摘要： 氫內燃機具有零碳排放的特點，是實現低成本碳中和的重要手段。但是缸內燃燒的高溫環(huán)境會生成大量的氮氧化物（NOx）排放，在日益嚴苛的排放法規(guī)要求下，利用選擇性催化還原（SCR）NOx的后處理技術是拓展氫內燃機大規(guī)模應用、不斷提升其動力性和經濟性的必要手段。首先通過試驗驗證了Cu基分子篩的NH3-SCR后處理系統(tǒng)是一種高效的針對直噴氫內燃機的NOx凈化方案，接著使用簡化反應機理對NH3-SCR反應過程進行了建模仿真，并研究了反應溫度、空速和氨氮比對氫內燃機邊界下NH3-SCR還原NOx的影響。研究結果表明：在稀燃缸內直噴氫內燃機邊界下，NH3-SCR低溫活性仍保持良好，后處理系統(tǒng)起燃溫度（T50）為110 ℃，活性窗口（T90）范圍為150～425 ℃；在空速大于25 000 h－1時， NOx轉化效率都大于95%；當控制氨氮比為0.5，并保持反應溫度在350～400 ℃時可保證最高的NOx轉化效率，實現直噴氫內燃機的近零NOx排放。

關鍵詞： 氫內燃機；氮氧化物；稀薄燃燒；選擇性催化還原；缸內直噴

DOI： 10.3969/j.issn.1001-2222.2024.04.001

中圖分類號：TK463;TK421.53文獻標志碼： B文章編號： 1001-2222（2024）04-0001-08

氫內燃機具有低成本、清潔、高效等特點，是推動低成本動力碳中和的一種現實途徑［1］。氫-空氣的火焰溫度可達到2 100 K以上，高溫使得空氣中固有的氧和氮通過各種路徑發(fā)生化學反應，導致氫內燃機中生成NOx排放［2］。NOx 排放是導致酸雨、光化學煙霧等環(huán)境問題的主要物質之一，其環(huán)境危害嚴重，世界各國都將NOx排放作為重要污染物列入排放法規(guī)中嚴格控制［3］。相比于汽油，氫氣燃燒大多工作在富氧條件下，且燃燒溫度更高，因此直噴氫內燃機的NOx排放要高于汽油機，最大甚至可達10 000×10－6，而這也是限制氫內燃機應用的重要難題。

NOx排放是氮氧化物排放的總成，具體包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）和一氧化二氮（N2O）等［4］。試驗證明，氫氣燃燒過程產生的NOx中95％以上是NO，其余氮氧化物僅占5%，因此NO是氫內燃機的主要排放產物。直噴氫內燃機中，NO排放的生成機理主要有熱力學NO、快速型NO、燃料型NO、NNH反應、N2O反應等［5-6］。其中熱力學NO是通過三步反應的擴展Zeldovich機理生成，是NOx排放的主要成分，研究不同溫度下反應平衡常數可以發(fā)現，在溫度高于1 500 K時就有少量的熱力學NO產生，并隨著溫度升高而增多。當反應溫度小于1 800 K時，NO 的生成速率較慢，而當反應溫度大于1 800 K時，反應溫度每增加100 K，反應速率增大6～7倍，呈指數性上升［2］。

NOx排放是限制氫內燃機應用的重要難題，氫內燃機中氧氣濃度和缸內燃燒溫度直接影響NOx的生成速率，但燃燒室內充足的氧氣和較高的溫度可以促進氫氣燃燒、提升燃燒效率，因此，降低氫內燃機的NOx 排放和提高氫內燃機動力性和經濟性之間存在著矛盾［7］。諸多學者探索了采用稀薄燃燒、機械增壓、廢氣再循環(huán)和缸內噴水［8］，并在缸外后處理加裝三元催化器（TWC）和選擇性催化器（SCR）等技術手段［9-11］。國內外的研究成果表明：增壓直噴氫內燃機具有功率密度高、效率高的優(yōu)點，氫內燃機的動力性、經濟性及燃燒特性得到了改進，但相關排放機理的研究和近零排放的技術路徑研究還比較薄弱，NOx排放優(yōu)化的結果僅限于特殊工況點，且功率、效率與排放之間的矛盾關系尚未緩解［12］。

采用后處理系統(tǒng)可以進一步在缸外控制NOx排放。Wanner等［13］在寶馬直噴氫內燃機轎車上采用了三元催化器（three way catalysts，TWC）加NOx捕集器的后處理方案，試驗發(fā)現，由于氫內燃機排氣中HC和CO極少，NOx在TWC里面的還原量有限，主要依賴于NOx捕集器的效果。L. Z. Bao等［14］發(fā)現，雖然H2作為一種理想還原劑，氫內燃機中未燃H2在TWC中可以實現99%的NOx轉化效率，但有效熱效率會大幅降低。Kawamura提出了一種兩段式的氮氧化物儲存還原催化器（NOx storage catalyst，NSC）和氧化催化器（diesel oxidation catalyst，DOC）的組合系統(tǒng)，直接噴入的低壓H2在NSC還原NOx，而DOC則負責氧化還原過程生成的NH3，NOx轉化率高達98%。這套后處理設備在整車上運行的結果更為可觀，日本JE05循環(huán)的排放從1.07 g/（kW·h）降低至0.08 g/（kW·h），但由于氫內燃機的排氣缺少還原劑，需要消耗大量的H2。Fischer等［15］利用選擇性催化還原（selective catalytic reduction，SCR）降低NOx排放，利用氨氣催化還原裝置吸收多余的NH3，試驗證明，串聯混動的直噴氫內燃機NOx排放為10～14 mg/km，而采用此后處理系統(tǒng)，仿真預計整車的NOx排放可降低至1～2 mg/km。但SCR系統(tǒng)目前還存在體積大，閉環(huán)控制時NH3滑失現象難以監(jiān)控，NH3或尿素噴射控制策略復雜，尚無針對氫內燃機高含水量、高氮氧排氣的排放模型，模型標定工作量大等難題。

稀燃直噴氫內燃機相比于傳統(tǒng)汽油機和柴油機，排氣溫度低、空速高、水含量多，本研究針對這一特點，通過試驗探索了銅基分子篩NH3-SCR在稀燃直噴氫內燃機上的應用效果，并標定了相應的仿真模型，進一步研究了在氫內燃機排氣氛圍下溫度、空速和氨氮比對NOx轉化率和各關鍵反應速率的影響，得到了稀燃直噴氫內燃機NH3-SCR工作的最佳邊界條件。

1稀燃直噴氫內燃機NH3-SCR試驗

本研究選擇一款直列4缸2.0 L增壓直噴汽油機作為基礎機型，在原機基礎上，將直噴汽油噴嘴替換成直噴氫氣噴嘴，并對氫氣噴射系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、曲軸箱通風系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)進行了改造。直噴式增壓氫內燃機的具體參數見表 1。

增壓直噴氫內燃機在所有工況下均為稀燃狀態(tài)，在大部分工況下過量空氣系數大于2，部分工況過量空氣系數達到4。因此在稀燃工況下，除NOx排放外，氫內燃機排氣的主要成分為氮氣、氧氣和水蒸氣，還有微量因機油消耗生成的HC和CO。由于HC和CO量過少，排氣中缺少還原NOx排放的還原劑，原裝的汽油機三元催化器（TWC）并不適用于氫內燃機，必須在排氣中加入新的后處理裝置。

增壓直噴氫內燃機渦前排氣溫度較低，通過高膨脹比渦輪后，后處理器入口溫度會進一步降低。直噴氫內燃機的SCR后處理溫度在260 ℃左右，因此雖然稀薄燃燒提供了富氧條件，但是由于入口溫度較低，應該優(yōu)先采用快速SCR反應路徑，即通過氧化催化器將NO氧化成為NO2，提高NOx中NO2的比例，實現高反應速率和轉化效率。為此，在直噴氫內燃機試驗中，拆除了原機的三元催化器（TWC），替換為一套商用后處理系統(tǒng)：包含一個2.17 L的前端氧化催化器（DOC）和一個5.79 L的后端銅分子篩選擇性催化還原器（SCR），并在尾端加裝了氨逃逸催化器（ASC），以吸收過量的氨氣?？紤]到尿素水解反應溫度較高，且尿素汽化水解時會吸熱，并釋放出CO2，因此為保證氫內燃機的零碳排放，選擇了柴油機用固體氨-SCR系統(tǒng)，氨氣以固體氨形態(tài)在氨罐中儲存，加熱后釋放出NH3，采用開環(huán)控制策略將NH3噴入DOC和SCR之間的管路中，隨尾氣一起進入SCR參與反應。通過AVL五組分分析儀提取干燥后的排氣，測量SCR前后各組分的體積分數。試驗過程中，保持發(fā)動機穩(wěn)定運轉2 min，由于NOx電化學傳感器對NH3存在交叉敏感特性，應在NH3噴射前先記錄SCR前的NOx排放濃度，之后再開啟NH3噴射，并保持其他控制參數不變。待SCR后NOx排放濃度穩(wěn)定超過2 min時，記錄SCR后的NOx排放。后處理試驗裝置如圖 1所示。

試驗結果如圖 2所示。由圖2知，1 500 r/min下NOx的轉化效率達到99.5%，后處理系統(tǒng)后的NOx排放只有3×10－6；而在其他轉速工況下NOx轉換效率也達到了96%。整體來看，通過氧化催化劑加選擇性催化還原的后處理配置，能夠在增壓直噴氫內燃機運行工況下有效降低NOx排放。

2NH3-SCR仿真模型設置與校核

增壓氫內燃機稀薄燃燒時，后處理系統(tǒng)前排氣溫度低，同時排氣氛圍NOx濃度高、水蒸氣含量高，這些因素都會顯著影響NOx的轉化過程。因此基于GT-SUIT仿真軟件建立仿真模型，采用試驗數據進行驗證，進而分析不同參數對Cu分子篩NH3-SCR還原NOx效果的影響。

SCR反應機理如表2所示。為簡化建模過程，仿真通過調整SCR入口NO2與NOx的比例代替氧化催化劑的效果。

仿真邊界依據試驗數據進行設計，具體計算過程如下。

氫內燃機在氧氣過量情況下運行，忽略尾氣中的未燃氫氣量，因此氫氣和空氣化學反應方程式與NO在DOC中氧化為NO2的反應方程式可以合并為

λ（H2）+O2+3.76N22=b（NO）+b（NO2）+

（3.76－2b）N22+λ（H2O）+（1－λ－3b）O22。（1）

AVL五組分分析儀所測SCR前NOx濃度為干燥后排氣的NOx濃度：

φ′（NOx）=b+bb+b+3.76－2b2+1－λ－3b2=

4b4.76－λ－b。（2）

整理式（1）和式（2）可以得到b的計算公式：

b=（4.76－λ）φ′（NOx）4+φ′（NOx）。（3）

在求出b之后，即可根據反應式（3）計算出未干燥排氣各組分的體積分數，根據式（4）可以計算得到排氣中NOx的質量流量mNOx：

mNOx=m總（φNOMNO+φNO2MNO2）M總，（4）

M總=∑i5（φiMi）。（5）

式（5）中：φi為干燥前排氣中各組分體積分數；Mi為干燥前排氣中各組分摩爾質量。

在低空速工況下采用DOC后，試驗測得DOC前后尾氣中NO與NO2的比例達到1∶1，此時NOx的平均摩爾質量為38 g/mol，φ（NH3）/φ（NOx）的混合比可以由NH3的質量流量計算得到。

φ（NH3）φ（NOx）=mNH3MNH3mNOxMNOx=3817mNH3mNOx。（6）

根據上式即可計算得到仿真所需的組分參數，仿真模型的幾何參數如表3所示，表3還列出了直噴氫內燃機2 000 r/min時的SCR入口邊界條件，SCR入口的濃度考慮了在SCR前噴入的NH3，為了后續(xù)仿真方便，各組分數據全部轉化成以10－6為單位。在稀薄燃燒工況下氧氣過量，近似認為排氣中不含有未燃氫氣。試驗過程中，轉速的變化范圍為1 000～4 400 r/min，模型反應機理和上述研究保持一致。最終基于試驗數據的模型驗證結果見圖 3。

由圖3可以發(fā)現，仿真結果與試驗的一致性較好，大部分誤差小于2%，只有一個仿真點絕對誤差不在2%以內，但是小于4%，因此，所建立的模型可以用于后續(xù)仿真分析。從整個曲線圖看，仿真結果與試驗結果趨勢一致，都是隨著轉速增加，NOx的轉化效率在4 000 r/min之前小幅波動，整體趨勢略微向下，并且NOx轉化效率都保持在較高水平；隨著轉速達到4 400 r/min后，NOx轉化效率開始大幅下降。這主要因為高轉速下空氣流量過高，SCR空速過大，氣體在催化器內停留時間過短，小于催化反應時間，NOx轉化效率降低。

3不同參數對NH3-SCR工作特性的影響

3.1溫度的影響

溫度是催化反應重要的參數之一，它不僅能夠影響反應物的活化能，使催化反應路徑發(fā)生變化，還能影響催化反應的反應速率，使不同流速下的氣體在催化劑表面的轉化率發(fā)生變化。除了溫度變化外其余設置參數與表3保持一致。

如圖4所示，在溫度區(qū)間100～600 ℃內，隨著溫度的增加，NOx轉化率先增加后減小，在溫度為250 ℃時達到最高，為96.6%。并且在150～400 ℃區(qū)間NOx轉化率都維持在90%以上。以50%的NOx轉化效率作為催化器的起燃點，在此工況下該后處理器的起燃溫度（T50）為110 ℃，說明Cu分子篩NH3-SCR后處理器具有較好的低溫活性，且活性窗口范圍（T90）較廣。

從催化后NOx組分來看，在小于250 ℃時，NO和NO2的濃度都快速降低，在大于250 ℃時，NO2的濃度先緩慢增加后快速降低，而NO的濃度則逐步增加。如圖5所示，R5反應速率在450 ℃時達到峰值，而R6在300 ℃達到峰值。快速SCR反應速率的峰值為標準SCR反應的6.8倍。在低溫階段，由于NO可以通過標準SCR反應R5和快速SCR反應R6轉化，而NO2僅通過快速SCR反應與NO等比例轉化，因此，剩余反應物NO2的比例逐步增加；在高溫階段NO2通過可逆反應R4轉化成NO，NO2濃度降低后，快速SCR反應的反應速率也開始降低，NO轉化率降低而NO濃度則隨著溫度增加而增加。該仿真結果也證明在氫內燃機低溫工況下，通過氧化催化器DOC提升排氣NOx中NO2的比例，可以加快反應速率進而提高轉化率。

3.2空速的影響

內燃機運行是一個強瞬態(tài)過程，催化器內的空速會不斷發(fā)生變化，且變化幅度大，會對SCR的凈化能力產生影響。內燃機尾氣的空速與體積流量有關，體積流量會隨著內燃機轉速的增加而增加，尾氣在催化器內停留時間會相應變短，NOx的轉化效率會隨之發(fā)生變化，因此有必要探索空速對SCR還原NOx的影響。仿真設置時，通過改變催化劑入口的體積流量來調整催化劑內空速，空速變化范圍設定為5 000～95 000 h－1，間隔設定為10 000 h－1。

從圖 6可以看出，隨著空速的增加，NO濃度不斷降低，NO2出口濃度先快速降低后緩慢增加，并在空速45 000 h－1時達到最小值，此時出口濃度NO為1.21×10－6，NO2為48.72 ×10－6；NOx的變化規(guī)律與NO2一致，在所研究的空速區(qū)間，NO2都占出口NOx的絕大部分，超過91%，這主要是由于反應初始時快速SCR反應占主導地位，NO和NO2的濃度迅速降低，快速SCR反應的反應速率也隨之降低，通過快速SCR反應轉化的NO和NO2逐漸趨于零，之后在氧氣過量的情況下，NO仍可通過標準SCR反應不斷降低濃度。

出口NOx濃度的變化導致了轉化率的變化，隨著空速的增加，在空速小于45 000 h－1時NOx轉化率快速增加，在空速繼續(xù)增加時NOx效率則緩慢降低。從圖 7可以看出，此工況下NH3-SCR主要反應R5和R6的反應速率都是隨著空速的增加而增加，在空速95 000 h－1達到峰值，此時R5的反應速率為0.27 mol/（m3·s），R6的反應速率為2.51 mol/（m3·s），在空速區(qū)間15 000～95 000 h－1，R6的反應速率約為R5反應速率的9倍，快速反應R6是在此較低溫度工況下NOx轉化的主要反應路徑。在空速大于25 000 h－1時，所研究工況下NOx轉化效率都大于95%，整個空速區(qū)間NOx轉化效率變化范圍為90.9%～96%，保持在較高水平。相比于溫度變化，空速變化對NOx轉化效率影響較小。隨著空速的增加，進氣體積流量增加，單位時間內催化劑內流過的進氣物質的量和濃度增加，因此R5和R6的反應速率不斷增加。綜上所述，空速選取范圍合適時可以略微增加NH3-SCR后處理系統(tǒng)的NOx轉化效率。

3.3氨氮比和NO2占比的影響

NH3還原NOx的反應不僅受到溫度和空速的影響，NH3和NOx作為反應物，氨氮比（φ（NH3）/φ（NOx））更會對反應速率和反應路徑產生影響。在探索氨氮比對NH3還原NOx的反應速率的影響時，其組分的初始條件如表4所示，未提及的組分中H2O體積分數保持不變，N2作為平衡氣體，其余設置參數與表3保持一致。

由圖 8可以看出，當φ（NH3）/φ（NOx）從0.5增加至2.5時，催化劑出口NO和NO2的濃度都快速降低，并在φ（NH3）/φ（NOx）超過1.5后，NOx出口濃度接近于0；當φ（NH3）/φ（NOx）為0.5時，出口組分中NO2占NOx組分比例的53%，而在φ（NH3）/φ（NOx）為1～2.5時，出口組分中NO2占NOx組分比例為97%以上。這說明在NH3缺乏的情況下，反應路徑R5和R6反應量相當，在NH3過量時，快速反應R6則占據絕大部分反應路徑。

從圖 9可以看出，在φ（NH3）/φ（NOx）變化范圍內，R5的反應速率變化范圍為0.04～0.35 mol/（m3·s），R6反應速率變化范圍為1.5～2.5 mol/（m3·s）。在φ（NH3）/φ（NOx）為0.5時，R6的反應速率約為R5反應速率的32倍，所以在反應初始階段，NO和NO2通過快速SCR反應R6迅速轉化，在NH3接近完全反應之后，只有NO可以通過標準SCR反應繼續(xù)緩慢轉化，所以最終出口NOx中NO與NOx的比例相當。在φ（NH3）/φ（NOx）大于1時，R6的反應速率約為R5反應速率的7倍，并且隨著氨氮比的增加，該數值不斷降低。說明在NH3含量較低時，快速SCR反應對NOx作用效果更大。綜上，在噴射NH3時，需要根據內燃機尾氣中NOx的含量調整φ（NH3）/φ（NOx）為1.5左右，以使NOx具有較高反應速率和轉化效率；此外還需要在SCR后增加氨捕集系統(tǒng)，以防止NH3逃逸造成污染。

綜合上述研究可以看出，快速SCR反應R6受φ（NO2）/φ（NOx）的影響較大，在低溫和適當φ（NO2）/φ（NOx）時快速SCR反應R6比標準SCR反應R5的反應速率大很多，因此有必要探索不同φ（NO2）/φ（NOx）下溫度變化對SCR還原NOx的影響。進氣組分的初始條件如表5所示，未提及的組分中H2O體積分數保持不變，N2作為平衡氣體，其余設置參數與表3保持一致。

從圖 10可以發(fā)現，在φ（NO2）/φ（NOx）變化范圍內，隨著溫度的增加，NO出口濃度先快速降低后緩慢增加。在溫度小于300 ℃時，隨著φ（NO2）/φ（NOx）的增加，NO出口濃度降低，而在溫度為350～500 ℃時則恰好相反，這反映了NO轉化在不同溫度下主要反應路徑的變化。由于NO與O2反應生成NO2是可逆反應，而溫度大于350 ℃時反應趨向于逆向進行，因此，溫度大于350 ℃時NO出口濃度增加。如圖 11所示，隨著φ（NO2）/φ（NOx）不斷增加， NO2出口濃度不斷增加；在φ（NO2）/φ（NOx）為0～0.5時，隨著溫度的增加，NO2出口濃度降低，而在φ（NO2）/φ（NOx）為0.75～1時，NO2出口濃度在250 ℃后出現了增加的趨勢。這主要是因為低溫時，NO2分解的副反應會產生硝酸銨，隨著溫度升高副反應的反應速率降低，NO2濃度增加。而隨著溫度繼續(xù)升高，NO2開始分解為NO，NO2濃度下降。圖 12是NO與NO2數據疊加得到的，可以發(fā)現在φ（NO2）/φ（NOx）為0～0.75時，NOx出口濃度的變化趨勢與NO變化趨勢一致，而在φ（NO2）/φ（NOx）為1時，NOx出口濃度的變化趨勢與NO2變化趨勢一致。整體來看，在溫度小于200 ℃時，φ（NO2）/φ（NOx）為0.5時NOx出口濃度最低，而在溫度大于250 ℃時NOx出口濃度則隨著φ（NO2）/φ（NOx）的增加不斷增加。

NOx出口濃度變化導致了NOx轉化效率的變化。從圖 13可以發(fā)現，在φ（NO2）/φ（NOx）為0～0.75時，NOx轉化率都是隨著溫度的增加先快速增加后緩慢降低。而當φ（NO2）/φ（NOx）為1時，NOx轉化率則隨著溫度的增加先快速增加，并在溫度為250 ℃時達到峰值，在溫度從250 ℃增加至450 ℃時，NOx轉化率緩慢下降并達到局部最小值，在溫度從450 ℃增加至600 ℃時，又開始緩慢上升。這種不尋常的變化趨勢主要是與過量的NO2有關。整體來說，在φ（NO2）/φ（NOx）為0.5時，NOx轉化活性區(qū)間（T90）范圍最廣，為150～450 ℃，并且低溫活性最好。在溫度大于250 ℃時，φ（NO2）/φ（NOx）為0時，NOx轉化率最大，而在溫度小于250 ℃時NOx轉化率偏低。因此對于定溫應用場景，在低溫時適當增加φ（NO2）/φ（NOx）有利于增加NOx轉化率，而在溫度較高時，則應當使φ（NO2）/φ（NOx）盡量??；而當內燃機工況變化頻繁、溫度變化范圍較大時，φ（NO2）/φ（NOx）為0.5時整體收益最佳。增壓氫內燃機稀薄燃燒時，后處理系統(tǒng)前溫度低，在SCR前加裝DOC，調整合適的φ（NO2）/φ（NOx），能夠有效提高催化劑活性與NOx轉化效率。在排氣溫度較高的定溫工況下運行的氫內燃機，僅采取選擇催化還原裝置SCR，保持排氣中φ（NO2）/φ（NOx）較低的比例，即可獲得較高收益，使得NOx轉化效率最高。

4結論

a） 在一臺2.0 L直噴氫內燃機上搭載了固體氨-銅分子篩選擇性催化器用于還原NOx排放，試驗證明在氫內燃機排氣邊界下，NOx轉化率超過96%；

b） 仿真研究了溫度對SCR反應的影響，在氫內燃機排氣邊界下，SCR的起燃溫度為110 ℃，在150～400 ℃內NOx轉化率可達90%，能夠較好匹配稀燃直噴氫內燃機的低排氣溫度；

c） 隨著空速的增加，NOx轉化率先緩慢增加后趨于穩(wěn)定，當空速大于25 000 h－1后， NOx轉化效率都大于95%；

d） 氨氮比對轉化效率具有顯著影響，氨氮比超過1后，NOx轉化效率達到97%；此外，在稀燃氫內燃機中需通過DOC裝置調節(jié)SCR前尾氣φ（NO2）/φ（NOx）的比例為0.5，利用快速SCR反應路徑也可顯著提高氫內燃機的NOx轉化效率和反應速度，而在當量比工況下，較高的排氣溫度使得不需要DOC也可獲得較高的NOx轉化率。

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Exhaust Aftertreatment Characteristics of NH3-SCR"System in Lean-Burn Direct Injection Hydrogen Engine

ZOU Kaixiang，SUN Baigang，LUO Qinghe

（School of Mechanical Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing100081，China）

Abstract： The hydrogen internal combustion engine has the characteristics of zero carbon emission and is an important method to achieve low cost carbon neutrality. However， the high temperature environment of incylinder combustion will generate a large amount of nitrogen oxide（NOx） emissions. The use of selective catalytic reductio（SCR） reducing NOx technology is a necessary method to expand its large scale application and continue improving power and economy performance. The experiment verified that the NH3-SCR aftertreatment system of Cu-based molecular sieve was an efficient NOx purification scheme for direct injection hydrogen engine. A simplified reaction mechanism was used to model and simulate the NH3-SCR reaction process， and the effects of reaction temperature， space velocity and NH3-nitrogen ratio on NOx reduction by NH3-SCR were studied under the boundary of hydrogen internal combustion engine. The results show that the low-temperature activity of ammonia SCR is still good under the boundary of lean burn hydrogen combustion engine with direct injection. The ignition temperature（T50） of aftertreatment system is 110 ℃， and the activity window（T90） ranges from 150 ℃ to 425 ℃. When the airspeed is greater than 25 000 h－1， the NOx conversion efficiency remains greater than 95%. When the ammonia nitrogen ratio is 0.5 and the reaction temperature maintains at 350-400 ℃， the highest NOx conversion efficiency can be guaranteed and the near-zero NOx emission of direct injection hydrogen combustion engine can be achieved.

Key words： hydrogen internal combustion engine;nitrogen oxides;lean burn;selective catalytic reduction;incylinder direct injection

［編輯： 袁曉燕］