柴油机选择性催化还原催化器的最佳布置方法

随着美国2007年第2阶段（Tier2）第5级（Bin5）排放法规的出台,大多数新型柴油车都要求安装氮氧化物（NOx）后处理装置。一种有可能降低NOx排放的技术就是尿素选择性催化还原（SCR）,该技术现已成为柴油机普遍可以接受的选择。尿素SCR是能够达到NOx法规限值的首选技术,并正在进行引入重型客车的研发,以满足美国Tier 2 Bin 5排放限值的要求。还介绍了包括柴油氧化催化器、催化型柴油颗粒过滤器和SCR催化器在内的SCR系统的要求,讨论了如何合理布置SCR催化器的方法。在研究中,由SCR系统总成和发动机台架的试验研究结果显示,候选的几种SCR布置方案可以与传统的SCR系统布置一比高低。     

机车和船舶发动机未来的排放要求(下)——面临的挑战、技术方案以及来自其他重型发动机应用领域的经验借鉴

5重型和工业用发动机技术路径图基于上述的发动机内部措施和后处理技术,为了应对实际的或未来的严格的排放法规要求,目前正在开发公路和非公路发动机应用领域的技术。     

满足美国第2阶段第5级排放限值的Bluetec排放控制系统

近年来,柴油机在欧洲轻型车的市场份额持续增长,而北美市场的柴油机份额却仍很小。直至最近,柴油机仍可不使用活性的氮氧化物（NOx）后处理系统,仅通过发动机机内优化措施就能满足欧洲和北美的Nox排放限值要求。但美国于2007年引入第2阶段（Tier2）第8级（Bin8）和Tier2第5级（Bin5）排放法规后,大部分新柴油机都将需要采用No,后处理系统。降低稀燃排气中NO：的一种可行技术是NOx吸附催化器,它是汽油直接喷射发动机的公认选择。Daimler公司已将其用于现行的柴油机BluetecⅠ系统。对于中重型汽车来说,尿素选择性催化还原（SCR）系统是满足NOx排放限值的首选技术之一。用于重型载货车的尿素-SCR系统已投入批量生产,并正将其开发用于大型客车,以满足美国Bin5法规。论述了满足Bin5排放法规的Bluetec排放控制系统的要求,包括柴油氧化催化器、催化型柴油颗粒过滤器和SCR催化器,也讨论了满足这些要求的方法,为此介绍了一些包括模拟气测试、发动机台架测试,以及车辆评估等在内的研究结果。     

商用车用机电一体化控制的废气再循环阀

全球的排放法规限值日益收紧,为了降低商用车、公路和非公路车辆用发动机的排放,要求采取一些更有效的技术措施。除发动机下游的排气后处理措施外,在轿车柴油机中采用了外部废气再循环（EGR）技术,这对于降低发动机原始排放具有巨大的潜力。因此,Pierburg公司开发出一种重型商用车用的、全电子控制的EGR系统。     

Tier 4达标多用途高速柴油机的开发

高速柴油机用途广泛,可用于机车、船舶、发电站、钻探和非道路用矿用卡车、油井压裂等。这类柴油机目前的性能和排放水平,一方面必须满足比现有系列产品还要低的燃油消耗指标,另一方面又受成本因素的制约,例如硬件的通用性、生产线的能力、零部件能承受的最高爆发压力或涡轮增压器的可用性等。除这些因素之外,用户对废气再循环、排气后处理或双燃料运行等不同技术方案是否接受,也使得柴油机的研发工作越来越具有挑战性。尽管困难重重,仍然必须在兼顾各种要求的情况下开发一种柴油机平台的最佳方案。文章介绍了带有废气再循环以及选择性催化还原系统（SCR）的多用途高速柴油机在满足Tier 4要求方面的研发成果及边界条件。     

2010年柴油机排放控制回顾

从排放法规、发动机技术,以及氮氧化物（NOx）、颗粒、碳氢化合物（HC）和一氧化碳控制等方面扼要回顾了柴油机排放控制的最新进展。排放法规正在继续向前推进,美国加利福尼亚州可能会提出2016—2022年拟收紧70％的轻型车车队平均排放标准。轻型车和重型车发动机的二氧化碳（CO2）排放法规也都会收紧,这些法规对柴油机及其排放的影响可能会在未来延续很长时间。发动机技术正在顺应这些要求。小型柴油机试图在增强燃烧方面取得进展,以便能通过发动机的小型化来减少CO2排放。大型柴油机力求在硬件制造、减少NOx的控制和燃油耗之间取得最佳的平衡。迄今已发表了许多有关优化选择性催化还原（SCR）系统的报道,其中不少报道都提出,可以采用合适的还原剂管理和新的催化剂配方,以改善系统的低温性能。以HC为基础的减少NOx的技术侧重于稀NOx捕集器（LNT）和LNT＋SCR系统的研发,而LNT的标定策略是要产生供下游SCR使用的氨。采用柴油机颗粒过滤器（DPF）控制PM的技术非常有效。从再生策略、催化剂利用和基底材料设计等方面报道了DPF再生技术的进步。生物柴油对DPF功能的影响变得更为清晰。最后,针对SCR系统使用的下游催化型DPF生成的二氧化氮的影响,介绍了柴油机氧化催化器的试验研究情况。     

北美重型商用车用Paccar MX型柴油机

美国2010排放标准是目前对重型商用车发动机实施的最为严格的排放法规。PaccarMX12．9L重型柴油机是根据美国2010排放法规要求为北美市场开发的。以欧洲（欧5）MX机型为例，介绍发动机方面所采取的措施和排放技术，以及与亚琛FEV发动机技术公司紧密合作开发出的一种新型综合性废气排放调节方案。     

重型柴油机达到欧4和欧5标准的排放控制方案

现代柴油机是最通用的车辆动力之一。柴油机因较高的燃油经济性和扭矩得以长期用于全球重型车辆。此外,如今的涡轮增压小型高速柴油机有很高的动力性,以及优异的驱动性,加上很低的CO2排放,使得柴油机驱动的轻型车也越来越多。然而,只有当柴油车的废气排放满足日益严格的排放法规,它才可能被接受。在美国,重型柴油车和轻型柴油车要满足2007年开始生效的严格的排放法规,必须加装颗粒过滤器。从2010年起,排放法规将进一步收紧,这些车辆还必须加装NOx控制系统。欧洲与美国相似,先是欧4、欧5,最终将实施欧6排放法规。实际上,这样的目标意味着NOx和颗粒排放要比之前降低多达90％。评述了世界范围内重型柴油车为满足现行以及即将实施的欧6排放法规所使用的废气排放控制装置,以及控制策略的发展,探讨了有助于满足重型车法规要求的柴油机氧化催化器、通流式颗粒过滤器以及NOx控制催化器（选择性催化还原系统）的应用,并给出了不同控制方案的比较分析。     

BMW公司满足未来全球废气排放标准的柴油机排放技术

全球排放法规日趋收紧，而且美国、日本，以及欧洲各国的排放法规又有差异，因此，除进一步开发现有的系统外，还必须应用新技术，特别是在柴油机排气后处理方面。采用众所周知的、近发动机免维护柴油颗粒捕集器、氮氧化物存储催化器和选择性催化还原系统开发出1套排放组合装置，从而使BMW公司的柴油机动力总成继续保持高品质，并成功地进入美国和加拿大市场。     

关于提高尿素选择性催化还原系统氮氧化物净化率的研究——NH3吸附量控制及其在瞬态运行时的应用

为了降低氮氧化物（NOx）和颗粒排放,一台4L、涡轮增压、中冷的柴油机采用了尿素选择性催化还原系统（SCR）与柴油颗粒滤清器系统相结合的后处理装置。在SCR催化器中增加氨（NH3）的吸附量后,观察到在低排气温度下NOx有明显的降低。基于NH3吸附特性,为瞬态运行开发了NH3吸附控制逻辑。显示了通过NH3吸附控制,在JE05工况下,SCR入口处气体平均温度为158℃的条件下,NOx约可降低75％。     

Renault柴油机氮氧化物后处理系统的开发

柴油机为达到未来的废气排放标准限值，要求在机内优化的基础上应用排气后处理系统。Renault公司开发的降氮氧化物（NOx）催化器系统使得质量较重的商务车能达到未来的排放标准，并仍保持柴油机二氧化碳排放低的优势，从而降低了Espace dCi 175型轿车的NOx排放，并达到了欧5排放标准，为未来的欧6排放标准作好了准备。     

柴油机排放控制综述

概述了2006年以来柴油机排放法规、燃烧和氮氧化物（NOx）以及颗粒整治的发展情况。目前，法规的发展主要集中在欧洲，已提议分别将于2009年和2014年实施轻型车欧5和欧6法规。虽然这些法规没有美国的那么严格，但有助于欧洲车辆适应美国市场。欧洲开始关注2012年及未来的重型车法规。发动机正在取得巨大的进步，如主要针对美国轻型车采取积极开发清洁燃烧的策略。重型车发动机研究更多地集中在传统方法上，并将提供多种发动机及其后处理方案，以满足严格的美国2010年法规。现今的NOx控制研发工作主要集中在用于不同车型的选择性催化还原（SCR）系统。重点是冷态运行、耐久性、二次排放和系统优化。经老化后的稀氮氧化物捕集器（LNT）脱NOx的效率最高可达60％～70％，现正在考虑将其用于轻型车和某些较轻的重型车。对采用一体化SCR来补充LNT的兴趣日益增长，它主要是利用LNT在浓混合气再生期间产生的氨。柴油机颗粒过滤器技术正处于努力优化和降低成本的状态。正在采用先进的管理策略，开发各种新型过滤材料和备选系统结构方案。二次排放问题已经显现，并且正被处理。     

满足未来排放法规要求的MTU解决方案

所有大型的柴油机制造商的开发重点都放在未来即将生效的废气排放法规上。国际海事组织Stage3标准将规定船用发动机在最大标定转速下的NOx排放限值为2g/kWh。针对机车的将从2012年开始生效的欧盟EUIIIB标准规定,NOx+HC的排放限值为4.0g/kWh,颗粒物排放量限值在0.025g/kWh以内。美国环保局规定,输出功率超过900kW发电机组的NOx排放限值为0.67g/kWh,颗粒物排放限值为0.10g/kWh。MTUFriedrichafen公司的柴油机产品遍布全球,应用领域十分广泛,因此需要考虑满足各种主流排放参数要求。最大限度地降低寿命周期成本的最佳技术理念已贯穿在每个应用领域的开发中。根据已生效的排放限值、再冷却条件、燃油经济性要求和燃油品质,可以采用不同技术组合,这些技术包括:燃油喷射、涡轮增压、气门定时、废气再循环和排气后处理。本文通过引用一些应用实例来阐述这些技术方案。     

Nissan公司车用汽油机的废气净化技术

为了改善大气环境,从20世纪60年代起,汽车废气排放法规日益严格。目前,废气污染物的浓度被要求降至大气中含量的水平。降低汽车废气排放的要点如下：（1）在冷态下降低发动机机外排放;（2）利用发动机起动阶段的高温排气预热催化器;（3）改进催化器性能;（4）改进发动机控制技术。介绍了上述四个方面的相关技术。     

柴油机氧化催化器老化的分析方法

废气排放法规越来越严格,对排气后处理装置疲劳强度的要求也在不断提高,因此有必要掌握有关排气后处理装置老化的详细知识。Empa公司和瑞士联邦材料试验和研究中心对已老化的柴油机氧化催化器（DOC）进行试验分析,验证了使用先进方法分析DOC化学老化效应和热老化效应的可能性。     

水平对置柴油机的开发

水平对置发动机具备较高的动力性能,同时在配装车辆后,还能使车内空间更为舒适宽敞,同时,柴油机因排放二氧化碳更少而广受关注。为此,日本富士重工开发了配装量产乘用车的水平对置柴油机。该款发动机不仅具备优异的动力输出性能和响应性,而且在低噪声、低振动和低燃油耗方面都获得了不错的成绩。同时,由于配装了带氧化催化器和柴油颗粒滤清器的排气后处理装置及废气再循环冷却器,新发动机的排放水平达到了欧4标准。     

综合利用多种方式降低直喷式中速柴油机NOx排放量

对一台配有米勒（Ｍｉｌｌｅｒ）系统、新开发的高压废气再循环系统（ＨＰＥＧＲ）、共轨燃油喷射系统（ＣＲ）及具有可变涡轮几何形状（ＶＴＧ）的增压器的中等尺寸中速直喷式柴油机的排放和性能参数进行了测定，并与标准发动机进行了对比。在功率、燃油消耗、烟度及其它排放指标保持不变的情况下，氮氧化物排放量可降低３０％～５０％。若允许燃油消耗增大１％～３％以及允许烟度略有提高的话，则根据负荷的不同，氮氧化物排放量电     

2008年柴油机排放控制回顾

扼要回顾了2008年柴油机排放法规、发动机技术,以及氮氧化物（NOx）、颗粒和碳氢化合物（HC）控制方面的典型进展。欧洲有意在技术上与美国协调一致,决定于2013年实施欧6重型车排放法规。一项新的颗粒数标准将被采纳。加利福尼亚州正在考虑将轻型车队平均排放值收紧到美国第2阶段（Tier2）第2级（Bin2）的排放水平;欧洲,以及美国拟分别针对轻型车和所有车辆出台二氧化碳（CO2）排放强制性标准。为了能通过增压和废气再循环来实现更低的CO2排放,轻型车发动机的技术重点是缩缸强化。发动机的技术目标是要达到美国Tier2Bin2排放水平。重型车发动机将能任意配装各种降Nox装置,以达到最严格的Nox排放标准,但这些降NOx装置必须达到更低的燃油耗水平才能被采用。NOx控制技术的侧重点是要使选择性催化还原技术适用于各种应用对象,重点是冷态运行、系统优化和催化器的耐久性。稀燃Nox捕集器的性能正在逐渐提高,责金属的用量不断降低,脱硫功能有所加强,提出了几种以氧化铝和二氧化铈为基础的材料成分。稀燃NOx催化器和HC选择性催化还原技术有所更新。柴油颗粒过滤器（DPF）技术处于优化和成本降低状态。介绍了几种DPF再生策略,以及有关碳烟／催化荆相互作用和DPF孔穴结构影响基本原理的新知识。提供了有关柴油氧化催化器方面的最新资料,着重介绍了几种先进的燃烧策略方案。     

马自达汽车公司的新型4缸Skyactiv—D柴油机

马自达汽车公司推出了新一代Skyactiv—D柴油机。通过优化燃烧室形状、采用两级涡轮增压和减小机械摩擦,使该发动机的效率得以提高。Skyactiv—D柴油机的特点是压缩比为14．0,在不采用氮氧化物催化器或低压废气再循环的情况下仍能达到欧6排放标准,此外,它的燃油经济性比现有发动机提高了15％～20％。作为Skyactiv技术的一部分,该发动机具有优异的驾驶性能、良好的环保性和安全性。     

调车机车加装柴油机颗粒过滤器

美国环保局(EPA)的Tier4机车排放标准将于2015年开始实施,机车制造商和运营商正在率先开始确定采取何种途径来达标。可供选择的排放达标途径有:选择性催化还原(SCR)、废气再循环(EGR)、柴油机氧化催化器(DOC)、柴油机颗粒