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固安迪诺斯环保设备制造有限公司河北省廊坊市065500
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摘要：为了更好地使天然气发动机达到国六排放法规要求，当前主流的发动机采用当量燃烧，尾气后处理采用EGR+TWC（ASC）技术方案。而国五之前，天然气重型发动机采用稀薄燃烧方式，采用GOC+SCR（ASC）的后处理技术路线，满足法规排放需求。稀薄燃烧发动机的构造简易，气耗低，并且有效的减少车子热负荷，是符合国家减碳排放政策的潜力技术路线。
关键词：天然气发动机；燃烧；原排；尾气净化
现阶段，尾气排放的有关法律法规明确对发动机制造厂商提出了更严格的技术性检测，包含达到目前尾气排放规定规范的重型燃气发动机。有二种主要的解决方法，一种是当量燃烧+E
GR+TWC（ASC）技术路线；另一种是稀薄燃烧+GOC+SCR（ASC）技术路线。目前，天然气重型车辆领域主流选用第一种解决方案，将发动机的空燃比控制在1附近，采用含有铂钯铑的三元催化剂，将CH4、CO和NOx通过氧化还原转化为CO2，H2O和N2，从而达到法规排放要求。文中主要是探讨了天然气发动机选择的第二种技术性解决方法，即在发动机采用稀薄燃烧方式下，如何满足排放法规需求。
1.
天然气重型车辆尾气排放的相关法规
1.1 污染物排放标准
重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）即GB17691-2018法规规定，所有重型燃气车辆自2019年07月01日气，污染物排放满足国六a限值要求，自2021年7月1日起，污染物排放满足国六6限值要求。
天然气发动机排放物主要包含气体污染物质和细颗粒物；气体污染物质主要是一氧化碳（CO）、甲烷（HC）和氮氧化物（NOX）等。
1.2 发动机状态要求
务必解决汽车发动机曲轴箱漏气，即闭环控制方式 [1]。
1.3 WHTC循环排放限值
WHTC循环主要污染物为CO、CH4、NOX，排放限值分别为4000mg/kWh、500mg/kWh、460mg/kWh。在排放验证流程中，考虑到汽车发动机排放系统的耐用性，所以在验证流程中应加权劣化系数。各污染物质劣化指数就是指汽车发动机有效寿命结束与起始点排放值之比，具体认证排放限值如表1：
表1 发动机污染物认证排放限值
项目 | 法规限值（mg/kWh） | 劣化指数 | 认证限值（mg/kWh） |
CO | 4000 | 1.3 | 3070 |
CH4 | 500 | 1.4 | 350 |
NOX | 460 | 1.15 | 400 |
2.4 测试方法
第一，依据WHTC循环系统检测汽车发动机的外部特点。WHTC检测分成热冷情况。热冷情况之前有10min的间隔（热浸期）。排放计算如下所示[2]：
M—排放物的质量，g/test；
Wact—根据C.6.8.6条确定的实际循环功，kW·h；
WHTC—最终的结果为冷态和热态加权的结果；
mcold—冷启动循环各排放物组分的质量，g/test；
mhot—热启动循环各排放物组分的质量，g/test；
Wact cold—冷启动循环的实际循环功，kW·h；
Wact hot—冷启动循环的实际循环功，kW·h。
第二，是排放取样实验：一些流稀释和全流稀释；全流稀释法进行国六排放实验。全流稀释法的成熟度大于一些流稀释（有关资料显示）[3]。全流稀释与一些流稀释效果出现异议时，以全流稀释为标准。最终，实际测量排放过程中CH4、CO、NOX的数值。
1.
国六标准下重型天然气发动机稀薄燃烧（简称稀燃）下气体排放的技术路线
2.1 技术路线的确定
设计的天然气汽车尾气后处理技术线路是：稀燃+GOC+SCR+ASC，本文依据本线路开展的研究分析。
2.2 技术路线的应用
2.2.1确定原排
根据初期实验，GOC和SCR的转化效率与原排有很大的关联。要想能符合国六规范，GOC对CH4、CO以及SCR对NOX的转化率须达到90%以上，以此为依据可测算出原排，如表2。
针对CO和PM值，某气体机排放量不大，符合排放限制值规定[4]。
表2 发动机原排限值
项目 | 原排限值（mg/kWh） | 认证指标（mg/kWh） |
CO | 气体满足要求 | 3070 |
CH4 | 3500 | 350 |
NOX | 4000 | 400 |
| 烧天然气的汽车 |
2.2.2边界条件的影响因素
影响排放的因素很多，如大气压力、中冷后温度、进气温度、ECT、进气湿度、进气阻力边界条件、背压等。因此，在排放试验过程中，需要准确定义边界条件。
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