汽油发动机稀薄燃烧NOx后处理系统试验研究

李钰怀,张 凯,罗亨波,李 薛,杜家坤,陈 泓

(1. 天津大学 内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072;2.广州汽车集团股份有限公司 汽车工程研究院，广州 511434)

0 概述

随着节能减排和油耗法规收紧，45%甚至更高有效热效率的汽油发动机成为追求的目标。汽油发动机稀薄燃烧能提高混合气的绝热指数，降低燃烧温度，抑制爆震，是实现45%热效率的有效手段[1-2]。汽油发动机稀薄燃烧能提高5%～10%燃油经济性，此外还能降低CO、H2、碳氢化合物(HC)等排放。然而，在过量空气系数大于1时，传统汽油机后处理系统三效催化器(three-way catalytic，TWC)对NOx的催化能力急剧下降，导致NOx排放超标[3-5]。

稀燃NOx捕集器(lean NOxtrap, LNT)能吸附稀薄燃烧时产生的NOx，浓燃时排气中的还原性气体如HC、CO 等能将LNT脱附出的NOx还原为N2。传统的TWC在浓燃时能产生NH3,储存在被动选择性催化还原器(passive selective catalytic reduction, PSCR)中。NH3有很强的还原性，能在稀燃时将NOx还原成N2和H2O[5-9]。此外，TWC能增强LNT的性能。LNT与PSCR在处理NOx排放上有优势互补的关系。汽油发动机燃烧模式在浓稀之间切换， TWC+LNT、TWC+PSCR或TWC+LNT/PSCR等后处理技术成为稀燃汽油发动机可满足排放法规的最有希望采用的技术方案。

国内方面，文献[10-12]中通过试验和数值模拟研究了TWC+LNT组合：试验结果表明TWC+LNT的NOx转化率大于 93%，然而单独使用LNT的 NOx转化率只有 62.5%；模拟结果表明TWC 有助于促进 LNT 对 NOx的催化转化，并且能提高 LNT 吸附位失效后的 NOx催化转化效率。国内其他关于汽油发动机稀薄燃烧NOx后处理的研究很少。国外方面，文献[13]中研究结果表明TWC+LNT/PSCR系统可以在满足美国满排放法规前提下实现发动机稀燃运行；……