后处理系统已经成为不可或缺的组成部分,引擎今天由于越来越严格的排放法规的实施。“在过去的十年中,全球OEM客户使用的后处理系统变得越来越复杂和更密集打包,”博士说Korneel De舵,开发经理,欧洲唐纳森有限公司。
这是必要的复杂性不断增加,以满足制造商在美国排放标准实施他说,欧洲和世界其他地方的。“作为一个结果,有更多的催化剂和传感器整合到一个给定的包大小,”De舵解释道。“对于许多越野机器,因为under-hood空间是有限的,我们需要创新来适应这些新组件到机器,需要更密集的组件打包。”
为了解决这个问题,德舵说唐纳森一直专注于开发组件和系统也允许更少的“死亡”体积内afterteatment系统。体积与前代系统”,“死亡”是通常用来增加DEF的停留时间(柴油机尾气流体;也称为AdBlue),增强其分解和混合废气,”他说。“死”“现代系统有更少的空间体积,导致更少的停留时间和驱动器混合器性能改善的必要性。在唐纳森,我们开发了一个全方位的紧凑和先进DEF / AdBlue混合系统专门设计能够更有效地实现有效的混合在更小的空间。”
决定如何开发和利用后处理系统积分,产品营销经理Alex伊甸园说小引擎帕金斯发动机有限公司制造商可以选择一个更小的柴油微粒过滤器(DPF)和更大的选择性催化还原(SCR),反之亦然。他们还可以选择对燃烧系统的开发工作,使它一个非常干净的系统,有助于减少温室气体的排放,可以帮助减少后处理系统的大小。
“你必须认为后处理整个系统的一部分,采用系统的方法,着眼于满足客户的需要,产品,价格和包装,同时也达到排放标准。
“我们的理念是我们正确的选择合适的技术引擎在正确的力量来满足客户,“伊登说。
产品营销经理马克Borst大型引擎帕金斯发动机有限公司,说,当层4在美国最终生效,该公司选择了包括一个DPF在其较大的引擎即使不需要满足监管。公司认为包括一个DPF是有利于满足排放法规,允许其commonize引擎一旦欧盟V标准实施的阶段。
“OEM客户购买我们的引擎,V层4最后阶段,得到相同的安装。他们知道大小,他们知道,他们知道他们必须适应,“Borst说。“后处理一样不可或缺的他们的机器是我们的引擎。”
最近的进步后处理系统
主管工程师埃里克•Hruby约翰迪尔动力装置发展说,自从4层的实现最终该公司已经致力于推进其后处理系统设计基于现实世界的经验和客户的反馈。“我们的努力集中在提高顾客价值在汽车集成、可见性、使用寿命、产品可靠性和燃油消耗,”他说。
以帮助减轻安装和改善机器操作员的可见性,公司拥有综合柴油机氧化催化剂(DOC)和DPF以及可控硅和氨氧化催化剂(AOC)到一个单独的模块。发展紧凑DEF混合器是一个关键技术的推动者,允许约翰迪尔实现这一目标紧凑的后处理系统设计。此外,该公司可以使用先进的可控硅涂层对高孔隙度提高SCR催化剂活性基质。这个减少热质量和压降来帮助扩大有效的操作温度窗口氮氧化物(NOx)减少一个较小的包Hruby说。
改善washcoat和衬底的可控硅多年来极大地受益包装后处理系统。这样做即使是一小部分可以更好的引擎系统优化通过增加功率相同的包大小或减少包大小更容易适应紧凑的机器,说伊甸园。
可控硅和DPF功能组合到一个单一的SCR-on-Filter衬底(SCRoF)是业内越来越普遍的会议系统包装挑战加里·西蒙斯说,唐纳森有限公司的工程总监、北美。”因为SCRoF基质孔隙度高于DPF在所,他们更脆弱。罐头他们需要小心管理安装的部队和底物垫压力。”
后处理系统包变得更大、更复杂,De舵还指出他们倾向于有更多的表面积。这个大外表面会导致散热问题。适当的绝缘将变得更加重要和那些已经实现的设计需要进一步细化。
DEF / AdBlue混合后处理系统的一个重要方面,De舵说。“人们普遍预期氨(NH3)一致性需求需要超过0.990,以满足排放标准。预计这种级别的性能与很少或没有DEF / AdBlue结晶。”
这结晶是一个反复出现的挑战和许多后处理系统,他说。虽然有些结晶是可能的,尽量减少其发生和影响是所有设备制造商的目标。德舵说该行业目前的斗争与结晶的定义规范一致的测试。不过,唐纳森开发自己的测试周期测量结晶所以它可以应用适当的混合解决方案来减少它的发生。
”,因为它更有可能生成结晶/存款在具有挑战性的责任周期,在唐纳森我们经常建议混频器的设计允许有效的功能甚至在要求责任周期,而不是一个非系统,将导致存款的风险更大,”De舵说。
紧凑,模块化的排气后处理系统已成为必要的发电设备行业的克劳斯Schrewe说,创新和战略产品管理主管hj发射技术GmbH & Co . KG。这是由于行业内的许多应用程序都有自己的独特需求和机器的设计。拥有一个紧凑,模块化设计允许oem厂商把发动机和后处理系统的方式最适合的设备的设计而不影响运营商的可见性或机器的性能。
“用户配置文件的范围NRMM (non-road移动机器)面积比在工业应用中更广泛,从非常长时间低负荷运行几乎连续满载,“Schrewe说。“这导致很高的要求相应的后处理系统的开发和验证过程。”
他说,公司已经利用一个基于仿真的开发周期结合测试平台,以满足特定客户的需求。这样做使公司开发系统的高度成熟在很短的时间即使客户有复杂的需求。
新规定带来新的设计需求
目前,欧洲的阶段V排放监管是世界上最严格的越野设备发动机。阶段V建立微粒数量限制,需要使用微粒过滤器的引擎从19 - 560 kW Schrewe说。这带来了需要提高发动机效率和减少废气再循环(EGR)导致更高的原始氮氧化物的排放。为了克服这个问题,SCR系统更有效率显著提高DEF治疗在混合部分,他说。
像唐纳森,hj DEF / AdBlue治疗也看到了重要的角色在后处理系统的性能。Schrewe公司的说hj漩涡帽机符合行业需要优化DEF / AdBlue使用。“它利用衬底的节流罐头的安装空间和实现一个几乎完全蒸发AdBlue高剂量率即使在非常低的废气温度。”
虽然没有新的排放法规越野设备目前在美国和欧洲,加州空气资源委员会(碳水化合物)提出了一个潜在的层5监管。和许多国家寻求减少排放的所有行业,严格规定在未来是可能的。
”后废气排放立法在最近一段时间的发展,一个看到的排放限制重型行车和NRMM应用,作为立法者所期望的,是越来越多的融合,“Schrewe说。“这种趋势影响限制自己和测试过程,正进一步走向实际应用。”
他说发动机冷起动将变得越来越重要在排放的计算。NH等所谓的二次排放3和N2O(一氧化二氮)在未来的规定可能会变得更加重要。“发动机和排气后处理所需,因此基于原始排放水平低的引擎,使几乎零排放的操作直接在发动机启动后,“Schrewe说。
“以满足新兴新排放法规,twin-dosing DEF的第一SCR催化剂接近引擎和辅助加热等措施高效电动排气加热器将使用除了进一步发展涂料技术”。
Hruby说约翰迪尔设想会有显著变化的引擎,后处理和嵌入式控制。这些变化可能会影响汽车设计为运营商和可见性。“测试和开发能力的额外投资将需要精确地测量接近零电平氮氧化物的排放,”他说。
他还指出增加产品成本与时间相关的潜在影响耐久性和更严格的减排。那些使用设备低于56千瓦(75马力)功率范围尤其敏感产品和包装成本约束;新排放法规将因此产生大影响顾客的购买决定。
“我们仍在评估几个技术途径,”说Hruby 5层的潜在排放监管。“重点是低温降低氮氧化物,排气温度管理,NH高3均匀性、催化剂的选择、控制策略和燃油效率改进技术。”
尽管拟议中的碳水化合物层5排放监管尚未正式接受,唐纳森的舵和西蒙斯说变化可以包括在最终的规则可能会影响后处理系统的设计。减少氮氧化物、可吸入颗粒物(PM),二氧化碳(有限公司2)以及增加使用寿命/保修限制和寒冷的频宽比测试预计将监管的一部分。“降低标准污染物和有限公司2将推动排放战略的变化,”他们说。“双重DEF / AdBlue注入系统是可行的,同时也更紧密的耦合后处理系统的引擎。”
此外,德舵和西蒙斯说,越来越多的行业使用的共识EGR技术将需要满足下一代的排放限制。“这意味着引擎校准的非常高的原始氮氧化物和低点会变得不那么普遍,”他们解释。“这将导致减少负担DEF / Adblue搅拌机等——这将使其他权衡/挑战更大的dpf再生的必要性。
“今天的越野引擎倾向于依靠被动DPF再生与离线主动再生在需要的时候,虽然许多工业引擎可以活跃再生在正常操作给用户以最小的影响,”De舵和西蒙斯补充道。
他们继续说,更高的原始点的重新引入EGR的结果将增加需要更频繁的活跃的再生。这可能会要求oem开发类似的再生策略用于工业和引擎。
世界各地的排放法规的差异可以为制造商是一个挑战。帕金斯的伊甸园指出,大多数国家追随美国或欧盟法规,但也有少数例外,比如中国。还有的国家没有任何法规或一个更类似于美国前3级的监管。
双重认证引擎的方法之一是帕金斯和其他引擎制造商已经确保他们的产品在不同的市场和为OEM客户不会引起额外的设计工作。此外,伊甸园说简化安装和使用的发动机和后处理系统可以oem厂商需要服务多个客户市场中获益。
与简化援助努力,帕金斯更新它的发动机控制模块(ECM)在其大15和18 L发动机。Borst说,公司从有三个ECMs-one引擎,一个后处理和一个在DEF坦克一个ECM安装在引擎。这使简化导线的利用不仅易于安装,还增加耐用性和鲁棒性。
他说,公司也升级ECM的2线以太网连接,允许更简单、更快的安装。它还支持远程服务和软件闪光,使一个更完整的集成客户的机器。
此释放CANbus所以客户的其他外围设备控制和带一个共同的ECM在发动机平台的公司。“基本上,我们只是想让我们的客户更容易理解我们生产,方便他们安装到机器,并使他们更容易得到他们的机器和我们的引擎更加紧密合作我们都好好利用我们能与这些单位。”
进一步的技术发展是必要的
“在过去的15年里,全球排放法规发展迅速,”De舵说。“因为行业迅速从一个立法下,这可能导致一些过度设计,与小时间致力于成本和产品优化。”
然而,现在有更多的时间得到排放法规之间哪个更好使产业优化后处理系统和协调不同平台之间他说。oem厂商也已经能够更好地集中于优化产品设计和功能,而不是会议紧密排放监管期限也受益行业和可能将继续前进。
另外,许多业内人士看到客车和重型工业标准合并在7欧元/第七级别。“如果,当这一切发生的时候,会有问题下一阶段/层越野标准如何协调与欧元对公路七限制,”De舵和西蒙斯说。
一般来说,进一步的技术发展所必需的后处理系统设计是否满足客户需求还是未来排放法规。
艾登说客户将继续希望多与少,需要像帕金斯公司决定如何保持包装尺寸不变,同时增加功率密度。
使用规模,加速引擎一直在欧洲他说一个更大的趋势。当这样做时,效率仍然需要维护和排放法规遵循。所有这一切需要评估作为整体系统设计的一部分,确保客户的需求得到满足。“任何我们可以做的是我们对客户的价值主张的一部分,“说伊甸园将是有益的。除了确保引擎的功能性能,如果有什么帕金斯能帮助减少包装大小,同时提高流体消费减少DEF消费和创造一个耐用,fit-and-forget产品确保客户是快乐的。
展望未来,Hruby说约翰迪尔认为需要在业界为SCR催化剂技术的进步以及氨氧化催化剂的选择性,改善DEF混合和排气传感技术。“这个行业还缺乏验证是否进一步降低燃料硫水平和收紧DEF规范要求实现后处理的长使用寿命,同时会议提出层5规定。”
“我们也希望看到显著变化在低功耗方面的市场,”De舵总结道。“具体来说,电气化将取代一些柴油发动机和一个重要的角色杂交的引擎[和]机器将使大功率电力使用排气在加热阶段,“这将援助后处理系统的性能。
