发动机排放与控制技术

RYPOS TPAP金属 纤维毡过滤体结构
目前研究较多的结构形式主要是泡沫合金、金属丝网 及金属纤维毡。
第七章 柴油机后处理净化
Βιβλιοθήκη Baidu 复合基过滤材料
由于陶瓷基过滤材科与金属基过滤材 料都有不可避免的缺陷，目前正在研究 复合基增强型过滤材料，且主要集中在 纤维毡结构上。
第七章 柴油机后处理净化
再生技术
除去微粒捕集器内 沉积的微粒的过程
已沉积在过滤体中的微粒的燃烧必须进行得尽可能迅 速和完全，但不能使陶瓷过滤体过热而碎裂或熔融。 这就要求在燃料流量、助燃气流流量和氧浓度、燃烧 器工作时间与已沉积的微粒质量之间进行优化匹配。
燃烧器喷出的火焰温度应尽可能均匀，平均温度至 少在500℃，以便可靠点燃微粒。再生周期取决于微粒 沉积速度。
第七章 柴油机后处理净化
再生系统
主动再生系统 被动再生系统
被动再生系统利用柴油机排气自身的能量使微粒 燃烧，达到再生微粒捕集的效果。
第七章 柴油机后处理净化
主动再生系统
主动 再生 系统
喷油 助燃 再生 系统
电加 热再 生系 统
微波 加热 再生 系统
红外 加热 再生 系统
反吹 再生 系统
喷油助燃再生系统
用丙烷或柴油作为燃料、用电点火的燃烧器来引发 微粒捕集器的再生。
第七章 柴油机后处理净化
陶瓷基过滤材料 陶瓷基过滤材料通常由氧化物或碳化物组
成，具有多孔结构，在700℃以上能保持热 稳定，比表面积大于1m2/g ，主要结构包括 蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷及陶瓷纤维毡。
陶瓷堵封
排气道过滤壁面
进气道
壁流式蜂窝陶瓷整体与多空陶瓷微观结构
第七章 柴油机后处理净化
陶瓷基过滤材料
第七章 柴油机后处理净化
再生效率
再生效果用无量纲的再生效率ηr表征：
r (p1 pr ) /(p1 pe )
Δpr—捕集器再生后的排气背压。
一般微粒捕集器允许最大负载参数Mmax＝3～5， 要求再生效率ηr ＝70%～80%。
第七章 柴油机后处理净化
再生系统
根据原理和再生能量来源的不同
主动再生系统是通 过外加能量将气流 温度提高到微粒的 起燃温度使捕集的 微粒燃烧，达到再 生过滤的目的。
带再生燃烧器的微粒捕集器
带再生燃烧器的微粒捕 集器串连在排气管中，结 构简单，如图 (a)所示。
第七章 柴油机后处理净化
拦截机理
当微粒接近过滤表面， 一旦微粒与过滤表面的 距离小于或等于其半径， 即微粒直径大于或等于 过滤微孔直径时，微粒 就被拦截捕集，过滤体 起了筛子的作用，这就 是拦截机理。
拦截机理
第七章 柴油机后处理净化
惯性碰撞机理与综合过滤机理
惯性碰撞机理一 般把微粒理想化为只 有质量而没有体积的 质点。当气流转折时， 微粒仍有足够的动量 按原运动方向继续对 着捕集物前进而偏离 流线，使一些微粒碰 撞到捕集物而被捕集 分离。
第7章 柴油机后处理净化
概述
随着排放法规的进一步严格，仅仅靠机 内净化技术是不够的，必须同时采取机外 净化技术。目前，国内外研究的微粒机外 净化主要有等离子净化、静电分离、溶液 清洗、离心分离及微粒捕集器等。
针对柴油机排气中含有的大量微粒，研制 开发柴油机微粒捕集器成为柴油机后处理的 热点。
第七章 柴油机后处理净化
微粒沉积的三种机理
1-扩散机理微粒； 2-拦截机理微粒； 3-惯性沉积机理微粒
第七章 柴油机后处理净化
扩散机理
微粒的尺寸越小，排 气温度越高，则布朗运 动越剧烈，扩散沉积作 用越明显。
不同直径微粒的扩散捕集效率
当微粒直径小于1μm时，需要考虑微粒的扩散作用，当 微粒的直径小于0.1μm时，扩散作用已经十分显著。
综合过滤机理认为 在微粒的过滤过程中， 扩散、拦截和惯性碰 撞通常是组合在一起 同时起作用的，但这 三种机理并不是完全 独立的。
第七章 柴油机后处理净化
过滤体材料及其结构
高的微粒过滤 效率
对过滤材料的 要求
低的排气阻力
高的机械强度 和抗振动性能 抗高温氧化性 的耐热冲击性 与耐腐蚀性
壁流式蜂窝陶瓷
第7章 柴油机后处理净化 7.1 概述 7.2 微粒捕集器 7.3 NOX机外净化技术 7.4 氧化催化转化器
第7章 柴油机后处理净化
概述：主要内容
分析了柴油机微粒捕 集器的过滤机理，介绍 了常用过滤材料及其再 生技术。同时还讨论了 NOX的吸附催化还原、 选择性非催化还原、选 择性催化还原以及等离 子辅助催化还原等NOX 的机外净化技术和氧化 催化转化器。
微粒捕集器
微粒捕集器的 关键技术是过滤 材料的选择与过 滤体的再生，其 中又以后者尤为 重要。
柴油机微粒捕集器
本节主要介绍微粒捕集器的过滤机理、 过滤体材料及其结构、过滤体再生三个方 面的问题。
第七章 柴油机后处理净化
过滤机理
通过对柴油机排气微粒 捕集途径的多种研究比较， 宜采用多孔介质或纤维过 滤材料对排气进行过滤， 目前应用最多的是壁流式 蜂窝陶瓷。一个好的过滤 体应该是过滤效率高且压 力损失低。
微粒捕集示意图
第七章 柴油机后处理净化
过滤机理的分类
第七章 柴油机后处理净化
扩散机理
在排气气流中，微粒由于受到 气体分子热运动的碰撞而作布朗运 动，使微粒的运动轨迹与流体的流 线不一致。初始排气中的微粒浓度 分布是均匀的，布朗运动不会引起 微粒的宏观输运，即微粒浓度分布 的均匀性不会发生改变。但是，当 流场中出现捕集物后，捕集物对微 粒的运动起到了汇的作用，从而造 成排气中微粒分布的浓度梯度，引 起微粒的扩散输运，使微粒脱离原 来的运动轨迹向捕集物运动而被捕 集。
称为再生。
微粒捕集器
在微粒捕集器再生过程的研究中，经常要 涉及过滤体中已经沉积的微粒质量或过滤体 负载量以及再生效果两个概念。
第七章 柴油机后处理净化
过滤体负载量
过滤体负载量用无量纲的负载参数M表征
M p1 / pe
Δp1 —沉积或负载微粒后的排气背压； Δpe —洁净的捕集器在同一工况下的排气背压。
泡沫陶瓷的显微结构 陶瓷纤维毡过滤体结构
第七章 柴油机后处理净化
金属基过滤材料
金属在材料的强度、韧性、 导热性等方面有陶瓷无法比拟 的优势。铁铬铝（Fe-Cr-Al） 是一种耐热耐蚀高性能合金， 具有热容小、升温快的特点， 有利于排气微粒快速起燃，且 抗机械振动和高温冲击性能好， 近年来受到广泛重视。