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