在各種負荷下的汽油機被動SCR系統AFC性能分析

在各種負荷下的汽油機被動SCR系統AFC性能分析

采用稀薄燃燒技術有利于改善汽油機的燃油經濟性，但需要結合相關后處理系統進行排放控制。由于稀薄燃燒下的氧含量較為豐富，因而對NOx排放控制尤為關注。對于能夠實現稀薄燃燒的火花塞點火式汽油機，采用被動選擇性催化還原（SCR）系統可降低其NOx排放。被動SCR系統利用氨合成催化劑（AFC）產生氨氣（NH3），并將其存儲在SCR催化劑中，之后在稀薄燃燒條件下，NH3與NOx反應生成N2和H2O，實現NOx排放的降低。顯然，AFC的性能決定了NOx排放的降低情況。因而，需要對各種工況汽油機下不同AFC的性能進行分析。

常用的AFC包括標準的三效催化劑（TWC）和Pd/Al2O3催化劑，對其性能的評價包括對NH3生成量和NH3生成響應速度的評價。通過試驗進行分析時，采用一臺瑞典沃爾沃汽車集團生產的2.0L4缸火花塞點火式汽油機，并通過開源式汽油機電子控制單元對其運行參數進行控制。試驗時，首先設定汽油機轉速為1500r/min、缸內平均有效壓力（BMEP）為0.263MPa，確定出TWC和Pd/Al2O3催化劑下，氨氣生成的最優參數值，這些參數包括實際空燃比與理論空燃比比值、燃燒相位、進氣正時和排氣正時。最終確定實際空燃比與理論空燃比比值為0.93；燃燒相位為活塞達到上止點后曲軸轉動3°；進氣正時為活塞達到上止點前曲軸轉動10°；排氣正時為活塞達到下止點0°。在該參數設置下，分別進行4種負荷下NH3生成量和NH3生成響應速度的評價。4種負荷分別為 ：轉 速 1000r/min、BMEP 0.15MPa；轉速 1000r/min、BMEP 0.4MPa；轉 速 1500r/min、BMEP 0.5MPa；轉 速 1750r/min、BMEP 0.8MPa。對比不同負荷條件下的結果顯示，增加汽油機負荷有利于NH3的早期形成，但由于催化劑溫度較高，導致已生成的NH3出現分解，造成NH3產量下降。對比而言，Pd/Al2O3催化劑的響應速度更快，但TWC的NH3產量較高。隨著時間的變化，TWC能夠實現NH3的穩定輸出，而Pd/Al2O3催化劑，則隨著時間的變化NH3產量逐漸降低。

GerbenDoornbosetal.SAE 2016-01-0935.

編譯：陳丁躍