博世清潔柴油車廢氣處理新技術

1、博世清潔柴油車廢氣處理新技術 在歐洲，排放法規(guī)一直具有領先世界的水準。作為世界級的汽車配件供應商，博世一直致力于提供滿足各階段排放法規(guī)的清潔柴油噴射系統(tǒng)，在滿足現(xiàn)階段歐3排放標準的柴油噴射系統(tǒng)里，博世就占有超過80%的市場份額。在此基礎上，博世不斷在研發(fā)領域進行巨額投入，以滿足日益苛刻的排放限值。圖1顯示了使用博世燃油噴射系統(tǒng)的柴油機檢測數(shù)據(jù)（依據(jù)德國的一些認證數(shù)據(jù)）。按照匹配要求，所有的數(shù)據(jù)都在歐洲正在實施的歐3排放標準范圍內(nèi)。但是其中還是有一些值得注意的要點：其中有一塊區(qū)域顯示了非常低的顆粒物排放，它們反映那些已經(jīng)使用了顆粒捕集器的匹配實例；第二個有意思的區(qū)域是已經(jīng)有一些匹配處于歐洲4號排

2、放標準范圍之內(nèi)。這是一些采用了各種博世燃油噴射系統(tǒng)的匹配實例，包括徑向柱塞分配泵VP44、泵噴嘴以及共軌系統(tǒng)。這些匹配的實例在沒有使用特別廢氣后處理的情況下就已達到歐4的排放標準，它們都采用了優(yōu)化的燃燒以及燃油噴射系統(tǒng)。基于匹配的實際經(jīng)驗博世還得出以下的結論：重量在1,600公斤左右、擁有優(yōu)化燃燒過程的乘用車輛要滿足歐4排放標準不需要采用附加的廢氣后處理措施；對于更大噸位的車輛，需要使用顆粒捕集器；對于超過2,000公斤的重型車輛，必須采用降氮氧化物催化還原系統(tǒng)。也即，發(fā)動機、尤其是重型商用車用柴油發(fā)動機僅靠燃燒優(yōu)化來滿足更加嚴格的排放法規(guī)是不夠的，必須再采用先進的廢氣后處理技術。目前已有的降

3、低排放的后處理措施有：使用顆粒捕集器（Diesel Particulate Filter）和SCR轉換器（Selective Catalytic Reduction）。博世新型顆粒捕集器（Particulate trap）顆粒捕捉器的主要功能是去除車輛尾氣中的顆粒物排放。現(xiàn)有可用的量產(chǎn)產(chǎn)品是以陶瓷濾體為基礎的顆粒捕集器，它有一個主要缺陷：由于煙塵顆粒在濾清器中的堆積，產(chǎn)品的使用壽命被限制在812萬公里左右，特別是使用降低捕集器再生溫度的添加劑時，顆粒捕集器在使用一定里程后必須進行更換。博世的新型捕集器是由多重排列的燒結金屬濾袋組成，主要優(yōu)點是巨大的接觸表面積和很高的顆粒收集儲存能力。與蜂巢狀的

4、SiC相比，在同等量的粉塵情況下，有過濾套筒的博世柴油顆粒捕集器可達到更高的效率。這種顆粒捕集器的使用壽命至少可延長到20萬公里，大約是目前使用的陶瓷濾芯過濾器的兩倍壽命。圖2反映了博世的顆粒捕集器獨特的過濾面設計。顆粒捕集器在工作時，尾氣中的顆粒被過濾器捕捉并儲存起來，如果不加以處理，過濾器將會逐漸堵塞。所以當顆粒達到一定程度時，將會利用高溫使這些顆粒充分燃燒，從而達到去除這些顆粒的目的，同時過濾器也實現(xiàn)了再生的過程。這就引出了顆粒燃燒率的問題。圖3反映一些相關的數(shù)據(jù)。由圖3可見，要在煙塵顆粒燃燒率上得到最佳效果，一個使用了添加劑和柴油顆粒捕集器的系統(tǒng)將是最佳解決方案。博世的這種系統(tǒng)擁有接近

5、100%的顆粒燃燒率。在這種使用添加劑的系統(tǒng)解決方案中，燃燒煙塵過程開始的最低溫度為500°C，這也是油耗方面最高效的解決方案。顆粒捕集器的另一個重要性能指標是在整個捕集器使用周期中，在捕集器入口和出口之間的壓降，這個壓力差將會對排氣的背壓產(chǎn)生重要影響。圖4是博世對不同捕集器壓降的檢測比對。在這些流體測量中，顆粒捕集器被安裝好以后，先進行再生，然后在流體測試臺上測量壓力損失。在每次再生之后，一些煙塵顆粒仍然保留在過濾器，因此在運行過程中，顆粒捕集器中的壓力損失會逐漸增大。由圖4也可看出燒結金屬濾袋的新技術比陶瓷過濾器顯示出更大的優(yōu)勢。這些技術有著重要的實際意義，由于更高的過濾器使用壽

6、命，用戶最終不需要為服務或更換部件支付附加的費用。博世已經(jīng)組建了專門的開發(fā)團隊，這種顆粒捕捉器目前處于開發(fā)階段，初期樣品在近期提供給客戶，產(chǎn)品將于2005年底開始批量生產(chǎn)。SCR(選擇性催化還原)轉換器的定量配給系統(tǒng)博世柴油系統(tǒng)正在努力的第二個領域，是商用車使用的降氮氧化物處理過程。它的主要功能在于去除排放中的氮氧化物。在廢氣中，PM(顆粒物)和NOx（氮氧化物）之間的關系是與發(fā)動機的匹配以及其技術特點相關，如與是否使用EGR（廢氣再循環(huán)）有關。在匹配中，采用將PM控制在較低水平的配適方案，就象眾所周知的那樣，將會對發(fā)動機油耗方面產(chǎn)生非常積極的影響，有可能避免使用顆粒捕集器。不過，為了滿足未來

7、更加苛刻的排放法規(guī)，我們?nèi)匀槐仨殞⒑芨叩腘Ox值減少，因此目前有兩種EGA（廢氣后處理）方式正在開發(fā)階段。其中之一是NOx吸附器，它的主要目標是美國市場，由于使用大量的催化劑導致這種方式相當昂貴。第二種可能性就是使用博世的DENOXTRONIC系統(tǒng)。DENOXTRONIC系統(tǒng)是一種SCR轉化器系統(tǒng)，它可以在降低燃油消耗的同時降低排放。該解決方案目前已經(jīng)能夠滿足歐4和歐5標準所要求的NOx數(shù)值。DENOXTRONIC已經(jīng)被博世在歐洲的卡車廠商客戶和日本的最主要客戶接受，并被要求從2004年起可以使用在量產(chǎn)的車輛上。SCR轉換器是將一種還原劑噴入廢氣流，使廢氣中有毒的NOx轉化成無毒的氣體。在所有

8、的運行工況中，如果想最大限度的降低NOx排放，必須精確計量還原劑的用量。為此，博世開發(fā)了DENOXTRONIC系統(tǒng)使用的定量配給系統(tǒng)。圖反映了一個DENOXTRONIC系統(tǒng)包括的所有部件。其中博世供應的部件是泵和定量配給模塊，DCU(定量配給控制單元)是用在傳遞模塊中，它和ECU（發(fā)動機控制組件）通過線束連接在一起。ECU通過CAN（控制器局域網(wǎng)）將發(fā)動機信息如發(fā)動機轉速及負荷等傳遞給DCU，當溫度傳感器得到催化劑溫度信息，DCU便可開始計算尿素水溶液與壓縮空氣混合所需的噴射量。博世的DENOXTRONIC最多可減少85%的NOx排放，40%的顆粒物排放以及5%的油耗。所以用戶在這種系統(tǒng)上的投資，可以通過車輛在未來使用這種系統(tǒng)過程中降低的燃油消耗來收回。DENOXTRONIC將作為一個解決方案平臺來開發(fā)。所有客戶需要的技術將會被集成到通用的液壓系統(tǒng)中。客戶不同的要求可以通過DCU實現(xiàn)，當然數(shù)據(jù)設定將由不同的發(fā)動機或車輛決定。這種通用的