一种氨发动机SCR系统还原剂供给方法与流程

一种氨发动机scr系统还原剂供给方法
技术领域
1.本发明涉及一种氨发动机scr系统还原剂供给方法，属于发动机设备技术领域。


背景技术：

2.选择性催化还原(scr)系统是用于解决发动机氮氧化物(no
x
)排放的一种后处理技术，需要使用尿素溶液或氨作为还原剂，用于与no
x
发生反应从而降低发动机no
x
排放。scr系统通常有单独的还原剂供给系统，还原剂喷枪设置在scr反应器上游的排气管路上，由还原剂喷枪向排气中喷射还原剂。对于氨发动机的scr系统，氨作为燃料使用，也可作为scr系统还原剂使用。氨发动机使用氨作为燃料，对于高压直喷氨发动机，气缸上设置有氨喷射器用于氨燃料喷射。在活塞到达上止点附近，氨燃料喷射器向缸内喷射氨，氨燃料被点燃后，气缸做功。对于氨/柴油双燃料发动机，在柴油模式下氨喷射器由于不工作存在干烧现象，对于氨喷射器寿命有影响。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：如何控制氨发动机scr系统还原剂供给，以减小柴油模式下干烧现象对氨喷射器的影响。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种氨发动机scr系统还原剂供给方法，包括以下步骤：
5.步骤1)：根据氨发动机排气流量、no
x
排放浓度、nh3排放浓度、氨氮比，计算发动机各负荷下scr系统所需的还原剂供给量scrnh3：
6.scrnh3＝mexh
×
(α
×
vnox-vnh3)/1000000/1.293/22.4
×
17；
7.其中，scrnh3：scr系统所需的还原剂供给量，g/s；
8.mexh：发动机排气流量，g/s；
9.α：氨氮比，α取值在0.8至1.0之间；
10.vnox：no
x
排放浓度，ppm；
11.vnh3：nh3排放浓度，ppm；
12.步骤2)：氨喷射器在氨模式下要满足氨燃料喷射量需求，而作为scr还原剂使用的氨喷射量远远小于氨燃料喷射量，因此需检查氨喷射器最小持续稳定喷射量q是否能够覆盖每缸每工作循环下还原剂供给量m的需求；
13.步骤3)：若scr系统所需的还原剂全部由某一缸氨喷射器进行喷射供应，则计算发动机每工作循环下该缸还原剂喷射量m：
14.m＝scrnh3
×
60/v
×
n/2；
15.其中，n：发动机冲程数，取2或4；
16.v：发动机转速，rpm；
17.m：发动机某缸每工作循环下氨喷射量，g；
18.步骤4)：若scr系统所需的还原剂由所有缸氨喷射器进行喷射供应，则计算发动机
每缸每工作循环下该缸还原剂喷射量mi：
19.mi＝m/n；
20.其中，mi：发动机每缸每工作循环下氨喷射量，g；
21.n：发动机气缸个数；
22.步骤5)：确定氨喷射器最小持续稳定喷射时间t；
23.步骤6)：确定氨喷射器最小持续稳定喷射流量q；
24.步骤7)：确定氨喷射器最小持续稳定喷射量q：
25.q＝q
×
t；
26.其中，q：喷射器最小持续稳定喷射量，g；
27.q：氨喷射器最小持续稳定喷射流量，g/s；
28.t：氨喷射器最小持续稳定喷射时间，s；
29.步骤8)：根据氨喷射器最小持续稳定喷射量q控制喷射还原剂的状态：
30.若q》m，说明氨喷射器无法满足还原剂供给量m的喷射需求，该氨喷射器无法用于scr系统还原剂喷射；
31.若mi《q≤m，说明氨喷射器可以满足scr还原剂全部由某一缸或某几个缸氨喷射器在每工作循环下喷射还原剂的需求；则scr运行时可固定使用其中某个或某几个缸喷射还原剂；
32.若q≤mi，说明氨喷射器可以满足scr还原剂由每缸每工作循环下均喷射还原剂的需求；则scr运行时每缸每工作循环下均喷射还原剂；
33.步骤9)：确定还原剂喷射正时：在排气或扫气阶段开始后，当缸内温度小于氨的自燃点时，氨喷射器向缸内喷入氨，作为scr系统脱硝的还原剂使用；
34.步骤10)：确定氨喷射器持续喷射时间t：
35.t＝m/q；或t＝mi/q；
36.其中，t：氨喷射器喷射持续时间，s。
37.优选地，所述步骤5)中确定氨喷射器最小持续稳定喷射时间t为出厂设置。
38.优选地，所述步骤6)中确定氨喷射器最小持续稳定喷射流量q的方法为：
39.q＝1000a
×
(2p
×
ρ)^(1/2)
40.其中，a：氨喷射器喷孔有效流通面积，m2，值为出厂设置；
41.p：氨喷射压力与缸内压力的差值，pa；
42.ρ：液氨的密度，kg/m3。
43.优选地，所述步骤9)中的自燃点为649℃。
44.优选地，为避免氨喷射器干烧问题，除固定使用某个或某几个缸喷射还原剂，还采取如下策略：每隔一段时间更换同一缸内不同氨喷射器或其它缸的氨喷射器轮换喷射还原剂。
45.更优选地，所述氨喷射器在各缸之间切换顺序与发动机发火顺序相反。
46.对于高压直喷氨发动机，使用气缸的氨喷射器在发动机排气或扫气开始阶段，当气缸内温度小于氨自燃点时，利用氨喷射器喷射scr系统所需的还原剂。该方法即可用于氨发动机，亦可用于氨/柴油双燃料发动机。对于氨/柴油双燃料发动机，该方法即可用于柴油模式，亦可用于氨模式。本发明的优势是作为scr系统还原剂使用的氨在气缸内可与排气充
分混合，有利于scr催化剂脱硝反应充分进行，提高scr系统脱硝效率和减少氨逃逸量。对于氨/柴油双燃料发动机，在柴油模式下由于scr系统运行导致氨喷射器仍需要工作，可避免柴油模式下氨喷射器不工作导致的干烧问题。
47.对于氨/柴油双燃料发动机，氨喷射器喷射流量较大，为更好应用该方法，在发动机缸盖空间允许的条件下，亦可通过加装喷射流量合适的氨喷射器，可更加灵活控制氨喷射量。
附图说明
48.图1为氨/柴油双燃料发动机的气缸的示意图。
具体实施方式
49.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
50.实施例
51.一种氨发动机scr系统还原剂供给方法，包括以下步骤：
52.步骤1)：根据氨发动机排气流量、no
x
排放浓度、nh3排放浓度、氨氮比，计算发动机各负荷下scr系统所需的还原剂供给量scrnh3：
53.scrnh3＝mexh
×
(α
×
vnox-vnh3)/1000000/1.293/22.4
×
17；
54.其中，scrnh3：scr系统所需的还原剂供给量，g/s；
55.mexh：发动机排气流量，g/s；
56.α：氨氮比，α取值在0.8至1.0之间；
57.vnox：no
x
排放浓度，ppm；
58.vnh3：nh3排放浓度，ppm；
59.步骤2)：氨喷射器在氨模式下要满足氨燃料喷射量需求，而作为scr还原剂使用的氨喷射量远远小于氨燃料喷射量，因此需检查氨喷射器最小持续稳定喷射量q是否能够覆盖每缸每工作循环下还原剂供给量m的需求；
60.步骤3)：若scr系统所需的还原剂全部由某一缸氨喷射器进行喷射供应，则计算发动机每工作循环下该缸还原剂喷射量m：
61.m＝scrnh3
×
60/v
×
n/2；
62.其中，n：发动机冲程数，取2或4；
63.v：发动机转速，rpm；
64.m：发动机某缸每工作循环下氨喷射量，g；
65.步骤4)：若scr系统所需的还原剂由所有缸氨喷射器进行喷射供应，则计算发动机每缸每工作循环下该缸还原剂喷射量mi：
66.mi＝m/n；
67.其中，mi：发动机每缸每工作循环下氨喷射量，g；
68.n：发动机气缸个数；
69.步骤5)：确定氨喷射器最小持续稳定喷射时间t(值为出厂设置)；
70.步骤6)：确定氨喷射器最小持续稳定喷射流量q：
71.q＝1000a
×
(2p
×
ρ)^(1/2)
72.其中，a：氨喷射器喷孔有效流通面积，m2，值为出厂设置；
73.p：氨喷射压力与缸内压力的差值，pa；
74.ρ：液氨的密度，kg/m3；
75.步骤7)：确定氨喷射器最小持续稳定喷射量q：
76.q＝q
×
t；
77.其中，q：喷射器最小持续稳定喷射量，g；
78.q：氨喷射器最小持续稳定喷射流量，g/s；
79.t：氨喷射器最小持续稳定喷射时间，s；
80.步骤8)：根据氨喷射器最小持续稳定喷射量q控制喷射还原剂的状态：
81.若q》m，说明氨喷射器无法满足还原剂供给量m的喷射需求，该氨喷射器无法用于scr系统还原剂喷射；
82.若mi《q≤m，说明氨喷射器可以满足scr还原剂全部由某一缸或某几个缸氨喷射器在每工作循环下喷射还原剂的需求；则scr运行时可固定使用其中某个或某几个缸喷射还原剂；
83.若q≤mi，说明氨喷射器可以满足scr还原剂由每缸每工作循环下均喷射还原剂的需求；则scr运行时每缸每工作循环下均喷射还原剂；
84.步骤9)：确定还原剂喷射正时：在排气或扫气阶段开始后，当缸内温度小于氨的自燃点(649℃)时，氨喷射器向缸内喷入氨，作为scr系统脱硝的还原剂使用；
85.步骤10)：确定氨喷射器持续喷射时间t：
86.t＝m/q；或t＝mi/q；
87.t：氨喷射器喷射持续时间，s。
88.为避免氨喷射器干烧问题，除固定使用某个或某几个缸喷射还原剂，还采取如下策略：每隔一段时间更换同一缸内不同氨喷射器或其它缸的氨喷射器轮换喷射还原剂。所述氨喷射器在各缸之间切换顺序与发动机发火顺序相反。

技术特征：
1.一种氨发动机scr系统还原剂供给方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：根据氨发动机排气流量、no
x
排放浓度、nh3排放浓度、氨氮比，计算发动机各负荷下scr系统所需的还原剂供给量scrnh3：scrnh3＝mexh
×
(α
×
vnox-vnh3)/1000000/1.293/22.4
×
17；其中，scrnh3：scr系统所需的还原剂供给量，g/s；mexh：发动机排气流量，g/s；α：氨氮比，α取值在0.8至1.0之间；vnox：no
x
排放浓度，ppm；vnh3：nh3排放浓度，ppm；步骤2)：氨喷射器在氨模式下要满足氨燃料喷射量需求，而作为scr还原剂使用的氨喷射量远远小于氨燃料喷射量，因此需检查氨喷射器最小持续稳定喷射量q是否能够覆盖每缸每工作循环下还原剂供给量m的需求；步骤3)：若scr系统所需的还原剂全部由某一缸氨喷射器进行喷射供应，则计算发动机每工作循环下该缸还原剂喷射量m：m＝scrnh3
×
60/v
×
n/2；其中，n：发动机冲程数，取2或4；v：发动机转速，rpm；m：发动机某缸每工作循环下氨喷射量，g；步骤4)：若scr系统所需的还原剂由所有缸氨喷射器进行喷射供应，则计算发动机每缸每工作循环下该缸还原剂喷射量mi：mi＝m/n；其中，mi：发动机每缸每工作循环下氨喷射量，g；n：发动机气缸个数；步骤5)：确定氨喷射器最小持续稳定喷射时间t；步骤6)：确定氨喷射器最小持续稳定喷射流量q；步骤7)：确定氨喷射器最小持续稳定喷射量q：q＝q
×
t；其中，q：喷射器最小持续稳定喷射量，g；q：氨喷射器最小持续稳定喷射流量，g/s；t：氨喷射器最小持续稳定喷射时间，s；步骤8)：根据氨喷射器最小持续稳定喷射量q控制喷射还原剂的状态：若q>m，说明氨喷射器无法满足还原剂供给量m的喷射需求，该氨喷射器无法用于scr系统还原剂喷射；若mi<q≤m，说明氨喷射器可以满足scr还原剂全部由某一缸或某几个缸氨喷射器在每工作循环下喷射还原剂的需求；则scr运行时可固定使用其中某个或某几个缸喷射还原剂；若q≤mi，说明氨喷射器可以满足scr还原剂由每缸每工作循环下均喷射还原剂的需求；则scr运行时每缸每工作循环下均喷射还原剂；步骤9)：确定还原剂喷射正时：在排气或扫气阶段开始后，当缸内温度小于氨的自燃点时，氨喷射器向缸内喷入氨，作为scr系统脱硝的还原剂使用；
步骤10)：确定氨喷射器持续喷射时间t：t＝m/q；或t＝mi/q；t：氨喷射器喷射持续时间，s。2.如权利要求1所述的氨发动机scr系统还原剂供给方法，其特征在于，所述步骤5)中确定氨喷射器最小持续稳定喷射时间t为出厂设置。3.如权利要求1所述的氨发动机scr系统还原剂供给方法，其特征在于，所述步骤6)中确定氨喷射器最小持续稳定喷射流量q的方法为：q＝1000a
×
(2p
×
ρ)^(1/2)其中，a：氨喷射器喷孔有效流通面积，m2，值为出厂设置；p：氨喷射压力与缸内压力的差值，pa；ρ：液氨的密度，kg/m3。4.如权利要求1所述的氨发动机scr系统还原剂供给方法，其特征在于，所述步骤9)中的自燃点为649℃。5.如权利要求1所述的氨发动机scr系统还原剂供给方法，其特征在于，为避免氨喷射器干烧问题，除固定使用某个或某几个缸喷射还原剂，还采取如下策略：每隔一段时间更换同一缸内不同氨喷射器或其它缸的氨喷射器轮换喷射还原剂。6.如权利要求5所述的氨发动机scr系统还原剂供给方法，其特征在于，所述氨喷射器在各缸之间切换顺序与发动机发火顺序相反。

技术总结
本发明公开了一种氨发动机SCR系统还原剂供给方法。对于高压直喷氨发动机，使用气缸的氨喷射器在发动机排气或扫气开始阶段，当气缸内温度小于氨自燃点时，利用氨喷射器喷射SCR系统所需的还原剂。该方法即可用于氨发动机，亦可用于氨/柴油双燃料发动机。对于氨/柴油双燃料发动机，该方法即可用于柴油模式，亦可用于氨模式。本发明的优势是作为SCR系统还原剂使用的氨在气缸内可与排气充分混合，有利于SCR催化剂脱硝反应充分进行，提高SCR系统脱硝效率和减少氨逃逸量。对于氨/柴油双燃料发动机，在柴油模式下由于SCR系统运行导致氨喷射器仍需要工作，可避免柴油模式下氨喷射器不工作导致的干烧问题。作导致的干烧问题。作导致的干烧问题。


技术研发人员：田新娜 王慧珺 朱骏 崔磊 夏倩 桂勇 李泽宇
受保护的技术使用者：中船动力研究院有限公司
技术研发日：2023.08.08
技术公布日：2023/10/20