用于氨燃料发动机后处理系统及控制方法与流程

本发明涉及发动机冷却系统，具体涉及一种用于氨燃料发动机后处理系统及控制方法。

背景技术：

1、氨燃料发动机是以纯氨气或氨气与柴油、氨气与氢气或氨气与其他燃料混合进行燃烧的内燃机，由于主要以氨气作为燃料，燃烧产物绿色低碳。氢气虽然是所有能源中最清洁的能源，能量密度高，燃烧的产物为水，不会产生任何污染物，对环境非常友好，但是氢气非常活跃，容易产生爆炸等问题，在氢气运输环节及加氢站等储存环节的设备投资成本很高。氨气作为可人工低成本合成的气体，能量密度大且容易液化储运，便于运输，燃烧不会产生二氧化碳，可以作为替代燃料用于发动机燃烧，也可以用作分解制氢的原料以及用于后处理系统催化还原的气体，使用氨气裂解产生的氢气通入发动机，可以改善氨气燃烧，提升燃烧热效率，同时减少氨气燃烧的氮氧化物等污染物排出，同时氨气作为后处理还原剂，可以催化还原排气中的氮氧化物。

2、现有技术有记载氨气裂解制氢的方法，但均未与发动机及后处理系统整合起来，未充分利用发动机燃烧排气产生的热量。

技术实现思路

1、为解决以上问题，本发明提供一种用于氨燃料发动机后处理系统及控制方法，通过裂解产生氢气改善燃烧，降低排放污染物。

2、本发明采用的技术方案是：一种用于氨燃料发动机后处理系统，其特征在于：包括发动机、氨裂解器、氨罐和后处理器，所述发动机出气口分为两路，一路经增压器、第一节流阀和前排气管连通，另一路通过第一旁通管与前排气管连通；经所述前排气管后分为两路，一路经第二节流阀、第二旁通管和后排气管后与后处理器连通，另一路经第三节流阀、氨裂解器和后排气管后与后处理器连通；

3、所述氨罐经氨气过滤器后分为三路，一路经第一电磁阀与发动机进气口连通；另一路经氨裂解器、氢气提取装置和氢计量泵后与发动机进气口连通，所述氨裂解器与氢气提取装置之间设有第五电磁阀，所述氨气过滤器与氨裂解器之间设有第三电磁阀；第三路经氨气喷射装置和喷嘴后与后处理器连通，所述氨气过滤器与氨气喷射装置之间设有第四电磁阀；所述氨罐与氨气过滤器之间设有第二电磁阀。

4、作为优选，所述氨裂解器前端设有第一温度传感器。

5、作为优选，所述后处理器前端设有第二温度传感器，后端设有第四温度传感器，所述后处理器的混合器段设有第三温度传感器。

6、作为优选，所述氨裂解器包括外壳体、保温材料、内壳体、催化剂填充腔、低温低压催化剂、氨气输送接头和混合气输送接头，所述外壳体和内壳体之间设有保温材料，所述催化剂填充腔设置于内壳体内，所述低温低压催化剂填充于催化剂填充腔内，所述氨裂解器通过氨气输送接头与氨气过滤器连通，所述氨裂解器通过混合气输送接头与发动机进气口连通。

7、作为优选，所述后处理器包括依次设置的doc模块、dpf模块、scr载体模块和混合器，所述doc模块、dpf模块、scr载体模块和混合器相邻之间通过法兰或卡箍连接。

8、作为优选，所述混合器段设有前nox传感器，所述后处理器后端设有后nox传感器。

9、一种上述的用于氨燃料发动机后处理系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

10、发动机起燃后，第一电磁阀和第二电磁阀打开，氨罐内的氨气通过氨气管将氨气燃料输送给发动机，发动机燃烧产生废气，废气携带热量经过前排气管；当第一温度传感器温度低于350℃时，第一节流阀和第三节流阀关闭，第二节流阀开启，废气直接到达后处理器进行尾气处理；当第三温度传感器达到180℃以上时，发动机的电控单元ecu控制第四电磁阀开启，氨罐内的氨通过输气管到达氨气过滤器进行过滤，再经过输气管到达氨气喷射装置进行稳压调压，氨喷射系统内含有压力传感器、温度传感器及稳压腔，用于氨气随发动机运行工况及喷射量需求的精确计量控制，经过计量后的氨气通过输气管到达喷嘴处喷射到后处理器内进行催化还原反应，当第三温度传感器低于180℃时，第四电磁阀关闭，停止输送氨气用于氧化还原nox；当第一温度温传感器温度达到350℃以上时，第一节流阀、第三节流阀打开，第一节流阀关闭，发动机ecu控制第三电磁阀开启，过滤后的氨气经过氨气输送管经氨气输送接头送入氨裂解器内用于裂解氢气，从前排气管排出的排气经过氨裂解器的排气通道，氨裂解器内的低温低压催化剂进行加热，产生氢气和氮气混合气，混合气经过混合气输送接头传输至输气管，输气管内的混合气经过氢气提取装置将氢气分离，氢计量泵用于根据发动机燃烧需要计量氢气输送量，通过氢气管输送至发动机的进气道内与氨气混合，改善燃烧效率，通过控制第五电磁阀不同占空比实现与氢计量泵氢气输送量的联动控制；发动机排气通过后排气管到达后处理器，排气中未燃烧的氨气及氢气会被doc模块氧化，部分no会被氧化为no2，第二温度传感器用于监控doc模块前的温度，颗粒物被dpf模块收集，通过喷嘴喷入的氨气在混合器内进行均匀混合，scr模块的载体催化剂催化氨气与氮氧化物进行反应，前nox传感器和后nox传感器用于检测nox变化情况，第三温度传感器与第四温度传感器协同判断scr模块的反应温度情况，氨气喷射量通过发动机工况map标定及前nox传感器(18)和后nox传感器的读值实现闭环控制，另外后处理器上各模块间设计有可拆卸式的法兰或卡箍结构，便于后市场维护换件。

11、本发明取得的有益效果是：本发明的后处理系统可应用于氨燃料发动机，包括但不限于氨气发动机、氨气柴油双燃料发动机、氨气氢气双燃料发动机、氨气与其他燃料的双燃料或多种燃料发动机。通过在氨裂解器前端连接前排气管，用于接收从发动机输送的排气，后端连接后排气管，用于将排气排出，氨裂解器内部包含排气通道，用于提供氨裂解制氢所需的排气温度，还包含有催化剂层，填充有降低氨气制氢所需排温及压力的低温低压高效催化剂，可将需求排温降低至200℃左右，同时氨裂解器还设有进气管及出气管，用于接收从氨罐输送的氨气用于裂解及将裂解后的气体输送到氢气提取装置中，氨裂解器外带有保温材料及外壳，以减少排气热量的散失，更好的裂解制氢；后处理器包含有doc、dpf、scr载体模块、混合器、温度传感器、前nox传感器、后nox传感器、喷嘴，doc用于氧化未燃烧完全的氨气及氢气并提升排温，dpf用于收集燃烧产生的颗粒物，scr用于催化还原氮氧化物，前nox传感器位于喷嘴前端，用于测量氨发动机未充分燃烧所排出的nh3量经过doc氧化后所产生的nox及氨气燃烧产生的nox，scr前的喷嘴通过喷射管连接从氨罐输送的氨气用于scr催化还原反应，混合器位于scr上方，用于混合喷嘴喷出的氨气，达成均匀性要求，提升scr转化效率。本发明改善了氨气燃烧，有效降低了发动机排气污染物的排出。本发明具有以下优点：

12、1、通过发动机排气加热裂解氨气产生氢气，改善发动机燃烧；

13、2、氨气裂解器和后处理系统集成，充分利用排气能量和尾气净化，整体系统高效而紧凑，根据排气温度优化氨裂解、后处理催化器转换效率的控制方法；发动机高温大流量工况，旁通增压器充分利用热源进行氨裂解，低温时旁通氨裂解器，保证后处理的转换效率。