重型柴油機(jī)匹配雙噴SCR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超低排放的研究

摘要： 以一款滿足國(guó)六b排放標(biāo)準(zhǔn)的重型柴油機(jī)為研究對(duì)象，探索匹配雙噴銅基SCR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超低排放的潛力。研究表明：匹配雙噴SCR系統(tǒng)的柴油機(jī)通過(guò)排氣熱管理優(yōu)化、氨存儲(chǔ)和當(dāng)量噴射策略的協(xié)同優(yōu)化，具有滿足歐七排放草案限值的能力。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，尿素噴射會(huì)大幅度增加PN排放，對(duì)PN10的影響遠(yuǎn)大于對(duì)PN23的影響，其中ufSCR的尿素噴射對(duì)PN10排放影響較大，可通過(guò)優(yōu)化SCR混合器降低PN10排放。發(fā)動(dòng)機(jī)本體的N2O排放較低，N2O主要在催化器產(chǎn)生，特別是SCR和ASC單元；在不同溫度區(qū)間NO2的生成機(jī)理和速率有較大區(qū)別，與尿素噴射量有較大關(guān)聯(lián)性。

關(guān)鍵詞： 柴油機(jī)；選擇性催化還原；噴射策略；排放控制

DOI： 10.3969/j.issn.1001-2222.2024.04.002

中圖分類號(hào)： TK427文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B文章編號(hào)： 1001-２２２２（２０24）０4-００09-０8

柴油機(jī)由于其熱效率高、動(dòng)力性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于重型貨車、客車、工程機(jī)械領(lǐng)域，為我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展提供了強(qiáng)大的支持。但汽車總量，尤其是柴油車總量的增加，對(duì)環(huán)境造成巨大的影響。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國(guó)移動(dòng)源環(huán)境管理年報(bào)（2022年）》［1］顯示，2021年全國(guó)機(jī)動(dòng)車（含汽車、三輪汽車和低速貨車、摩托車等）四項(xiàng)污染物排放總量為1 557.7萬(wàn) t，汽車成為污染物排放的主要貢獻(xiàn)者，其排放的NOx和PM在各污染物排放總量中占比超過(guò)90%，其中，柴油車NOx排放量超過(guò)汽車排放總量的80%，PM超過(guò)90%。

近年來(lái)，中國(guó)、美國(guó)和歐盟等國(guó)家和地區(qū)持續(xù)實(shí)行加嚴(yán)的重型車排放法規(guī)。面對(duì)美國(guó)加州超低NOx排放法規(guī)或未來(lái)的歐七、中國(guó)下一階段排放法規(guī)挑戰(zhàn)，各國(guó)學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)［2-5］提出的后處理技術(shù)路線主要分為兩類：一類是利用被動(dòng)NOx 吸附結(jié)合涂覆型SCR技術(shù)路線［6］，但該路線存在老化后吸附效率下降嚴(yán)重的問(wèn)題［7］；另一類是緊耦合SCR路線［8］，該路線技術(shù)成熟度相對(duì)較高而引起業(yè)界廣泛關(guān)注。同時(shí)清華大學(xué)帥石金團(tuán)隊(duì)［9］對(duì)柴油機(jī)N2O排放進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，與Fe沸石和釩基SCR相比，Cu沸石催化劑更容易形成N2O，SCR中泄漏的氨氣在ASC中容易生成N2O，并隨氨泄漏增加而增大。浙江大學(xué)劉彪［10］深入研究了不同SCR載體材料中N2O生成機(jī)理，結(jié)果表明：SCR催化劑上N2O生成過(guò)程存在高溫和低溫兩種機(jī)理，且催化劑中銅含量對(duì)N2O生成量影響很大。李金成［11］在GT-Power平臺(tái)基于小樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)和遺傳算法搭建模型對(duì)采用緊耦合DOC的必要性進(jìn)行了探討，結(jié)果表明：緊耦合DOC會(huì)增加緊耦合SCR 前的熱慣性，使緊耦合SCR的冷起動(dòng)性能變差。

國(guó)內(nèi)針對(duì)滿足下一階段重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放法規(guī)的系統(tǒng)性研究較少，更多側(cè)重于排放污染物生成機(jī)理的研究，因此本研究基于一臺(tái)滿足國(guó)六b排放標(biāo)準(zhǔn)的重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)本體的熱管理優(yōu)化，匹配雙噴銅基SCR系統(tǒng)研究降低排放的潛力。同時(shí)結(jié)合氨存儲(chǔ)和當(dāng)量噴射策略的協(xié)同，優(yōu)化前后級(jí)噴射策略，對(duì)比不同排氣污染物的變化趨勢(shì)，為滿足我國(guó)下一階段的排放標(biāo)準(zhǔn)探索可行的技術(shù)路線。

1試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)對(duì)象和測(cè)試系統(tǒng)

試驗(yàn)在一臺(tái)6.5 L排量的重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上開(kāi)展，燃油系統(tǒng)使用高壓共軌系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多次燃油噴射精準(zhǔn)控制，后處理系統(tǒng)使用柴油機(jī)氧化型催化器（diesel oxidation catalyst，DOC）、催化型柴油機(jī)顆粒捕集器（catalytic diesel particulate Filter，CDPF）、選擇性催化還原轉(zhuǎn)化器（selective catalytic reduction，SCR）、氨逃逸催化器（ammonia slip catalyst，ASC）組合配置，滿足國(guó)六b的排放標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

本研究采用的后處理方案在原有國(guó)六方案基礎(chǔ)上，增加緊耦合SCR（簡(jiǎn)稱ccSCR）和ASC，同時(shí)在ccSCR前端布置一個(gè)尿素噴嘴，與原后處理方案共同構(gòu)成雙噴SCR系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)尿素的靈活控制，雙噴SCR系統(tǒng)裝置構(gòu)型如圖1所示。

結(jié)合超低排放的目標(biāo)，對(duì)SCR和ASC的尺寸進(jìn)行調(diào)整，載體直徑均為266.7 mm，長(zhǎng)度參數(shù)差異如表2所示，同時(shí)對(duì)SCR催化單元的催化劑進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，其涂層配方由A調(diào)整為B，提升NOx低溫的轉(zhuǎn)化效率并抑制N2O產(chǎn)生。DOC和DPF的尺寸和參數(shù)保持原機(jī)狀態(tài)，載體結(jié)構(gòu)尺寸分別為Φ266.7 mm×76.2 mm，Φ266.7 mm×139.7 mm。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)使用電力測(cè)功機(jī)測(cè)試系統(tǒng)和AVL AMAi60全流顆粒采樣系統(tǒng)，使用MEXA-2300PCS顆粒計(jì)數(shù)器測(cè)量大粒徑的PN23，使用AVL489App 10 nm測(cè)量小粒徑的PN10。

試驗(yàn)臺(tái)架和設(shè)備的布置如圖2所示。基于標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)架WHTC試驗(yàn)循環(huán)，研究雙噴SCR系統(tǒng)對(duì)NOx的減排能力、N2O排放特性以及尿素噴射量對(duì)排放的影響，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)超低排放提供優(yōu)化方向。

試驗(yàn)過(guò)程按照以下步驟進(jìn)行：

1） 發(fā)動(dòng)機(jī)本體排溫?zé)峁芾韮?yōu)化：通過(guò)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制參數(shù)提升排氣溫度；

2） 催化器特性測(cè)試驗(yàn)證：按照設(shè)定的空速，測(cè)試ccSCR和底盤(pán)SCR（ufSCR）的儲(chǔ)氨能力和轉(zhuǎn)化效率，為下一步的尿素噴射量設(shè)定提供參考；

3） 雙噴SCR系統(tǒng)的協(xié)同標(biāo)定：結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的本體排溫區(qū)間分布和催化器的特性，對(duì)模型和尿素噴射參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)WHTC循環(huán)下的超低排放；

4） 尿素噴射對(duì)排放污染物影響驗(yàn)證；調(diào)整尿素噴射參數(shù)，驗(yàn)證不同噴射參數(shù)下污染物的變化趨勢(shì)。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1熱管理優(yōu)化

雙噴SCR系統(tǒng)被廣泛研究的最主要原因不僅僅在于其技術(shù)成熟度高，更在于冷起動(dòng)時(shí)可以充分利用更高溫度的排氣在ccSCR內(nèi)實(shí)現(xiàn)NOx排放的降低，因此在開(kāi)發(fā)后處理技術(shù)的同時(shí)，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本體開(kāi)展熱管理優(yōu)化研究同樣可以提高排氣溫度，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

王建等［12］研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)氣門(mén)和后噴可以有效提升催化器入口溫度。為了提高SCR轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)一步降低NOx排放，本研究在原有國(guó)六發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)排氣熱管理進(jìn)行優(yōu)化。在原有發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步加大節(jié)氣門(mén)關(guān)閉度，最大關(guān)閉度由熱管理策略1的83%調(diào)整到熱管理策略2的88%，同時(shí)在低負(fù)荷工況在熱管理策略1的基礎(chǔ)上推遲噴油角2°～3°，增加后噴油量，同時(shí)引入電控放氣閥增壓器對(duì)進(jìn)氣量進(jìn)行調(diào)整，提高排氣溫度。在可靠性的邊界下充分利用節(jié)氣門(mén)約束倒拖工況的進(jìn)氣量，同時(shí)在增壓器出口和催化器入口段增加保溫材料，減少排氣對(duì)催化器的冷卻，有效減少了催化器的溫度損失。

從不同熱管理策略的渦后排溫對(duì)比來(lái)看（見(jiàn)圖3），冷、熱態(tài)WHTC循環(huán)前600 s的排氣溫度在熱管理策略2的狀態(tài)下得到大幅度改善。冷態(tài)WHTC循環(huán)前600 s優(yōu)化前平均排氣溫度為170.2 ℃，優(yōu)化后為214.5 ℃；熱態(tài)WHTC循環(huán)前600 s優(yōu)化前平均排氣溫度為205.3 ℃，優(yōu)化后為236.3 ℃；冷態(tài)WHTC循環(huán)全程的排氣溫度平均值從234 ℃提升到258 ℃，熱態(tài)WHTC循環(huán)全程的排氣溫度平均值從248 ℃提升到268 ℃。WHTC循環(huán)600 s之后的排溫峰值基本相當(dāng)，優(yōu)化后的排溫波谷明顯提升。ccSCR的尿素起噴時(shí)間在冷態(tài)WHTC循環(huán)提前27 s。

進(jìn)一步對(duì)比ccSCR載體溫度和ufSCR載體溫度，如圖4所示，通過(guò)熱管理控制策略的優(yōu)化，ccSCR入口和出口的平均溫度（T_ccSCR_I和T_ccSCR_O）上升幅度均高于ufSCR入口和出口的平均溫度（T_ufSCR_I和T_ufSCR_O），這主要由催化器載體的熱慣性導(dǎo)致。冷態(tài)WHTC循環(huán)下ccSCR的溫度上升最為明顯，這為冷起動(dòng)階段降低NOx排放提供了保障。

2.2催化器特性

開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理優(yōu)化、更新后處理硬件配置以及開(kāi)發(fā)適用于雙噴SCR的尿素噴射策略對(duì)于實(shí)現(xiàn)超低排放同樣關(guān)鍵，其中，兩級(jí)SCR的氨存儲(chǔ)及DeNOx能力是制定控制策略的基礎(chǔ)。

對(duì)ccSCR和ufSCR的儲(chǔ)氨能力和轉(zhuǎn)化效率進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖5和圖6所示。

由于ccSCR的體積較小，根據(jù)WHTC的工況分布選擇空速分別為60 000 h-1，90 000 h-1，120 000 h-1進(jìn)行測(cè)試。ccSCR的儲(chǔ)氨能力隨著溫度的上升而降低，隨著空速增大而減小。在3個(gè)空速條件下，ccSCR的最高儲(chǔ)氨能力為2 658 mg/L。ccSCR的NOx轉(zhuǎn)化效率隨著溫度的上升而上升，隨著空速的增加而降低，在空速120 000 h-1，溫度200 ℃時(shí)，ccSCR的NOx轉(zhuǎn)化效率為78.5%。

由于ufSCR體積相對(duì)較大，選擇空速分別為20 000 h-1，40 000 h-1，60 000 h-1進(jìn)行測(cè)試。ufSCR的儲(chǔ)氨能力和NOx轉(zhuǎn)化效率隨空速和溫度的變化趨勢(shì)與ccSCR基本相似，隨著空速降低，其儲(chǔ)氨能力升高。 空速40 000 h-1，溫度180 ℃時(shí)ufSCR的NOx轉(zhuǎn)化效率達(dá)到92.4%。

基于ccSCR和ufSCR的性能特性，對(duì)尿素噴射量和噴射條件進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，可降低污染物排放。

2.3單噴系統(tǒng)與雙噴系統(tǒng)對(duì)排放的影響

ccSCR最主要的作用是處理低溫起動(dòng)時(shí)的NOx排放，又考慮其因溫度波動(dòng)大更易發(fā)生氨泄漏的特點(diǎn)，雙噴系統(tǒng)需要進(jìn)行氨存儲(chǔ)協(xié)同控制。結(jié)合ccSCR和ufSCR的性能特性，對(duì)啟噴溫度、原排模型、溫度模型、氨氮比、轉(zhuǎn)化效率、氨儲(chǔ)模型、NOx傳感器修正以及前后級(jí)SCR尿素噴射量的耦合系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化標(biāo)定，形成最終的雙噴SCR系統(tǒng)控制策略進(jìn)行排放驗(yàn)證，并與國(guó)六b的排放結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

如圖7a所示，冷態(tài)WHTC循環(huán)下雙噴SCR系統(tǒng)在前200 s的NOx排放結(jié)果與單噴系統(tǒng)基本一致，這主要由于前期溫度提升速度緩慢（見(jiàn)圖3a），另外低溫情況下的轉(zhuǎn)化速率和轉(zhuǎn)化效率低，使得雙噴的優(yōu)勢(shì)未發(fā)揮出來(lái)。但在400～700 s，兩者呈現(xiàn)出比較明顯的差異。這主要是由于ccSCR的溫度快速上升，轉(zhuǎn)化效率快速提升。700 s之后無(wú)論單噴系統(tǒng)還是雙噴系統(tǒng)其NOx排放都較低。冷態(tài)WHTC循環(huán)下PN10排放和PN23排放如圖7b和圖7c 所示，單噴系統(tǒng)的排放量高于雙噴SCR系統(tǒng)，這主要是由于單噴系統(tǒng)在DPF后的尿素噴射量要高于雙噴系統(tǒng)。雙噴系統(tǒng)ccSCR后NOx排放大幅度降低，ufSCR的尿素噴射量相比單級(jí)系統(tǒng)減小，最終體現(xiàn)在尾排的PN排放大幅度降低，這說(shuō)明尿素噴射對(duì)PN的影響較大。從PN10和PN23排放物的數(shù)量級(jí)來(lái)看，PN10的數(shù)量級(jí)要大于PN23，可見(jiàn)減少尿素噴射量、提高尿素利用率是降低PN排放的有效措施。

對(duì)比熱態(tài)WHTC循環(huán)NOx和PN排放結(jié)果，如圖8所示。由圖可見(jiàn)，相比于單噴系統(tǒng)，雙噴系統(tǒng)由于ccSCR在開(kāi)始時(shí)溫度較高，NOx排放大幅度降低，在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中NOx接近零排放。單噴系統(tǒng)在前400 s出現(xiàn)峰值，這主要由于單噴系統(tǒng)在前400 s的SCR入口溫度低，NOx轉(zhuǎn)化效率低。熱態(tài)PN排放的趨勢(shì)與冷態(tài)下的趨勢(shì)基本一致，也是呈現(xiàn)出雙噴系統(tǒng)的PN排放要低于單噴系統(tǒng)，PN10排放量大于PN23排放量的趨勢(shì)。

由表3和表4數(shù)據(jù)對(duì)比可知，采用雙噴SCR系統(tǒng)后，尾排NOx排放相比單噴系統(tǒng)大幅度地降低，這主要由于ccSCR的入口溫度較高，充分利用排氣能量，冷態(tài)WHTC循環(huán)NOx排放從1.147 g/（kW·h）降低到0.397 g/（kW·h），降低了65.4%；熱態(tài)WHTC循環(huán)NOx排放從0.211 g/（kW·h）降低到0.015 g/（kW·h），降低了92.9%；加權(quán)NOx排放降低了80%，并且NH3，PN10，N2O和PM排放均可以滿足歐七草案限值要求。但N2O排放的裕度偏小，同時(shí)冷態(tài)的NOx排放仍是控制難點(diǎn)，可通過(guò)ccSCR優(yōu)化以及尿素噴射策略優(yōu)化進(jìn)一步改善。

2.4雙噴系統(tǒng)對(duì)PN排放的影響

由于歐七草案針對(duì)PN排放更新了粒徑要求，開(kāi)展雙噴系統(tǒng)對(duì)PN排放的影響研究將為雙級(jí)SCR系統(tǒng)未來(lái)的合規(guī)性驗(yàn)證提供優(yōu)化方向。

進(jìn)一步分析尿素噴射對(duì)PN的影響，從圖9可知，采用現(xiàn)有后處理方案，在沒(méi)有噴射尿素的情況下，PN10排放小于歐七草案標(biāo)準(zhǔn)，但尿素正常噴射后PN10排放大幅度增加，在WHTC冷態(tài)循環(huán)PN10排放增加約5.8倍，在WHTC熱態(tài)循環(huán)PN10排放增加13.3倍。從以上對(duì)比說(shuō)明尿素噴射對(duì)PN排放的影響大，PN10的排放量為PN23的3～4倍。這主要由于ufSCR后的尿素溶液未經(jīng)過(guò)DPF捕集，未反應(yīng)掉的尿素溶液增加了PN排放量，且對(duì)PN10的影響要比PN23更大。根據(jù)A. Michael、胡志遠(yuǎn)、樓狄明等［13-15］的研究，尿素噴射會(huì)大幅度地增加PN排放，HNCO聚合、尿素?zé)峤夂驼舭l(fā)過(guò)程中的尿素微爆炸是導(dǎo)致顆粒數(shù)增加的主要原因。

2.5雙噴SCR系統(tǒng)對(duì)N2O排放的影響

歐七草案在更新PN粒徑要求的同時(shí)，新增加了對(duì)N2O排放的限值，因此，開(kāi)展在雙噴SCR系統(tǒng)中N2O排放產(chǎn)生過(guò)程的研究，可為抑制N2O的產(chǎn)生指明方向。

劉冰［16］的研究表明，國(guó)六發(fā)動(dòng)機(jī)的原始N2O排放很低，幾乎沒(méi)有，這與本研究結(jié)論一致，如圖10所示。但通過(guò)對(duì)比熱態(tài)WHTC過(guò)程中N2O的排放可以發(fā)現(xiàn)，在有尿素噴射的情況下，經(jīng)過(guò)ccSCR后N2O排放升高，在ufSCR中再次發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，N2O排放繼續(xù)成倍增加，N2O體積分?jǐn)?shù)最高峰值達(dá)到45×10-6。由圖11ufSCR后的N2O和NH3排放的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，ufSCR后的N2O排放與尿素噴射量呈現(xiàn)一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，隨著ufSCR噴射量的增加，N2O也會(huì)呈現(xiàn)出排放量增加的趨勢(shì)。

結(jié)合圖12可知，前400 s增壓器出口溫度較低，在低溫情況下 NO2與NH3反應(yīng)生成N2O，在400～1 200 s區(qū)間排氣溫度升高，處于200～260 ℃區(qū)域，N2O主要來(lái)源于NOx的還原反應(yīng)；1 400 s之后處于高溫區(qū)間，隨著NO2與NH3濃度的升高，N2O增加的比例下降，SCR催化器溫度大于300 ℃后，NH3氧化反應(yīng)與NOx的還原反應(yīng)速率下降，從而抑制N2O的生成。

2.6尿素噴射策略對(duì)NOx和NH3排放的影響

為了進(jìn)一步降低冷態(tài)循環(huán)下的NOx排放，針對(duì)ccSCR和ufSCR兩級(jí)的尿素噴射量配比進(jìn)行優(yōu)化，DPF上游溫度分別為230，260，280，300 ℃時(shí)，噴射策略1前后級(jí)的噴射系數(shù)分別為0.8/0.2，0.2/0.8，0.1/0.9，0/1，噴射策略2前后級(jí)的噴射系數(shù)分別為0.9/0.1，0.4/0.6，0.2/0.8，0/1，前后級(jí)尿素噴射系數(shù)依據(jù)DPF的上游溫度進(jìn)行分配。從圖13的對(duì)比結(jié)果可知，加大前級(jí)噴射量使得冷態(tài)WHTC循環(huán)ccSCR后NOx排放從1.759 g/（kW·h）降低到1.175 g/（kW·h），降幅達(dá)到33.2%，尾排NOx從0.408 g/（kW·h）降低到0.319 g/（kW·h），降幅為21.8%。由于熱態(tài)WHTC的循環(huán)溫度升高，在高溫區(qū)間為了考慮DPF的被動(dòng)再生能力，減少了前級(jí)的噴射量，整體呈現(xiàn)出ccSCR后的NOx排放要高于冷態(tài)WHTC循環(huán)ccSCR后NOx排放的趨勢(shì)。但不同的噴射策略下也呈現(xiàn)出與冷態(tài)WHTC相似的趨勢(shì)，隨著ccSCR噴射比例增加，ccSCR后的NOx排放也呈下降趨勢(shì)，但尾排基本保持不變，前級(jí)ccSCR噴射比例對(duì)ccSCR后的NOx排放影響較大。

對(duì)不同噴射策略下尾排的NOx和NH3排放進(jìn)行對(duì)比，從圖14可以看出，冷態(tài)WHTC循環(huán)的排放結(jié)果受噴射策略影響較大，熱態(tài)WHTC循環(huán)的排放結(jié)果受噴射策略影響較小。從尾排的NH3排放結(jié)果來(lái)看，加大前級(jí)尿素噴射量，冷態(tài)WHTC的NH3泄漏量增大10倍，熱態(tài)WHTC的NH3泄漏量增加50%。

從上述驗(yàn)證情況可知，增加前級(jí)噴射量配比會(huì)改善冷態(tài)WHTC循環(huán)下前級(jí)ccSCR后的NOx排放，但由于冷態(tài)循環(huán)時(shí)排氣溫度低，容易造成NH3的泄漏，相比優(yōu)化噴射量之前的策略，增加前級(jí)尿素噴射量，NH3在不同循環(huán)均呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。

3結(jié)論

a） 對(duì)國(guó)六b柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行排溫?zé)峁芾韮?yōu)化，能將WHTC循環(huán)增壓器出口排溫提高15～20 ℃；在此基礎(chǔ)上采用雙噴SCR系統(tǒng)，通過(guò)氨儲(chǔ)策略和當(dāng)量噴射策略的協(xié)同優(yōu)化，NOx，PN10，N2O，PM排放均可以滿足最新歐七草案要求，但N2O排放的裕度偏小；

b） 使用雙噴系統(tǒng)， ufSCR后尿素噴射量小于單噴系統(tǒng)，因此雙噴系統(tǒng)PN10排放小于單噴系統(tǒng)；

c） 產(chǎn)生N2O的主要溫度區(qū)間為220～260 ℃，來(lái)源于NOx的還原反應(yīng)，在高溫區(qū)，隨著NO2與NH3濃度的升高，N2O增加的幅度下降；N2O排放與尿素噴射量呈現(xiàn)一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，減少ufSCR的尿素噴射量可有效改善N2O排放；

d） 通過(guò)調(diào)整兩級(jí)SCR的尿素噴射配比，能改善NOx和NH3排放。

參考文獻(xiàn)：

［1］生態(tài)環(huán)境部.中國(guó)移動(dòng)源環(huán)境管理年報(bào)（2022）［R］.北京：中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部，2022.

［2］Neely G D，Sharp C，Rao S.CARB low NOx stage 3 program-modified engine calibration and hardware evaluations［C］.SAE Paper 2020-01-0318.

［3］Adelman B，Singh N，Charintranond P.Achieving ultra-low NOx tailpipe emissions with a high efficiency engine［C］.SAE Paper 2020-01-1403.

［4］Harris T M，Pherson K M，Rezaei R.Modeling of close-coupled SCR concepts to meet future cold start requirements for heavy-duty engines［C］.SAE Paper 2019-01-0984.

［5］Rauch H，Rezaei R，Weber M.Holistic development of future low NOx emission concepts for heavy-duty applications［C］.SAE Paper 2018-01-1700.

［6］Sharp C，Webb C C，Neely G，et al.Achieving ultra low NOx emissions levels with a 2017 heavy-duty onhighway TC diesel engine and an advanced technology emissions system：NOx management strategies［J］.SAE International Journal of Engines，2017，10（4）：1736-1748.

［7］王志堅(jiān)，王曉華，郭圣剛，等.滿足重型柴油機(jī)超低排放法規(guī)的后處理技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.環(huán)境工程，2020，38（9）：159-167.

［8］Zavala B，Sharp C，Neely G，et al.CARB low NOx stage 3" program-aftertreatment evaluation and down selection［C］.SAE Paper 2020-01-1402.

［9］唐韜，張俊，帥石金，等.柴油機(jī)后處理系統(tǒng)N2O排放特性的試驗(yàn)研究［J］.汽車工程，2014，36（10）：1193-1196.

［10］劉彪.柴油機(jī)Cu-SSZ-13分子篩SCR催化劑N2O生成機(jī)理研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2021.

［11］李金成，堯命發(fā)，鄭尊清，等.實(shí)現(xiàn)低NOx排放的緊耦合后處理器匹配［J］.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2023，41（2）：141-147.

［12］王建，許鑫，顧晗，等.基于排氣熱管理的柴油機(jī)氧化催化器升溫特性［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2020，50（2）：408-416.

［13］Michael A Robinson，Jacob Backhaus，Ryan Foley，et al.The Effect of Diesel Exhaust Fluid Dosing on Tailpipe Particle Number Emissions［C］.SAE Paper 2016-01-0995.

［14］胡志遠(yuǎn)，王世茂，譚丕強(qiáng)，等.國(guó)Ⅵ柴油機(jī)顆粒數(shù)量與微觀形貌排氣輸運(yùn)演變［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，51（10）：94-99.

［15］樓狄明，姚笛，高帆，等.SCR 裝置對(duì)共軌柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)顆粒排放特性影響的研究［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2014，35（2）：14-19.

［16］劉冰.基于國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)工況的車用柴油機(jī)N2O排放特性研究［J］.車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2022（2）：54-57.Ultra-Low Emissions of Heavy-Duty Diesel Engine with

Dual-Injection SCR System

ZHU Minlin，WANG Hui，GAO Jianbin，ZHAO Lingmeng，LI Mingxing，WANG Xiaohui

（Guangxi Yuchai Machinery Group Company，Yulin537000，China）

Abstract： On a heavy-duty diesel engine of China Ⅵ b emisison， the potential of achieving ultra-low emission was explored by matching a dual-injection copper-based SCR system. The research showed that the dual-injection SCR system had the ability to meet the emission limits of Euro Ⅶ emission draft through optimization of engine exhaust thermal management， combined with collaborative optimization of ammonia storage and equivalent injection strategies. In additon， it was found that urea injection significantly increased PN emissions， with a much greater effect on PN10 than on PN23. Among them， the urea injection of ufSCR had a greater effect on PN10 emission， which could be reduced by optimizing the SCR mixer. The experiment found that N2O emissions of engine were relatively low and mainly generated in the catalytic converter， especially in SCR and ASC units. The generation mechanism and rate of N2O had much difference in different temperature ranges， which was closely related to urea injection.

Key" words： diesel engine；SCR；injection strategy；emission control

［編輯： 潘麗麗］