本發(fā)明屬于汽車尾氣后處理，具體涉及一種氫內(nèi)燃機(jī)用nsr尾氣后處理裝置的h2起噴與停噴的調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、汽車尾氣排放過程中所形成的污染物之一氮氧化物(nox)，它是在燃料燃燒過程中氮?dú)夂脱鯕夥磻?yīng)生成的，主要包括no和no2兩種氮氧化物。no和no2均是有毒有害氣體，不但可以對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害，而且還會(huì)導(dǎo)致其它更為嚴(yán)重的(如中樞神經(jīng)障礙)疾病。

2、日本toyota(豐田)公司在1995年首次提出了nox存儲(chǔ)還原(nsr)技術(shù)，又稱lnt技術(shù)(lean?nox?trap)，來動(dòng)態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的nox排放。nsr技術(shù)的工作原理是在尾氣中無h2的條件下，尾氣中的nox(主要是no)在貴金屬(如pt、pd、rh)的催化作用下被氧化成no2，然后與儲(chǔ)存材料反應(yīng)生成硝酸鹽儲(chǔ)存在催化劑上。這些硝酸鹽在尾氣中通入h2的條件下可以被還原劑(h2)還原成n2，從而實(shí)現(xiàn)nox的凈化。由于nsr催化劑對(duì)nox只有吸附的作用，無法將其還原成n2，因此需要及時(shí)的噴射還原劑h2。然而什么條件下開始噴射氫氣是一個(gè)關(guān)鍵性問題。若氫氣起噴過早，nsr催化劑吸附的nox質(zhì)量小于其最大儲(chǔ)氮量，氫氣與nox反應(yīng)完可能會(huì)有部分從nsr下游排出造成浪費(fèi)；隨著排放的增加，nsr催化劑吸附的nox質(zhì)量大于nsr催化劑的最大儲(chǔ)氮量，并且沒有及時(shí)噴射還原劑h2，nox便從nsr后端排出造成排放污染，因此需要依賴實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確的傳感器信號(hào)輸入，測(cè)得nsr吸附的nox質(zhì)量以及nsr催化劑最大儲(chǔ)氮量，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)還原劑噴射的精確控制。

3、為了實(shí)現(xiàn)對(duì)還原劑(h2)起噴與停噴的調(diào)控，要求噴射控制單元(dcu)擁有強(qiáng)大的運(yùn)算能力和精確的模型外，還需要依賴實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確的傳感器信號(hào)輸入、精確可靠的還原劑供給機(jī)構(gòu)執(zhí)行等基礎(chǔ)硬件條件，才能實(shí)現(xiàn)還原劑供給的精確控制。針對(duì)此應(yīng)用背景，開發(fā)了一種基于nsr系統(tǒng)中還原劑h2起噴與停噴的控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種氫內(nèi)燃機(jī)用尾氣后處理裝置的h2起噴與停噴的調(diào)控方法。本發(fā)明的尾氣后處理裝置nsr利用尾氣中無h2的條件對(duì)nox進(jìn)行吸附，尾氣中通入h2的條件下對(duì)nox進(jìn)行還原。在nsr上游引入h2噴嘴，結(jié)合提出的控制策略，通過采集的溫度信號(hào)、nox信號(hào)，基于nsr的nox轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行氫氣噴射控制。本發(fā)明的氫內(nèi)燃機(jī)用尾氣后處理裝置可實(shí)現(xiàn)不同燃燒工況下氫內(nèi)燃機(jī)的nox減排，同時(shí)無需在nsr下游安裝nox濃度傳感器，通過nsr上游以及箱體的溫度信號(hào)、nox濃度信號(hào)來控制氫氣的噴射，解決氫內(nèi)燃機(jī)的nox排放高問題，具有無需額外尿素噴射系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、控制容易等特點(diǎn)。

2、為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明實(shí)施例采用的技術(shù)方案是：

3、第一方面，本發(fā)明涉及一種氫內(nèi)燃機(jī)用尾氣后處理裝置，包括依次設(shè)置在氫內(nèi)燃機(jī)排氣管內(nèi)的氮氧化物儲(chǔ)存還原器(1)，尾氣自排氣管進(jìn)入后處理裝置中；

4、在氮氧化物儲(chǔ)存還原器(1)的上游排氣管道上設(shè)置有氫氣噴嘴(2)，氫氣噴嘴(2)與車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)連接；

5、在氮氧化物儲(chǔ)存還原器(1)的上游排氣管道上依次設(shè)置有前端nox濃度傳感器(3)、氣體質(zhì)量流量計(jì)(7)，用于檢測(cè)排氣中nox濃度和流量；

6、氮氧化物儲(chǔ)存還原器(1)的催化劑箱體上設(shè)置溫度傳感器(4)，用于檢測(cè)催化劑的溫度。

7、后處理裝置還包括用于接收和反饋信號(hào)的電控單元(6)，電控單元(6)與氫氣噴嘴(2)、上游nox濃度傳感器(3)、氣體質(zhì)量流量計(jì)(7)和溫度傳感器(4)信號(hào)連接，用于接收上游nox濃度、質(zhì)量流量和催化劑表面溫度信號(hào)，控制氫氣噴嘴(2)的開啟和關(guān)閉。

8、進(jìn)一步地，所述熱電偶測(cè)溫范圍為0～550℃，分辨率為±1℃，nox濃度傳感器的響應(yīng)時(shí)間為5s。

9、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氫內(nèi)燃機(jī)用尾氣后處理裝置的控制方法，包括以下步驟：

10、step1.nsr催化劑儲(chǔ)氮量的初始值mnox,t＝0＝0。

11、step2.上游nox濃度傳感器(3)檢測(cè)排氣中nox的濃度cnox，上游氣體質(zhì)量流量計(jì)檢測(cè)到排氣氣體質(zhì)量流量q。

12、step3.所訴電控單元(6)基于檢測(cè)到的nox濃度cnox和氣體質(zhì)量流量q，經(jīng)過積分計(jì)算得到0-t時(shí)間內(nèi)的nsr催化劑儲(chǔ)氮量mnox。

13、step4.溫度傳感器(4)檢測(cè)到催化劑表面溫度t，檢測(cè)到的t反饋到電控單元(6)，得到當(dāng)前溫度t下nsr催化劑的最大儲(chǔ)氮量mnoxmax(附圖2)。

14、step5.所述電控單元(6)比較nsr催化劑的儲(chǔ)氮量mnox和催化劑當(dāng)前溫度t下的最大儲(chǔ)氮量mnoxmax，如果mnox≥mnoxmax，電控單元(6)由nox的進(jìn)氣量、h2-nsr的nox轉(zhuǎn)化脈譜以及化學(xué)計(jì)量比計(jì)算氫氣理論需求量mh2＝η·α·mnox(式中η是由h2-nsr的nox轉(zhuǎn)化脈譜得到的轉(zhuǎn)化效率；α為h2與nox還原反應(yīng)化學(xué)計(jì)量比)，控制氫氣噴嘴開始噴氫；否則，返回step2。

15、step6.當(dāng)氫氣實(shí)際噴射量≥1.1mh2，所述電控單元(6)控制氫氣噴嘴停止噴氫，返回step1進(jìn)行循環(huán)，否則返回step5。

16、進(jìn)一步地，所述氫氣噴嘴的噴射頻率為1-100hz。

17、本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

18、1.采用nsr技術(shù)，提高了nox轉(zhuǎn)化率，降低了污染物的排放。

19、2.使用nsr技術(shù)進(jìn)行nox儲(chǔ)存還原，還原劑為h2直接由車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)供氫，不需要額外配置尿素噴射系統(tǒng)，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，簡化了后處理控制策略，沒有nh3逃逸風(fēng)險(xiǎn)。

20、3.無需在nsr下游安裝nox濃度傳感器，直接通過nsr上游和箱體內(nèi)的nox濃度信號(hào)、溫度信號(hào)來控制氫氣的噴射，能夠及時(shí)還原nox，減少尾氣中nox的排放。

21、4.氫氣噴嘴布置在nsr上游，有利于nsr催化劑的nox脫附；噴出的氫氣經(jīng)過nsr催化劑后與排氣充分混合，可提高nox的轉(zhuǎn)化效率，不需要額外布置混合裝置。

22、電控單元根據(jù)nox濃度傳感器、溫度傳感器和nsr的nox轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算得出氫氣噴射情況，根據(jù)h2噴嘴前端布置有壓力傳感器檢測(cè)氫氣壓力，可精確控制排氫脈寬，提高氫氣利用率。

技術(shù)特征：

1.一種氫內(nèi)燃機(jī)用尾氣后處理裝置，其特征在于：包括依次設(shè)置在氫內(nèi)燃機(jī)排氣管內(nèi)的氮氧化物儲(chǔ)存還原器(1)，尾氣自排氣管進(jìn)入后處理裝置中；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫內(nèi)燃機(jī)尾氣后處理裝置，其特征在于，氮氧化物儲(chǔ)存還原器(1)為pt/bao/al2o3為催化劑，平均孔徑為5-8nm，比表面積達(dá)180-220m2/g，孔容約0.7-1.2cm3/g，形成蜂窩狀多孔網(wǎng)絡(luò)；bao以納米顆粒形式負(fù)載于孔道內(nèi)壁，占比10-15wt％，用于nox化學(xué)吸附；pt活性組分負(fù)載量為0.5-1.5wt％，通過浸漬法均勻錨定在bao表面，粒徑控制在2-5nm；h2為還原劑，由催化箱前的氫氣噴嘴噴射入催化箱，用于處理氫發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的nox。

3.控制如權(quán)利要求1或2所述的氫內(nèi)燃機(jī)尾氣后處理裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟:

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述熱電偶測(cè)溫范圍為0～550℃，分辨率為±1℃，nox濃度傳感器的響應(yīng)時(shí)間為5s，所述氫氣噴嘴(2)的噴射頻率為1-100hz。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種氫內(nèi)燃機(jī)用NSR尾氣后處理裝置的H<subgt;2</subgt;起噴與停噴的調(diào)控方法。NSR的原理是在尾氣中無H<subgt;2</subgt;時(shí)可儲(chǔ)存NO<subgt;X</subgt;，而如果尾氣中有H<subgt;2</subgt;則會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)的NO<subgt;X</subgt;釋放出來并與之還原，因此H<subgt;2</subgt;是否需要噴射和停止噴射的時(shí)刻很重要。本發(fā)明在NSR催化劑箱體上安裝溫度傳感器，在載體前端安裝NO<subgt;X</subgt;濃度傳感器和氣體質(zhì)量流量計(jì)。據(jù)NSR上游NO<subgt;X</subgt;濃度C<subgt;NOx</subgt;和質(zhì)量流量Q累積計(jì)算得到0到t時(shí)間內(nèi)的儲(chǔ)氮質(zhì)量m<subgt;NOx</subgt;，基于催化劑溫度T得到最大儲(chǔ)氮量m<subgt;NOxmax</subgt;，若m<subgt;NOx</subgt;≥m<subgt;NOxmax</subgt;，H<subgt;2</subgt;起噴，計(jì)算H<subgt;2</subgt;的理論需求量m<subgt;H2</subgt;＝η·α·m<subgt;NOx</subgt;，η是由H<subgt;2</subgt;?NSR的NO<subgt;X</subgt;轉(zhuǎn)化脈譜得到的轉(zhuǎn)化效率；α為H<subgt;2</subgt;與NOx反應(yīng)化學(xué)計(jì)量比；氫氣實(shí)際噴射量≥1.1m<subgt;H2</subgt;，H<subgt;2</subgt;停噴。

技術(shù)研發(fā)人員：仇滔,趙曉穎,雷艷,朱鎮(zhèn)如
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15