并聯(lián)旁通式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)黑煙捕集器（DPF）

王俊 王娟

[摘 要]一種裝置，能有效解決柴油發(fā)動(dòng)機(jī)因黑煙捕集器（DPF）堵塞造成排氣背壓上升，再生裝置啟動(dòng)作工燃燒氣體膨脹產(chǎn)生背壓，因發(fā)動(dòng)機(jī)急加速、高速行駛造成的高背壓，導(dǎo)致動(dòng)力下降、陶瓷載體破裂、黑煙捕集功能失效等問(wèn)題。利用壓力傳感器偵測(cè)排氣背壓、電控系統(tǒng)開(kāi)啟或關(guān)閉并聯(lián)旁通閥降壓，系統(tǒng)亦設(shè)置黑煙捕集設(shè)備不使黑煙排放。

[關(guān)鍵詞]柴油車(chē)尾氣后處理;DPF;再生;壓力傳感器

一、引言

DPF是Diesel Particulate Filter的簡(jiǎn)稱(chēng)，意思是柴油微顆粒捕集器，DPF裝置安裝在柴油車(chē)排氣系統(tǒng)中，它的作用是通過(guò)壁流式的陶瓷過(guò)濾裝置捕捉柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后排出的顆粒，能夠有效地凈化排氣中70%～90%的顆粒，是凈化柴油機(jī)顆粒物最有效、最直接的方法之一。

DPF的過(guò)濾載體捕集的效率主要受到顆粒粒徑、過(guò)濾載體孔徑、排氣流通速度、排氣流溫度等因素的影響。因伴之柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間的增加，過(guò)濾載體內(nèi)部攔截堆積的顆粒物增多，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣背壓隨之升高，將會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作，動(dòng)力性能下降，油耗增加。

二、DPF再生

DPF面臨的最大挑戰(zhàn)就是再生問(wèn)題。顆粒過(guò)濾器再生的方法主要是微粒氧化，而微粒氧化的要求是高溫、富氧和氧化時(shí)間。實(shí)際上柴油機(jī)排氣溫度一般小于500℃，特別是一些在城市工況運(yùn)行的公交車(chē)的排氣溫度甚至在300℃以下。顆粒過(guò)濾器再生的關(guān)鍵性問(wèn)題是降低平衡點(diǎn)溫度，該溫度狀態(tài)下微粒形成和氧化的速度相等，此時(shí)背壓較恒定，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。平衡點(diǎn)溫度與流速、微粒成分、NOx含量、含硫濃度、碳煙形成及發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的參數(shù)有關(guān)。

DPF的再生方法有主動(dòng)再生和被動(dòng)再生兩種。其中常用的主動(dòng)再生方法是燃燒器噴油加熱再生，即在顆粒過(guò)濾器的入口處設(shè)置混合燃燒器，噴入柴油和二次空氣，燃燒后引燃顆粒過(guò)濾器中的碳煙顆粒進(jìn)行再生。顆粒物燃燒再生完成率高達(dá)90%，然而噴油加熱燃燒過(guò)程并非每次都能成功點(diǎn)燃混合油氣，因受到排氣渦流振動(dòng)及再生點(diǎn)火閃燃產(chǎn)生氣流高反壓、發(fā)動(dòng)機(jī)加減速等影響，導(dǎo)致有噴油卻未點(diǎn)燃的問(wèn)題，排氣中未燃油霧排出造成尾氣產(chǎn)生大量白煙現(xiàn)象。除此以外，顆粒堵塞或加減速造成的排氣系統(tǒng)壓力迅速上升都會(huì)容易造成陶瓷過(guò)濾載體的破裂，根據(jù)研究資料指出大多數(shù)的DPF失效都是陶瓷過(guò)濾載體破裂為主因。因此，提出了并聯(lián)旁通式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)黑煙捕集器（DPF）的研究，有效地解決了問(wèn)題。

三、并聯(lián)旁通式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)黑煙捕集器（DPF）

并聯(lián)旁通式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)黑煙捕集器（DPF），結(jié)構(gòu)主體與主動(dòng)再生式DPF相似，僅在捕集器排氣進(jìn)口道前裝置三通管旁通閥，可視需要將廢氣不流經(jīng)捕集器導(dǎo)出，在DPF出口末端前也裝置三通管，廢氣直接可從前端入不流通捕集器由此導(dǎo)出。系統(tǒng)由兩組三通管、電動(dòng)蝶閥門(mén)、過(guò)濾體、電接點(diǎn)壓力傳感器、繼電器、旁通管等組成。

工作原理為當(dāng)排氣背壓達(dá)設(shè)定值時(shí)，電接點(diǎn)壓力傳感器接收壓力信號(hào)，電流接通啟動(dòng)繼電器開(kāi)啟電動(dòng)蝶閥門(mén)，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣繞經(jīng)旁通管路到出口排放，排氣背壓得以降低。本設(shè)計(jì)中亦在旁通管道中裝置顆粒捕集過(guò)濾設(shè)備，即便是打開(kāi)旁通閥門(mén)，廢氣流經(jīng)旁通裝置也不會(huì)直接排出顆粒。

本項(xiàng)并聯(lián)旁通式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)黑煙捕集器（DPF）主要功能除因發(fā)動(dòng)機(jī)排氣渦流振動(dòng)及再生點(diǎn)火閃燃產(chǎn)生氣流高反壓、顆粒堵塞、發(fā)動(dòng)機(jī)加減速等影響造成陶瓷過(guò)濾載體破裂，導(dǎo)致顆粒捕集失效排放黑煙之外，還兼具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1.行駛中連續(xù)再生，不影響動(dòng)力輸出。

2.旁通管道中裝置顆粒捕集過(guò)濾設(shè)備，廢氣流經(jīng)旁通裝置也不會(huì)直接排放出碳煙顆粒。

3.因應(yīng)大、小車(chē)種系統(tǒng)不同可選配氣動(dòng)或電動(dòng)蝶閥門(mén)。

4.旁通顆粒捕集過(guò)濾裝置可再生或更換，成本低。

5.同步排放作功，不會(huì)升高排氣背壓或高噪聲排放。

本裝置以濰柴六缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝車(chē)測(cè)試，且到機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)站實(shí)車(chē)檢測(cè)，顆粒物（PM）排放全部達(dá)標(biāo)，測(cè)量數(shù)據(jù)如下表所示。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)黑煙捕集器（DPF）顆粒物（PM）排放檢測(cè)值

由上表可知發(fā)動(dòng)機(jī)有進(jìn)氣增壓排放值為1.31，將進(jìn)氣增壓減除后排放值上升到2.10，可以看得出有裝設(shè)進(jìn)氣增壓燃燒較為完全，對(duì)顆粒物排放有所改善。再將發(fā)動(dòng)機(jī)裝上黑煙捕集器（DPF）后，顆粒物（PM）排放顯著大幅降低至0.03，數(shù)據(jù)也可以看出柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有無(wú)裝置渦輪進(jìn)氣增壓，只要裝設(shè)黑煙捕集器（DPF）后，就可降低顆粒物（PM）排放，完全滿(mǎn)足國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)論

本項(xiàng)并聯(lián)旁通式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)黑煙捕集器（DPF）主要解決因發(fā)動(dòng)機(jī)排氣渦流振動(dòng)及再生點(diǎn)火閃燃產(chǎn)生氣流高反壓、顆粒堵塞、發(fā)動(dòng)機(jī)加減速等影響造成陶瓷過(guò)濾載體破裂，導(dǎo)致顆粒捕集失效排放黑煙的問(wèn)題。

[作者單位]

濰坊工商職業(yè)學(xué)院

（編輯：栗國(guó)花）