采用新型電加熱器改善柴油機SCR系統冷起動性能

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采用新型電加熱器改善柴油機SCR系統冷起動性能

通過對發動機燃燒系統進行改進，如增大壓縮比以及采用先進的噴射系統和潤滑方法等，可實現發動機較好的排放水平。但是，柴油機NOx排放以及顆粒物排放仍然超出相關的法規要求，因而需要對其進行控制。采用柴油顆粒過濾器（DPF）可使顆粒物排放滿足法規要求；采用選擇性催化還原（SCR）系統可使NOx排放滿足法規要求。理想條件下，SCR系統可實現90%的NOx轉化率。然而，在怠速和低負荷工況較多的城市車輛駕駛條件下，排氣溫度往往較低，達不到SCR系統工作所需的溫度，尤其當有水氣凝結在催化劑表面時，SCR系統的NOx轉化率將進一步降低。為此，針對上述問題給出一種新型電加熱器，并在試驗臺上對其性能進行了驗證。

與不采用電加熱器相比，采用傳統電加熱器加熱SCR系統所消耗的燃料將增大3倍。而結合廢氣余熱可有效去除SCR系統內催化劑含有的水，兩者結合在降低排放的同時可改善汽車燃油經濟性。為了將電加熱器應用在重型柴油機上，其需要承受一定的振動環境。因此，將電加熱器內加熱單元的整體結構設計為管狀結構，可防止其電阻絲直接暴露于廢氣中。電阻絲周圍放置氧化鎂粉末，并置于金屬護套中。縮小金屬護套直徑以壓實內部氧化鎂，從而可進一步保護電阻絲。對新設計的加熱單元進行振動測試，采用重型柴油機功率譜密度（均方根值為4.6），結果顯示新設計加熱單元的使用壽命超過了10000h。通過發動機排放試驗，驗證了新設計電加熱器對SCR系統的影響。試驗在柴油-電氣混合試驗臺上進行，發動機采用康明斯ISDe 6.7L發動機，并分別與測功機和交流發電機相連。采用電力逆變器將發電機產生的交流電轉換為直流電，為電池和電加熱器供電。測試所用電加熱器包含5個加熱單元，每個單元額定功率為6kW，電加熱器結構允許5個加熱單元中的2～5個同時工作，因而提供的額定功率包括12、18、24、30kW。結果顯示：與不使用電加熱器相比，使用18kW和30kW的電加熱器可使SCR系統達到200℃所需要的時間至少縮短8min；使用12kW的電加熱器則至少縮短6min。

David Culbertson et al.SAE 2015-01-1027.

編譯：王祥