CN109681296A - 排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,以固体储氨材料为储氨和释氨的载体,把发动机的排气管通过一个三通管分成a和b两路,在a路管路口处装有可根据排气温度进行翘曲的热双金属阀片,使流经b路的排气流量随排气温度而进行变化。在b路管路上安装储氨***,利用流量随温度变化的排气余热进行加热,依靠控制单元和一组电磁阀,实现氨气剂量输送并方便的导入SCR后处理器,进而去除排气中的NOx。保证了单位时间内流经b路的排气为储氨***所提供的热量保持恒定,确保氨气的恒定释放,使储氨***的压力恒定在正常工作压力范围内。本储氨供氨单元,节省掉原有***的排气控制阀,提高了整个***的可靠性,降低了***的重量及***成本。
Description
技术领域
本发明属于机动车尾气后处理催化净化技术领域,涉及一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,应用于氨(NH3)为还原剂有效成分的选择性催化还原(SCR)固态氨还原剂的供给***。
背景技术
我国的汽车保有量逐年增长,成为了世界第一的汽车市场。对于柴油发动机车辆而言,颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)是其主要的污染物。目前,处理NOx的主要技术路线是选择性催化还原(SCR)技术,SCR技术拥有较为明显的燃油经济性优势,同时技术有很好的延续性,可以持续应用到国六阶段。
现在使用的尿素水溶液还原剂需要经过水解、热解之后产生有效的氨气,然后在催化剂的作用下将氮氧化物转化成氮气和水。尿素水溶液的水解会降低排气温度,同时水解、热解不完全的尿素水溶液容易产生结晶,沉积在排气管路或是尿素喷嘴部位,堵塞排气管路会造成发动机动力的损失,燃油经济性恶化,排放恶化。堵塞喷嘴会使SCR***无法正常工作。同时,尿素水溶液的冰点为-11℃,低温环境下SCR***无法正常工作。整车的排放控制并未发挥有效的作用。
基于固体储氨材料为还原剂的SCR(简称SSCR)***是目前的发展方向,为了解决尿素水溶液还原剂存在的问题,直接使用氨气是SCR的理想技术方案。因此,开发能够存储和释放氨气的新型还原剂材料是技术热点,许多的汽车厂和研究机构开展了相关的工作。
中国专利CN 102733914 B公开了一种采用发动机排气支管余热方式来加热活性的储氨化合物,释放出氨的后处理控制单元。中国专利CN 103470347 A公开了一种氨发生设备,其中第一加热装置和第二加热装置分别安装在主存储器和副存储器内部并且独立操作。中国专利US2012/0045379A1公开了一种利用真空泵从固体储氨材料中储存和供给氨气的方法,介绍了存储和输送氨的方法,储氨材料的加热方式为内置电加热或外置微波加热或红外加热。中国专利CN 104234796 A介绍了一种具有氨气导出通道的内置加热式或外包式加热的氨存储筒,尤其用于机动车辆排气***的具有优化的填充时间的氨存储筒。
但是,现有尾气加热固体氨***,采用了气动排气控制阀,通过阀板的开关来控制排气全部进入或者全部不进入固体储氨***。然而,在实际使用过程中,排气控制阀失效状况时有发生,导致固体氨***要么无法建压,要么长时间处于尾气加热的条件下导致氨罐压力超标,造成安全隐患。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足,提供一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元。其采用固体储氨材料,如氯化锶、氯化镁、氯化钙等或其组合物作为储氨和释氨的载体,把发动机的排气管通过一个T型三通管分成a和b两路,在其中一路的管路口(a路管口)处安装有可根据排气温度进行翘曲的热双金属阀片。热双金属阀片翘曲的程度不同,管路出口处可出气的截面积大小也会随之改变,进而使流经b路的排气流量随排气温度而进行变化。即随着排气温度的升高,截面积变大,出气量增多,排气温度降低,截面积变小,出气量降低。在另一路的管路上安装储氨***,利用流量随温度变化的排气余热进行加热,依靠控制单元和一组电磁阀,实现氨气剂量输送并方便的导入SCR后处理器,进而去除排气中的NOx。这样可保证在单位时间内流经b路的排气为储氨***所提供的热量保持恒定,进而保证了氨气的恒定释放,使储氨***的压力恒定在正常工作压力范围内。本储氨供氨单元,节省掉原有***的排气控制阀,提高了整个***的可靠性,降低了***的重量,降低了***成本。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,尾气进气管与后处理器进气端连接,后处理器的出气端通过一个直角管与三通管连接,进而将排气管分为a路和b路两路,三通管三个管口的内径相同,a路排气直接排向外界大气,在a路管口处安装有热双金属阀片。热双金属片可以是长方形,其中间部位通过螺钉与阀棍固定,阀棍两端焊接与a路管口处,热双金属阀片的面积为a路管口内径面积的1/4~7/12,即在常温下平整状态的热双金属阀片能够遮挡住a路管口内径面积的1/4~7/12;热双金属阀片也可以是圆环型,其大径与a路管口内径一致,阀片大径边缘通过激光焊或氩弧焊与a路管口焊接起来,焊接好的阀片通过激光切割的方式,将阀片均分成4~16个小片,圆环阀片中心开口的的面积为a路管口内径面积的1/4~7/12。热双金属阀片安装过程中,热双金属片热膨胀系数小的一侧面向外侧,朝向外界大气。储氨罐是由耐压罐内壁筒和耐压罐外壁筒以及圆环端板组成的一个环状的空腔结构,储氨罐的内壁筒即为其加热管,且内壁筒的长度略长于外壁筒的长度,加热管的进气端与三通管的b路出口连接,且加热管的内径与三通管的管路内径一致。不同管路之间的管连接均通过法兰座由快接卡箍连接,以便初装和后续使用过程中的维修拆装。耐压罐罐体内填充固体储氨材料,填充量为环状罐体体积容量的1/5~1/3。耐压罐外壁筒上安装有泄压阀、出气单向阀、备用阀口、温度传感器等,温度传感器感应端***固体储氨材料内部。NH3还原剂导管管路上有精密比例阀,还原剂导管喷嘴端探入尾气进气管内部,进气管温度传感器和NOx传感器连接在尾气进气管上,感应端探入尾气进气管内,进气管温度传感器和NOx传感器、耐压罐温度传感器通过信号线连接车载电脑,车载电脑同过输入的各项参数对比例阀进行精确控制,实现氨气的精确供给。
所述的储氨罐,其内储氨材料释氨所需的热源来源于b路流出的排气,b路的排气流量与排气温度成反比,单位时间内流经b路的排气为储氨***所提供的热量保持恒定,进而保证了氨气的恒定释放,使氨气的产生与消耗维持在平衡状态,进而使储氨***的压力恒定在正常工作压力范围内。
所述的热双金属阀片选自目前市场上常见的热双金属片,其牌号可以是FPA223系列、FPA206系列、FPA258系列、FPA721系列、FPA982系列等,热双金属阀片厚度为0.2~1.5mm。
所述的固体储氨材料可以是无水氯化锶、无水氯化钙、无水氯化镁或是其中两种、三种材料的组合物。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明储氨供氨单元,节省掉原有***的排气控制阀,提高了整个***的可靠性,降低了***的重量,降低了***成本。
附图说明
图1本发明布置图;
图2长方形热双金属阀片布置图;
图3长方形热双金属阀片受热工作示意图;
图4圆环形热双金属阀片布置图;
图5初始状态下热双金属阀片状态示意图;
图6排气温度升高后热双金属阀片状态示意图。
图中,1.耐压罐2.固体储氨材料3.出气单向阀4.备用阀口5.温度传感器6.泄压阀7.三通管8.热双金属阀片9.阀棍10.法兰11.SCR后处理器12.精密比例阀13.NH3还原剂导管14.进气管温度传感器15.NOx传感器16.车载电脑17.尾气进气管18.直角管19.加热管20.圆环端板。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明:
如图1所示,本发明排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,尾气进气管17与SCR后处理器11进气端连接,SCR后处理器11的出气端通过一个直角管18与三通管7连接,进而将排气管分为a路和b路两路,三通管7三个管口的内径相同,a路排气直接排向外界大气,在a路管口处安装有热双金属阀片8。
如图2所示,热双金属阀片8可以是长方形,其中间部位通过螺钉与阀棍9固定,阀棍9两端焊接于a路管口处,热双金属阀片8的面积为a路管口内径面积的1/4~7/12,即在常温下平整状态的热双金属阀片8能够遮挡住a路管口内径面积的1/4~7/12。
如图3所示,热双金属阀片8也可以是圆环型,其大径与a路管口内径一致,阀片大径边缘通过激光焊或氩弧焊与a路管口焊接起来,焊接好的阀片通过激光切割的方式,将阀片均分成4~16个小片,圆环阀片中心开口的的面积为a路管口内径面积的1/4~7/12。热双金属阀片8安装过程中,热双金属片8热膨胀系数小的一侧面向外侧,朝向外界大气。
储氨罐耐压罐是由耐压罐内壁筒和耐压罐1外壁筒以及圆环端板20组成的一个环状的空腔结构,储氨罐的内壁筒即为其耐压罐加热管19,且内壁筒的长度略长于外壁筒的长度,加热管19的进气端与三通管7的b路出口连接,且加热管19的内径与三通管7的管路内径一致。不同管路之间的管连接均通过法兰座由快接卡箍连接,以便初装和后续使用过程中的维修拆装。耐压罐1罐体内填充固体储氨材料2,填充量为环状罐体体积容量的1/5~1/3。耐压罐1外壁筒上安装有泄压阀6、出气单向阀3、备用阀口4、温度传感器5等,温度传感器5感应端***固体储氨材料2内部。NH3还原剂导管13管路上有精密比例阀12,还原剂导管喷嘴端探入尾气进气管17内部,进气管温度传感器14和NOx传感器15连接在尾气进气管17上,感应端探入尾气进气管17内,进气管温度传感器14和NOx传感器15、耐压罐温度传感器5通过信号线连接车载电脑16,车载电脑16同过输入的各项参数对比例阀进行精确控制,实现氨气的精确供给。
所述的热双金属阀片8选自目前市场上常见的热双金属片,其牌号可以是FPA223系列、FPA206系列、FPA258系列、FPA721系列、FPA982系列等,热双金属阀片厚度为0.2~1.5mm。
所述的固体储氨材料2可以是无水氯化锶、无水氯化钙、无水氯化镁或是其中两种、三种材料的组合物。
实施例
流过储氨耐压罐的排气流量是通过三通管7根据排气温度进行自动调节的,具体来说就是a路管口的热双金属阀片8的翘曲量会随着排气温度升高而变大,导致其所覆盖的管口内径面积变小,即排气温度升高时,流经a路的气流量增多,通过b路流入耐压罐1的气流量降低,排气温度降低时,热双金属阀片8的翘曲量会随着排气温度降低而变小,导致其所覆盖的管口内径面积变大,流经a路的气流量减小,通过b路流入耐压罐1的气流量升高,这样可保证在单位时间内流经b路的排气为储氨耐压罐1所提供的热量保持恒定,进而保证了氨气的恒定释放,使储氨***的压力恒定在正常工作压力范围内。
可调排气流量的三通管主要由三通管7管体、热双金属阀片8、阀棍9和法兰10组成。热双金属阀片8为长方形时,首先将阀棍9沿着a路管口直径方向,将其两端焊接于a路管口内壁上,再在热双金属阀片8的中央部位利用铆钉固定于阀棍9中心。安装后,在室温条件下,热双金属阀片8与a路管口内径圆面处于同一平面内,且热双金属阀片8热膨胀系数小的一侧面向外侧,朝向外界大气,热双金属阀片8的面积为a路管口内径面积的1/4~7/12,即在常温下平整状态的热双金属阀片8能够遮挡住a路管口内径面积的1/4~7/12,长方形热双金属阀片受热工作时如图3。热双金属阀片8为圆环型时,如图4所示,其大径与a路管口内径一致,阀片大径边缘通过激光焊或氩弧焊与a路管口焊接起来,焊接好的阀片通过激光切割的方式,将阀片均分成4~16个小片,圆环阀片中心开口的面积为a路管口内径面积的1/4~7/12,热双金属阀片8热膨胀系数小的一侧面向外侧,朝向外界大气。发动机停机时,没有排气流经a路时,阀片的状态如图5所示,当排气温度升高时,阀片的状态如图6所示。
储氨耐压罐是先把加热管19的两端和两个法兰盘10分别焊接在一起,再把耐压罐外壁筒1与加热管19通过两个圆环端板20焊接在一起,这样在加热管19、耐压罐外壁筒1与两个圆环端板20形成了活性储氨材料存储空间,形成的储氨材料存储空间为40~50升。泄压阀6、出气单向阀3、备用阀口4、温度传感器5均焊接于储氨耐压罐外壁筒上。储氨罐内储氨材料的装填量为存储空间体积的1/5。
三通管7三个管路的内径与SCR后处理器排气管的内径、耐压罐加热管19的内径相同。SCR后处理器11、直角管18、三通管7以及储氨罐耐压罐1之间均通过法兰10,利用快接卡箍进行连接。
把连接好的各个单元原件连接到一台发动机排量为11L的重型商用车上,在满载测试时,发动机排气温度范围为200~450℃,储氨耐压罐罐体最大压力不超过3.5bar,处于正常压力范围内,且NOx转化率维持在80%以上,满足国5排放标准。
Claims (8)
1.一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,其特征在于:主要由三通管(7)、热双金属阀片(8)、SCR后处理器(11)、NH3还原剂导管(13)、进气管温度传感器(14)、NOx传感器(15)、车载电脑(16)、尾气进气管(17)、直角管(18)和储氨罐耐压罐构成;
所述尾气进气管(17)与SCR后处理器(11)进气端连接,SCR后处理器(11)的出气端通过一个直角管(18)与三通管(7)连接,进而将排气管分为a路和b路两路;所述三通管(7)三个管口的内径相同,a路排气直接排向外界大气,在a路管口处安装有热双金属阀片(8);
所述储氨罐耐压罐是由耐压罐(1)内壁筒构成的加热管(19)、耐压罐(1)外壁筒以及圆环端板(20)组成的一个环状的空腔结构,且内壁筒的长度长于外壁筒的长度,加热管(19)的进气端与三通管(7)的b路出口连接,加热管(19)的内径与三通管(7)的管路内径一致;所述耐压罐(1)罐体内固体储氨材料(2),耐压罐(1)外壁筒上装有温度传感器(5),温度传感器(5)感应端***固体储氨材料(2)内部;
所述NH3还原剂导管(13)管路上有精密比例阀(12),还原剂导管喷嘴端探入尾气进气管(17)内部,进气管温度传感器(14)和NOx传感器(15)连接在尾气进气管(17)上,感应端探入尾气进气管(17)内,进气管温度传感器(14)、NOx传感器(15)和温度传感器(5)通过信号线连接车载电脑(16)。
2.根据权利要求1所述的一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,其特征在于:所述热双金属阀片(8)是长方形,其中间部位通过螺钉与阀棍(9)固定,阀棍(9)两端焊接于a路管口处,热双金属阀片(8)的面积为a路管口内径面积的1/4~7/12,即在常温下平整状态的热双金属阀片(8)能够遮挡住a路管口内径面积的1/4~7/12。
3.根据权利要求1所述的一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,其特征在于:所述热双金属阀片(8)是圆环型,其大径与a路管口内径一致,阀片大径边缘通过激光焊或氩弧焊与a路管口焊接起来,焊接好的阀片通过激光切割的方式,将阀片均分成4~16个小片,圆环阀片中心开口的的面积为a路管口内径面积的1/4~7/12。
4.根据权利要求2或3所述的一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,其特征在于:所述热双金属阀片(8)的阀片厚度为0.2~1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,其特征在于:耐压罐(1)罐体内固体储氨材料(2)的填充量为环状罐体体积容量的1/5~1/3。
6.根据权利要求5所述的一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,其特征在于:所述固体储氨材料(2)是无水氯化锶、无水氯化钙、无水氯化镁中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,其特征在于:所述耐压罐(1)外壁筒上还安装有泄压阀(6)、出气单向阀(3)和备用阀口(4)。
8.根据权利要求1所述的一种排气流量自动可调的活性物储氨供氨单元,其特征在于:所述不同管路之间的管连接均通过法兰座由快接卡箍连接。
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