基于微波谐振腔微扰法的柴油机NH3供给装置

基于微波谐振腔微扰法的柴油机NH3供给装置

在柴油机排放中，由于颗粒物（PM）的含量和氮氧化合物（NOx）的含量无法通过对柴油机的优化同时降低，因此必须采用柴油机后处理系统。通常采用柴油微粒过滤器（DPF）吸附排放中的PM，采用选择性催化还原（SCR）系统还原排放中的NOx。但是，在利用SCR系统中的SCR催化剂还原NOx时，需要利用氨气（NH3）的氧化作用。传统NH3供给装置需要借助NOx传感器和NH3传感器确定NH3的供给量，由于NH3供给量计算模型的不确定性常常造成供给量过多或过少，且供给的NH3由于催化剂的瞬时加热可能出现快速分解，因而需要优化SCR系统中NH3的供给。

新设计的NH3供给装置主要基于微波谐振腔微扰法。该方法主要利用微波谐振腔的谐振频率随谐振腔内电介质常数的变化而发生变化，通过测量谐振频率确定谐振腔内部物质成分的变化。基于微波谐振腔微扰法进行NH3供给装置的设计时，在SCR催化剂外部添加一个金属罐构成微波谐振腔。其它装置包括微波信号源、定向耦合器、直流放大器、频率测量系统和数字信号处理系统，与常规微波谐振腔系统相同。通过对谐振频率的测量能够确定出谐振腔内部SCR催化剂和排放中NOx的含量。根据确定结果确定出SCR催化剂所需的NH3量，并通过喷射系统进行供给。对新设计供给装置进行试验验证时，采用一套配备戴姆勒OM 651 4缸2.1L涡轮增压柴油机的测试台架。在该发动机的SCR系统中，采用基于铁沸石的SCR催化剂，并将其涂布在堇青石基板上。利用新设计的NH3供给装置对SCR系统供应NH3，并对排放中NOx的含量进行测量。测量结果显示，应用新设计的NH3供给装置后NOx的转化效率高达95%，而传统NH3供给装置下的NOx转化效率不超过90%。

Markus Dietrich et al.SAE 2017-01-0945.

编译：王祥