一种适用于氢内燃机的组合式后处理装置的制作方法

本发明涉及一种后处理装置，具体涉及一种适用于氢内燃机的组合式后处理装置。

背景技术：

随着日益严苛的排放法规的颁布、试行，可再生的、清洁的替代能源越来越多的受到关注。氢气作为未来最有前途的能源，其完全燃烧的产物是水，没有传统石油燃料所产生的co、hc和碳烟等污染物。氢内燃机作为一种结合了新能源以及传统内燃机技术优势的能源利用方式，其可行性受到了广泛的关注。

氢内燃机沿袭了传统内燃机的能源利用方式——缸内燃烧。氢气和空气的混合气的燃烧温度要高于传统的燃料，这就使得氢内燃机在运转过程中，空气中的氮气与氧气在高温条件作用下，产生了nox，随废气排出缸外。为了限制nox的排放，氢内燃机在设计时一般采用较低的混合气浓度(一般在0.55左右)。较低的混合气浓度使得氢内燃机的功率密度大幅度下降，限制了氢内燃机的推广和应用。为了解决增加功率密度和降低nox排放的矛盾，使用化学当量比，同时对产生的nox在缸外进行处理，是一种非常有效的手段。氢内燃机以氢气作为燃料，与空气进行混合燃烧，这就使得其燃烧产物中除了水和nox以外，还有少量的hc和co。

传统汽油机的排放产物中存在较多hc和co，而柴油机中包含nox。排放的产物不同，使得两种传统内燃机的后处理装置也不尽相同。传统汽油机后处理使用的是twc(三元催化器)，利用hc和co来还原nox，进而减少甚至消除三种污染物；而柴油机使用scr喷射尿素的方式，用nh3来还原nox。在氢内燃机中，由于hc和co极少，如果单纯的使用twc，还原nox的量会受到限制，而单纯的使用scr喷射尿素的方式，不仅会有hc和co排放，同时要保证尿素的供应，导致成本增加。为了解决氢内燃机的排放污染物，可以对传统内燃机的后处理装置进行结合和改造。

技术实现要素：

有鉴于此，结合两种传统后处理装置的优点，本发明提供了一种适用于氢燃料内燃机的组合式后处理装置，该装置无需额外加入nh3即可利用装置中生成的nh3还原nox，达到降低氢内燃机排放污染物的目标。

所述适用于氢燃料内燃机的组合式后处理装置包括：设置在氢内燃机进气口前端的氢气喷嘴和与氢内燃机出气口通过管路依次连接的twc后处理装置和不带尿素喷射的scr后处理装置；所述氢气喷嘴喷出氢气，按化学当量比的微过量值与从氢气喷嘴所在管路的进气口进入的空气混合后在氢内燃机中燃烧；所述twc后处理装置和不带尿素喷射的scr后处理装置用于共同还原排气中的氮氧化合物；所述微过量值是指喷入的氢气量不超过排气总体积的千分之二。

作为本发明的一种优选方式，该装置还包括nox传感器，所述nox传感器设置在不带尿素喷射的scr后处理装置的出口管路上，用于监测不带尿素喷射的scr后处理装置中流出的排气中氮氧化合物含量。

作为本发明的一种优选方式，该装置还包括电控单元，所述电控单元分别与氢气喷嘴和nox传感器连接，用于根据nox传感器测得的nox含量调控氢气喷嘴的喷氢脉宽，进而调控喷氢流量。

作为本发明的一种优选方式，所述喷氢流量的调控包括：燃烧剩余的氢气与排气在twc后处理装置中混合并发生反应，生成nh3，再经过不带尿素喷射的scr后处理装置，排气中的nox和nh3发生反应生成n2和h2o，通过nox传感器测得不带尿素喷射的scr后处理装置出口处的nox含量，根据经验约定，nox中的no和no2的比例分别为95％和5％，确定出还原排气中的nox所需的氢气流量，再结合氢内燃机的转速和空气流量得出氢内燃机燃烧所需要的氢气流量，通过调控氢气喷嘴上端的压力调控其喷氢脉宽，进而调控喷氢流量。

有益效果：

(1)将两种传统内燃机的后处理装置结合并改进，即twc后处理装置和不带尿素喷射的scr后处理装置共同作用，还原排气中的nox，可有效降低氢内燃机排放污染物。

(2)在不带尿素喷射的scr后处理装置的出口处设置nox传感器，可实时监测nox含量，判断处理后的排气是否达标。

(3)将氢气喷嘴和nox传感器通过电控单元连接，电控单元可根据nox传感器测得的nox含量调控氢气喷嘴的喷氢脉宽，进而调控喷氢流量。

(4)经过准确计算后对氢气喷嘴的喷氢脉宽进行调控，可以保证不浪费氢气且有效处理排气中的污染物。

附图说明

图1为本发明的后处理装置示意图。

图2为本发明通过控制喷氢脉宽来控制nox的流程图。

其中，1-氢气喷嘴；2-电控单元；3-twc后处理装置；4-不带尿素喷射的scr后处理装置；5-nox传感器；6-氢内燃机

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种适用于氢燃料内燃机的组合式后处理装置，无需额外加入nh3即可利用装置中生成的nh3还原氮氧化合物，即利用nh3还原nox，nox包含no和no2，达到降低氢内燃机排放污染物的目标。

如图1和图2所示，该组合式后处理装置包括设置在氢内燃机6进气口前端的氢气喷嘴1和与氢内燃机6出气口通过管路依次连接的twc后处理装置3和不带尿素喷射的scr后处理装置4，在不带尿素喷射的scr后处理装置4的出口管路上设置nox传感器5，氢气喷嘴1和nox传感器5分别与电控单元2连接；所述电控单元2根据nox传感器5所监测的nox含量控制氢气喷嘴1的喷氢脉宽；所述喷氢脉宽指单位时间内喷出的氢气量；所述twc后处理装置3和不带尿素喷射的scr后处理装置4用于共同还原氢内燃机6排气中的nox；所述nox传感器5监测不带尿素喷射的scr后处理装置4出口处的nox含量，并将其传输至电控单元2。具体为：电控单元2根据系统预先计算所需的氢气流量控制氢气喷嘴1的喷氢脉宽，调整氢气流量，空气从氢气喷嘴1所在管路的进口处进入，与氢气按化学当量比的微过量值混合后进入氢内燃机6燃烧，燃烧后的排气进入twc后处理装置3，排气中包含的未燃烧的氢气和少量的hc及co作为还原剂还原一部分nox，同时氢气和nox生成nh3进入不带尿素喷射的scr后处理装置4进一步还原nox，nox传感器5监测nox的含量并发送给电控单元2，电控单元2比较nox的含量是否满足排放标准，若满足即合格，不再调控，若不满足则继续调控喷氢脉宽，调整氢气流量；所述微过量值是指喷入的氢气量不超过排气总体积的千分之二。

该组合式后处理装置中电控单元2计算氢气喷嘴1的喷氢脉宽过程如下：

根据nox传感器5测得排气中nox的含量并反馈至电控单元2，电控单元2调控喷氢脉宽，进而调控喷氢流量，燃烧剩余的氢气混在排气中，在twc后处理装置3中所发生的反应过程如[化学式1]和[化学式2]所示：

[化学式1]

no+2.5h2→nh3+h2o

[化学式2]

no2+3.5h2→nh3+2h2o

为了使twc后处理装置3中的nh3得到有效的利用，排气再经过不带尿素喷射的scr后处理装置4，其nox和nh3的反应过程如[化学式3]和[化学式4]所示：

[化学式3]

6no+4nh3→5n2+6h2o

[化学式4]

6no2+8nh3→7n2+12h2o

联立[化学式1]到[化学式4]可得到[化学式5]和[化学式6]：

[化学式5]

no+h2→0.5n2+h2o

[化学式6]

no2+2h2→0.5n2+2h2o

通过nox传感器5测得nox含量，根据经验约定，nox中的no和no2的比例分别为95％和5％，则可以确定出为了还原排气中的nox所需的氢气流量，据此，再结合氢内燃机6的转速和空气流量得出氢内燃机6燃烧需要的氢气流量，进而根据氢气喷嘴1上端的压力调控其喷氢脉宽。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。