柴油机排气颗粒物捕集器的发展

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1、柴油机排气颗粒物捕集器的发展田彤陈令华刘晶（上汽通用五菱汽车股份有限公司）摘要：柴油机在轻型车辆上使用的日趋普遍，使得柴油机排放气体中的颗粒物后处理成为研究热点。颗粒物捕集器是解决柴油机排气颗粒污染最有效的后处理技术。针对目前国内颗粒物捕集器的使用情况，论述了柴油机排气颗粒物捕集器过滤材料和过滤体再生技术近年来的研究现状，介绍了近年来过滤材料和过滤体再生技术结合良好的几种颗粒物捕集器，提出了颗粒物捕集器今后的研究方向。关键词：柴油机；颗粒物捕集器；再生技术TheDevelopmentofDieselEn

2、gineExhaustParticulateFilterAbstract:Thedieselengineiswidelyusedinlightvehicle;after-treatmentofparticulateofdieselexhaustgasisbecomingresearchhotspot.ParticulateFilteristhemosteffectiveafter-treatmentmethodsolvingthedieselexhaustparticulatepollution.Aim

3、edatthecurrentsituationofDPFindomestic,theresearchstatusoffiltermaterialandtheregenerationtechnologiesoffilterinrecentyearsarediscussed,andsomefavorabledieselexhaustparticulatefiltersareintroduced,whichiscombinedwithfiltermaterialandregenerationtechnolog

4、ies.TheresearchdirectionofDPFinthefutureisputforward.Keywords:Dieselengine;DieselParticulateFilter(DPF);Regeneration柴油机由于其较高的热效率、动力性和经济性等优点，不仅是绝大多数重型车辆的动力来源，而且越来越多的成为轻型车辆的动力选择，轿车柴油机化已成为发展趋势，可以预见在不久的将来，柴油机将成为车辆的主要动力来源[1]。从排放的角度来看，柴油机相比于汽油机的主要劣势就是颗粒物（PM）的排

5、放水平大大高于汽油机，约为汽油机的30～70倍[2]。PM主要由2大部分组成：一部分是由碳颗粒物、硫酸盐和灰颗粒组成的不溶性颗粒，它们由粒径为0.1～10µm的多孔碳粒群组成，这种超细颗粒物具有很强的吸附力，常黏附有致癌物质，尤其是0.1～0.5µm的碳烟，还会被直接吸入人体内，引发肺气肿、皮肤病等多种慢性病[3]；另一部分是未完全燃烧的燃料、机油及其中间产物或悬浮颗粒组成的可溶性颗粒，也含有致癌和促癌的多环芳香性化合物。因此，柴油机PM排放引起了各国政府的普遍重视，制定了相应的柴油机排放法规，并且要求

6、越来越严格，净化柴油机PM已成为国内外解决车辆排放问题的重要课题。目前，颗粒物捕集器（DieselParticulateFilter,DPF）是解决柴油机排气颗粒污染最有效的后处理技术[4]。颗粒物捕集器的2大关键技术是过滤材料和过滤体再生技术。对过滤材料的要求是：高的颗粒过滤效率、低的排气流动阻力和较高的机械强度。使用颗粒物捕集器时必须适时地清除沉积的颗粒，即对捕集器进行“再生”，以防止排气不畅使柴油机性能恶化。国内外目前已有一些将两者结合的较好的颗粒物捕集器产品。1过滤材料的发展国内外常用的过滤材料

7、主要有：泡沫陶瓷、壁流式蜂窝陶瓷、编织陶瓷纤维及烧结金属丝网过滤体。1.1壁流式蜂窝陶瓷壁流式蜂窝陶瓷是目前综合性能较好的过滤体，其壁内小孔的直径均在微米级，过滤效率可达90%以上，且耐高温、机械强度高；其主要缺点是物理参数的各向异性，径向膨胀系数是轴向膨胀系数的2倍，由于颗粒都沉积在进气孔道内，因此再生过程中受热不均匀，易发生热应力损坏。另外，颗粒在蜂窝孔内AutoEngineer行业观察OVERVIEW2011年8月成板状结构，不利于着火燃烧[5]。1.2泡沫陶瓷泡沫陶瓷的结构与泡沫塑料十分相似，其

8、颗粒过滤效率一般在40%～70%之间。泡沫陶瓷过滤体的优点是多孔结构使火焰易于传播，从而有利于再生，而且泡沫陶瓷各向同性，再生时产生的热应力较小，不易造成过滤体热应力损坏；其主要缺点是结构疏松、强度较低，在排气冲击和机械振动条件下易出现损坏。1.3编织陶瓷纤维编织陶瓷纤维具有高度表面积化和良好的耐高温性，没有固定尺寸的限制，为过滤腔内孔的形状和孔的分布提供了广泛的选择余地，也允许改变各种设计参数以使应用达到优化。陶瓷纤维能适应催化剂使用的需