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《柴油机单元块旋转式过滤体DPF微波再生研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、柴油机单元块旋转式过滤体DPF微波再生研究微粒(PM)是柴油机主要的排放污染物,随着柴油车日益广泛的应用和柴油车排放标准的日益严格,仅靠机内净化技术已不能满足日趋严格的排放法规,必须同时采用后处理装置。微粒集器(DPF)是解决柴油机排放PM污染最有效和最具有发展前景的后处理技术,在DPF技术研究中,过滤体的再生是其关键技术。微粒捕集器过滤体的再生技术是限制微粒捕集器广泛使用的瓶颈,微波再生方式利用了陶瓷材料过滤体对微波的吸收能力较差,微粒对微波的吸收能力很强的特点来对微粒捕集器进行再生。采用微波对DPF进行加热时,微粒是主要的被加热对象,微波加热再生具有能
2、提高能量利用率、延长过滤体寿命、提高再生效率且加热均匀等优点。但由于微波功率源即实用车载电瓶的问题,使得这一再生技术实施的难度极大。针对微波再生的这一技术瓶颈,改变传统微波再生方式中对过滤体进行整体加热的方法,提出过滤体的单元化设计以及旋转式再生方案,以减小过滤体再生加热时的体积,降低微波源的消耗功率,实现一般车载电源可直接使用。本文对这一方案所提出的微粒捕集器的工作过程及过滤机理进行阐述,对其主要性能指标进行研究。一、单元块旋转式过滤体DPF的结构及原理微波再生过程中过滤体内部空间存在很强的电磁场,利用热电偶测量过滤体温度不仅会影响电磁场的空间分布和加热
3、再生效果,还会影响热电偶测温的准确性;另外,微波再生具有加热均匀的特点,且外圆面气流出口面,加热再生时温度极高。为此采用抗微波红外测温探头对再生过程中过滤体表面不同点的温度进行测定,测试位置分布如图所示,测试值取三者最大值。过滤体温度测试点位置二、试验装置与方法柴油机微粒捕集器的性能指标主要有过滤体的捕集效率、再生效率和整个微粒捕集器的气流阻力特性等,而捕集效率主要与过滤体采用的材料有关,本文提出的微粒捕集器过滤为泡沫陶瓷材料制成的通流式过滤体。为了验证单元块旋转式过滤体微粒捕集器的可行性及性能,进行了试验验证。试验系统如图1.柴油机 2.气阀 3.压力计
4、 4.烟度仪 5.排气口 6.捕集器 7.步进电动机 8.步进电动机控制器 9.整流器 10.变压器 11.电源 12.发动机控制器 13.微波源 14.温度仪再生试验过程中,过滤体单元依次进入再生腔,保持静止并被加热一定时间后,步进电动机在电机控制器的控制下旋转45°,进行下一个过滤体单元块的加热,单个单元块的加热时间由本文中的分析结果确定。试验时,不同发动机转速与负荷采用同样的再生方法,但不同转速及负荷下的排气气流特征不同,排气气流速度、温度等特征对加热再生会有重要影响。三、试验结果与分析为了评价旋转式过滤体微粒捕集器的阻力特性,将单元块旋转式结构的捕
5、集器与传统整体式结构的微粒捕集器进行比较。试验中采用的整体式碳化硅陶瓷过滤体,尺寸为144mm×205mm圆柱形过滤体,体积约为3.34L,物性参数与单元块旋转式过滤体一致。3·1 过滤体阻力特性分析传统整体式过滤体DPF单元块旋转式过滤体与整体式过滤体DPF不同工况下的背压变化(a)50%负荷,1200r/min (b)50%负荷,1600r/min(c)75%负荷,1600r/min（b）可见两种不同结构的过滤体排气背压值保持着一定的差值,整体式过滤体的排气背压要高于单元块旋转式过滤体的排气背压;随着发动机转速和负荷的增加,背压均增大。整体式过滤体较快
6、的排气背压上升速率说明其再生频率相比于单元块旋转式过滤体会更高,从而对微粒捕集器的寿命和再生能量利用造成不利影响。造成以上现象的原因是传统整体式过滤体微粒捕集器采用轴向过滤,气流通过的有效过滤面积小,过滤阻力大,而单元块旋转式过滤体过滤面为其内侧弧形面,气流作径向流动。在过滤体总体积相同的情况下,单元块旋转式过滤体过滤面积大,排气阻力减小,排气背压上升速率减小。3·2过滤体微粒捕集特性分析计算微粒捕集器的捕集效率,采用AVL烟度计对微粒捕集器过滤体前后的烟度进行测量,捕集效率为式中 Ga、Gb———过滤前、后的烟度图中给出了同体积的整体式过滤体和单元块旋转
7、式过滤体的微粒捕集效率在50%负荷下随转速变化的情况在发动机低速工况下,微粒在两种过滤体内都能被较高效率地捕集,由于整体式过滤体轴向尺寸更长,显然微粒滞留时间也更长,有利于微粒的扩散捕集,因此整体式过滤体捕集效率略高。在发动机高速工况下,当排气气流的速度超过一定值后,由于单元块旋转式过滤体的有效过滤面积远大于整体式过滤体的,对高速工况下的排气气流具有较大的减速作用,高速气流进入单元块旋转式过滤体捕集器后,流速减低,对扩散捕集效率影响小,因而在高速工况时其捕集效率高于整体式过滤体。四、过滤体微波再生分析微粒捕集器再生试验时,柴油机的工况稳定在转速1500r/
8、min、负荷50%下,排气流量21kg/h,排气温度为573K,柴
