柴油機顆粒過濾技術分析

隨著能源危機和環境污染的日益嚴峻,人們慢慢生疏到提高柴油機技術水平是當今保持汽車大批量、低本錢生產,解決環保與節能雙重壓力的最有效、最經濟的手段之一。

但柴油機顆粒物的排放較嚴峻,顆粒過濾器是削減顆粒排放的最有效的裝置,將現代電子技術運用于顆粒排放把握,提高顆粒過濾器的過濾效率是技術的關鍵。

柴油機排氣的有害成分柴油機排氣的有害成分主要有,,和硫化物、顆粒物及臭味等。

由于柴油機混合氣較稀,平均空燃比大于理論空燃比α=,,的排放明顯低于其他類型車輛。

但柴油機、顆粒物排放卻很突出,特殊是顆粒物的排放遠高于其他類型車輛,有試驗說明柴油機顆粒物的排放是汽油機的數十倍。

顆粒物的危害顆粒物上分散和吸附了相當多的有機物和無機物,包括有毒重金屬、酸性氧化物等,這些顆粒可在空氣中漂移多達幾十天,有害物質隨顆粒物進入人體肺部,并有可能透過肺泡進入血液,引起呼吸系統生病、損傷肺、致癌、使人視力下降等。

顆粒物的生成機理由燃燒室排放出的顆粒物有三個來源,一是不行燃物質;二是可燃但未進展燃燒的物質;三是燃燒生成物。

燃燒過程中排出顆粒物的組成中大局部是固態碳碳黑,另外還有碳氫化合物、硫化物和含金屬成分的灰分等[1]。

在燃燒純氣體燃料和液體燃料時都能形成碳黑,燃燒液體燃料時形成得更多一些。

含金屬成分的顆粒物主要來自于燃料中的抗爆劑、潤滑油添加劑以及運動產生的磨屑等[1]。

發動機的工況、柴油機燃料供應系構造、柴油的成分都會影響顆粒物的形成。

概括起來有以下幾個方面。

壁面激冷未燃混合物與燃燒壁面接觸,由于壁面激冷產生微粒排放。

壁面激冷的緣由有三:①噴油時間和噴油延遲不當、噴霧不良、渦流強度過低等;②缸內氣體溫度以及壁面溫度;③柴油機工況轉變時,溫度場的延遲效應。

局部燃油過濃在高負載下,局部燃油過濃將導致固體碳粒和黑煙的產生。

燃燒開頭時,噴束中心的油滴大于四周的油滴,局部空燃比小,產生不完全燃燒,生成大量微粒;噴油終了時,由于噴油壓力和缸內的壓差較小,油滴較大,易形成局部燃油過濃。

著火延遲期長低負荷工況的著火延遲期長,簡潔產生局部燃油過稀,造成局部失火,引起大量的可溶性物質和的產生。

柴油質量假設燃油中芳香族成分多、燃油粘度大以及蒸餾溫度高,都會增加固體碳粒的產生。

燃油中,硫化物含量對顆粒物的生成量也有很大關系。

顆粒物過濾器顆粒過濾器的作用過濾器的作用是攔截并儲存顆粒。

當過濾器收集到的顆粒物太多影響柴油機工作時,用更換過濾器或對收集的顆粒承受氧化或燃燒的方法進展清潔,使顆粒過濾器恢復原狀重工作。

顆粒過濾器的構造和分類顆粒過濾器通常為圓筒形,直接串聯在排氣管路中。

依據過濾器的構造不同,可將顆粒過濾器分為整體式及非整體式兩大類。

整體式過濾器的濾芯為整體蜂窩狀,常用堇青石由,23及2組成制成。

兩端面孔道的進、排氣孔間隔地用陶瓷塞堵住。

排氣經過微小多孔的壁時,顆粒被截住[1],如圖1[2]所示。

非整體式顆粒過濾器的濾芯是由耐高溫的金屬絲網或陶瓷纖維等構成,排氣從彎曲的微小孔道中通過。

當承受矩形截面的金屬線時,一般在其外表包括一層γ-23,由于γ-23外表呈松枝狀結晶,比外表積大[1]。

對顆粒過濾器的要求過濾效率高顆粒過濾器的過濾效率為單位里程或單位時間在過濾器中收集到的顆粒質量與單位里程或單位時間進入過濾器的顆粒質量之比。

顆粒過濾器的過濾效率一般為50%~80%。

可自行再生在排氣溫度和催化劑的作用下,燒掉積存在過濾器內的顆粒,削減廢氣流淌阻力。

即在寬的負荷范圍內有自行再生的力氣。

濾芯材料性能好當進展再生處理時,由于顆粒的燃燒,要釋放出大量熱量,溫度可高達1000℃以上。

因此,濾芯材料應能承受高溫及熱沖擊,應具有足夠的強度、化學穩定性、抗熱裂等性能。

過濾器容積適當在保證足夠的過濾效率和較小的流通阻力的前提下,應盡可能減小形狀尺寸,并且應具有確定的通用性。

壽命長過濾器在排氣管路中,要受到熱脹、振動以及由此產生的機械應力和熱應力作用,因此應有足夠的牢靠性。

顆粒過濾器的再生技術顆粒過濾器的容積有限,使用一段時間后,排氣背壓會增加,如不準時地去除掉顆粒,柴油機性能會變壞,比油耗增加。

所以應對過濾器進展準時的再生。

過濾器再生的原理是使顆粒發生氧化反響變成2氣體隨尾氣一起排入大氣。

能否進展再生主要取決于以下三個方面:溫度是否大于開頭著火燃燒的最低溫度。

氧濃度是否大于2%。

是否有足夠的反響時間。

柴油機在高速、大負荷運轉時,排氣溫度可以到達600℃以上,過濾器的顆粒能較快地氧化燃燒;而在局部負荷、小負荷時,由于溫度低,不能進展顆粒過濾器的再生。

為了能在多種工況下使顆粒物發生氧化反響變成2氣體,一般承受降低顆粒開頭著火燃燒的最低溫度或提高排氣溫度的方法[1]。

降低顆粒開頭著火燃燒的最低溫度在濾芯材料外表涂催化劑如鉑、鈀、銅、鉛及錳等金屬化合物。

但這種方法只有與催化劑外表接觸的顆粒,才能在較低溫度下進展催化燃燒。

在燃油中參與催化劑。

其中一種方法是預先調制成混合燃料,另一種是邊混合邊使用。

,柴油中參與不同金屬化合物催化劑,能使整體式多孔陶瓷過濾器的顆粒物發生催化燃燒的最低溫度也稱點燃溫度明顯降低。

如未加催化劑時顆粒點燃溫度600~700℃,、鉛、錳時,顆粒點燃溫度分別為400~450℃,450~500℃,500~550℃[1]。

提高排氣溫度承受進氣節流、排氣節流、推遲噴油時間、加熱進氣等方法提高排氣溫度,但這些方法都會產生燃油消耗增加等問題。

設置燃燒器。

在過濾器入口前,設置一燃燒器,用噴油器向燃燒器噴入少量燃油,利用排氣的氧或另外供應燃燒器的二次空氣,用火花塞或電熱塞點燃燃油,產生高溫燃氣,點燃過濾器中的顆粒。

一般經過1~2后,即可完成再生過程。

逆向再生方式的顆粒過濾裝置帶電加熱器的顆粒過濾裝置這種裝置的特點是對收集在過濾器內的顆粒承受從過濾器出口側到入口側進展燃燒的逆向再生方式。

如圖2[1]所示,該裝置由一個過濾器和排氣旁通管組成。

其工作過程是:依據發動機負荷和轉速推斷發動機是否處于怠速工況,假設處于怠速工況,再推斷過濾器壓降是否大于設定值,假設條件成立,即進展再生處理。

過濾器捕集到的顆粒量不同,發動機怠速連續運轉時的壓差不同。

當捕集的顆粒到達確定量后,過濾裝置把握系統提示駕駛員對過濾器進展再生。

駕駛員停車并推斷時間超過10時,合上再生開關,此時全部排氣從過濾器旁通管通過,電加熱器自動啟動,二次空氣由鼓風機送入過濾器,以加速過濾器內顆粒的燃燒。

整個再生過程僅需幾分鐘。

與傳統再生方式相比逆向再生的優點為:①在過濾器出口側的顆粒比進口側的多,簡潔點燃累積的顆粒并易于初始燃燒。

②有利于將顆粒燃燒溫度把握在較低水平,擴大過濾器內累積顆粒平安再生的上下限。

③在逆向再生中,二次空氣流可將顆粒燃燒產生的熱量從過濾器壁帶走。

而傳統再生產生的熱量直接傳給過濾器壁,造成溫度過高,損壞或燒壞過濾器壁。

④縮短所需的再生時間。

帶逆向噴氣凈化器的顆粒過濾裝置該裝置的特點是將過濾器與顆粒燃燒局部隔開。

所以該裝置解決了以下兩個問題:①再生時由于顆粒燃燒放熱使過濾器產生裂縫和熔化;②因顆粒燃燒留下灰燼并在過濾器內累積。

圖3[1]是帶有四塊橫流過濾器的過濾系統。

含有顆粒的廢氣從過濾器上部流入過濾顆粒的圓柱形通道,沒有顆粒的廢氣從側壁縫隙排出。

急速噴射的壓縮空氣從與排氣流相反的方向噴入,去除掉柱形通道外表的顆粒,掉下來的顆粒落到漏斗里,由其中的鎧裝電加熱器燃燒掉。

蝶形閥的作用是把握排氣,提高逆向噴氣凈化的效果。

蝶形閥在進展逆向噴氣凈化的瞬間關閉,防止壓縮空氣反向流淌。

該裝置的優勢在于不管發動機處于什么工況,隨時都可進展凈化。

假設在發動機工作時進展凈化,過濾裝置的壓降要增加一倍,,所以不會給發動機工作帶來任何影響。

-6-型柴油發動機顆粒過濾器過濾器構造如圖4所示,該顆粒過濾器的濾芯為陶瓷材料,陶瓷壁上涂有一層銠和氧化陶瓷的混合物。

濾芯的構造與傳統的催化轉化器相像,二者的區分在于該顆粒過濾器的通道在進氣和排氣方向上是交替鎖閉的,這樣含有炭煙的廢氣必需得穿過透氣的氧化硅層,才能流到排氣系統出口,炭煙則滯留在陶瓷壁上。

溫度傳感器488的作用是調整其次次補充噴油的噴油量,使過濾器前的溫度到達620℃,以提高炭煙顆粒的燃燒速度。

壓差傳感器作用是監控顆粒過濾器前后的壓力差、識別過濾器是否被炭煙堵塞。

復原反響被動復原即不由發動機治理系統把握:當溫度是350~500℃時,顆粒過濾器中所含的炭煙被緩慢而仔細地轉化成2;主動復原:當溫度達580℃時,涂層中的氧化陶瓷成分可利用氧氣來加速熱復原反響。

方法是通過補充噴油與主噴油接近、加大噴油量、延遲噴油時刻、關閉廢氣再循環、堵塞節氣門等多種方法來將渦輪增壓器的溫度提高到約450℃。

把握過程發動機把握單元中有一個預先編制好的模擬程序,該程序依據使用者的駕駛風格和壓差傳感器獲得的信號來推斷過濾器的吸附飽和程度,在必要時執行主動復原程序。

對于常見的城市循環工況,每行駛1000~2023應通過發動機治理系統來