一种基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法、系统、装置及车辆

本发明属于内燃机后处理，具体涉及一种基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法、系统、装置及车辆。

背景技术：

1、为缓解全球性资源短缺与全球变暖的问题，汽车油耗水平必须得到明显优化以助力节能降碳需求。零碳燃料掺混燃烧是满足节能降碳需求的重要途径之一。其中，氨燃料因其相对成熟的工业合成和存储运输优势被广泛关注。氨燃料可从化石能源、生物质或其他可再生能源中获取，来源广泛，还是一种优秀的氢能源载体和运输介质。此外，氨燃料在室温下易于低压液化，具有较高的能量密度和辛烷值，较于氢气其单位储存能量成本低，更加安全可靠。

2、但氨燃料在实际燃烧过程中不只生成氮气和水，因本身含有n元素，难以避免nox的产生。nox会对人体造成损害，也是光化学烟雾的主要成因之一。此外，排气中各组分和含量与传统内燃机存在差异，单独使用twc或scr等相关后处理装置无法满足掺氨燃料燃油机的减排需求。

3、此外，因氨燃料的较低燃烧活性，氨燃料的添加也会造成一定程度上的未燃排放氨问题。简而言之，掺氨燃油机排气中各组分和含量与传统燃油机存在差异，其中，nox与nh3排放量大幅提升。

4、如果采用传统燃油机中常用的twc(threewaycatalysts)后处理方案，仅能用于当量比燃烧模式下的污染物控制，但因效率(75％左右)限制，仍有部分nox污染物无法被完全还原去除。

5、如果采用稀燃燃油机中常用的twc+scr后处理方案，未燃nh3会在twc中被氧化，仍需发动机频繁进行浓稀切换，为scr(selective catalytic reduction)装置供给还原剂，因是双燃料供给系统，浓稀切换控制复杂度大幅提升，也面临着浓燃工况下的hc及co逃逸问题。

技术实现思路

1、为了高效脱除尾气中的大量nox及nh3排放，实现在宽空燃比工况下的高效污染物排放控制，本发明提出一种基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法、系统、装置及车辆。

2、实现本发明目的之一的一种基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法，包括：

3、根据发动机排气口的实时温度t1和对发动机排气口排出气体进行过滤后的气体的实时温度t2计算估计温度ts；

4、若估计温度ts大于等于需求温度tu，则获取发动机排出气体中nox气体的浓度dn；根据所述浓度dn调整发动机燃料中氨气的占比。

5、进一步地，估计温度ts＝k1t1+k2t2，k1与k2为设定的加权系数；

6、进一步地，若所述浓度dn大于等于设定阈值du，则将发动机切换至掺混当量比燃烧工况c3；否则将发动机切换至掺混当量比燃烧工况c2；所述掺混当量比燃烧工况c2中氨气的占比小于掺混当量比燃烧工况c3中氨气的占比。

7、所述实时温度t2为采用第一过滤装置对发动机排气口排出气体中的nox进行去除后的气体的温度。

8、在另一个技术方案中，所述获取发动机排出气体中nox气体的浓度dn的方法的方法包括：

9、采用第一过滤装置和第二过滤装置对发动机排出气体进行过滤，并测量其中nox气体的浓度dn；

10、所述第一过滤装置用于对发动机排出气体中的nox进行去除；所述第二过滤装置用于对发动机排出气体中的污染物进行去除，所述污染物包括nox、hc和co。

11、更进一步地，先采用第一过滤装置对发动机排出气体进行过滤，再采用第二过滤装置对排出气体进一步过滤。

12、实现本发明目的之二的一种基于掺氨燃料燃油机的后处理控制系统，包括：

13、温度计算模块：用于根据发动机排气口的实时温度t1和对发动机排气口排出气体进行过滤后的气体的实时温度t2计算估计温度ts；

14、氨气占比调整模块：用于当估计温度ts大于等于需求温度tu，则获取发动机排出气体中nox气体的浓度dn；根据所述浓度dn调整发动机燃料中氨气的占比。

15、实现本发明目的之三的一种基于掺氨燃料燃油机的后处理装置，包括：第一过滤装置、第一温度传感器；所述第一过滤装置通过管道连接于发动机排气口，所述第一温度传感器安装在发动机和第一过滤装置之间，用于获取发动机排气口的实时温度。

16、进一步地，还包括第二过滤装置和第二温度传感器，第二过滤装置连接至第一过滤装置的排气口，用于对第一过滤装置排出的气体进行过滤；第二温度传感器安装于第一过滤装置和第二过滤装置之间，用于获取第一过滤装置排气口的温度。

17、更进一步地，还包括nox传感器，用于获取第二过滤装置的排气口排出气体中nox气体的浓度dn。

18、实现本发明目的之四的一种车辆，其特征在于，包括控制器，所述控制器配置成能够执行所述基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法的任一步骤。

19、本发明的有益效果包括：

20、本发明提出的后处理方案能够充分利用尾气中的未燃nh3作为还原剂，无需额外还原剂供给，可实现在宽空燃比工况下的高效污染物排放控制，还规避了其他技术方案中燃油机浓稀燃烧工况切换造成的hc及co逃逸问题。

技术特征：

1.一种基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法，其特征在于，若所述浓度dn大于等于设定阈值du，则将发动机切换至掺混当量比燃烧工况c3；否则将发动机切换至掺混当量比燃烧工况c2；所述掺混当量比燃烧工况c2中氨气的占比小于掺混当量比燃烧工况c3中氨气的占比。

3.如权利要求1所述的基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法，其特征在于，所述实时温度t2为采用第一过滤装置对发动机排气口排出气体中的nox进行去除后的气体的温度。

4.如权利要求1所述的基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法，其特征在于，所述获取发动机排出气体中nox气体的浓度dn的方法的方法包括：

5.如权利要求4所述的基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法，其特征在于，先采用第一过滤装置对发动机排出气体进行过滤，再采用第二过滤装置对第一过滤装置排出的气体进一步过滤。

6.一种基于掺氨燃料燃油机的后处理控制系统，其特征在于，包括：

7.一种基于掺氨燃料燃油机的后处理装置，其特征在于，包括：第一过滤装置、第一温度传感器；所述第一过滤装置通过管道连接于发动机排气口，所述第一温度传感器安装在发动机和第一过滤装置之间，用于获取发动机排气口的实时温度。

8.如权利要求7所述的基于掺氨燃料燃油机的后处理装置，其特征在于，还包括第二过滤装置和第二温度传感器，第二过滤装置连接至第一过滤装置的排气口，用于对第一过滤装置排出的气体进行过滤；第二温度传感器安装于第一过滤装置和第二过滤装置之间，用于获取第一过滤装置排气口的温度。

9.如权利要求7所述的基于掺氨燃料燃油机的后处理装置，其特征在于，还包括nox传感器，用于获取第二过滤装置的排气口排出气体中nox气体的浓度dn。

10.一种车辆，其特征在于，包括控制器，所述控制器配置成能够执行权利要求1至5中任一项所述的基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法。

技术总结本发明公开了一种基于掺氨燃料燃油机的后处理控制方法、系统、装置及车辆，包括根据发动机排气口的实时温度和对发动机排气口排出气体进行过滤后的气体的实时温度计算估计温度；若估计温度大于等于需求温度，则获取发动机排出气体中NOx气体的浓度；根据所述浓度调整发动机燃料中氨气的占比。本发明提出的二次过滤的后处理方案，能够充分利用尾气中的未燃NH<subgt;3</subgt;作为还原剂，无需额外还原剂实现宽空燃比工况下高效污染物排放控制，规避了浓稀切换造成的HC及CO逃逸问题；使掺氨燃料燃油机在稀燃和当量比工况下实现高效排放污染物控制，解决了掺氨燃料燃油机的高NOx排放问题，规避了浓稀切换策略下的浓燃工况HC和CO逃逸问题。技术研发人员：胡杰,吴彦,颜伏伍,蔺益,廖健雄受保护的技术使用者：武汉理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15