基于微波諧振腔微擾法的柴油機(jī)NH3供給裝置

基于微波諧振腔微擾法的柴油機(jī)NH3供給裝置

在柴油機(jī)排放中，由于顆粒物（PM）的含量和氮氧化合物（NOx）的含量無(wú)法通過(guò)對(duì)柴油機(jī)的優(yōu)化同時(shí)降低，因此必須采用柴油機(jī)后處理系統(tǒng)。通常采用柴油微粒過(guò)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(shí)，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(jì)算模型的不確定性常常造成供給量過(guò)多或過(guò)少，且供給的NH3由于催化劑的瞬時(shí)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(jì)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(guò)測(cè)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(jìn)行NH3供給裝置的設(shè)計(jì)時(shí)，在SCR催化劑外部添加一個(gè)金屬罐構(gòu)成微波諧振腔。其它裝置包括微波信號(hào)源、定向耦合器、直流放大器、頻率測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，與常規(guī)微波諧振腔系統(tǒng)相同。通過(guò)對(duì)諧振頻率的測(cè)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(guò)噴射系統(tǒng)進(jìn)行供給。對(duì)新設(shè)計(jì)供給裝置進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，采用一套配備戴姆勒OM 651 4缸2.1L渦輪增壓柴油機(jī)的測(cè)試臺(tái)架。在該發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)的NH3供給裝置對(duì)SCR系統(tǒng)供應(yīng)NH3，并對(duì)排放中NOx的含量進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量結(jié)果顯示，應(yīng)用新設(shè)計(jì)的NH3供給裝置后NOx的轉(zhuǎn)化效率高達(dá)95%，而傳統(tǒng)NH3供給裝置下的NOx轉(zhuǎn)化效率不超過(guò)90%。

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

編譯：王祥