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柴油機減排技術(shù)的發(fā)展

截止2014年，歐盟各地區(qū)都開始實施歐6排放法規(guī)。然而與此相悖的是，石油和其它液體燃料的需求量不斷增加，2030年每天需求將達1.06億桶，2035年每天需求達1.1億桶，這必然導致對環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。為此，開發(fā)各種技術(shù)來解決這些排放問題刻不容緩。柴油機在富氧條件下燃燒可減少CO2排放，然而在富氧條件下燃燒的溫度過高會生成NOx，這是柴油機需要解決的主要問題。柴油機后處理系統(tǒng)包括廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)、氧化催化轉(zhuǎn)換器（DOC）、選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)以及柴油微粒過濾器（DPF）等，但最有效和實用的方法是綜合利用發(fā)動機后處理系統(tǒng)，如DPF+SCR以及LNT（稀燃NOx捕集）+SCR等，可以從根本上降低柴油排放顆粒（PM）和NOx。SCR是最有效的降低NOx排放的后處理系統(tǒng)，DPF是最有效減少PM排放的后處理系統(tǒng)，LNT是最經(jīng)濟適用的后處理系統(tǒng)。

EGR系統(tǒng)通?？蓪⒓s25%～ 40%的燃燒氣體進行冷卻再循環(huán)利用，并能夠?qū)崿F(xiàn)削減超過40% 的NOx。EGR系統(tǒng)的中間冷卻器降低再循環(huán)氣體溫度。冷卻的再循環(huán)氣體具有較高的熱容量和更低的氧含量，因此可以降低發(fā)動機吸入空氣的溫度，從而抑制NOx的形成。但是EGR系統(tǒng)減少NOx的同時也增大了燃油消耗率。為同時減少發(fā)動機的NOx排放和改善燃油經(jīng)濟性，開發(fā)了可變幾何渦輪（VTG）增壓器和低壓EGR系統(tǒng)聯(lián)合應用的處理系統(tǒng)。技術(shù)的優(yōu)化組合能夠?qū)崿F(xiàn)NOx減少30%，同時改善3%～4%的有效燃油消耗率（BSFC）。

SCR系統(tǒng)使用金屬或陶瓷催化劑和化學還原劑將NOx轉(zhuǎn)化為分子氮和氧。SCR系統(tǒng)發(fā)生尿素的水解反應，產(chǎn)生氨和CO2。在開環(huán)系統(tǒng)中，加入還原劑的量通過NOx估計算法得到。該算法涉及發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、排氣溫度和負荷等參數(shù)。廢氣和還原劑通過SCR催化劑發(fā)生化學反應，減少NOx排放。在閉環(huán)系統(tǒng)中，通過傳感器直接測量廢氣中NOx的濃度來確定還原劑加入量。為改進SCR系統(tǒng)的性能，開始尋找新方法替代SCR系統(tǒng)中的還原劑。提出LNT與SCR系統(tǒng)聯(lián)合應用的技術(shù)方案。聯(lián)合系統(tǒng)首先應用LNT技術(shù)來減少大部分NOx，之后再利用SCR系統(tǒng)進一步降低NOx的排放量。

隨著越來越嚴苛的排放標準，各種柴油機減排技術(shù)越來越成熟，未來的發(fā)展趨勢也必將是各種后處理系統(tǒng)的聯(lián)合應用，甚至是與缸內(nèi)直噴技術(shù)等其它減排技術(shù)聯(lián)合使用，以最大程度地降低NOx、PM及其它污染物的排放量。

刊名：International Journal on Theoretical and Applied Research in Mechanical Engineering（英）

刊期：2013年第1期

作者：Raghav Ahuja et al

編譯：郭明超