柴油機(jī)微粒排放的凈化技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)設(shè)計(jì)

1、柴油機(jī)微粒排放的凈化技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)柴油機(jī)微粒排放的凈化技術(shù)及 發(fā)展趨勢(shì)設(shè)計(jì)摘要2Abstract3第一章緒論41. 柴油車尾氣問(wèn)題2. 全世界的管制動(dòng)向43. 對(duì)使用中車輛尾氣對(duì)策的必要性44. 對(duì)于柴油機(jī)微?？刂萍夹g(shù)方面4第二章柴油機(jī)微粒排放的污染1. 柴油機(jī)顆粒物形成機(jī)理及危害72. 國(guó)內(nèi)外排放標(biāo)準(zhǔn)73. 柴油機(jī)顆粒物分析技術(shù)84. 柴油機(jī)顆粒物毒性研究10第三章降低柴油機(jī)有害排放物的幾種控制技術(shù)101. 進(jìn)一步優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，特別重視開發(fā)和選擇噴射系統(tǒng)102. 增壓及可變氣門配氣定時(shí)113. 全電子優(yōu)化控制114. 排氣后處理技術(shù)115. 改進(jìn)燃料126. 代用燃料12第四章 柴油機(jī)微粒捕

2、捉器121. 微粒捕捉器(DPF)的組成和結(jié)構(gòu)及工作原理122. 過(guò)濾材料133. 再生164. 廣州新力研究成功柴油機(jī)微粒捕捉器1820結(jié)論參考文獻(xiàn)21致謝23介紹了柴油機(jī)顆粒排放物的產(chǎn)生機(jī)理、組成成分及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的排放法規(guī)。 結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)柴油機(jī)顆粒物檢測(cè)分析方法和毒理學(xué)的研究進(jìn)展，描述了 現(xiàn)有分析方法的特點(diǎn)和尾氣顆粒物的危害。綜述微粒捕捉器在過(guò)濾材料和 再生兩大關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，并淺析微粒捕捉器技術(shù) 的發(fā)展趨勢(shì)。還介紹了一種燃媒劑再生微粒捕集器(Fuel Borne Catalyst DieselParticulate Filter, FBC - DPF)的結(jié)構(gòu)及原理，

3、并結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)， 分析了該微粒捕集器對(duì)柴油機(jī)排氣微粒的改善效果，同時(shí)研究了該微粒捕集器 的強(qiáng)制再生過(guò)程，以及對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表 明，該微粒捕集器具有較大的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：柴油機(jī)微粒物捕集器33ABSTRACTDiesel particulate emissions described the generation mechanism, the composition of the existing emissions regulations at home and abroach The recent development of diesel pa

4、rticulate matter and toxicological testing of analytical methods progress, describes the characteristics of existing analysis methods and exhaust particulate matter hazards. Summary of Particulate Filter in the filter material and regeneration status of two key technologies and problems and of parti

5、culate trap technology trends. Also introduced a fuel regeneration particulate filter media agent (Fuel Borne Catalyst DieselParticulate Filter, FBC - DPF) of the structure and principles, combined with engine test data, analysis of the particulate filter to improve the effect of diesel exhaust part

6、icles, and studied the forced particulate filter regeneration process, and diesel engine power and fuel economy impact. The results showed that the particulate filter has a larger prospect.Key words： Property diesel particulate arrest devices series第一章緒論1. 柴油車尾氣問(wèn)題汽車給中國(guó)城市交通和物資流通帶來(lái)了方便的同時(shí)也帶來(lái)了大氣 污染等問(wèn)題。中

7、國(guó)大城市的大氣污染已成為嚴(yán)重的問(wèn)題。其中從柴油車中排 出的粒子狀物質(zhì)(PM)給我們的健康帶來(lái)了很大的危害。柴油車尾氣對(duì)健康的 影響柴油車尾氣中含有的粒子狀物質(zhì)(PM )會(huì)導(dǎo)致肺癌及呼吸系統(tǒng)疾病 對(duì)人體健康的影響令人擔(dān)憂。已經(jīng)有了關(guān)于吸入柴油車尾氣的老鼠精子生產(chǎn) 能力降低的所謂環(huán)境激素影響的研究報(bào)告。除能用肉眼看到的黑煙以外 還有有機(jī)溶劑可溶物質(zhì)和硫磺酸為主要成分的微粒子的集合，所以只控制用 肉眼看到的黑煙是不能說(shuō)明完全控制了 PM。2. 全世界的管制動(dòng)向美國(guó)1988年開始對(duì)PM進(jìn)行管制，以后進(jìn)行了階段性的強(qiáng)化。歐洲 共同體管制是從1992年開始進(jìn)行對(duì)PM進(jìn)行管制的。日本1997年開始長(zhǎng)期 管制

8、，2005年實(shí)施了新長(zhǎng)期管制規(guī)定。中國(guó)2007年1月1日開始實(shí)施歐III 標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家環(huán)?？偩终揭?guī)定，中國(guó)達(dá)歐洲IV、V階段排放標(biāo)準(zhǔn)分別于2010 年和2012年的1月1日開始執(zhí)行。并且為強(qiáng)制性。3. 對(duì)使用中車輛尾氣對(duì)策的必要性新車的管制強(qiáng)化，對(duì)于大氣污染的改善效果也只能通過(guò)重新購(gòu)買新車 的方式漸漸地體現(xiàn)出來(lái)。中國(guó)尾氣超過(guò)排放規(guī)定值制造的柴油車、仍然排 出大量的PM和NOx,行駛在路面上。要解決嚴(yán)重的大氣污染問(wèn)題，不 但要考慮對(duì)新車的對(duì)策，也要考慮對(duì)使用車輛的對(duì)策。4. 對(duì)于柴油機(jī)微?？刂品矫婺壳敖档筒裼蜋C(jī)微粒的方法主要分為機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外后處理方面。在機(jī) 內(nèi)凈化方面，多采用高壓共軌技術(shù)、電控

9、技術(shù)、燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化、噴射正時(shí)優(yōu) 化、增壓、減少機(jī)油消耗、排氣再循環(huán)等。隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，機(jī)內(nèi)凈 化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。最近的研究結(jié)果表明，采用上述方法只能改變微粒的質(zhì)量排 放量，不能改變其微粒的數(shù)量，而且使微粒變得更細(xì)，增加了危害性。要想達(dá) 到歐洲4號(hào)、5號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)，微粒后處理技術(shù)將成為控制柴油機(jī)微粒排放的主要 措施。對(duì)于在用車的碳煙微粒排放控制，后處理技術(shù)尤為重要。應(yīng)用較多的柴 油機(jī)微粒后處理分為兩類：一類是用蜂窩陶瓷作為濾芯，其效率較高。具有代 表性的企業(yè)美國(guó)的康寧公司生產(chǎn)的后處理排放裝置，從1993年至今，在歐美市 場(chǎng)己經(jīng)投放了 150萬(wàn)個(gè)。但是這種應(yīng)用蜂窩陶瓷作為濾芯的微粒捕捉技術(shù)，

10、但 其再生難以實(shí)現(xiàn)，通過(guò)燃燒器再生、電熱再生、微波再生和催化劑再生等方法 都很易使濾芯因?yàn)檫^(guò)熱或局部過(guò)熱而破壞。近來(lái)，美國(guó)和歐洲正在應(yīng)用的連續(xù) 再生過(guò)濾器(CRTContinuous Regenerating Trap)雖然能夠較好地解決再生 問(wèn)題，但其需要車輛燃用低硫柴油(含硫量不大于50ppm),這一點(diǎn)不太適合中國(guó) 目前的國(guó)情。最近美國(guó)和歐洲正在應(yīng)用的連續(xù)再生過(guò)濾器(CRT-Continuous Regenerating hap)能夠較好地解決再生問(wèn)題。但其需要車輛燃用低硫柴油(含 硫量不大于50ppm),這一點(diǎn)不太適合中國(guó)目前的國(guó)情。另一類是使用貴金屬作 催化劑的催化氧化轉(zhuǎn)換器(OCCO

11、xidation Catalytic Converter ),它可以氧化 柴油機(jī)排氣中的大部分HC、CO及微粒中的可溶有機(jī)成分SOF,但不能氧化固 態(tài)的碳顆粒?？墒刮⒘Ｖ械腟OF降低90%左右，從而使得微粒總排放量相應(yīng)地 降低2550%。由于OCC不收集固態(tài)的碳顆粒，所以它就不需要技術(shù)復(fù)雜、成 本較高的再生系統(tǒng)，當(dāng)然，它的效率也遠(yuǎn)低于微粒過(guò)濾系統(tǒng)。其缺點(diǎn)在于它可 能導(dǎo)致硫酸鹽排放的增加。因?yàn)橘F金屬催化劑有將SO2轉(zhuǎn)化成硫酸鹽微粒的傾 向，這就要求降低燃油中的硫含量。否則，硫酸鹽的增加有可能平衡可溶有機(jī) 物(SOF)的減少，甚至使總微粒排放增加。目前，美國(guó)、歐洲、日本和香港都已 使用低硫的燃油，

12、這使OCC的使用成為一種可能。對(duì)于中國(guó)的目前柴油中的含 硫量確定了該技術(shù)在中國(guó)應(yīng)用存在很大的障礙。中國(guó)國(guó)內(nèi)一些大型企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)近年來(lái)一直在對(duì)柴油機(jī)排放的機(jī)外處理 技術(shù)進(jìn)行研究，因?yàn)橹袊?guó)依靠國(guó)內(nèi)技術(shù)暫時(shí)難以在大多數(shù)型號(hào)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上 僅靠機(jī)內(nèi)凈化達(dá)到歐洲三號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)國(guó)內(nèi)在這方面的研究工作。例如：(1) 3.5噸以上清潔柴油車技術(shù)研究與開發(fā)(玉柴與清華、吉大、天津運(yùn)校合作）（2）奇瑞低排放柴油機(jī)技術(shù)研究與開發(fā)（奇瑞汽車公司與天內(nèi)所合作）上述研究的這些中國(guó)國(guó)家科技部支持的柴油機(jī)后處理總成的開發(fā)，都說(shuō)明 了該技術(shù)項(xiàng)目的重要性和技術(shù)難度。日本廣島精研工業(yè)株式會(huì)社依靠自己的專利技術(shù)，最近推出了一種

13、新型的 柴油機(jī)尾氣凈化裝置，該裝置的技術(shù)特點(diǎn)：（1）該產(chǎn)品采用0.02mm厚度的不銹鋼箔，經(jīng)過(guò)精密特型沖壓制成濾芯，可以 完全取代目前通常采用的蜂窩陶瓷濾芯，使得生產(chǎn)出來(lái)的碳煙顆粒采集、氧 化催化裝置，其流通性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陶瓷過(guò)濾器，不會(huì)對(duì)背壓產(chǎn)生大的影響。由 此技術(shù)制作的凈化裝置，尺寸大小不會(huì)改變?cè)b消音器裝置的大小形狀。（2）該產(chǎn)品是通過(guò)該公司開發(fā)的納米粒子催化劑，經(jīng)過(guò)超微加工到金屬表面, 氧化觸媒能夠高效促進(jìn)PM的燃燒，不會(huì)像陶瓷過(guò)濾器容易產(chǎn)生微粒堵塞等 問(wèn)題，對(duì)PM的凈化率可達(dá)90%以上。（3）對(duì)正在使用中的車輛進(jìn)行改裝十分方便。根據(jù)日本國(guó)土交通省行駛規(guī)定，對(duì)在用車輛（五十菱4噸車：199

14、4年管制 車）進(jìn)行了試驗(yàn)，該車安裝了該裝置，行駛1萬(wàn)公里后也達(dá)到了 93%以上的PM 觸媒燃燒。該技術(shù)項(xiàng)目在再生方面，大大優(yōu)于美國(guó)的技術(shù)產(chǎn)品，顆粒排放物收集的濾芯 生產(chǎn)技術(shù)和工藝具有獨(dú)特性，是日本公司的專利技術(shù)。該碳煙顆粒凈化裝置在日本獲得的4項(xiàng)專利【日本專利（DPC項(xiàng)目）】1. 環(huán)境浄化的一種新型系統(tǒng)（特願(yuàn)2004-72750）2金屬超微粒子的製造以及製造裝置（特願(yuàn)200475770）3. 微粒子除去裝置（特願(yuàn)2004-129860）4流體的浄化裝置（特願(yuàn)2004-71613）第二章柴油機(jī)微粒排放的污染1.柴油機(jī)顆粒物形成機(jī)理及危害1.1形成機(jī)理柴油機(jī)顆粒排放物是一個(gè)復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的組成。它由

15、碳煙、來(lái)源于 未燃燃料和潤(rùn)滑油的可溶性有機(jī)組分、燃料中的硫燃燒后生成的硫酸鹽、機(jī)油 中的灰分以及添加劑等組成。各成分在微粒中所占的比例會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的工況 特征、技術(shù)水平和燃油品質(zhì)等因素的不同而發(fā)生變化。柴油機(jī)排放顆粒物產(chǎn)生 的主要原因是由于燃料燃燒不均勻或不完全，在高溫缺氧條件下氧化、裂解而 形成。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，外界空氣溫度、壓力、濕度、燃料、工況等都會(huì) 影響發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的形成。12組成及其危害排氣微粒(PMBPpart I cu late matter)大致可分為兩種組份：種是可溶于有機(jī)溶液的可溶性有機(jī)組份(SOF即soluble organic fraction), 主要來(lái)源于未燃燒

16、的燃料、潤(rùn)滑油及其中間產(chǎn)物；另一種是不溶于有機(jī)溶液的 干組份，主要由游離態(tài)的碳和硫酸鹽組成。由于硫酸鹽含量相對(duì)較少，一般稱之為碳煙(DS即dry soot)。微粒對(duì)環(huán)境及人類 的危害主要來(lái)源于化學(xué)成份非常復(fù)雜的可溶組份，其中許多多環(huán)芳燒具有很強(qiáng) 的“三致”作用和生物舊積性，因此受到廣泛關(guān)注。1976年美國(guó)環(huán)保局提出的 129種“優(yōu)先污染物”中，多環(huán)芳炷類化合物有16種?？諝庵屑?xì)顆粒物(空氣動(dòng) 力學(xué)當(dāng)量直徑2. 5 U m,以PM2. 5表示)是對(duì)人體健康最有毒害的污染物之一， 因?yàn)樗患丝諝庵杏卸局亟饘?、酸性氧化物、有機(jī)污染物、細(xì)菌和病毒，且 大部分可進(jìn)入人體的肺部在肺泡沉積。目前許多學(xué)者對(duì)

17、大氣環(huán)境中不同粒徑顆 粒物的源解析、組分進(jìn)行了比較深入的研究，并調(diào)査顯示機(jī)動(dòng)車尾氣排放、汽車揚(yáng)塵是PM2. 5的重要來(lái)源，因此嚴(yán)格控制柴油機(jī)污染物的排放已成當(dāng)務(wù)之急。2國(guó)內(nèi)外排放標(biāo)準(zhǔn)最近幾年，國(guó)內(nèi)外對(duì)車用柴油機(jī)的排放，尤其是其PM和N0X的排放，提出 了越來(lái)越嚴(yán)格的限制。機(jī)動(dòng)車排放的歐洲法規(guī)（指令）標(biāo)準(zhǔn)1992年前已實(shí)施若 干階段，歐洲從1992年起開始實(shí)施歐I、1996年起開始實(shí)施歐II、2000年起開 始實(shí)施歐皿、2005年起開始實(shí)施歐IV。其排放限制逐年降低，見圖1。3 5 2 5 1 5 0 2 10 %陽(yáng)宜=辱旳肛coHONOxPM : 上1 <,I !：Li, Da 甬.NO

18、x1992歐 I1996歐 II2000歐 HI 2005歐 I圖I歐洲機(jī)列車排函限值.Fig.l European vehicle emission limits3柴油機(jī)顆粒物分析技術(shù)柴油機(jī)排氣微粒研究的第一步是把SOF從顆粒物中分離出來(lái)，測(cè)取SOF和 DS的含量。分離SOF的方法主要有3種：熱解質(zhì)量分析法、萃取法和真空揮 發(fā)法等。在前人的研究中，從顆粒物中分離出SOF基本都采取索氏萃取方法。31顆粒物組分的分析隨著科技的發(fā)展和環(huán)境問(wèn)題的出現(xiàn)，研究人員在對(duì)大氣污染物中檢 測(cè)到的有害組分源解析時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車排放貢獻(xiàn)不可忽視。在顆粒物組分分析方 面，氣相色譜，液相色譜，氣質(zhì)、液質(zhì)聯(lián)用等方法較為成熟

19、，為許多學(xué)者所應(yīng) 用，除此之外，宋崇林等采用了熱重分析發(fā)測(cè)定柴油機(jī)中有機(jī)可溶成分SOF含量。 以下對(duì)研究結(jié)果做出概述。國(guó)外對(duì)柴油機(jī)顆粒物組分的研究始于20世紀(jì)70年代 初。最初I. M. Khan等僅限于對(duì)柴油機(jī)燃燒產(chǎn)生的碳煙和凝結(jié)物的研究。 FrancisW.Karasek等初次利用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)測(cè)定了吸附在柴油機(jī)顆粒物上的有 機(jī)物，被確定的碳?xì)浠衔镉?5種之多，其中包括正構(gòu)烷婭、多環(huán)芳婭和酚醛 類含氧化合物。DilipR. Choudhury等于1981年提取柴油機(jī)排氣顆粒中的多環(huán)芳 炷，并用高效液相色譜-紫外光譜法分離13。H. Y. Tong等用GC-FID對(duì)柴油機(jī)排 氣微粒中的含氧多

20、環(huán)芳坯，硝基多環(huán)芳炷，鄰苯二甲酸酯進(jìn)行了定量分析14。 國(guó)內(nèi)對(duì)柴油機(jī)顆粒物的研究起步于20世紀(jì)80年代，李疏松等分別采用稀釋法和 不稀釋法進(jìn)行采樣，用過(guò)濾收集器將顆粒物采集到玻璃纖維濾膜上，測(cè)得顆粒 排放量及其隨負(fù)荷的變化情況。何元等采用電子顯微分析儀對(duì)柴油機(jī)排放顆粒 物進(jìn)行觀測(cè)，得出固體物質(zhì)包括粉塵顆粒、碳顆粒及金屬顆粒，并對(duì)其來(lái)源進(jìn) 行了詳細(xì)分析。張延峰等分析車用柴油機(jī)排氣顆粒物組分得出有機(jī)酸、有機(jī)堿、脂肪桂類、芳 香炷類、中極性和高極性有機(jī)物6種組分在S0F中的比例。王桂華等在十三工況下采集排氣微 粒，分析結(jié)果表明：微粒SOF組分中80%左右為正構(gòu)烷炷和支鏈烷矩，碳數(shù)為 C曠C28,余下

21、組分為多環(huán)芳虎及少量其它有機(jī)物；同一工況下，隨采樣溫度升 高，微粒排放質(zhì)量流量、S0F組分種類均呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。譚丕強(qiáng)等分析了一臺(tái) 增壓中冷直噴式柴油機(jī)排氣微粒的S0F成分。結(jié)果表明，怠速及中低負(fù)荷工況下 S0F排放量較低，隨著負(fù)荷上升排放量增加，在最大扭矩和標(biāo)定轉(zhuǎn)速工況下達(dá)到 最高。32顆粒物中多環(huán)芳婭的檢測(cè)由于多環(huán)芳燒具有較強(qiáng)的累積毒性效應(yīng)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者將研究 重點(diǎn)放在了顆粒物有機(jī)可溶性組分中多環(huán)芳炷(PAHs)的定性定量上。SarahG. Riddle等從輕型汽油車顆粒排放物中檢測(cè)出大量多環(huán)芳矩20,其中以 分子量為300374的68環(huán)芳香炷居多，且研究顯示，某些多環(huán)芳炷異構(gòu)體比 苯并

22、a及具有更大的毒性。MoacirTavaresJr等檢測(cè)了巴西隆德里納公交車站 柴油機(jī)排放的PAHs,發(fā)現(xiàn)有10種多環(huán)芳香矩，平均濃度范圍為(1. 4±0. 3)ng/m3o SandroBrandenberger等研究發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油對(duì)有機(jī)物排放有著顯著貢獻(xiàn)，同時(shí)也是 PAHs的重要排放源。RuideAbrantes等利用逆流高效液相色譜法，檢測(cè)到輕型柴 油車排氣顆粒中總多環(huán)芳婭值介于1.1335. 801mg/kmo潭建軍等針對(duì)柴油機(jī)顆 粒物中PAHs組分提出了預(yù)處理和分析方法。文章對(duì)比了各種提取和分析方法， 用二氯甲烷作溶劑索式提取，再用高效液相色譜法對(duì)熒蔥、苯并a恿、苯并b熒蔥、苯

23、并k熒蔥、苯并a氏、二苯并a, h蔥和苯并ghiJE進(jìn)行定量分析。蔡智鳴等采集了多種柴油車尾氣管(連消聲 器)中沉積的碳煙顆粒冷凝物樣品，對(duì)其中有機(jī)污染物的化學(xué)組成和含量進(jìn)行 了研究。結(jié)果檢出144種有機(jī)化合物及其同分異構(gòu)體，BaP含量為1廣27»g/g。4柴油機(jī)顆粒物毒性研究前人的研究表明柴油機(jī)顆粒物是大氣污染的主要來(lái)源，且對(duì)人體呼 吸系統(tǒng)具有較強(qiáng)的負(fù)面效應(yīng)，故國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已對(duì)尾氣顆粒物的毒性研究做 出報(bào)道。柴油機(jī)排氣微粒已被確定為人體致癌物質(zhì)，并與呼吸道過(guò)敏癥，心肺 發(fā)病率和死亡率的增加密切相關(guān)，然而其致突變性、致癌性分子機(jī)制仍然不是 十分清楚。柴油機(jī)排氣微粒中的多環(huán)芳炷一旦沉

24、積于氣道粘膜表面，很容易通 過(guò)上皮細(xì)胞結(jié)合為胞質(zhì)受體從而影響細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化。人體肺泡上皮細(xì)胞和 巨噬細(xì)胞是肺部的重要靶細(xì)胞，它們吞噬柴油機(jī)排氣微粒，增加促炎癥細(xì)胞因 子的釋放。葉瞬華等采用Ames試驗(yàn)，檢測(cè)6種國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口柴油機(jī)排氣顆粒物的誘 變性，研究發(fā)現(xiàn)：6種柴油機(jī)排岀顆粒物均呈陽(yáng)性，其顆粒提取物和誘變性之間, 存在劑量-反應(yīng)關(guān)系。此外，還有報(bào)道指出柴油機(jī)顆粒物對(duì)生殖系統(tǒng)具有慢性毒 性。長(zhǎng)期吸入較高濃度的柴油機(jī)排氣顆粒，可以影響內(nèi)分泌功能而改變性激素 平衡和生殖細(xì)胞的形態(tài)和功能。大量的實(shí)驗(yàn)和流行病學(xué)調(diào)査顯示柴油機(jī)尾氣和 人體器官病變并不是偶然的聯(lián)系，顆粒物的組分和癌癥的發(fā)生也有很好的理論

25、上的解釋，但目前的研究結(jié)果還不能準(zhǔn)確地對(duì)柴油機(jī)尾氣的危險(xiǎn)度作出定量的 評(píng)價(jià)，有許多不確定的因素導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的結(jié)果說(shuō)服力受到影響，研究方法還有待于進(jìn)一步改進(jìn)。第三章降低柴油機(jī)有害排放物的幾種控制技術(shù)1. 進(jìn)一步優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，特別重視開發(fā)和選擇噴射系統(tǒng)Perkins公司的Ouadram燃燒室、日野公司的HMMS燃燒室，小松公司的 MTEC燃燒室及五十鈴公司的四角形燃燒室等，都在試驗(yàn)開發(fā)階段，其基本特點(diǎn) 是由一個(gè)中央渦流及四周的微渦流使空氣燃料快速而充分地混合，并配合以合 適的燃油噴射系統(tǒng)。目前，噴射系統(tǒng)已進(jìn)入一個(gè)較快的發(fā)展時(shí)期，現(xiàn)正在研究開發(fā)Ims內(nèi)完成 一次噴射，并在有限時(shí)間內(nèi)正確控制噴射量的方法。

26、噴射壓力已提高到 160-180MPa,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已到200 MPa。如共軌式噴射系統(tǒng)及分段預(yù)噴射系統(tǒng)等, 可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷與轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制合理的噴射規(guī)律和噴油壓力。2. 增壓及可變氣門配氣定時(shí)當(dāng)今柴油機(jī)增壓和增壓中冷己成為標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化 與小型化，為了降低車輛油耗，提高車輛裝載效率，必須繼續(xù)提高增壓比及增 壓器效率。在進(jìn)一步提高大負(fù)荷區(qū)的過(guò)量空氣系數(shù)a時(shí)可以減少顆粒排放，同 時(shí)通過(guò)稀燃化，減少熱損失，提高循環(huán)效率，進(jìn)而同時(shí)降低油耗，隨著高增壓 和高a化，組裝有多個(gè)增壓器的復(fù)合系統(tǒng)已成為可能。另外，增壓器固定的渦 輪幾何形狀也將由可用于多用途的電控可變幾何形狀所取代。目前，在小缸徑

27、柴油機(jī)上4氣門和噴油嘴垂直中置技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用， 為了減少換氣損失，使混合氣的形成進(jìn)一步優(yōu)化，現(xiàn)正在研究釆用可變氣門配 氣定時(shí)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的氣門升程和定時(shí)得到最佳優(yōu)化。3. 全電子優(yōu)化控制如前所述，目前對(duì)燃油噴射時(shí)間、噴射量、慣性增壓、增壓器、進(jìn)氣渦 流及廢氣再循環(huán)(EGR)等都能實(shí)現(xiàn)電子優(yōu)化的可變控制，從而對(duì)降低排放、減少 油耗、提高輸出功率和啟動(dòng)性能等有很大作用；但是，這些控制中的多半內(nèi)容, 如EGR、自動(dòng)診斷等，還有很多技術(shù)不夠完善，有待進(jìn)一步研究和開發(fā)，今后還 將繼續(xù)開發(fā)其它方面的電子可變控制機(jī)構(gòu)，尤其是與整車相協(xié)調(diào)統(tǒng)一的綜合化 的全電子控制系統(tǒng)4. 排氣后處理技術(shù)

28、柴油機(jī)能否像汽油機(jī)那樣使用催化劑大幅度減少排放，尤其是NO x , 這是柴油機(jī)研制者一直追求的目標(biāo)。日美歐現(xiàn)都在對(duì)此進(jìn)行研究，日本有關(guān)大 學(xué)、研究所和廠家正在對(duì)沸石鎂及氧化鋁的催化劑上用還原劑進(jìn)行NO x還原試 驗(yàn),美國(guó)福特等公司也正在對(duì)催化還原系統(tǒng)(SCR)及DeNO x ,催化器兩種NO x 還原系統(tǒng)進(jìn)行研究。SCR技術(shù)是利用氮氧化物有選擇地與存在于廢氣中的或噴入的反應(yīng)劑反應(yīng)， 利用一個(gè)催化器降低NOx排放，排出生成的氧氣。還原反應(yīng)劑可以是在柴油機(jī) 廢氣中的HC化合物或是由附加油箱直接噴入廢氣流中的物質(zhì)，如氨等。與SCR技術(shù)相比，DeNOx催化技術(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，無(wú)有害生成物，目前認(rèn)為最具 發(fā)展

29、潛力。DeNOx催化技術(shù)主要是將NOx催化熱裂變?yōu)镹 2和0 2,目前的問(wèn)題 是廢氣在催化器中停留時(shí)，催化器效率不高，因此帶來(lái)轉(zhuǎn)化還原效率也受到很 大限制。為減少顆粒排放而研制的各種“柴油機(jī)顆粒收集器或稱過(guò)濾器(DEF)”，雖 然不少產(chǎn)品已在歐洲轎車柴油機(jī)上裝車使用，但由于DEF的耐久性差且過(guò)濾器 的再生問(wèn)題也沒(méi)有徹底解決，因此，該項(xiàng)技術(shù)也正在進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展中。5. 改進(jìn)燃料燃料性能的改進(jìn)，對(duì)減少排放起到很大作用，日本繼美歐之后，從1997年 開始把輕油中的硫含量降到0. 05%以下，以此大幅度減少排放顆粒中的硫酸鹽， 同時(shí)減少EGR造成的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的腐蝕磨耗及催化劑中毒；進(jìn)一步減少硫含量,

30、 提高十六烷值，可進(jìn)一步降低NOx。減少芳香炷，尤其是減少3環(huán)以上的芳香 族成分，可減少排放顆粒中的硫化物、降低90%的蒸館溫度、改進(jìn)點(diǎn)火性能；通 過(guò)使用含氧燃料或添加劑，可降低黑煙顆粒。為了適應(yīng)低硫化及噴射壓力的大 大增加，確保燃油噴射裝置的潤(rùn)滑性，人們對(duì)燃料的改進(jìn)開發(fā)寄予了很大期望。6. 代用燃料隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，尋找一種更淸潔的替代石 油的原料已勢(shì)在必行。經(jīng)過(guò)多年的研究試驗(yàn)，目前公認(rèn)夭然氣是21世紀(jì)的首選 替代燃料。美國(guó)一些學(xué)者認(rèn)為天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)汽車是與電動(dòng)車相媲美的清潔能源 動(dòng)力車。日本研究表明，天然氣汽車在環(huán)境保護(hù)、石油燃料替代及實(shí)用性等方 面有著無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)

31、。近年來(lái)，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)、包括柴油與天然氣的雙燃料 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展很快，目前，全世界有幾百萬(wàn)輛天然氣或雙燃料汽車在運(yùn)行，預(yù) 計(jì)到2010年，全球?qū)⒂?/3的國(guó)家使用天然氣汽車。正如人類本世紀(jì)初從固體 燃料向液體燃料過(guò)渡一樣，如今已開始從液體燃料向氣體燃料過(guò)渡，從而將提 高整個(gè)能源系統(tǒng)的效率和清潔性。第四章柴油機(jī)微粒捕捉器1微粒捕捉器(DPF)的組成和結(jié)構(gòu)及工作原理1.1組成微粒捕捉器(DPF)由收集排氣微粒的濾芯和各類周期性地把濾芯中集存的 微粒燒掉或氧化掉的再生系統(tǒng)所組成。DPF的過(guò)濾機(jī)理主要包括：碰撞原理、截 流原理、擴(kuò)散原理和重力沉降原理等。其兩大關(guān)鍵技術(shù)是過(guò)濾材料和過(guò)濾體的 再生。1.2結(jié)構(gòu)

32、試驗(yàn)所用的微粒捕集器，為SiC壁流式微粒捕集器。整套裝置為雙室結(jié) 構(gòu)，捕集器殼體內(nèi)的前部設(shè)有一個(gè)支蓋,將殼體分為前后兩腔，濾芯和自動(dòng)燃燒 器分別設(shè)在前后腔內(nèi)，從而過(guò)濾與再生分區(qū)進(jìn)行，使得過(guò)濾與再生互不干擾，無(wú) 論發(fā)動(dòng)機(jī)處在何種工況下,系統(tǒng)都能自動(dòng)工作。該微粒捕集器有著較大的孔隙率 和足夠大的孔隙，它既可以負(fù)載各種催化劑，也可以過(guò)濾、減少微粒的排放。微 粒捕集器的工作主體是濾芯，濾芯決定過(guò)濾器的過(guò)濾效率、工作可靠性、使用壽 命以及再生技術(shù)的使用和再生效果。試驗(yàn)所用DPF由丹麥的DNEX公司提供，濾芯 材料為SiC,與堇青石材料相比，孔徑更均勻,并且具有流通性能好、過(guò)濾效率高、耐高溫（超過(guò)1600

33、9）和通用性好等特點(diǎn)。 在濾芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,GM公司認(rèn)為最具發(fā)展前途的4種過(guò)濾體形式為:壁流式蜂 窩陶瓷體、泡沫陶瓷體、金屬絲網(wǎng)和編織陶瓷纖維。其中,壁流式蜂窩陶瓷是目 前綜合性能最好的過(guò)濾體,但國(guó)內(nèi)尚不能生產(chǎn)。1. 3工作原理柴油機(jī)的排放，含有大量碳煙微粒的污染物，通過(guò)排氣管道進(jìn)入微粒捕 集器。捕集器內(nèi)部為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其兩端一邊是敞開，一邊是堵塞的通道壁，廢氣 從敞開的一端進(jìn)入，穿越多孔的蜂窩壁，然后從相鄰的通道排出。大部分碳煙微 粒由于體積過(guò)大而無(wú)法穿越壁孔，因而被吸附在通道壁上，而不會(huì)排放到空氣 中。2. 過(guò)濾材料DPF對(duì)過(guò)濾材料的要求有以下幾個(gè)主要方面：高的微粒過(guò)濾效率、低的排 氣流動(dòng)

34、阻力、高的耐溫性能、較高的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕性能和良好的抗 震性。其中過(guò)濾效率和流動(dòng)阻力是一對(duì)矛盾，高的微粒過(guò)濾效率一般會(huì)導(dǎo)致高 的流動(dòng)阻力。因此，選擇過(guò)濾材料要綜合考慮兩方面的性能。國(guó)外在過(guò)濾材料 的研究方面已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，出現(xiàn)了一些商品化的產(chǎn)品，但由于過(guò)濾材 料的研究需要高的工藝水平和資金投入等原因，國(guó)內(nèi)在這方面與國(guó)外仍然有較 大的差距。目前國(guó)內(nèi)外常用的過(guò)濾材料主要有壁流式蜂窩陶瓷、泡沫陶瓷、陶 瓷纖維和金屬絲網(wǎng)等。其中，壁流式蜂窩陶瓷和陶瓷纖維屬于表面過(guò)濾，泡沫 陶瓷和金屬絲網(wǎng)屬于深床過(guò)濾。各種過(guò)濾材料的過(guò)濾效率見表1。表1不同過(guò)濾材料的過(guò)濾效率比較過(guò)濾形式表面過(guò)濾深床過(guò)濾過(guò)濾

35、材料壁流式蜂窩陶瓷陶瓷纖維泡沬陶瓷金屬絲網(wǎng)過(guò)濾效率65 % 95 %70 % 99 %40% 70 %20 % 50 %2.1壁流式蜂窩陶瓷柴油機(jī)微粒排放的凈化技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)壁流式蜂窩陶瓷試制于20世紀(jì)70年代初美國(guó)康寧(Corning)公司，它以其良 好的性能逐步取代了早期應(yīng)用的AbOs球粒載體，占據(jù)了催化器載體的主導(dǎo)市場(chǎng)。 目前，世界上最大的兩個(gè)廠家美國(guó)康寧公司和日本的NGK公司生產(chǎn)的壁流式 蜂窩陶瓷分別占世界市場(chǎng)的50%和40%。壁流式蜂窩陶瓷的結(jié)構(gòu)及工作原理見 圖2。流入蜂窩陶瓷入口截面的排氣必須經(jīng)過(guò)內(nèi)部多孔薄壁到相鄰的通道流出。 多孔薄壁為柴油機(jī)排氣顆粒過(guò)濾的基本作用單元，壁孔結(jié)構(gòu)的

36、大小對(duì)排氣顆粒 流的作用有兩種情況：一是壁孔較大，顆粒流中的所有顆粒物通過(guò)，過(guò)濾器不 起作用；二是壁孔小于顆粒物粒徑，攔截全部顆粒高效捕集，粒徑小的顆粒隨 氣流通過(guò)壁孔而排出?？梢姺涓C陶瓷多孔薄壁孔的幾何尺寸、孔分布的均勻性 及排氣顆粒物的粒徑是影響過(guò)濾器捕集效率的要素。壁流式蜂窩陶瓷壁內(nèi)小孔 的尺寸都在微米級(jí)，過(guò)濾效率可達(dá)90%以上，且耐高溫，機(jī)械強(qiáng)度高。其主要 缺點(diǎn)是過(guò)濾體的制造工藝復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)還不具備生產(chǎn)能力；蜂窩陶瓷材料具 有各向異性的特點(diǎn)，其徑向膨脹系數(shù)是橫向膨脹系數(shù)的兩倍，且微粒都沉積在 孔道內(nèi)，因此再生過(guò)程中受熱不均勻，易發(fā)生熱應(yīng)力損壞。另外，微粒在蜂窩 內(nèi)成板狀結(jié)構(gòu)，不利于著

37、火燃燒。2.2泡沫陶瓷泡沫陶瓷是一種耐高溫，體積密度小，氣流通道曲折和氣孔率較高等綜合 性能良好的過(guò)濾材料。它是將陶瓷原料配制成泥漿，并在聚酯或聚醵泡沬塑料 內(nèi)浸漬成型，最后經(jīng)燒制而成的。其內(nèi)部由許多小孔組成，稱為“氣室”，小孔 直徑一般為0.22mm,如圖3所示。每個(gè)氣室通過(guò)窗口與多個(gè)鄰室相連，在過(guò)濾 體內(nèi)形成許多曲折的通道泗。由于微粒直徑小于氣室直徑，當(dāng)排氣微粒流經(jīng)這 些曲折通道時(shí)，由于氣流不斷改變方向，微粒由于慣性碰撞攔截、擴(kuò)散攔截和 幾何攔截等多種作用而沉積于過(guò)濾體內(nèi)部。相關(guān)研究表明：a. 柴油機(jī)用泡沫陶瓷過(guò)濾器的過(guò)濾機(jī)理以慣性碰撞機(jī)制為主。b. 隨著流速的提高，微粒的慣性碰撞捕集效率

38、逐漸降低。當(dāng)流速達(dá)到一定 值時(shí)，大微粒的捕集效率將迅速上升，而小微粒的捕集效率繼續(xù)降低。c. 微孔直徑越大，擴(kuò)散捕集效率越低。d. 當(dāng)粒徑小于1.0 Um時(shí)，慣性捕集效率隨微粒粒徑的變化不大，當(dāng)粒徑大 于l.OPm時(shí)，慣性碰撞捕集效率隨微粒粒徑的增大而迅速上升。e.柴油機(jī)負(fù)荷的增加將導(dǎo)致過(guò)濾效率的降低。柴油機(jī)微粒排放的凈化技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)圖2壁流式蜂窩陶瓷過(guò)濾器的構(gòu)造 圖3泡沬陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)根據(jù)生產(chǎn)原料的主要成分不同，泡沬陶瓷材料可分為堇青石泡沬陶瓷、三 氧化二鋁泡沬陶瓷、碳化硅泡沫陶瓷等。泡沬陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單, 且成本低，可以根據(jù)微粒的過(guò)濾及過(guò)濾體再生的要求，制成各種形狀，以滿足

39、不同的需求。另外，泡沫陶瓷的多孔結(jié)構(gòu)，使火焰易于傳播，微粒的著火溫度 比壁流式陶瓷低50-C,從而使燃燒更加安全，再生更加徹底10。泡沫陶瓷各 向同性，再生時(shí)熱應(yīng)力小，不易造成過(guò)濾體熱損壞。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度 低，在排氣沖擊和機(jī)械振動(dòng)條件下易出現(xiàn)損壞。堇青石泡沫陶瓷和碳化硅泡沫陶瓷是目前應(yīng)用比較廣泛的過(guò)濾體材料。堇青 石泡沫陶瓷材料價(jià)格便宜，原材料易于取得，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易行。碳化硅泡 沫陶瓷具有孔隙率大，孔徑均勻，機(jī)械強(qiáng)度高，高溫性能好以及具有較高的導(dǎo) 熱系數(shù)和微波吸收能力等特點(diǎn)。兩者的基本性能比較見表2。表2碳化硅及繭青石泡沬陶瓷材料的基本性能材料耐壓強(qiáng)度/(kg/cin2)熱膨脹系數(shù)

40、(1/C)導(dǎo)熱系數(shù)/(W/m°C)耐火度/°C化學(xué)成分碳化硅1()404.0241600SiC-SiO2-AhO3革青石10 2()1.00.10.21200MgO-A12O3-SiO223編織陶瓷纖維編織陶瓷纖維具有高度表面積化和良好的抗高溫能力，沒(méi)有固定尺寸的限 制，為過(guò)濾體內(nèi)孔形狀和孔的分布提供了廣泛的選擇余地，可以通過(guò)改變各種 設(shè)計(jì)參數(shù)使應(yīng)用達(dá)到優(yōu)化。陶瓷纖維能適應(yīng)催化劑使用的需要。由于編織陶瓷 過(guò)濾體內(nèi)纖維表面全是有效過(guò)濾面積，因此過(guò)濾效率高，可達(dá)90%以上。但是 由于陶瓷纖維是一種脆性材料，在編織和使用過(guò)程中較易損壞，生產(chǎn)工藝比較 復(fù)雜。2.4金屬絲網(wǎng)采用金屬絲

41、網(wǎng)成本相對(duì)較低，且孔隙大小沿氣流方向可以任意組合，使捕獲 的微粒在過(guò)濾體中沿過(guò)濾厚度方向分布均勻，增強(qiáng)了過(guò)濾效率及過(guò)濾時(shí)間；其 次，金屬絲網(wǎng)的耐高溫及抗震性能好，使用壽命長(zhǎng)；金屬絲網(wǎng)良好的導(dǎo)電性能, 使其更容易捕集到帶電微粒。但單純金屬絲網(wǎng)過(guò)濾體的捕集效率較低，為20% 50%。根據(jù)國(guó)內(nèi)王憲成、寧智等人的研究表明：利用金屬絲網(wǎng)良好的導(dǎo)電性， 在過(guò)濾體上游加上電暈荷電裝置，使微粒荷電，帶電微粒在經(jīng)過(guò)金屬絲網(wǎng)時(shí)由 于靜電映像力的作用吸附在金屬絲網(wǎng)上，可以使組合金屬絲網(wǎng)的過(guò)濾效率達(dá)到 50% 75%。3. 再生柴油機(jī)微粒捕捉器只能把微粒收集起來(lái)，它本身不能清除微粒。如果過(guò)濾體 中收集的微粒不能及時(shí)清

42、除，就會(huì)發(fā)生濾芯堵塞以致柴油機(jī)背壓急劇上升的現(xiàn) 象，影響柴油機(jī)的換氣和燃燒，降低性能。因此，再生技術(shù)是柴油機(jī)微粒捕捉 器實(shí)用化的關(guān)鍵。再生實(shí)際上就是利用熱能將沉積在過(guò)濾器內(nèi)的微粒燒掉。國(guó) 內(nèi)外研究的再生方法主要有：強(qiáng)制再生、噴油助燃再生、電加熱再生、微波加 熱再生、逆向噴氣再生和連續(xù)再生以及燃油添加劑輔助再生等。這些再生方法 可以分為3類，前4種為加熱再生，逆向噴氣再生屬低溫反清潔再生，后兩種 屬催化再生9。強(qiáng)制再生是出現(xiàn)較早的再生技術(shù)，它是在柴油機(jī)大負(fù)荷的情況下，強(qiáng)制性 地對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行進(jìn)氣或排氣節(jié)流，從而提高排氣溫度，使過(guò)濾體得到再生。強(qiáng) 制再生難以在公交車等經(jīng)常長(zhǎng)時(shí)間低速行駛的車輛上使用。

43、噴油助燃再生技術(shù)發(fā)展得較早，因此相對(duì)也比較成熟。該再生技術(shù)是通過(guò) 一套專門的系統(tǒng)，適時(shí)地向過(guò)濾體上游空間噴人一定量的燃油和供給一定的空 氣，由點(diǎn)火系統(tǒng)將噴入的燃油點(diǎn)燃，使過(guò)濾體的溫度上升，微粒著火燃燒，以 實(shí)現(xiàn)過(guò)濾體的再生。噴油助燃再生系統(tǒng)可分為三種形式，即旁通式、部分旁通 式及全流式。在旁通式中，柴油機(jī)廢氣在再生過(guò)程中從旁通通道排入大氣，因 此再生過(guò)程可以不受排氣流動(dòng)的影響，可在柴油機(jī)任何工況下實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)濾體的 再生。旁通式再生系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，并且易于控制。但研究發(fā)現(xiàn)，在噴油助燃再 生中，一定的氣流速度是保證安全可靠再生的重要因素。而單純依靠車用壓縮 空氣提供所需的空氣流動(dòng)速度難以辦到，且能耗也

44、很高。為此，美國(guó)通用汽車 公司開發(fā)了一種部分旁通式再生系統(tǒng)，即利用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣泵提供部分新鮮 空氣，再利用部分廢氣來(lái)滿足流動(dòng)要求和氧氣供給。但這種方法需要一個(gè)比較 復(fù)雜的廢氣流動(dòng)控制裝置，它應(yīng)能保證在任何工況下再生時(shí)，流過(guò)過(guò)濾體的氣 流速度滿足安全再生的要求。所謂全流式系統(tǒng)，是指過(guò)濾器再生時(shí)，排氣全部 流經(jīng)過(guò)濾器，這種系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，但對(duì)燃燒裝置的功率要求比較高，并且再生 過(guò)程比較難以控制。電加熱再生技術(shù)與噴油助燃再生技術(shù)相類似，只不過(guò)以電能代替噴油燃燒 熱能加熱空氣或廢氣，以實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)濾體的再生。這種再生技術(shù)對(duì)電功率要求比 較高，一般需要1.53 kW,為了有效地利用電能，一般都采用廢氣旁通裝

45、置。 因此這種再生技術(shù)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，可控性好，并且在柴油機(jī)任何工況下都能對(duì) 過(guò)濾體進(jìn)行可靠的再生。盡管電加熱再生技術(shù)具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但由于是表面 加熱，電熱絲的能耗效率低，而且一般陶瓷過(guò)濾體的導(dǎo)熱性很差，不利于火焰 的傳播，所以再生效率不高。這種表面加熱方式極易造成加熱的不均勻性，因 此會(huì)造成過(guò)濾體的再生不均或因局部過(guò)熱而引起燒熔或炸裂，并且電加熱再生 對(duì)車用電源的要求很高，這些都是在實(shí)用過(guò)程中需要解決的問(wèn)題。微波加熱再生是利用微波能獨(dú)有的選擇加熱及體積加熱特性，在過(guò)濾體內(nèi) 部形成空間分布的熱源，對(duì)沉積在過(guò)濾體上的碳煙顆粒進(jìn)行加熱，使碳煙顆粒 原位加熱、著火、燃燒,從而實(shí)現(xiàn)過(guò)濾體再生。微波加熱

46、是指在300MHz300GHz 頻率范圍內(nèi)對(duì)物體進(jìn)行加熱，它不同于一般的加熱方式，是材料在電磁場(chǎng)中由 介質(zhì)損耗而引起的體加熱。其能量是通過(guò)空間或媒質(zhì)以電磁波形式傳遞，加熱 過(guò)程與物質(zhì)內(nèi)部分子的極化密切相關(guān)。微波加熱再生的關(guān)鍵技術(shù)在于如何在諧 振腔內(nèi)激勵(lì)盡可能多的模式及控制腔內(nèi)碳煙顆粒的燃燒溫度，防止過(guò)濾體因溫 度過(guò)高而損壞。另外，微波對(duì)于不同的過(guò)濾體材質(zhì)有不同的微波加熱及再生特 性，應(yīng)該根據(jù)過(guò)濾體的材料性質(zhì)合理選取加熱功率，并設(shè)計(jì)合適的再生系統(tǒng)內(nèi) 部結(jié)構(gòu)。逆向噴氣再生是利用壓縮空氣反向清潔過(guò)濾體，然后收集從過(guò)濾體中吹出 來(lái)的微粒，集中進(jìn)行處理。該技術(shù)需要較大量的壓縮空氣，精心設(shè)計(jì)氣路，并 解決

47、微粒的二次燃燒。這種再生技術(shù)最大的特點(diǎn)是能將過(guò)濾體與微粒燃燒分開, 因此該系統(tǒng)不存在過(guò)濾體由于微粒燃燒發(fā)熱而產(chǎn)生爆裂或燒熔的問(wèn)題，另外也 解決了不燃物質(zhì)在過(guò)濾體內(nèi)累積的問(wèn)題。但由于需要每5min左右再生一次，因 此高壓空氣的消耗是一個(gè)大問(wèn)題。用于逆向噴氣再生的高壓空氣源同時(shí)用于空 氣制動(dòng)系統(tǒng)，在柴油機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，空氣的供給難以同時(shí)滿足制動(dòng)和逆向 噴氣再生的要求，這都是該技術(shù)實(shí)用化必須解決的問(wèn)題。連續(xù)再生和燃油添加劑再生都是利用催化劑降低微粒的氧化活化能，使微 粒能在相對(duì)校低的溫度下進(jìn)行再生。其中連續(xù)再生是利用催化劑將排氣中的NO 轉(zhuǎn)化為強(qiáng)氧化性的N02, N02能在正常的排氣溫度下與微粒發(fā)

48、生氧化反應(yīng)，使過(guò) 濾體得到再生。連續(xù)再生要求柴油機(jī)的含硫量在50X10-6（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下。燃油 添加劑再生是利用某些金屬氧化物降低微粒的著火溫度（約380C）,使其在柴油 機(jī)大負(fù)荷工作時(shí)氧化燃燒。由于柴油機(jī)的熱效率不斷提高，現(xiàn)代柴油機(jī)的排氣 溫度很低，使燃油添加劑的應(yīng)用受到挑戰(zhàn)。4. 廣州新力研究成功柴油機(jī)微粒捕捉器廣州新力金屬有限公司新近研制成功了柴油機(jī)尾氣微粒捕捉器，吸引了國(guó) 內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)廠家的注意。該產(chǎn)品問(wèn)世引起了國(guó)內(nèi)有關(guān)汽車生產(chǎn)廠家和環(huán)保部門 的重視。作為國(guó)內(nèi)自行開發(fā)研制的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理新產(chǎn)品，該公司已申請(qǐng) 了國(guó)家專利。廣州新力金屬有限公司董事長(zhǎng)張冶先生說(shuō)，新力金屬有限公司長(zhǎng)期致力

49、 于汽車零配件的研究和生產(chǎn)，原來(lái)主要生產(chǎn)用于汽車摩擦材料的各種鋼棉、銅 棉，產(chǎn)品主要供應(yīng)國(guó)外各大汽車生產(chǎn)商。從2002年開始，新力公司自行投資， 利用先進(jìn)的金屬纖維氈研制適合國(guó)內(nèi)柴油機(jī)使用的微粒捕捉器。經(jīng)過(guò)近兩年的 探索，開發(fā)出一套適應(yīng)中國(guó)國(guó)情的微粒捕捉器實(shí)施技術(shù)方案。該產(chǎn)品的基本原 理是，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的含有碳粒的黑煙，通過(guò)專門的管道進(jìn)入柴油機(jī)尾氣微 粒捕捉器，在其內(nèi)部經(jīng)過(guò)密密擺放的過(guò)濾網(wǎng)，將碳煙微粒吸附在過(guò)濾網(wǎng)上，當(dāng) 微粒的吸附量達(dá)到一定程度后，尾端的燃燒器自動(dòng)點(diǎn)火燃燒，將吸附在上面的 碳煙微粒燒掉，變成對(duì)人體無(wú)害的二氧化碳排出。整套裝置設(shè)計(jì)為雙室結(jié)構(gòu)， 過(guò)濾與再生分區(qū)進(jìn)行，使得過(guò)濾與再生

50、互不干擾，無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)處在何種工況下 系統(tǒng)都能自動(dòng)工作。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)檢測(cè)，90%以上的碳煙微?？梢员贿^(guò)濾掉。據(jù)了解，新力公司的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣微粒捕捉器體積與普通的消聲器相 近，采用裝配式結(jié)構(gòu)，安裝與維修都較為簡(jiǎn)便。特別適合中國(guó)國(guó)內(nèi)的城市車輛, 特別是城市公交車輛的改造和改裝。并且，在安裝柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣微粒捕捉器 后，還能附帶降低柴油機(jī)的排氣噪聲。33結(jié)論柴油車排氣污染在城市大氣污染中的比重逐漸增加，隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的 重視，排放法規(guī)的限制也日趨嚴(yán)格。明確顆粒排放物的來(lái)源并有針對(duì)性地采取 控制是滿足未來(lái)排放法規(guī)的需要。因此，建立顆粒排放物的組成與來(lái)源分析技 術(shù)是顆粒排放研究工作的重要一環(huán)。目前，這方

51、面的工作仍需要在顆粒采集， SOF色譜圖解譜，各組分來(lái)源與發(fā)動(dòng)機(jī)性能設(shè)計(jì)的相關(guān)性等方面開展更為細(xì)致的 研究和積累工作。微粒捕捉器(DPF)是最終實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)微粒排放控制的最簡(jiǎn)單、最有效的方法。 為了滿足嚴(yán)格的排放法規(guī)(歐DI以上)，必須采用DPF®術(shù)。壁流式蜂窩陶瓷和泡沫陶瓷是目前應(yīng)用最為廣泛的過(guò)濾材料。蜂窩陶瓷當(dāng) 前的發(fā)展趨勢(shì)是提高單位面積孔數(shù)和減少壁厚，以提高載體的催化和其他性能。過(guò)濾體的再生方法雖然很多，但目前尚無(wú)成熟的實(shí)用的方法。再生技術(shù)能 夠得到廣泛的推廣必須具備成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作可靠及使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 連續(xù)再生將是今后的發(fā)展方向之一，但由于柴油含硫量的限制，國(guó)內(nèi)在相當(dāng)

52、長(zhǎng) 的時(shí)期內(nèi)不會(huì)廣泛作用。因此，將兩種以上的再生方法聯(lián)合使用，也許才是適 應(yīng)我國(guó)國(guó)情的可行方案。參考文獻(xiàn)ljToshiakiSakaguchi, AkihideOhgushi, ShogoSuzuki, etdl. De2velopmentofH ighDurab訂ityDieselParticulateFilterbyUsingSiCF讓erZ SAE, 1999-0 1-0463.2 MayerA. ParticulateTrapsUsedinCity-busesinSwitzerlandJ. SAE, 2000- 01-1927.3 SignerM> CornettiG. Labo

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