卡特彼勒发动机的清洁排放模块（CEM）

[铁甲工程机械网原创] 作为重要的发动机制造商，卡特彼勒必须严格依照分阶段实施的排放标准的要求，拿出相应的解决方案。之前铁甲工程机械网也曾发文介绍过基本情况，今天为大家介绍的是卡特的清洁排放模块（CEM）。

卡特在开发针对第4级过渡期排放标准的解决方案时，决定采用模块化的系统设计，以方便OEM制造商根据需要集成和安装Tier 4过渡期发动机。卡特彼勒将清洁排放模块（CEM）设计成一个安装包。根据发动机型号的不同，此包可包含氧化催化器、微粒过滤器、空气净化器、消声器、传感器和其他相关组件。CEM具有高度零部件通用的特点，使得不同发动机平台可共享这一模块。

卡特针对第4级过渡期排放标准的技术路线是降低燃烧温度，氮氧化物降低系统（NRS）将少量的废气通过一个单独的冷却器重新引入进气歧管，使得燃烧室峰值燃烧温度降低几百度，从而减少氮氧化物的形成。

卡特NRS的主要组成部分包括冷却器、流量控制阀、混合器和平衡阀。需要注意的是开放式曲轴箱通风（OCV）过滤器捕获微粒和油蒸气，但这并不属于NRS。让我们了解这些组件如何工作。

少量的废气体从排气歧管分流，并进入NRS冷却器，该冷却器与发动机的水冷系统相连，废气在此降低温度后才能进入进气歧管。

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为了保持最佳的发动机性能，流量控制阀精确调节进入汽缸的废气量，最高可达20%的废气进行循环。

混合器的作用是确保循环的废气均匀地与新鲜空气混合，使所有汽缸的气体成分相近。

平衡阀调节排气歧管的压力，以保持足够的废气循环至进气歧管，同时平衡涡轮增压器的排气流量。

燃烧温度的降低虽然降低了氮氧化物，但却增加了颗粒物（PM），为此需要两个后处理技术应用以减少PM：氧化催化器（DOC）和微粒过滤器（DPF）。DOC可以有效控制一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、挥发性有机物和PM中的可溶性有机物成分。DOC使用贵金属如钯和铂，通过化学过程分解废气中的污染物。DOC不需要维护。

减少颗粒物的的第二种后处理技术是微粒过滤器（DPF）。该过滤器采用壁流的设计，使其能够有效地捕获油烟——通常由未燃烧的柴油和润滑油的碳颗粒组成。通常DPF可去除90%或更多的烟尘，在大多数的负载条件下，达到接近100%的烟尘去除率。该烟灰保留在过滤器中，将DPF进行加热处理使油烟氧化成二氧化碳的过程被称为“再生”。然而，收集在过滤器中的灰颗粒只能靠清除。

DPF的再生有两种解决方案：
1。低温再生使用被动式系统，不断使用废气中的热量进行再生，温度可低至250℃。
2。高温再生，如卡特再生体系，要求使用外部热源在温度高于650℃的条件下对油烟进行氧化。

低温再生使用在56-130千瓦（75-174马力）的一些发动机上。由贵重金属制成的催化剂可用于再生。补充的背压阀提高排气温度所以不需要外部热源。
要使用低温再生系统，至少需要25:1的氮氧化物和PM之比，这意味着，在第4级过渡期水平上，发动机只能产生少量的PM。此外，温度必须保持或高于250℃才能保证系统有效工作，要想在任何时候都达到条件可能是难以实现的，特别是在非常冷的环境条件下。

上述关于废气循环以及后处理的技术仅可满足第4级过渡期的要求，卡特的最终解决方案与其他厂商一样，采用提高燃烧温度减少PM，后处理仅处理氮氧化物的技术路线。

在中国，国家标准和燃油状况使得目前还无法实施与第4级过渡期相当的排放标准，但未来会怎样还很难说，做好准备总是好的。