剖析康明斯柴油发电机后解除装置

柴油发电机一般在平均过大空气系数大于1.2的较稀的混合气下燃烧。故而，虽然柴油发电机的压缩比比柴油机高，但其燃烧较发热度及排气温度都比柴油机低，而且排烟中CO、HC排放量也明显少于柴油机。柴油发电机的详细有害尾气排放物是NO、CO和HC排放量，使之控制在很低的水平。但是柴油发电机由于平均空燃比比较大，不能用三效催化转化器。所以，根据其有害尾气排放物，在柴油发电机上所采用的主要后解除技术有氧化催化转化器、NO

氧化催化转化器（DOC）只是将排气中的CO和HC以及PM中的SOF氧化为CO2和H2O。氧化催化剂详细采用Pt（铂）和Pd（钯）等贵金属。为了氧化HC和CO，将Pt、Pd独立或两者组合作为催化剂。实际使用的Pt和Pd的品质之比在2.3/1附近，通常多采用品质比为2/1或2.5/1的催化剂。Pd易受Pb（铅）的侵蚀，而Pt则容易受热劣化。

影响催化反应的基本要素是反应物的含量、温度及体积流量（又称空间转速）。所以，为了增强反应效率，需要适当控制这些因素。通常催化剂的作业温度为300℃以上，空间速度（气体的体积流量）为每小时数万升以下。在反应物的含量中很重要的危害要素是氧气的含量和被氧化物质（CO、HC、H2）的含量之间的平衡关系。因此，为了在排烟程序中氧化HC和CO排放物，或者作为排气净化系统，在采用催化装置时，需要向排烟装置供给新鲜的空气，称此空气为二次空气。但是如果柴油中含硫量较多时，氧化催化反应将会生成较多的硫酸盐，反而使微粒排放增加。所以采用DOC的柴油发电机应选购含硫量低的柴油。

柴油发电机为了减轻排烟中的NOx排放量，采用以氨为还原剂的选取型催化还原系统（Se-lective Catalytic Reduction，SCR）。催化剂通常采用V2O3-TiO2、Ag-Al2O3以及含Cu、Pt、Co或Fe的人造沸石等。在催化还原系统前供给相对燃料3％～5％的32.5％含量的尿素（图1），用排气热进行加水分解反应所出现的NH3（氨）对NO进行选取型还原，其还原反应式为

上述反应所需要的作业温度范围是250～500℃。当作业温度过低时，上述NO的还原反应无法高效进行；如果温度偏高，会造成催化剂过热而损伤，而且还会使还原剂NH3直接氧化而损耗并出现新的NOx。特别是可能生成强温室气体N2O，即

通过机内举措和SCR型催化还原系统的配合使用，在不用DPF（或DPT）下可满足2005年度实施的欧洲排放标准。在柴油发电机稳定工况下，通过各数据的优化控制，不仅对柴油发电机尾气排放物的净化效率可达到90％以上，也可以改进200℃以下的低温过渡工况下的净化效率。

作为专门控制柴油发电机微粒排放量的控制装置，有以壁流式蜂窝状陶瓷为过滤器的微粒过滤器（DPF）。这种过滤器的结构特点是，每两个相邻的孔道，一个在进口处被堵住，另一个在出口处被堵住。这样排气从孔道流入后，必须穿过多孔性陶瓷壁面才能通过相邻孔道流出，此时将排烟中的PM过滤在各流入孔道的壁面上。通常，孔道截面积为2mm×2mm，壁厚为0.4mm左右。蜂窝状陶瓷滤清器体积一般是柴油发电机排气量的1～2倍，其较大直径在150～200mm范围内，长度不超过150mm。大排气量柴油发电机可采用数个滤清器并机工作。在柴油发电机运转程序中，DPF 滤清器上沉积的PM逐渐增多，使得排烟流动阻力增加，直接影响柴油发电机的性能。因此，必须及时清除堆积在过滤器上的PM，以恢复到原来的低阻力状态，这已成为DPF非常重要的问题。而这一解决过滤器上的PM的步骤称为DPF的再生。由于PM中绝大部分为可燃物，于是DPF再生的较简便的程序就是定期地烧掉PM。DPF的再生方法有以下几种。

这种步骤是用电加热器加热DPF，并供给一定量的空气来烧掉PM，使DPF再生（图2）。这种再生法采用关闭DPF流动的步骤来再生，故而需要多个DPF。这样每个DPF再生所需要的能量少，但构成复杂。

图3所示为连续再生装置，其组成优势是将DOC和DPF前后安装在同一壳体内。安装在前段的DOC生成氧化活性很强的NO2，由此再生安装在其后段的DPF。为了提升DPF的再生效果，将特殊的DOC装配在DPF的前段，这样在排气过程中前置DOC 中所发生的含有NO2气体的废气直接进入DPF，在排气流动步骤中直接进行再生。或者，在DPF中也可以固化氧化剂以增强低温活性。

这是一种通过柴油发电机的控制和DOC的结合，使DPF强制升温的DPF再生系统。柴油发电机的控制主要包括喷射时期、EGR、VGS/VNT、排烟制动等的控制，由此提高排烟温度，使之达到前段DOC中催化剂的活性温度。也可以结合柴油发电机控制，实施燃料后喷射（如下止点附近喷射），以排出未燃HC，使之在前段DOC中燃烧，由此加热DPF使其达到再生的目的（图4）。

目前，在柴油发电机上比较成功的同时减轻NOx和微粒排放量的控制技术，主要由高压共轨电喷喷射装置、低温燃烧控制技术、排气燃料添加系统及后解除装置（DPNR装置＋氧化催化器）构成。这项技术通过喷油嘴启喷压力为180MPa的高压共轨喷射装置，进行多阶段喷射控制，同时以1MPa的压力向排烟喷燃料，以便使DPNR内的NOx还原、微粒氧化。这样也可以防止后解决系统受燃料中硫的侵蚀。

DPNR（Diesel Particulate and NO，Reduction）装置的结构如图5、图6 所示。其优点是，采用陶瓷蜂窝状结构，入口和出口交叉堵塞。在载体内壁设有细孔，保证微粒顺利流动。而在载体壁面和细孔内部固化NOx吸附还原型催化剂，以便将排气中的NOx吸附还原。即当稀混合气燃烧时将排烟中的NOx吸附，而在浓混合气燃烧时，释放被吸附的NOx，并在排气中的HC、CO及还原剂（Pt）的功用下使之还原为N2。

对微粒的氧化原理是，在空燃比（混合气浓稀）交变的运行程序中，通过吸附和释放NOx时的氧化还原反应，在催化剂表面上生成活性氧，由此促进微粒的氧化，实现低温领域对微粒的氧化（图7）。