重型柴油机NOx转化率控制系统的发展



重型柴油机NOx转化率控制系统的发展

众多研究工作已经证明，选择性催化还原（SCR）系统是控制重型柴油机NOx排放的最有效方案。为改善燃油经济性而设计的重型清洁柴油机多具有较高的NOx排放，预计针对重型清洁柴油机NOx排放的相关法规将在2020年左右实施，以限制其排放。为使目前的重型清洁柴油机满足未来法规要求，需要具备较高NOx转化率的排放控制系统。典型的2010/2013重型清洁柴油机排放控制系统包括带有柴油氧化催化剂（DOC）的柴油颗粒过滤器（CDPF）和SCR组件。使用先进技术可提高排放控制系统的NOx转化率，相关先进技术包括冷起动概念（dCSCTM）、SCR涂层的柴油颗粒过滤器（SCR-DPF）、SCR涂层的高孔隙率基板等技术。分析了将上述先进技术应用在排放控制系统对NOx的转化率的作用。

本文所设计的新排放控制系统结合了dCSC系统、SCR-DPF系统和SCR涂层的高孔隙率基板。该系统工作温度较低时，dCSC系统将存储的尾气与SCR反应，将一部分NOx转化；当该系统工作温度逐渐升高后，经dCSC系统处理后的尾气通过SCR-DPF系统，实现NOx含量的降低；最后，处理后的尾气通过涂层SCR的高孔隙率基板，实现NOx含量的进一步降低，从而提高排放控制系统整体的NOx转化率。通过试验分析了不同参数对排放控制系统性能的影响，主要涉及NOx的浓度、NH3的早期可用性、不同的冷起动操作策略和催化剂快速升温。试验在一个重型清洁柴油机上进行，dCSC系统采用日本NAGAKI永木精械株式会社（NGK）生产的NGK-400cpsi/7mil，SCR-DPF系统采用 NGK C650-300cpsi/12mil，SCR采用NGK-HPS 600cpsi/4mil，采用瞬态测试循环。试验结果表明：①使用新设计的排放控制系统，结合NH3的早期可用性分析，可显著改善系统的NOx转化率；②采用热管理方法，可改善低温环境下新系统的NOx转化率；③新系统结合改进的控制策略，在冷态条件下的瞬态测试循环中可实现大于95%的NOx转化率。

MojghanNaserietal.SAE 2015-01-0992.

编译：王祥