電加熱DPF的技術(shù)原理及應(yīng)用

文/蔣旭東 莫志遠(yuǎn) 王遠(yuǎn)書 李煒 沈繼成

DPF技術(shù)已經(jīng)成為改善在用非道路車輛尾氣排放的重要手段之一，本文介紹了電加熱DPF的工作原理以及電加熱DPF工作的使用條件等內(nèi)容，為低排氣溫度柴油機(jī)械排放的柴油顆粒物PM凈化提供了一種行之有效的手段和方法。

針對(duì)日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，使得柴油車DPF（Diesel Particulate Filters）柴油顆粒捕集器技術(shù)得到了市場(chǎng)應(yīng)用。與DOC、POC、SCR等后處理技術(shù)相比，DPF對(duì)柴油顆粒物的凈化最為有效、直接，可減少發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的碳煙顆粒達(dá)95%以上。我國預(yù)計(jì)在2023年執(zhí)行道路車輛全國范圍內(nèi)國六B階段、2022年底執(zhí)行非道路車輛國四排放的國家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)覆蓋下的整車后處理系統(tǒng)無可避免的需要使用DPF產(chǎn)品作為PM顆粒物最佳治理手段。

目前市面上常見的顆粒捕捉器DPF產(chǎn)品在柴油機(jī)械低排氣溫度車型往往因?yàn)樵嚨呐艢鉁囟缺旧矸浅５停駾PF噴油加熱標(biāo)定時(shí)間短所導(dǎo)致的主、被動(dòng)再生效果不理想。針對(duì)此類低排氣溫度柴油機(jī)械排氣所產(chǎn)生的各類顆粒物、油污是無法順利排出DPF壁流式結(jié)構(gòu)載體的，必然會(huì)逐步導(dǎo)致排氣系統(tǒng)背壓的上升，需要經(jīng)常性取出DPF載體，人工方式進(jìn)行電爐加熱清理，使其重新具備提升捕捉能力。否則，發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能會(huì)受到諸多負(fù)面影響甚至直接損壞。鑒于此，本文提出了一種能夠方便、有效解決顆粒捕捉器裝置堵塞問題的尾氣電加熱DPF技術(shù)應(yīng)用。

一、電加熱DPF的技術(shù)原理

圖二 電加熱DPF外形圖

圖三 一體式DPF結(jié)構(gòu)示意圖

電加熱DPF機(jī)構(gòu)包括有電加熱裝置、雙層金屬絲網(wǎng)POC和顆粒捕捉器載體DPF三件主要部件組成，金屬絲網(wǎng)POC裝配在電加熱裝置與顆粒捕捉器載體DPF之間，金屬絲網(wǎng)POC作為電加熱裝置6與顆粒捕捉器載體2之間的熱傳導(dǎo)介質(zhì)，具有更高的熱傳導(dǎo)效率；排氣管體上靠近尾氣進(jìn)入端1一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)置有空氣泵的出氣口5可以進(jìn)行補(bǔ)氧，當(dāng)電加熱DPF機(jī)構(gòu)6進(jìn)行主動(dòng)再生功能時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)機(jī)停機(jī)狀態(tài)，完全采用市電供熱，且采用外接風(fēng)機(jī)供氧，具有更高的熱效率，避免多余熱量被排氣帶走，導(dǎo)致耗能與再生時(shí)間的增加。

電加熱DPF機(jī)構(gòu)與顆粒捕捉器載體DPF之間的金屬絲網(wǎng)POC有兩只，電加熱器置于兩只金屬絲網(wǎng)POC之間成為一體式加熱組件。一體式加熱組件和顆粒捕捉器載體緊密壓制成一體式DPF結(jié)構(gòu)，能夠快速有效提高電加熱器與顆粒捕捉器載體DPF之間的導(dǎo)熱性能，同時(shí)通過雙層金屬絲網(wǎng)POC，能夠有效過濾掉排放尾氣中的大粒徑顆粒物；在雙層金屬絲網(wǎng)POC上面涂敷了貴金屬鉑、鈀之后，POC又成為了金屬DOC。如此，雙層金屬絲網(wǎng)實(shí)際效果上起到了DOC與POC的雙重功效，這是電加熱DPF的核心組成部分。電加熱DPF采用市電供電方式，加熱效果更好，使用時(shí)，將待處理車輛停下，然后將電加熱器接通市電，將排氣電加熱DPF機(jī)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境加熱到500～700℃，在加熱的同時(shí)，吹風(fēng)設(shè)備通過排氣管體側(cè)壁上的單向空氣入口可4向排氣筒體1內(nèi)部通入空氣，使得顆粒捕捉器載體DPF及雙層金屬絲網(wǎng)POC上積累附著的PM顆粒物及其油脂在高溫下燃燒、揮發(fā)，能夠有效防止顆粒捕捉器載體DPF因顆粒物或者油脂物質(zhì)積累導(dǎo)致堵塞DPF的通氣孔道，進(jìn)而影響到車輛正常排氣的情況發(fā)生。

二、電加熱DPF的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

該款電加熱DPF相比較傳統(tǒng)噴油再生DPF產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)明顯，主要體現(xiàn)在成本及應(yīng)用領(lǐng)域。

1.不用增加額外噴射的柴油費(fèi)用。2.更加容易控制DPF載體的加熱溫度，避免非受控主動(dòng)再生導(dǎo)致的DPF早期破損。3.控制系統(tǒng)無需對(duì)不同發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行單獨(dú)和長期的標(biāo)定工作，控制系統(tǒng)邏輯簡單，降低了標(biāo)定成本。4.由于杜絕了空氣加熱環(huán)節(jié)，極大降低了所需要的熱能能量。

電加熱DPF非常適宜于柴油機(jī)械低排氣溫度車型（如輕卡、叉車等）的使用，原有DPF主動(dòng)再生系統(tǒng)過程中較容易發(fā)生堵塞情況，從而易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)憋缸，為了避免此情況的發(fā)生，常需將車輛排氣系統(tǒng)中顆粒捕捉器裝置中的DPF單獨(dú)拆卸下來進(jìn)行清理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率很低；新國標(biāo)下車輛本身自帶的噴油再生系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)顆粒捕捉器自清理功能。由于對(duì)柴油機(jī)械低排氣溫度車型效果不理想，往往會(huì)出現(xiàn)DPF加熱不足、或者加熱過多引發(fā)熱失控，從而導(dǎo)致顆粒物燃燒要么不充分，無法有效起到清理作用；要么排溫過高，導(dǎo)致DPF早期破損。這種只需要簡單標(biāo)定，便于控制的電加熱DPF就非常適合新國標(biāo)下的低排溫車型應(yīng)用，可以成為主流噴油再生技術(shù)路線的有力補(bǔ)充。寶發(fā)公司電加熱DPF主動(dòng)再生系統(tǒng)，獲得了2019年第五屆“中國工業(yè)車輛創(chuàng)新獎(jiǎng)”（CITIA）銅獎(jiǎng)。通過多年的技術(shù)積累，不斷的提升，產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)低成本、市場(chǎng)化。C