實現(xiàn)柴油機超低NOx排放的熱管理技術(shù)

最新的歐6排放法規(guī)要求重型發(fā)動機的氮氧化合物（NOx）排放必須滿足較低的水平，與歐5排放法規(guī)相比進一步減少90%。為滿足這一嚴格的要求，需要對重型柴油機的后處理技術(shù)進行優(yōu)化。通常采用選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)對NOx進行還原，并其轉(zhuǎn)化為氮氣（N2）和水（H2O）。SCR的轉(zhuǎn)化性能與其溫度之間有密切的關(guān)系。當(dāng)溫度較低時，SCR系統(tǒng)對NOx的轉(zhuǎn)化率將顯著降低，因而需要實現(xiàn)對包含SCR系統(tǒng)在內(nèi)的后處理系統(tǒng)進行熱管理。

若利用增加發(fā)動機排氣溫度來實現(xiàn)對后處理系統(tǒng)的熱管理，則會降低發(fā)動機的熱效率，增加熱能損失。因而，考慮利用柴油微粒過濾器（DPF）的主動再生增加排氣溫度，其原理是在DPF前端的燃燒器中噴入一定量的柴油燃料，并采用電點火引發(fā)柴油燃燒，隨著火焰?zhèn)鞑?，引燃DPF中吸附的碳煙，從而增加排氣溫度。因而，需要將SCR系統(tǒng)置于DPF的下游。

通過試驗進行驗證時，采用一臺瑞典沃爾沃汽車集團生產(chǎn)的2014款MD13TC重型柴油機，該柴油機的額定功率為361kW，并具有固定幾何形狀的渦輪增壓器。試驗時，先對該柴油機的后處理系統(tǒng)進行改造，之后遵循美國環(huán)境保護署（EPA）制定的40 CFR Part 1065重型發(fā)動機排放測試規(guī)程進行排放測試，測試使用的柴油為市售超低硫柴油。利用日本堀場（Horiba）精密儀器公司生產(chǎn)的MEXA-7200D氣體分析儀和MEXA-7100DEGR分析儀分別對重型柴油機的排放進行分析。測試結(jié)果表明，與發(fā)動機后處理后處理系統(tǒng)使改造前相比，改造后的系統(tǒng)NOx排放量減少了73%，但燃油消耗增加了2.6%。

Christopher Sharp et al. SAE 2017-01-0958.

編譯：李臣