采用新型電加熱器改善柴油機(jī)SCR系統(tǒng)冷起動(dòng)性能

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采用新型電加熱器改善柴油機(jī)SCR系統(tǒng)冷起動(dòng)性能

通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，如增大壓縮比以及采用先進(jìn)的噴射系統(tǒng)和潤(rùn)滑方法等，可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)較好的排放水平。但是，柴油機(jī)NOx排放以及顆粒物排放仍然超出相關(guān)的法規(guī)要求，因而需要對(duì)其進(jìn)行控制。采用柴油顆粒過濾器（DPF）可使顆粒物排放滿足法規(guī)要求；采用選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)可使NOx排放滿足法規(guī)要求。理想條件下，SCR系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)90%的NOx轉(zhuǎn)化率。然而，在怠速和低負(fù)荷工況較多的城市車輛駕駛條件下，排氣溫度往往較低，達(dá)不到SCR系統(tǒng)工作所需的溫度，尤其當(dāng)有水氣凝結(jié)在催化劑表面時(shí)，SCR系統(tǒng)的NOx轉(zhuǎn)化率將進(jìn)一步降低。為此，針對(duì)上述問題給出一種新型電加熱器，并在試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)其性能進(jìn)行了驗(yàn)證。

與不采用電加熱器相比，采用傳統(tǒng)電加熱器加熱SCR系統(tǒng)所消耗的燃料將增大3倍。而結(jié)合廢氣余熱可有效去除SCR系統(tǒng)內(nèi)催化劑含有的水，兩者結(jié)合在降低排放的同時(shí)可改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。為了將電加熱器應(yīng)用在重型柴油機(jī)上，其需要承受一定的振動(dòng)環(huán)境。因此，將電加熱器內(nèi)加熱單元的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為管狀結(jié)構(gòu)，可防止其電阻絲直接暴露于廢氣中。電阻絲周圍放置氧化鎂粉末，并置于金屬護(hù)套中。縮小金屬護(hù)套直徑以壓實(shí)內(nèi)部氧化鎂，從而可進(jìn)一步保護(hù)電阻絲。對(duì)新設(shè)計(jì)的加熱單元進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，采用重型柴油機(jī)功率譜密度（均方根值為4.6），結(jié)果顯示新設(shè)計(jì)加熱單元的使用壽命超過了10000h。通過發(fā)動(dòng)機(jī)排放試驗(yàn)，驗(yàn)證了新設(shè)計(jì)電加熱器對(duì)SCR系統(tǒng)的影響。試驗(yàn)在柴油-電氣混合試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)采用康明斯ISDe 6.7L發(fā)動(dòng)機(jī)，并分別與測(cè)功機(jī)和交流發(fā)電機(jī)相連。采用電力逆變器將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為電池和電加熱器供電。測(cè)試所用電加熱器包含5個(gè)加熱單元，每個(gè)單元額定功率為6kW，電加熱器結(jié)構(gòu)允許5個(gè)加熱單元中的2～5個(gè)同時(shí)工作，因而提供的額定功率包括12、18、24、30kW。結(jié)果顯示：與不使用電加熱器相比，使用18kW和30kW的電加熱器可使SCR系統(tǒng)達(dá)到200℃所需要的時(shí)間至少縮短8min；使用12kW的電加熱器則至少縮短6min。

David Culbertson et al.SAE 2015-01-1027.

編譯：王祥