Dans les systèmes de contrôle des émissions des moteurs diesel lourds, la technologie de Réduction Catalytique Sélective (RCS) est largement utilisée pour réduire les émissions d'oxydes d'azote. Cependant, dans les conditions de fonctionnement réelles, s'il y a des écarts dans le dosage du DEF, la température des gaz d'échappement, l'efficacité catalytique de la RCS ou la stratégie de contrôle du système, l'ammoniac qui ne participe pas entièrement à la réaction peut passer en aval du système RCS, entraînant un glissement d'ammoniac.

Pour les systèmes de post-traitement des véhicules utilitaires et des moteurs diesel lourds, un glissement d'ammoniac excessif peut non seulement provoquer une odeur d'ammoniac perceptible dans les gaz d'échappement, mais peut également indiquer une inadéquation entre le dosage du DEF, la capacité de réaction de la RCS et le traitement en aval. Par conséquent, l'installation d'un Catalyseur de Glissement d'Ammoniac (CGA) en aval du système RCS est l'une des solutions techniques importantes pour contrôler le NH3 résiduel.

Pourquoi le glissement d'ammoniac se produit-il dans les véhicules diesel lourds ?

Un système RCS injecte généralement une solution aqueuse d'urée dans le flux d'échappement, lui permettant de se décomposer et de générer du NH3, après quoi le catalyseur RCS favorise la réaction entre le NH3 et les NOx.

Dans des conditions idéales, le NH3 généré par le dosage du DEF devrait correspondre raisonnablement à la demande actuelle de conversion des NOx. Cependant, lors du fonctionnement réel du véhicule, la charge du moteur, le débit des gaz d'échappement, la température des gaz d'échappement et la concentration de NOx changent continuellement. Par conséquent, le glissement d'ammoniac ne peut pas être complètement évité en se fiant uniquement au contrôle du dosage du DEF.

Le dosage du DEF ne correspond pas à la demande de NOx

Lorsque la quantité de DEF injectée est supérieure au niveau requis pour la conversion actuelle des NOx, l'excès de NH3 peut ne pas être complètement consommé dans le catalyseur RCS et peut continuer en aval du système RCS.

Cette condition mérite une plus grande attention lors des changements de charge rapides, du fonctionnement transitoire du véhicule ou des conditions de fonctionnement dans lesquelles les paramètres d'échappement changent rapidement.

Changements de performance du catalyseur RCS

Avec l'augmentation du temps de fonctionnement, des facteurs tels que le vieillissement du revêtement catalytique, la charge thermique ou l'empoisonnement par le soufre peuvent affecter les conditions de fonctionnement réelles du catalyseur RCS.

Si la stratégie de dosage du DEF n'est pas ajustée en fonction de la capacité de conversion réelle du catalyseur RCS, la quantité de NH3 fournie peut ne pas correspondre à la capacité de consommation de NH3 réelle du système RCS, augmentant ainsi le risque de glissement d'ammoniac.

La fluctuation de la température des gaz d'échappement affecte les réactions catalytiques

Les véhicules diesel lourds fonctionnent généralement dans différentes conditions, y compris le ralenti, le fonctionnement à basse vitesse, le fonctionnement à forte charge, la conduite à haute vitesse et la régénération du post-traitement. Par conséquent, la température des gaz d'échappement n'est pas constante.

Les changements de température des gaz d'échappement affectent la décomposition de l'urée, la formation de NH3 et le processus de réaction catalytique RCS. Par conséquent, lors de l'analyse du glissement d'ammoniac, il est nécessaire de prendre en compte les conditions de température réelles de l'ensemble du système de post-traitement diesel plutôt que de se concentrer uniquement sur une seule condition de température stable.

Comment un catalyseur CGA contrôle-t-il le glissement d'ammoniac en aval du système RCS ?

Le CGA, ou Catalyseur de Glissement d'Ammoniac, est généralement installé en aval du catalyseur RCS et peut également être appelé Catalyseur de Glissement d'Ammoniac RCS ou Catalyseur d'Oxydation de Glissement d'Ammoniac.

La fonction principale d'un CGA est de traiter davantage le NH3 résiduel qui n'a pas été complètement consommé par le système RCS en amont.

Lorsqu'une certaine quantité de NH3 reste à la sortie de la RCS, le revêtement du catalyseur CGA peut favoriser d'autres réactions catalytiques de l'ammoniac résiduel, réduisant ainsi le glissement d'ammoniac rejeté directement avec les gaz d'échappement.

Par conséquent, dans les systèmes de post-traitement des moteurs diesel lourds, le CGA n'est pas destiné à remplacer le catalyseur RCS. Au lieu de cela, il sert d'unité de traitement supplémentaire en aval du système RCS et fonctionne avec le catalyseur RCS, le système de dosage du DEF, les capteurs et la stratégie de contrôle pour former une chaîne de contrôle des émissions complète.

Quels paramètres doivent être pris en compte lors de la sélection d'un catalyseur CGA pour les véhicules diesel lourds ?

La sélection du catalyseur CGA ne doit pas être basée uniquement sur le diamètre du produit, la longueur ou les dimensions extérieures.

Pour les projets OEM, les plateformes de véhicules utilitaires et les projets d'intégration de systèmes de post-traitement diesel, il est plus important d'évaluer de manière exhaustive la relation d'adaptation entre le catalyseur CGA et la plateforme moteur, le débit des gaz d'échappement, la température des gaz d'échappement et les conditions de fonctionnement du système RCS.

1. Plage de température de fonctionnement

La température de fonctionnement continue et la résistance à la température maximale sont des paramètres importants à considérer lors de la sélection d'un catalyseur CGA.

Lors d'un fonctionnement à forte charge ou lors de la régénération du post-traitement, la température des gaz d'échappement des moteurs diesel lourds peut changer considérablement. Par conséquent, le revêtement catalytique et le substrat en nid d'abeille doivent résister à la plage de température réelle de la plateforme moteur cible.

Si un catalyseur CGA fonctionne pendant de longues périodes dans des conditions qui dépassent sa plage de température de conception, le risque de vieillissement du revêtement catalytique ou de dégradation des performances peut augmenter.

2. Revêtement catalytique et système de matériaux

Les catalyseurs CGA impliquent généralement un revêtement catalytique, un matériau de substrat et une conception de composant actif, y compris des systèmes de catalyseurs à métaux précieux, des substrats en nid d'abeille en céramique et différents revêtements catalytiques fonctionnels.

Différents matériaux et formulations peuvent offrir différents niveaux de capacité d'oxydation de l'ammoniac, de sélectivité de l'azote, de stabilité thermique et de résistance au soufre.

Par conséquent, lors de l'achat d'un catalyseur CGA, les acheteurs ne doivent pas se concentrer uniquement sur l'utilisation d'un matériau à métaux précieux particulier. La solution catalytique doit également être évaluée en fonction des conditions d'échappement réelles, du niveau de glissement d'ammoniac cible et des exigences d'adaptation du système de post-traitement complet.

3. Efficacité de conversion de l'ammoniac et sélectivité de l'azote

L'efficacité de conversion de l'ammoniac est l'un des indicateurs de performance importants utilisés pour évaluer la capacité de traitement d'un catalyseur CGA, mais elle ne doit pas être utilisée comme seul critère d'évaluation.

La sélectivité de l'azote doit également être prise en compte.

L'objectif d'un CGA n'est pas simplement d'augmenter le degré d'oxydation du NH3, mais de contrôler le NH3 résiduel tout en minimisant les sous-produits azotés indésirables.

Par conséquent, la conception du catalyseur CGA nécessite généralement un équilibre raisonnable entre la capacité de conversion de l'ammoniac et la sélectivité de la réaction.

4. Structure en nid d'abeille, densité des cellules et épaisseur des parois

Pour un catalyseur CGA en nid d'abeille, la densité des cellules, l'épaisseur des parois, le diamètre du substrat et la longueur du catalyseur affectent tous les caractéristiques du flux d'échappement, la zone de réaction catalytique et la contre-pression du système.

Les moteurs diesel lourds ont généralement des débits d'échappement relativement élevés, il ne faut donc pas supposer que des densités de cellules plus élevées sont toujours meilleures.

Dans la sélection réelle, le débit des gaz d'échappement, la contre-pression admissible, l'espace d'installation, les dimensions du substrat et le volume de catalyseur requis doivent être évalués ensemble.

Pourquoi l'adaptation du CGA au système RCS est-elle plus importante que la sélection du catalyseur seul ?

Un catalyseur CGA n'est pas un composant autonome, mais fait partie du système complet de post-traitement des gaz d'échappement diesel.

Un système typique de post-traitement des moteurs diesel lourds peut comprendre un DOC, un DPF, un RCS, un CGA, un système de dosage de DEF, des capteurs de NOx, des capteurs de température et un système de contrôle électronique.

Un écart dans l'une de ces parties du système peut affecter le résultat final du contrôle du glissement d'ammoniac.

Par exemple, un écart de contrôle du capteur de NOx peut affecter la stratégie de dosage du DEF ; un dosage excessif de DEF peut augmenter le NH3 résiduel ; et le vieillissement du catalyseur RCS peut modifier la capacité de consommation de NH3 réelle du système.

Par conséquent, pour les OEM et les intégrateurs de systèmes de post-traitement, la sélection du CGA doit être effectuée dans une perspective d'adaptation au niveau du système plutôt qu'en comparant uniquement les spécifications d'un catalyseur CGA individuel.

Comment déterminer si un catalyseur CGA convient à la plateforme diesel cible ?

Avant de déterminer une solution de catalyseur CGA, il est recommandé de fournir au fournisseur les informations clés de fonctionnement suivantes :

• Cylindrée du moteur et type d'application ;

• Plage de débit des gaz d'échappement ;

• Plage de température de sortie RCS ;

• Concentration de NH3 à la sortie RCS ou limite de glissement d'ammoniac cible ;

• Espace d'installation disponible ;

• Exigences de dimensions du substrat en nid d'abeille ;

• Réglementations d'émission applicables ou normes d'émission ;

• Présence d'un fonctionnement à haute température, d'une exposition au soufre ou de conditions de régénération fréquentes.

Ces paramètres peuvent aider le fournisseur de catalyseurs à déterminer les dimensions du CGA, la structure du substrat, la densité des cellules et la solution de revêtement catalytique requises.

Pour les véhicules diesel lourds, les engins de construction et les plateformes de moteurs diesel hors route, les capacités de personnalisation telles que les dimensions personnalisées du catalyseur, la densité personnalisée des cellules et le revêtement catalytique personnalisé peuvent aider à obtenir une adaptation plus appropriée du système de post-traitement en fonction des conditions spécifiques du moteur et du système RCS.

Conclusion : Le CGA est une étape aval importante pour le contrôle du glissement d'ammoniac dans les véhicules diesel lourds

L'odeur d'ammoniac dans les gaz d'échappement n'est généralement qu'un des signes les plus perceptibles d'un problème de glissement d'ammoniac.

Pour les véhicules diesel lourds, le problème le plus important est de savoir si le dosage du DEF, la capacité de réaction catalytique RCS, le contrôle des capteurs, la température des gaz d'échappement et le traitement CGA en aval sont correctement adaptés.

Un catalyseur CGA installé en aval du système RCS peut traiter davantage le NH3 résiduel, améliorant ainsi la complétude de la chaîne de post-traitement des gaz d'échappement diesel.

Lors de la sélection d'un catalyseur CGA, la température de fonctionnement, l'efficacité de conversion de l'ammoniac, la sélectivité de l'azote, les matériaux du catalyseur, la structure en nid d'abeille, la densité des cellules, l'épaisseur des parois, le débit des gaz d'échappement, la contre-pression du système et l'espace d'installation doivent être évalués ensemble.

Par conséquent, pour les OEM, les acheteurs de catalyseurs et les intégrateurs de systèmes de post-traitement diesel, l'objectif de la sélection du CGA ne doit pas être simplement de comparer les spécifications de produits individuels, mais de déterminer si la solution CGA correspond réellement aux conditions de fonctionnement des gaz d'échappement et à la conception du système RCS de la plateforme diesel cible.