采用新型电加热器改善柴油机SCR系统冷起动性能



采用新型电加热器改善柴油机SCR系统冷起动性能

通过对发动机燃烧系统进行改进，如增大压缩比以及采用先进的喷射系统和润滑方法等，可实现发动机较好的排放水平。但是，柴油机NOx排放以及颗粒物排放仍然超出相关的法规要求，因而需要对其进行控制。采用柴油颗粒过滤器（DPF）可使颗粒物排放满足法规要求；采用选择性催化还原（SCR）系统可使NOx排放满足法规要求。理想条件下，SCR系统可实现90%的NOx转化率。然而，在怠速和低负荷工况较多的城市车辆驾驶条件下，排气温度往往较低，达不到SCR系统工作所需的温度，尤其当有水气凝结在催化剂表面时，SCR系统的NOx转化率将进一步降低。为此，针对上述问题给出一种新型电加热器，并在试验台上对其性能进行了验证。

与不采用电加热器相比，采用传统电加热器加热SCR系统所消耗的燃料将增大3倍。而结合废气余热可有效去除SCR系统内催化剂含有的水，两者结合在降低排放的同时可改善汽车燃油经济性。为了将电加热器应用在重型柴油机上，其需要承受一定的振动环境。因此，将电加热器内加热单元的整体结构设计为管状结构，可防止其电阻丝直接暴露于废气中。电阻丝周围放置氧化镁粉末，并置于金属护套中。缩小金属护套直径以压实内部氧化镁，从而可进一步保护电阻丝。对新设计的加热单元进行振动测试，采用重型柴油机功率谱密度（均方根值为4.6），结果显示新设计加热单元的使用寿命超过了10000h。通过发动机排放试验，验证了新设计电加热器对SCR系统的影响。试验在柴油-电气混合试验台上进行，发动机采用康明斯ISDe 6.7L发动机，并分别与测功机和交流发电机相连。采用电力逆变器将发电机产生的交流电转换为直流电，为电池和电加热器供电。测试所用电加热器包含5个加热单元，每个单元额定功率为6kW，电加热器结构允许5个加热单元中的2～5个同时工作，因而提供的额定功率包括12、18、24、30kW。结果显示：与不使用电加热器相比，使用18kW和30kW的电加热器可使SCR系统达到200℃所需要的时间至少缩短8min；使用12kW的电加热器则至少缩短6min。

David Culbertson et al.SAE 2015-01-1027.

编译：王祥