實現柴油機超低NOx排放的熱管理技術

實現柴油機超低NOx排放的熱管理技術

最新的歐6排放法規要求重型發動機的氮氧化合物（NOx）排放必須滿足較低的水平，與歐5排放法規相比進一步減少90%。為滿足這一嚴格的要求，需要對重型柴油機的后處理技術進行優化。通常采用選擇性催化還原（SCR）系統對NOx進行還原，并其轉化為氮氣（N2）和水（H2O）。SCR的轉化性能與其溫度之間有密切的關系。當溫度較低時，SCR系統對NOx的轉化率將顯著降低，因而需要實現對包含SCR系統在內的后處理系統進行熱管理。

若利用增加發動機排氣溫度來實現對后處理系統的熱管理，則會降低發動機的熱效率，增加熱能損失。因而，考慮利用柴油微粒過濾器（DPF）的主動再生增加排氣溫度，其原理是在DPF前端的燃燒器中噴入一定量的柴油燃料，并采用電點火引發柴油燃燒，隨著火焰傳播，引燃DPF中吸附的碳煙，從而增加排氣溫度。因而，需要將SCR系統置于DPF的下游。

通過試驗進行驗證時，采用一臺瑞典沃爾沃汽車集團生產的2014款MD13TC重型柴油機，該柴油機的額定功率為361kW，并具有固定幾何形狀的渦輪增壓器。試驗時，先對該柴油機的后處理系統進行改造，之后遵循美國環境保護署（EPA）制定的40 CFR Part 1065重型發動機排放測試規程進行排放測試，測試使用的柴油為市售超低硫柴油。利用日本堀場（Horiba）精密儀器公司生產的MEXA-7200D氣體分析儀和MEXA-7100DEGR分析儀分別對重型柴油機的排放進行分析。測試結果表明，與發動機后處理后處理系統使改造前相比，改造后的系統NOx排放量減少了73%，但燃油消耗增加了2.6%。

Christopher Sharp et al. SAE 2017-01-0958.

編譯：李臣