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CN115506874A - 一种双级-主被动scr耦合的氢燃料内燃机用后处理装置及其控制方法 - Google Patents

一种双级-主被动scr耦合的氢燃料内燃机用后处理装置及其控制方法 Download PDF

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CN115506874A CN202211209117.1A CN202211209117A CN115506874A CN 115506874 A CN115506874 A CN 115506874A CN 202211209117 A CN202211209117 A CN 202211209117A CN 115506874 A CN115506874 A CN 115506874A
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Abstract

本发明涉及一种双级‑主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置及其控制方法。该装置包括依次连接的以H2为还原剂的选择性氢催化还原催化器(2)和以NH3为还原剂的选择性氨催化还原催化器(4)；选择性氢催化还原催化器(2)和选择性氨催化还原催化器(4)之间设有连接管道，该连接管道与尿素供给源(13)连接；选择性氢催化还原催化器(2)远离连接管道的一端设有用于氢内燃机尾气进入的进气管道，该进气管道与氢气供给源连接。与现有技术相比，本发明创新性在后处理系统中同时引入H2喷嘴和尿素喷嘴，根据电控单元中传感器反馈信息实时补充还原剂H2或NH3，耦合主被动SCR，对H2‑SCR装置产生的NH3还原剂利用充分，实现低成本的NOx高效减排。

Description

一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置及其 控制方法
技术领域
本发明涉及汽车发动机领域，具体涉及一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置及其控制方法。
背景技术
氢燃料内燃机的排放物中，氮氧化物是唯一的有害排放物。浓混合气的燃烧速度加快会导致气缸压力和温度升高，最终导致氮氧化物排放增加。因此为了获得最低的NOx排放，氢气发动机需要在0.5到0.6的当量比之间运行，稀薄燃烧可以避免氢燃料内燃机发生回火现象，但较稀的混合气会引起发动机扭矩不足等情况发生。虽然降低NOx排放可以通过调整喷射正时和进气相位实现，但是后处理装置的引入将使氢燃料内燃机在保证动力性的同时实现NOx低排放。
选择性催化还原技术是目前在柴油机后处理系统中对NOx处理的主流技术。该技术根据所使用的还原剂又可以细分为NH3-SCR和H2-SCR。NH3-SCR是利用尿素水溶液或氨水在一定温度窗口和催化条件下将NOx还原成N2和H2O，因为NH3作为还原剂在催化剂的作用下优先与NOx反应，而不是与O2反应，表现出高选择性。NH3-SCR通常采用铜或铁或铜铁复合分子筛做催化剂。而H2-SCR是以H2作为还原剂，通常采用Pd基和Pt基材料做催化剂。
专利CN108678864B公开了一种用于氢发动机起动减排放及氢气消耗率的控制方法，该方法通过采用浓燃起动策略并配合三元催化器来实现氢发动机起动NOx超低排放；通过划分发动机起动前催化器载体的温度区间，结合氢-空气混合气浓度对NOx生成的影响机理及温度对三元催化器催化效率的影响机理，对不同温度区间执行相应的控制方法来降低起动过程中氢气消耗率。该专利不仅控制策略复杂，对传感器精度和控制精度要求高，还对发动机经济性不友好。
专利201810924790.0公开了一种适用于氢燃料内燃机的组合式后处理装置。通过组合的TWC+SCR装置实现对NOx排放的控制，但是TWC只在化学当量比(λ＝1)工况下实现高效减排，而化学当量比的氢内燃机动力性差。稀燃工况(λ＞1)下氢内燃机动力性能好，但是其尾气中O2含量高，使得TWC对NOx的转化效率大幅降低，所以该发明提供的TWC+SCR装置仅适用于化学当量比的氢内燃机，不能满足高动力性的稀燃氢内燃机的NOx排放需求，实用性低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够对排气温度窗口宽的氢燃料内燃机尾气中NOx的实现持续高效减排，解决氢内燃机的NOx排放高问题的双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置及其控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供了一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机后处理装置。本发明提供的该种氢燃料内燃机后处理装置包括H2-SCR和NH3-SCR两种后处理装置，还包括H2喷嘴和尿素喷嘴。通过组合低温活性好的H2-SCR和中高温活性好的NH3-SCR，在宽排气温度窗口内实现NOx高效转化。同时，在H2-SCR上游安装H2喷嘴，在NH3-SCR上游安装尿素喷嘴，根据电控单元中传感器反馈信息实时补充还原剂H2或NH3，耦合主被动SCR，充分利用系统自发生成的还原剂NH3。该专利不仅适用于宽工况范围的氢燃料内燃机，减少了尿素喷射次数，实现低成本的NOx高效减排，具体方案如下：
一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置，该装置包括依次连接的以H2为还原剂的选择性氢催化还原催化器，简称H2-SCR，和以NH3为还原剂的选择性氨催化还原催化器，简称NH3-SCR；
所述的选择性氢催化还原催化器和选择性氨催化还原催化器之间设有连接管道，该连接管道与尿素供给源连接；
所述的选择性氢催化还原催化器远离连接管道的一端设有用于氢内燃机尾气进入的进气管道，该进气管道与氢气供给源连接。
进一步地，所述的进气管道上设有与氢气供给源连接的氢气喷嘴，以及用于检测进气成分和/或温度的前气体传感器。
进一步地，所述的前气体传感器包括前温度传感器、前NOx传感器和H2传感器。
进一步地，所述的连接管道上设有与尿素供给源连接的尿素喷嘴，以及用于检测反应气成分和/或温度的中气体传感器。
进一步地，所述的中气体传感器包括中温度传感器、中NOx传感器和NH3传感器。进一步地，所述的选择性氨催化还原催化器远离连接管道的一侧设有出气管道；所述的出气管道上设有用于检测尾气中NOx含量的后NOx传感器。
进一步地，该装置还包括用于接收和反馈信号的电控单元，该电控单元与氢气喷嘴、尿素喷嘴、前气体传感器、中气体传感器和后NOx传感器信号连接。
一种如上所述双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
St.1获取进气管道上工况信息，判断排气温度是否低于300℃；
St.2利用选择性氢催化还原催化器和选择性氨催化还原催化器对氢内燃机尾气进行处理；
St.3当前温度传感器检测出排气温度低于300℃时，启动氢气喷射控制步骤；当排气温度不低于300℃时，启动尿素喷射控制步骤。
进一步地，所述的氢气喷射控制步骤为：启动基于选择性氢催化还原催化器的NOx转化MAP判断H2最低阈值Cmin1，通过实时采集H2传感器监测H2浓度是否低于最低阈值Cmin1，当H2浓度小于Cmin1时，开启氢气喷嘴，喷射氢气；当H2浓度不小于Cmin1时，返回St.2。
进一步地，所述的尿素喷射控制步骤为：启动基于选择性氢催化还原催化器的NOx转化MAP、选择性氨催化还原催化器的NOx转化MAP和NH3吸脱附模型判断NH3最低阈值Cmin2，通过实时采集H2传感器、温度传感器、中NOx传感器和NH3传感器信号，监测NOx转化效率，实时判断NH3浓度是否低于最低阈值Cmin2，当NH3浓度小于Cmin2时，开启尿素喷嘴，喷射尿素；当NH3浓度不小于Cmin2时，返回St.2。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供了一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机后处理装置，包括低温活性好的H2-SCR和中高温活性好的NH3-SCR两种后处理装置，在宽排气温度窗口内实现NOx高效转化，适用于宽工况范围的氢燃料内燃机；
(2)本发明通过在后处理装置中加装H2喷嘴和尿素喷嘴，根据电控单元中传感器反馈信息实时补充还原剂H2或NH3，耦合主被动SCR，对H2-SCR装置产生的NH3还原剂利用充分，实现低成本的NOx高效减排；
(3)本发明还提供了一种适用于双级-主被动SCR耦合后处理装置的喷射控制策略，基于实时监测的温度和气体浓度信号，判断还原剂浓度是否低于最低阈值，当判断低于时，启动还原剂喷射。
附图说明
图1为实施例中后处理装置示意图；
图2为实施例中喷射策略示意图；
图中标号所示：氢气喷嘴1、选择性氢催化还原催化器2、尿素喷嘴3、选择性氨催化还原催化器4、前温度传感器5、前NOx传感器6、H2传感器7、中温度传感器8、中NOx传感器9、NH3传感器10、后NOx传感器11、电控单元12、尿素供给源13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置及其控制方法，如图1所示，包括氢气喷嘴1、设置在氢气喷嘴1后的以H2为还原剂的选择性氢催化还原催化器2、设置在选择性氢催化还原催化器2后的尿素喷嘴3、设置在尿素喷嘴3后的以NH3为还原剂的选择性氨催化还原催化器4，气流依次流过后处理装置H2-SCR和NH3-SCR，最后排入大气环境。
还包括安装在H2-SCR前的前温度传感器5、前NOx传感器6和H2传感器7，安装在H2-SCR和NH3-SCR中间的中温度传感器8、中NOx传感器9和NH3传感器10，安装在NH3-SCR后的后NOx传感器11，以及接收和反馈信号的电控单元12、尿素喷射控制单元13。
氢燃料内燃机后处理装置中，尾气首先流过后处理装置H2-SCR，尾气中NOx在H2-SCR中发生的化学反应过程包括化学式(1)和化学式(2)：
化学式(1)NI+2.5H2→NH3+H2O
化学式(2)NO2+3.5H2→NH3+2H2O
接着气流流经NH3-SCR，由化学式(1)和化学式(2)生成的NH3被NH3-SCR吸附，可以进一步作为还原剂与NOx反应，发生的化学反应过程如化学式(3)至化学式(5)所示：
化学式(3)4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
化学式(4)8NH3+6NO2→7N2+12H2O
化学式(5)NO+2NH3+NO2→2N2+3H2O
在低排气温度时，低温活性好的H2-SCR后处理装置将通过化学式(1)和化学式(2)将NOx转化为NH3和H2O，H2-SCR中的生成物NH3进入NH3-SCR并被吸附。
中高排气温度时，中高温活性好的NH3-SCR通过化学式(3)、化学式(4)和化学式(5)将NH3和NOx转化为无害的N2和H2O，最终实现氢燃料内燃机的宽工况高效NOx减排。
当电控单元12通过前温度传感器5、前NOx传感器6、H2传感器7、中温度传感器8、中NOx传感器9、NH3传感器10的反馈信息检测到需要补充还原剂H2或NH3时，氢气喷嘴1和尿素喷嘴3可以分别向系统中喷射H2和产生NH3的尿素。最后通过后NOx传感器11监测NOx的高效减排效果，进一步实现NOx高效减排。
当NH3-SCR仅依靠H2-SCR的生成物NH3实现NOx高效转化，称为被动NH3-SCR。当NH3-SCR仅依靠H2-SCR的生成物NH3不能实现NOx的完全转化，需要通过尿素喷射控制单元13控制尿素喷嘴3向系统内喷射尿素补充还原剂NH3，称为主动SCR。
如图2所示，实施例采用以下喷射控制策略，通过对前温度传感器5、前NOx传感器6信号实时采集，实时判断排气温度是否低于300℃，当判断排气温度低于300℃时，启动基于H2-SCR的NOx转化MAP判断H2最低阈值Cmin1，通过实时采集H2传感器7监测H2浓度是否低于最低阈值Cmin1，当小于时，开启氢气喷嘴，喷射氢气。
当判断排气温度高于300℃时，启动基于H2-SCR的NOx转化MAP、NH3-SCR的NOx转化MAP和NH3吸脱附模型判断NH3最低阈值Cmin2，通过实时采集H2传感器7、中温度传感器8、中NOx传感器9和NH3传感器10信号，监测NOx转化效率，实时判断NH3浓度是否低于最低阈值Cmin2，当小于时，开启尿素喷嘴，喷射尿素。
综上可知，目前，随着我国双碳目标的明确，氢内燃机作为零碳排放的动力装置受到广泛关注，但是其动力性与NOx排放间的矛盾问题尚未解决。该后处理装置创新性的将低温活性好的H2-SCR和中高温活性好的NH3-SCR组合，实现在宽排气温度窗口内的NOx高效转化，适用于宽工况范围的氢燃料内燃机。本发明创新性在后处理系统中同时引入H2喷嘴和尿素喷嘴，根据电控单元中传感器反馈信息实时补充还原剂H2或NH3，耦合主被动SCR，对H2-SCR装置产生的NH3还原剂利用充分，实现低成本的NOx高效减排，具有广阔的应用前景。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置，其特征在于，该装置包括依次连接的以H2为还原剂的选择性氢催化还原催化器(2)和以NH3为还原剂的选择性氨催化还原催化器(4)；
所述的选择性氢催化还原催化器(2)和选择性氨催化还原催化器(4)之间设有连接管道，该连接管道与尿素供给源(13)连接；
所述的选择性氢催化还原催化器(2)远离连接管道的一端设有用于氢内燃机尾气进入的进气管道，该进气管道与氢气供给源连接。
2.根据权利要求1所述的一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置，其特征在于，所述的进气管道上设有与氢气供给源连接的氢气喷嘴(1)，以及用于检测进气成分和/或温度的前气体传感器。
3.根据权利要求2所述的一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置，其特征在于，所述的前气体传感器包括前温度传感器(5)、前NOx传感器(6)和H2传感器(7)。
4.根据权利要求1所述的一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置，其特征在于，所述的连接管道上设有与尿素供给源(13)连接的尿素喷嘴(3)，以及用于检测反应气成分和/或温度的中气体传感器。
5.根据权利要求4所述的一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置，其特征在于，所述的中气体传感器包括中温度传感器(8)、中NOx传感器(9)和NH3传感器(10)。
6.根据权利要求1所述的一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置，其特征在于，所述的选择性氨催化还原催化器(4)远离连接管道的一侧设有出气管道；所述的出气管道上设有用于检测尾气中NOx含量的后NOx传感器(11)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置，其特征在于，该装置还包括用于接收和反馈信号的电控单元(12)，该电控单元(12)与氢气喷嘴(1)、尿素喷嘴(3)、前气体传感器、中气体传感器和后NOx传感器(11)信号连接。
8.一种如权利要求1-7任一项所述双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置的控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：
St.1获取进气管道上工况信息，判断排气温度是否低于300℃；
St.2利用选择性氢催化还原催化器(2)和选择性氨催化还原催化器(4)对氢内燃机尾气进行处理；
St.3当前温度传感器(5)检测出排气温度低于300℃时，启动氢气喷射控制步骤；当排气温度不低于300℃时，启动尿素喷射控制步骤。
9.根据权利要求1所述的一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置的控制方法，其特征在于，所述的氢气喷射控制步骤为：启动基于选择性氢催化还原催化器(2)的NOx转化MAP判断H2最低阈值Cmin1，通过实时采集H2传感器(7)监测H2浓度是否低于最低阈值Cmin1，当H2浓度小于Cmin1时，开启氢气喷嘴(1)，喷射氢气；当H2浓度不小于Cmin1时，返回St.2。
10.根据权利要求1所述的一种双级-主被动SCR耦合的氢燃料内燃机用后处理装置的控制方法，其特征在于，所述的尿素喷射控制步骤为：启动基于选择性氢催化还原催化器(2)的NOx转化MAP、选择性氨催化还原催化器(4)的NOx转化MAP和NH3吸脱附模型判断NH3最低阈值Cmin2，通过实时采集H2传感器(7)、温度传感器(8)、中NOx传感器(9)和NH3传感器(10)信号，监测NOx转化效率，实时判断NH3浓度是否低于最低阈值Cmin2，当NH3浓度小于Cmin2时，开启尿素喷嘴(3)，喷射尿素；当NH3浓度不小于Cmin2时，返回St.2。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116517673A (zh) * 2023-05-25 2023-08-01 重庆长安汽车股份有限公司 氢燃料发动机尾气处理装置及其控制方法
CN117489452A (zh) * 2023-11-30 2024-02-02 广西玉柴机器股份有限公司 一种双级scr系统hc与s中毒的恢复控制方法
CN118188114A (zh) * 2024-03-21 2024-06-14 南京瀚深材料科技股份有限公司 燃氢发动机零排放双级尿素喷射系统控制系统与方法
WO2024161111A1 (en) * 2023-01-30 2024-08-08 Johnson Matthey Public Limited Company System comprising h2-internal combustion engine and exhaust system therefor
CN119712286A (zh) * 2025-01-14 2025-03-28 潍柴动力股份有限公司 一种氢内燃机后处理装置和控制方法、发动机
CN120007420A (zh) * 2025-03-17 2025-05-16 一汽解放汽车有限公司 一种尾气后处理控制方法、系统及控制装置
AT527902A1 (de) * 2024-01-08 2025-07-15 Avl List Gmbh Verfahren zum Entfernen von Stickoxiden aus einem Abgas eines Wasserstoffmotors und Wasserstoffmotor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100000202A1 (en) * 2008-07-07 2010-01-07 Fisher Galen B Dual catalyst NOx reduction system for exhaust from lean burn internal combustion engines
US20170175603A1 (en) * 2015-12-17 2017-06-22 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust After-treatment System Including Electrolysis Generated H2 And NH3
WO2022000012A1 (de) * 2020-07-03 2022-01-06 Avl List Gmbh Kraftfahrzeug mit einem mit kohlenstofffreiem kraftstoff betriebenen verbrennungsmotor mit daran angeschlossenem abgassystem
CN114382578A (zh) * 2020-10-20 2022-04-22 Fev集团有限责任公司 用于控制内燃机的废气的氢气含量的控制设备
CN216974994U (zh) * 2022-02-11 2022-07-15 潍柴动力股份有限公司 一种氢燃料发动机后处理系统及发动机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100000202A1 (en) * 2008-07-07 2010-01-07 Fisher Galen B Dual catalyst NOx reduction system for exhaust from lean burn internal combustion engines
US20170175603A1 (en) * 2015-12-17 2017-06-22 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust After-treatment System Including Electrolysis Generated H2 And NH3
WO2022000012A1 (de) * 2020-07-03 2022-01-06 Avl List Gmbh Kraftfahrzeug mit einem mit kohlenstofffreiem kraftstoff betriebenen verbrennungsmotor mit daran angeschlossenem abgassystem
CN114382578A (zh) * 2020-10-20 2022-04-22 Fev集团有限责任公司 用于控制内燃机的废气的氢气含量的控制设备
CN216974994U (zh) * 2022-02-11 2022-07-15 潍柴动力股份有限公司 一种氢燃料发动机后处理系统及发动机

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024161111A1 (en) * 2023-01-30 2024-08-08 Johnson Matthey Public Limited Company System comprising h2-internal combustion engine and exhaust system therefor
CN116517673A (zh) * 2023-05-25 2023-08-01 重庆长安汽车股份有限公司 氢燃料发动机尾气处理装置及其控制方法
CN116517673B (zh) * 2023-05-25 2025-08-19 重庆长安汽车股份有限公司 氢燃料发动机尾气处理装置及其控制方法
CN117489452A (zh) * 2023-11-30 2024-02-02 广西玉柴机器股份有限公司 一种双级scr系统hc与s中毒的恢复控制方法
AT527902A1 (de) * 2024-01-08 2025-07-15 Avl List Gmbh Verfahren zum Entfernen von Stickoxiden aus einem Abgas eines Wasserstoffmotors und Wasserstoffmotor
CN118188114A (zh) * 2024-03-21 2024-06-14 南京瀚深材料科技股份有限公司 燃氢发动机零排放双级尿素喷射系统控制系统与方法
CN118188114B (zh) * 2024-03-21 2024-11-29 南京瀚深材料科技股份有限公司 燃氢发动机零排放双级尿素喷射系统控制系统与方法
CN119712286A (zh) * 2025-01-14 2025-03-28 潍柴动力股份有限公司 一种氢内燃机后处理装置和控制方法、发动机
CN120007420A (zh) * 2025-03-17 2025-05-16 一汽解放汽车有限公司 一种尾气后处理控制方法、系统及控制装置

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