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满足欧Ⅵ标准的柴油机排放技术
图1  没有废气后处理系统就无法满足欧VI排放标准要求
目前柴油发动机的排放水平距离欧Ⅵ排放标准还相差很远,至少NOX和烟尘颗粒的排放值比欧Ⅵ标准要高出许多。但是,以Emitec公司、Emcon净化技术公司和HJS公司为代表的企业在废气后处理技术研发方面又向前跨进了一步。
发动机尾气后处理净化措施和闭式的烟尘颗粒过滤器是目前柴油发动机达标的标准配置方案,但是其他的技术方案同样也能有效地降低有害物质的排放。德国Emitec公司研发的开式紊流金属触媒催化器和永久再生技术,Emcon净化技术公司研发的可清除废气排放系统中残余的燃油并使得颗粒过滤器再生的废气蒸发器,以及HJS公司研发的利用“加热螺线管”提高废气温度的技术,都是一些不错的解决方案。
由于未来汽车市场中会有越来越多的小型轿车汽油发动机采用直接喷射系统和增压系统,因此“稀燃”和“稀燃尾气”,包括NOX的清洁净化技术对于柴油发动机和汽油发动机有着同样重要的意义。高增压发动机排放出来的颗粒直径通常在400nm以下。
Emitec公司的总经理Wolfgang Maus先生希望法规制定者对欧Ⅵ排放标准中颗粒物的上限也做出规定。据调查表明:以控制CO2排放为主导的车辆,其油耗也相对较低。在这样的基本框架下,汽车生产厂家应对以降低油耗为主导的替代方案中,要在颗粒物和NOX排放之间取得平衡。也就是说,发动机的油耗越低,颗粒排放就越少,把减少NOX排放的任务交给SCR选择性三元催化器去解决。
Emitec公司的SCRi净化系统
按照上述设想,Emitec公司研发了SCRi净化系统。这是一种将颗粒过滤器、SCR三元催化器、NOX催化器以及尿素喷射系统组合在一起的废气净化系统。所有的催化器孔芯都带有金属膜,设计为开放式的紊流结构。其分流式低置过滤器保证了各种介质最佳的混和,产生的废气背压也很低,从而有利于降低燃油消耗。
NOX催化器能够清除废气中的NOX和CO。另外,Emitec公司还利用它尽可能多的从废气气流中生成NO2。所生成的NO2连续地使颗粒过滤器得到再生。在烟尘颗粒过滤器中,每一个孔芯都有极精细的金属纤维网。据Emitec公司介绍,这种烟尘过滤器可以清除大约60%~90%的微小颗粒。
图2  Emitec净化技术公司研发的SCRi净化系统是将颗粒过滤器、SCR三元催化器和NOX催化器(右图)复合在一起的废气净化系统
 
除此以外,Emitec公司还向颗粒过滤器中喷射尿素,使废气中的有害物质转换为氮和水。为加速这一反应过程,在孔芯表面涂敷了一层二氧化钛材料的反应加速涂层。在氨的帮助下,后续的SCR选择性催化器能够把NOX分解为纯净的氮和水。
若在SCR选择性催化器后还有残留的氨,则可用一个盘状的氧化还原催化器将残存的氨转换为氮和水。依靠这一保障方式可以避免氨的泄漏,而且还可以将SCR选择性三元催化器制成很小的体积,整个SCRi净化系统的体积比传统的SCR三元催化器系统减小了25%~30%。
由于采用了先进的燃烧技术,柴油发动机排出的废气温度越来越低,而且越来越多的轿车配备了起步-停车自动装置,从而对催化器快速升温和烟尘颗粒过滤器连续过滤带来不利影响。因此,Emitec公司使用了金属材料的催化器机体,可根据需要进行电加热。
SCRi解决方案的其他优点包括