柴油机减排技术的发展



柴油机减排技术的发展

截止2014年，欧盟各地区都开始实施欧6排放法规。然而与此相悖的是，石油和其它液体燃料的需求量不断增加，2030年每天需求将达1.06亿桶，2035年每天需求达1.1亿桶，这必然导致对环境产生巨大影响。为此，开发各种技术来解决这些排放问题刻不容缓。柴油机在富氧条件下燃烧可减少CO2排放，然而在富氧条件下燃烧的温度过高会生成NOx，这是柴油机需要解决的主要问题。柴油机后处理系统包括废气再循环（EGR）系统、氧化催化转换器（DOC）、选择性催化还原（SCR）系统以及柴油微粒过滤器（DPF）等，但最有效和实用的方法是综合利用发动机后处理系统，如DPF+SCR以及LNT（稀燃NOx捕集）+SCR等，可以从根本上降低柴油排放颗粒（PM）和NOx。SCR是最有效的降低NOx排放的后处理系统，DPF是最有效减少PM排放的后处理系统，LNT是最经济适用的后处理系统。

EGR系统通常可将约25%～ 40%的燃烧气体进行冷却再循环利用，并能够实现削减超过40% 的NOx。EGR系统的中间冷却器降低再循环气体温度。冷却的再循环气体具有较高的热容量和更低的氧含量，因此可以降低发动机吸入空气的温度，从而抑制NOx的形成。但是EGR系统减少NOx的同时也增大了燃油消耗率。为同时减少发动机的NOx排放和改善燃油经济性，开发了可变几何涡轮（VTG）增压器和低压EGR系统联合应用的处理系统。技术的优化组合能够实现NOx减少30%，同时改善3%～4%的有效燃油消耗率（BSFC）。

SCR系统使用金属或陶瓷催化剂和化学还原剂将NOx转化为分子氮和氧。SCR系统发生尿素的水解反应，产生氨和CO2。在开环系统中，加入还原剂的量通过NOx估计算法得到。该算法涉及发动机的转速、排气温度和负荷等参数。废气和还原剂通过SCR催化剂发生化学反应，减少NOx排放。在闭环系统中，通过传感器直接测量废气中NOx的浓度来确定还原剂加入量。为改进SCR系统的性能，开始寻找新方法替代SCR系统中的还原剂。提出LNT与SCR系统联合应用的技术方案。联合系统首先应用LNT技术来减少大部分NOx，之后再利用SCR系统进一步降低NOx的排放量。

随着越来越严苛的排放标准，各种柴油机减排技术越来越成熟，未来的发展趋势也必将是各种后处理系统的联合应用，甚至是与缸内直喷技术等其它减排技术联合使用，以最大程度地降低NOx、PM及其它污染物的排放量。

刊名：International Journal on Theoretical and Applied Research in Mechanical Engineering（英）

刊期：2013年第1期

作者：Raghav Ahuja et al

编译：郭明超