实现柴油机超低NOx排放的热管理技术

实现柴油机超低NOx排放的热管理技术

最新的欧6排放法规要求重型发动机的氮氧化合物（NOx）排放必须满足较低的水平，与欧5排放法规相比进一步减少90%。为满足这一严格的要求，需要对重型柴油机的后处理技术进行优化。通常采用选择性催化还原（SCR）系统对NOx进行还原，并其转化为氮气（N2）和水（H2O）。SCR的转化性能与其温度之间有密切的关系。当温度较低时，SCR系统对NOx的转化率将显著降低，因而需要实现对包含SCR系统在内的后处理系统进行热管理。

若利用增加发动机排气温度来实现对后处理系统的热管理，则会降低发动机的热效率，增加热能损失。因而，考虑利用柴油微粒过滤器（DPF）的主动再生增加排气温度，其原理是在DPF前端的燃烧器中喷入一定量的柴油燃料，并采用电点火引发柴油燃烧，随着火焰传播，引燃DPF中吸附的碳烟，从而增加排气温度。因而，需要将SCR系统置于DPF的下游。

通过试验进行验证时，采用一台瑞典沃尔沃汽车集团生产的2014款MD13TC重型柴油机，该柴油机的额定功率为361kW，并具有固定几何形状的涡轮增压器。试验时，先对该柴油机的后处理系统进行改造，之后遵循美国环境保护署（EPA）制定的40 CFR Part 1065重型发动机排放测试规程进行排放测试，测试使用的柴油为市售超低硫柴油。利用日本堀场（Horiba）精密仪器公司生产的MEXA-7200D气体分析仪和MEXA-7100DEGR分析仪分别对重型柴油机的排放进行分析。测试结果表明，与发动机后处理后处理系统使改造前相比，改造后的系统NOx排放量减少了73%，但燃油消耗增加了2.6%。

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

编译：李臣