基于微波諧振腔微擾法的柴油機NH3供給裝置

基于微波諧振腔微擾法的柴油機NH3供給裝置

在柴油機排放中，由于顆粒物（PM）的含量和氮氧化合物（NOx）的含量無法通過對柴油機的優(yōu)化同時降低，因此必須采用柴油機后處理系統(tǒng)。通常采用柴油微粒過濾器（DPF）吸附排放中的PM，采用選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)還原排放中的NOx。但是，在利用SCR系統(tǒng)中的SCR催化劑還原NOx時，需要利用氨氣（NH3）的氧化作用。傳統(tǒng)NH3供給裝置需要借助NOx傳感器和NH3傳感器確定NH3的供給量，由于NH3供給量計算模型的不確定性常常造成供給量過多或過少，且供給的NH3由于催化劑的瞬時加熱可能出現(xiàn)快速分解，因而需要優(yōu)化SCR系統(tǒng)中NH3的供給。

新設(shè)計的NH3供給裝置主要基于微波諧振腔微擾法。該方法主要利用微波諧振腔的諧振頻率隨諧振腔內(nèi)電介質(zhì)常數(shù)的變化而發(fā)生變化，通過測量諧振頻率確定諧振腔內(nèi)部物質(zhì)成分的變化。基于微波諧振腔微擾法進行NH3供給裝置的設(shè)計時，在SCR催化劑外部添加一個金屬罐構(gòu)成微波諧振腔。其它裝置包括微波信號源、定向耦合器、直流放大器、頻率測量系統(tǒng)和數(shù)字信號處理系統(tǒng)，與常規(guī)微波諧振腔系統(tǒng)相同。通過對諧振頻率的測量能夠確定出諧振腔內(nèi)部SCR催化劑和排放中NOx的含量。根據(jù)確定結(jié)果確定出SCR催化劑所需的NH3量，并通過噴射系統(tǒng)進行供給。對新設(shè)計供給裝置進行試驗驗證時，采用一套配備戴姆勒OM 651 4缸2.1L渦輪增壓柴油機的測試臺架。在該發(fā)動機的SCR系統(tǒng)中，采用基于鐵沸石的SCR催化劑，并將其涂布在堇青石基板上。利用新設(shè)計的NH3供給裝置對SCR系統(tǒng)供應(yīng)NH3，并對排放中NOx的含量進行測量。測量結(jié)果顯示，應(yīng)用新設(shè)計的NH3供給裝置后NOx的轉(zhuǎn)化效率高達95%，而傳統(tǒng)NH3供給裝置下的NOx轉(zhuǎn)化效率不超過90%。

Markus Dietrich et al.SAE 2017-01-0945.

編譯：王祥