柴油机排放颗粒后处理装置设计

柴油机排放颗粒后处理装置设计
发表时间：2020-03-19T02:11:35.899Z 来源：《科技新时代》2019年12期作者：罗万祥[导读] 微粒捕捉器关键技术不是PM的捕集，而是过滤芯材料和过滤体的再生。

深圳市贝斯特净化设备有限公司???深圳市??518101 [摘要]该设计的目的主要是利用柴油机排放的一系列知识来设计过滤效率超过98％的柴油机微粒过滤器（DPF）系统。

为了满足社会发展的需求进行相关的设计要求，过滤器主体由低成本实用的丝网制成圆柱状，再生系统采用逆吹加热再生，加热源为液化石油气。

结合流
体力学知识，可以计算出管道的长度和直径。

再生系统应选择成熟的燃气燃烧器和鼓风机，并应以适当的尺寸与过滤装置组装在一起。

然后，对整个系统进行电子控制达到实现最佳工作的目标，这涉及许多传感器应用知识，参数汇总计算和单片机技术。

因此，该设计具有较强的实际意义和参考价值。

[关键词]柴油机颗粒物过滤装置（DPF）；过滤体；液化石油气(LPG)引言
近年来，柴油机在汽车中的应用越来越广泛，汽车柴油机的发展趋势也将成为汽车行业发展的潮流。

与汽油机相比，它具有良好的经济性，动力性和可靠性。

因为其具有更高的热效率和更低的CO、HC排放量，但更高的NOx和颗粒物（PM）排放量却成为发展柴油发动机的主要障碍。

为了满足日益增长的车辆柴油机排放要求，柴油机排气后处理问题已成为研究的重点。

柴油发动机的PM和NOx排放对环境有非常严重的影响。

科学研究表明，NOx排放会形成光化学烟雾，而PM排放会导致癌症，因此，减少其排放是当前工作的重点。

控制柴油机环境污染的主要任务是减少其NOx和PM排放。

目前，世界各国致力于降低柴油机NOx和PM排放的技术研究。

随着人们对环境保护的关注，将制定和执行越来越严格的车辆柴油机排放法规。

由于内部净化技术的潜力有限，必须通过采用外部净化技术进一步减少排放。

提高机油质量，特别是减少硫含量，是减少柴油机PM排放的唯一方法。

中国燃料油的高硫含量限制了多种颗粒物排放后处理技术的应用。

因此，中国应采用高度可靠的主动再生柴油颗粒物捕集器。

1.机颗粒物的组成及生成机理
柴油颗粒物主要由三部分组成：固体未燃碳颗粒聚合物（DS），可溶性有机物（SOF），无机盐和一些其他聚合物。

柴油颗粒的主要成分是碳烟。

碳烟的形成条件是高温和低氧。

由于柴油发动机中油气的不均匀混合，尽管燃烧通常富含氧气，但局部缺氧仍会导致碳烟的形成。

一般认为，碳烟的形成过程是：在高温和缺氧条件下，碳氢燃料中的碳氢化合物分子热解形成乙烯和聚烯烃的一部分。

连续脱氧后，乙烯和聚烯烃聚合形成碳原子直径约2nm的碳烟芯。

碳烟芯表面上的气体中碳氢化合物的冷凝以及碳烟芯之间的冷凝使碳烟芯的表面增大，并成为直径约20-30nm的碳烟自由基。

到目前为止，碳烟的质量已经基本确定。

最后，碳烟原语会堆积成颗粒。

如图1所示。

图1 碳烟PM的形成过程
3 油机颗粒物排放后处理技术介绍
3.1 柴油机氧化催化器（DOC）
DOC的催化剂主要涉及到铂和钯等一系列贵金属，可以大幅度地减少微粒排放中的SOF的含量，也是降低PM排放量的一种有效途径和方式。

氧化催化器通过有效的方式对有害成分（如多环芳香烃、乙醛等）进行针对性的净化。

大量的数据和案例分析得出DOC一定程度上实现有害物质控制在68%以内，多环芳香碳氢化合物排放量减少56%，乙醛含量大大地减少70%。

自1995年以后，为了有效地解决这一现状，全世界越来越多的辆卡车和公共汽车加装了DOC系统，有效地降低有害物质。

DOC对PM所含的SOF进行氧化的过程中可以把SO2氧化生成硫酸盐，因此，硫含量比较高的柴油在这一系列的氧化环节下生成大量的硫酸盐，有效地延缓了氧化SOF的效果，可以推动PM的排放量不断上升。

此外，燃料中的硫也是造成催化剂中毒的主要因素，所以使用频率比较高的硫柴油严重制约着氧化催化器的净化效果，大大缩短了催化器的使用时间。

因此，选择合适的催化器和使用低硫燃油成为当下需要及时解决的主要问题之一。

3.2 柴油机微粒捕捉器（DPF）
微粒捕捉器关键技术不是PM的捕集，而是过滤芯材料和过滤体的再生。

因为，微粒手机其采用的是毛孔吸附法，吸附后的微粒粘在载体毛孔通道上，堵塞排气通道，对柴油机排气产生阻力，将会直接影响到柴油机的经济性和动力性。

因此，收集器的载体在使用一段时间后必须对其进行清理再生。

DPF再生的方法有2种：（1）通过在燃油中加入添加剂或在过滤材料表面涂催化层来降低PM的燃点，是的PM能在较低的温度下燃烧，一般称为被动再生；（2）利用外界能量来提高DPF内的温度，使PM着火燃烧，称为主动再生。

也可以把2种方案组合起来使用，以确保过滤器得到可靠的再生，维护PM过滤系统在寿命周期内的正常工作。

目前，主动再生方法有喷油助燃再生、电加热再生、微波加热再生及反吹再生等；被动再生有燃油添加剂再生、连续再生以及催化剂再生等。

2种方法都有其优点，如主动再生对汽车工况没有要求，效率高，可靠性好；而被动再生有较好的燃油经济性，较低的成本，整个系统也比主动再生简单。

二者都需要优化控制再生策略。

电加热再生技术与燃油助燃再生技术相类似，但它是以电能代替燃油燃烧加热空气或废气来实现对过滤体的再生。

这种再生技术对电功率要求较高，一般需要1.5～3KW。

电加热再生对对车用电源的要求很高，在使用过程中需解决耗电量高的问题，结晶SiC的制造工艺复杂且成本高。

结束语
鉴于我国人口总量的庞大所以环境的压力将是很大的，尤其是中东部地区人口密集环境破坏严重，加之工业密集使得污染问题成为近几年人们关注的热点，新闻中频现污染问题。

今年春节过后京津翼地区PM2.5产生的雾霾天气使人们产生极大地关注度和反思，接着山东、陕西、河南等地也出现此类情况。

在其后政府迅速出台各种政策来减少污染，大批工厂停产，汽车限行，天气预报加入各种污染指数。

更有境外媒体夸大污染影响对我国国际形象产生负面影响。

所有的这些都促使中国将更加重视生态环境，人们将从发达国家过去的经验中寻找中的治理之路。

参考文献
[1]余乐，聂彦鑫.柴油机颗粒物排放后处理技术[J].汽车工程师，2016,(10)：41-44.
[2]张勇，张春玲，刘鲁宁.柴油机尾气处理装置(DPF)的试验研究[J].山东建筑大学学报,2016,24(1)：27-30.
[3]高辉，郑明刚，张辉，鲍乐祥.DPF反吹加热再生装置的开发研究[J].山东建筑大学学报，2016,26(2):131-133.
[4]龚为佳, 沈卫东,王培文,邵锦萍. 多孔泡沫金属在柴油机排气净化中的应用研究[J].内燃机与动力装置,2016,(2):30-33.。