fā)動機熱源對氨氣發(fā)生器內(nèi)部的儲氨物質(zhì)進行加熱，氨氣發(fā)生器上的壓力傳感器通過檢測氨氣發(fā)生器壓力的大小來控制發(fā)動機熱源加熱量的大小，當大于所設(shè)定的安全壓力時，控制截止電磁閥動作停止熱源供給，當?shù)陀谠O(shè)定的壓力下限時控制截止電磁閥動作打開發(fā)動機熱源供給。在氨氣發(fā)生器的出口通過管道與穩(wěn)壓減壓器相連，穩(wěn)壓減壓器的出口通過管道與穩(wěn)壓罐相連，生成的氨氣通過穩(wěn)壓減壓器降壓后進入穩(wěn)壓罐，從而得到所需的氨氣噴射壓力。穩(wěn)壓罐處安裝有用于監(jiān)測氨氣壓力和溫度的壓力傳感器和溫度傳感器。穩(wěn)壓罐通過三通閥與高頻通斷控制閥I和高頻通斷控制閥II以及蝶形控制閥組成的粗精調(diào)節(jié)組合控制閥相連?？偟某鰵馔ǖ琅cSCR催化器前的發(fā)動機排氣管相連，SSCR系統(tǒng)生成的氨氣經(jīng)過氨氣流量精細控制裝置噴入排氣管內(nèi)來降低發(fā)動機排氣污染物中的氮氧化物的排放。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007]圖2為圖1中主出氣通道處蝶形控制閥結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方案進行進一步的詳細說明。
[0009]本發(fā)明提供一種SSCR氨氣流量精確控制裝置，下面通過SSCR系統(tǒng)對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。所述的SSCR系統(tǒng)包括氨氣發(fā)生器2、穩(wěn)壓罐8、SCR催化器16以及氨氣噴射控制單元4等部件。氨氣噴射控制單元4通過氨氣發(fā)生器2上壓力傳感器3的反饋信號來控制截止電磁閥I來實現(xiàn)氨氣發(fā)生器2壓力在一定的范圍內(nèi)波動，并通過穩(wěn)壓減壓器5和穩(wěn)壓罐8的作用使氨氣噴射壓力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，然后氨氣噴射控制單元4通過對粗精調(diào)組合控制閥的控制作用實現(xiàn)對氨氣流量的精細調(diào)節(jié)。所述的粗精調(diào)節(jié)組合控制閥15由高頻通斷控制閥I 10和高頻通斷控制閥II 18以及蝶形控制閥13組成。本發(fā)明的第一種實施方式為，氨氣噴射控制單元4通過對相串聯(lián)的高頻通斷控制閥IlO和蝶形控制閥13的控制實現(xiàn)對氨氣流量的精細調(diào)節(jié)，對高頻通斷控制閥1118不進行控制。位于粗調(diào)通道9的高頻通斷控制閥IlO對氣體的流量大小起到粗略調(diào)節(jié)作用。氨氣噴射控制單元4通過改變控制信號的占空比來調(diào)節(jié)高頻通斷控制閥IlO的通斷來粗略調(diào)節(jié)所通過的氣體流量的大小。如圖2所示為對氨氣流量進行精細調(diào)節(jié)的蝶形控制閥13示意圖，氨氣噴射控制單元4通過調(diào)節(jié)蝶形控制閥13閥芯23上的圓形翻板22實現(xiàn)對所通過的氨氣流量的精細調(diào)節(jié)。氨氣噴射控制單元4接收發(fā)動機ECU14的信號確定在不同工況下氨氣量的大小，位于穩(wěn)壓罐8處的壓力傳感器6和溫度傳感器7米集的信號傳輸給氨氣噴射控制單兀4,確定所需氨氣流量的大小，并通過流體力學(xué)計算確定通過一定流量的氨氣所需噴射壓差的大小。首先調(diào)節(jié)高頻通斷控制閥IlO的占空比來調(diào)節(jié)高頻通斷控制閥IlO兩端壓差的大小，從而調(diào)整氨氣噴射壓差的大小，當只通過調(diào)整高頻通斷控制閥IlO達不到所需要的流量精度時，氨氣噴射控制單元4通過控制主出氣通道12處蝶形控制閥13的電磁執(zhí)行機構(gòu)21的轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)總出氣通道12的流通面積來實現(xiàn)對氨氣流量的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)所需要的氨氣流量精度。本發(fā)明的第二種實施方式為，氨氣噴射控制單元4通過對相并聯(lián)的高頻通斷控制閥IlO和高頻通斷控制閥1118的控制實現(xiàn)對氣體流量的精細調(diào)節(jié)，此時氨氣噴射控制單元4不對主出氣通道12處的蝶形控制閥13進行控制。氨氣噴射控制單元4通過接收發(fā)動機ECU14的信號確定在不同工況下所需氨氣流量的大小，位于穩(wěn)壓罐8處的壓力傳感器6和溫度傳感器7采集的信號傳輸給氨氣噴射控制單元4，確定所需氨氣流量的大小，并通過流體力學(xué)計算確定通過一定流量的氨氣所需噴射壓差的大小。首先調(diào)節(jié)高頻通斷控制閥IlO的占空比來調(diào)節(jié)高頻通斷控制閥IlO兩端壓差的大小，從而調(diào)整氨氣噴射壓差的大小，當單獨調(diào)節(jié)高頻通斷控制閥Iio達不到所需的流量精度時，氨氣噴射控制單元4通過調(diào)整高頻通斷控制閥1118的占空比來實現(xiàn)對所需氨氣流量的精細調(diào)節(jié)。高頻通斷控制閥II18所控制的通道面積較小，其閥芯組件的質(zhì)量較小，在對其進行占空比調(diào)節(jié)的過程中，其響應(yīng)特性較好，從而使所輸出氨氣的脈動性降低，穩(wěn)定性較好，調(diào)節(jié)精度更高。本發(fā)明的第三種實施方式為，氨氣噴射控制單元4通過對高頻通斷控制閥IlO的控制來實現(xiàn)對氨氣流量的粗略調(diào)節(jié)，當需要對氨氣流量進行精細調(diào)節(jié)時同時采用兩種精細調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)對氨氣流量的精細調(diào)節(jié)，也就是說既采用蝶形控制閥13進行精細調(diào)節(jié)又采用高頻通斷控制閥II對氣體流量進行調(diào)節(jié)，當然這種控制形式對控制閥總體的控制策略要求較高。在實際的應(yīng)用過程中，可以選擇相串聯(lián)的蝶形控制閥13和高頻通斷控制閥IlO對氨氣流量進行控制，或者選擇相并聯(lián)的高頻通斷控制閥IlO和高頻通斷控制閥1118雙控制閥雙通道的方式都能達到對氨氣流量精細調(diào)節(jié)的效果。當然這兩種組合方式都在本發(fā)明的保護之列。本發(fā)明還有其他的實施方式，在這里就不進行一一贅述。本專業(yè)人員在不進行創(chuàng)造性的思考的前提下對個別零部件的改動或者是在本發(fā)明的基礎(chǔ)上進行的新的實施方式的開發(fā)等都應(yīng)該視為本發(fā)明的保護范圍。像高頻通斷控制閥IlO和高頻通斷控制閥1118的選型的改變都應(yīng)視為本發(fā)明專利的內(nèi)容。由于現(xiàn)有技術(shù)的高頻通斷控制閥的結(jié)構(gòu)大同小異，都能實行對氣體流量的調(diào)節(jié)作用，本發(fā)明未對高頻通斷控制閥的具體形式進行規(guī)定。通過上述的說明可知，在SSCR氨氣流量精細控制裝置作用下，氨氣不僅實現(xiàn)了流量的無級輸出，而且實現(xiàn)了對氨氣流量的精細調(diào)節(jié)，輸出氨氣脈動性降低，穩(wěn)定性提高。當然在對氨氣流量的輸出精度要求不高的情況下，可以只對粗調(diào)通道9上的高頻通斷控制閥IlO進行控制，所述的蝶形控制閥13和高頻通斷控制閥1118在這種情況下不進行工作。在這種情況下對氨氣噴射控制系統(tǒng)的要求也相應(yīng)降低。
[0010]本發(fā)明是基于SSCR的氨氣流量的精細控制裝置，其中的粗精調(diào)節(jié)組合控制閥15通過與其它氣體裝置相配合后也可以應(yīng)用于其他【技術(shù)領(lǐng)域】，凡是具體功能未發(fā)生本質(zhì)改變時，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)選擇性催化還原系統(tǒng)(SSCR)氨氣流量精確控制裝置，其特征在于:主要由氨氣發(fā)生器(2)、穩(wěn)壓罐(8)、粗精調(diào)節(jié)組合控制閥(15)、SCR催化器(14)以及氨氣噴射控制單元(4)等部件組成；其中所述的粗精調(diào)節(jié)組合控制閥(15)，其特征在于由高頻通斷控制閥I (10)和高頻通斷控制閥II (18)以及蝶型控制閥(13)組成；高頻通斷控制閥I (10)安裝于粗調(diào)通道(9)中，對氣體的流量起到粗調(diào)作用，高頻通斷控制閥II (18)安裝于精調(diào)通道(19)中，其流通通道面積由高頻通斷控制閥I (10)的最大波動量決定，精調(diào)通道(19)流通面積小于粗調(diào)通道(9)能夠?qū)崿F(xiàn)對氨氣流量的小范圍調(diào)節(jié)；蝶形控制閥(13)安裝于主出氣通道(12)處，其主要包括電磁執(zhí)行機構(gòu)(21)、位于主出氣通道(12)內(nèi)部的閥芯(23)以及安裝于閥芯(23)中部的圓形翻板(22)組成，其中圓形翻板(22)的面積大小由位于粗調(diào)通道(9)中的高頻通斷控制閥I (10)的最大波動量決定，圓形翻板(22)的面積與通道總面積相比較小，能夠?qū)崿F(xiàn)對氨氣流量的精細調(diào)節(jié)；蝶形控制閥調(diào)節(jié)翻板的安裝初始位置為調(diào)節(jié)翻板所在平面與主出氣通道的軸線相垂直；閥芯(23)與電磁驅(qū)動機構(gòu)(21)相連，氨氣噴射控制單元(4)通過驅(qū)動電磁執(zhí)行機構(gòu)(21)帶動閥芯(23)以及閥芯(23)上面的圓形翻板(22)轉(zhuǎn)動，從而改變主出氣通道(12)的流通面積來調(diào)整總出氣流量的大小；所述的氨氣噴射控制單元(4)由信號采集部分、運算控制單元、驅(qū)動單元組成，位于高頻通斷控制閥I(10)和高頻通斷控制閥II (18)兩側(cè)的壓差傳感器I (11)和壓差傳感器II (17)以及穩(wěn)壓罐(8)上的壓力傳感器(6)分別于單片機上的A/D轉(zhuǎn)換通道相連；蝶形控制閥(13)上的電磁執(zhí)行機構(gòu)(22)與單片機上I/O 口相連；高頻通斷控制閥I (10)和高頻通斷控制閥II (18)分別通過驅(qū)動電路與單片機相連；氣體噴射控制單元(4)通過接受發(fā)動機E⑶(14)工況信號確定所需氣體流量的大小，并通過對高頻通斷控制閥I (10)和高頻通斷控制閥II (18)以及蝶形控制閥(13)的調(diào)節(jié)實現(xiàn)氣體流量的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SSCR系統(tǒng)包括氨氣發(fā)生器(2)、穩(wěn)壓罐(8)、SCR催化器(16)以及氨氣噴射控制單元(4)等部件；其特征在于:氨氣發(fā)生器(2)上安裝有壓力傳感器(3)，在氨氣發(fā)生器(2 )內(nèi)部加裝有對儲氨物質(zhì)(金屬氨絡(luò)物、氨基甲酸氨等)進行加熱的裝置，加熱裝置通過接通發(fā)動機熱源對氨氣發(fā)生器內(nèi)部的儲氨物質(zhì)進行加熱，氨氣發(fā)生器(2)上的壓力傳感器(3)通過檢測氨氣發(fā)生器(3)壓力的大小來控制發(fā)動機熱源加熱量的大小，當大于所設(shè)定的安全壓力時，控制截止電磁閥(I)動作停止熱源供給，當?shù)陀谠O(shè)定的壓力下限時控制截止電磁閥(I)動作打開發(fā)動機熱源供給；在氨氣發(fā)生器(2)的出口通過管道與穩(wěn)壓減壓器(5)相連，穩(wěn)壓減壓器(5)的出口通過管道與穩(wěn)壓罐(8)相連，穩(wěn)壓罐(8)處安裝有用于監(jiān)測氨氣壓力和溫度的壓力傳感器(6)和溫度傳感器(7);穩(wěn)壓罐(8)通過三通閥與高頻通斷控制閥I (10)和高頻通斷控制閥II (18)以及蝶形控制閥(13)組成的粗精調(diào)節(jié)組合控制閥(15)相連；總的出氣通道與SCR催化器(16)前的發(fā)動機排氣管(20)相連，SSCR系統(tǒng)生成的氨氣經(jīng)過氨氣流量精細控制裝置噴入排氣管內(nèi)來降低發(fā)動機排氣污染物中的氮氧化物的排放。
3.按權(quán)利要求1所述的粗精調(diào)節(jié)組合控制閥(15)，其特征在于由高頻通斷控制閥I(10)和高頻通斷控制閥II (18)以及蝶型控制閥(13)組成；其中高頻通斷控制閥I是對氨氣流量進行粗略調(diào)節(jié)的裝置，高頻通斷控制閥II (18)以及蝶型控制閥(13)是對氨氣流量進行精細調(diào)節(jié)的兩種裝置；當對氨氣流量進行調(diào)節(jié)時，氨氣噴射控制單元(4)首先對粗調(diào)通道(9)中的 高頻通斷控制閥I (10)進行控制，當單獨通過對高頻通斷控制閥I (10)的控制達不到所需的調(diào)節(jié)精度時，氨氣噴射控制單元可以通過選擇兩種精細調(diào)節(jié)的一種或者同時使用兩種精細調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)對氨氣流量的精細調(diào)節(jié)，當采用一種精細調(diào)節(jié)裝置進行調(diào)節(jié)時，另一種精細調(diào) 節(jié)裝置不進行工作。
【文檔編號】F01N3/20GK103912352SQ201410166394
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】韓永強, 許闖力, 田徑, 許允, 潘國強, 劉坤 申請人:吉林大學(xué)