最新颁布的柴油轿车废气测试技术法规突然对OEM厂商提出了全新的严峻挑战。因为更加严格的法规框架条件、变更后的行驶工况特性、新的车辆动态性能(WLTC世界轻型车测试程序,RDE真实行驶排放),以及考虑了更多环境、地形因素的影响,从而使柴油机排放测试更为严苛和全面。
OEM厂商在满足CO2排放目标值的同时还需要符合上述新增的种种条件,因此需要解决更多的技术问题。除了优化燃烧方式之外,还需要非常高效的NOx后处理系统和性能更加强大的柴油发动机控制算法。尤其是在柴油发动机实际工作运行时所需的利用车载尾气检测系统PEMS进行检测的辅助要求,对柴油发动机设计师们提出了更加复杂的难题。
由于目前的测试条件与柴油发动机真实的工作条件,以及AGN废气后处理系统真实的工作条件有着很大的差异。因此,汽车制造商对适合整车使用、经济高效的系统解决方案提出了很高的需求。
在当前使用的NOx减排方案大体可以分为两大类:一类是紧凑型的NSK存储式NOx催化系统解决方案,适用于较小的家用汽车;另一类是基于尿素的选择性三元催化器,大多数情况下这种系统常见于大型车辆中。
优化燃烧方式
相比较,燃烧方式经过优化且有着较高废气增压压力的柴油机配置方案在较宽的发动机工作特性范围内有着更低的污染排放值。实践证明,将不同的AGR废气回用增压技术合理搭配使用,有助于减少NOx的排放。
为了更好的覆盖可能出现的发动机瞬态工作要求,内部的增压器(通过可变气门控制技术)结合基于模块化的调节算法,可以获得更大的调节自由度。通过这种智能化AGR增压器可以明显降低NOx的排放量,明显改善后续废气处理系统的工作条件了。
根据排放新法规的一系列要求,也可以将氧化还原装饰和废气后处理系统组合在一起使用,构成一个氧化还原―废气后处理(DeNOx-AGN)系统。NSK存储式NOx催化器能够存储较低温度的NOx,故而在低温工作范围下降低了NOx的排放;当发动机工作在中、高温度范围是,SCR选择性三元催化器可以发挥其很高的效率(超过90%)。经过FEV的研究和测试,证明上述废气处理的组合是十 分有效的。
为了加强NSK催化器和SCR催化器两种排放过滤系统的协作能力,FEV还为发动机控制系统的AGN废气后处理模块开发了新的发动机控制调节程序。该调节程序最重要的改进有:NSK催化器的盘片控制模式(Scheiben-Modell)、用于预测NSK催化器后尿素质量流量的尿素模式(Ammoniak NH3-Modell)以及一个协调NSK-SCR后处理系统的状态调节器。
补充的真实行驶排放RDE测试
为满足欧盟真实行驶排放法规的要求,需要在法定标准路况条件下用PEMS车载尾气检测系统进行真实行驶排放值检测。在可重复再现且具有可比性的行驶条件下,保证NOx排放值的合规系数处于0.38~0.69区间内。
“测试结果表明,现代化的高效柴油发动机结合高效的AGN废气后处理系统具有很好的减排潜力。同时,在真实行驶的条件下大幅降低NOx的排放。”FEV公司负责柴油动力乘用车的专家Joschka Schaub先生解释说道,“这种由NSK催化器与SCR催化器组合而成的AGN废气后处理系统的另一个优点是,减少了AdBlue尿素的消耗量(≤0.5 L/1 000 km),从而免去了车主频繁添加尿素的麻烦。”
为了能够在动态变化很大的行驶状态下保持稳定的排放值,在上述AGN后处理方案中可以为低压AGR废气涡轮增压器补充安装一套气道调节机构。除了进一步的降低NOx的排放量之外,FEV公司研发的FEV Direct NOx气道调节器还可以有效缓解因高动态负载/转速变化对污染物排放量的影响,从而把高动态负载、高转速变化对AGN综合后处理系统的波动降低到最小。
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