【柴油機(jī)排氣后處理的幾種技術(shù)及凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文9100字）】

柴油機(jī)排氣后處理的幾種技術(shù)及凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)TOC\o"1-3"\h\u10759緒論 118991第1章柴油機(jī)排放的特性分析 122526第2章顆粒形成的原因 1196322.1顆粒的危害性 165062.2顆粒生成與氧化模式 2254002.3顆粒過(guò)濾捕集機(jī)制 29355第3章顆粒的成分及生成機(jī)理 2144133.1柴油機(jī)顆粒物的組成成分 266623.2柴油機(jī)顆粒物的生成機(jī)理 229008第4章日益嚴(yán)格的排放法規(guī) 3152984.1車(chē)用柴油機(jī)排放法規(guī)ECER49 3231494.2非道路用內(nèi)燃機(jī)排放法規(guī) 4306114.3我國(guó)排放法規(guī) 46941第5章簡(jiǎn)單分析柴油機(jī)排放控制的對(duì)策措施 5195175.1柴油機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn) 5326605.2后處理技術(shù)的應(yīng)用 5922第6章柴油機(jī)排氣后處理的幾種技術(shù)分析 617516.1排氣PM后處理技術(shù)分析 6212236.2排氣NOx后處理技術(shù) 78782第7章柴油機(jī)排氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8149827.1系統(tǒng)的工作原理 8151117.2系統(tǒng)的組成 922277.2.1微粒過(guò)濾器 9292027.1.2微波功能源 9161267.1.3車(chē)用電源 10318877.1.4控制系統(tǒng) 1022670第8章過(guò)濾器的消聲設(shè)計(jì) 11167488.1過(guò)濾器外形尺寸的確定 1180508.2過(guò)濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1119947總結(jié) 1229074參考文獻(xiàn) 13緒論柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由于其高熱效率，強(qiáng)動(dòng)態(tài)性能和良好的可靠性而得到了廣泛的研究和應(yīng)用。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，到2020年，中國(guó)柴油車(chē)數(shù)量可能達(dá)到整體汽車(chē)市場(chǎng)的30％。由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中燃料的不完全燃燒，顆粒物質(zhì)（PM）成為其主要污染物。顆粒物質(zhì)可長(zhǎng)時(shí)間漂浮在大氣中，污染環(huán)境，嚴(yán)重影響人體健康。研究表明，空氣中細(xì)顆粒物質(zhì)每增加100微米/立方米，心血管死亡率就會(huì)增加12.3％。因此，減少顆粒物排放，減少環(huán)境污染，減少對(duì)人體健康的影響具有重要意義。第1章柴油機(jī)排放的特性分析柴油機(jī)雖然比汽油機(jī)晚出,但與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，它具有更高的熱效率，經(jīng)濟(jì)性，長(zhǎng)壽和行駛距離，并可減少溫室氣體二氧化碳排放?，F(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)完全不同，環(huán)保，節(jié)能，低損耗，經(jīng)濟(jì)。特別是，一氧化碳和碳?xì)浠衔锏呐欧帕績(jī)H為同一排量汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的1/5至1/10。過(guò)量空氣系數(shù)α可以從1.2變?yōu)闊o(wú)窮大。采用高壓縮比(β=16-24),無(wú)節(jié)流損失。為了保證汽油機(jī)的點(diǎn)火,預(yù)混燃燒方式需要0.8-1.2的比例:為了防止爆燃,需要β<12的比例(一般小于10)。混合氣的形成主要發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)外部,通常存在大量的進(jìn)氣節(jié)流損失。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的CO和HC排放量遠(yuǎn)小于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的CO和HC排放量，不到汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的1/10。即只有在汽油機(jī)裝有三元催化轉(zhuǎn)化器的情況下的水平。但是顆粒物和氮氧化物的形成機(jī)理大體上是完全相反的,這使得控制顆粒物排放與氮氧化物排放方法存在矛盾。雖然在φa>0.6的區(qū)域內(nèi)沒(méi)有產(chǎn)生煙霧，但是產(chǎn)生的NO量隨著φa的增加而增加，并且在大約φa=1.1時(shí)達(dá)到峰值。這是通常意義上難以減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的煙灰和NO排放。第2章顆粒形成的原因2.1顆粒的危害性我們提到的顆粒物是液體燃料、固體碳基顆粒和碳基顆粒表面無(wú)機(jī)物的統(tǒng)一名稱(chēng),它們是通過(guò)稀釋柴油機(jī)的排氣環(huán)境而產(chǎn)生的,而不是冷凝水。顆粒物質(zhì)的組成包括可溶性有機(jī)物質(zhì)和不溶性有機(jī)組分，其含有部分硫化物，水和硫酸鹽。顆粒對(duì)人體的影響與顆粒的體積和內(nèi)質(zhì)組成有關(guān)。2.2顆粒生成與氧化模式顆粒物質(zhì)主要由吸附在其表面上的煙灰和可溶性有機(jī)物組成，其由燃料的不完全燃燒產(chǎn)生。烴類(lèi)燃料處于高溫和缺氧狀態(tài)。低分子量化合物的個(gè)別氧化和裂解同時(shí)發(fā)生。燃料中的烴分子在反在此過(guò)程中應(yīng)生成不飽和烴。在此基礎(chǔ)上，連續(xù)脫氫進(jìn)一步聚合形成長(zhǎng)鏈和環(huán)狀芳烴以形成煙灰核。在形成煙灰晶核后，它們通過(guò)相互聚合形成煙灰骨架，最后形成煙灰顆粒。這個(gè)過(guò)程形成的碳煙被稱(chēng)之為干碳煙。這些物質(zhì)聚合成球形聚合物排放。因此,在燃燒過(guò)程中有一個(gè)循環(huán)特性,在燃燒結(jié)束時(shí)煙灰被氧化。如果氣缸處于高壓狀態(tài),則顆粒氧化速率將增加。由此可見(jiàn),粒子的形成與氧化之間存在著無(wú)限循環(huán)。2.3顆粒過(guò)濾捕集機(jī)制擴(kuò)散機(jī)理是廢氣中的顆粒受到加熱后的氣體分子的沖擊，然后從原來(lái)的軌跡移開(kāi)。有些粒子移到壁上并被吸收。攔截機(jī)制只關(guān)注粒子的體積。人們認(rèn)為，分化后的顆粒將粘附在流線型和圓形的過(guò)濾器體上。顆粒尺寸超過(guò)孔道的顆粒將被慣性碰撞機(jī)制吸收，而慣性碰撞機(jī)制忽略了顆粒體積。在空氣收縮引起的流線彎曲狀態(tài)下，它沿前一個(gè)方向附著慣性流，并被壁面沖擊吸收。在捕獲過(guò)程中，上述模型的影響受粒子密度、直徑、氣流和通道的影響。攔截、延伸和碰撞同時(shí)發(fā)生。第3章顆粒的成分及生成機(jī)理3.1柴油機(jī)顆粒物的組成成分柴油顆粒物通常被認(rèn)為是由固體煙灰、可溶性有機(jī)物和無(wú)機(jī)鹽組成。固體煙塵是在高溫缺氧條件下形成的,但由于柴油機(jī)的油氣混合比與理想值不同,整體富氧燃燒并不意味著各處都有足夠的氧氣。局部缺氧仍可形成固體煙塵，而可溶性有機(jī)物主要來(lái)源于非燃燒燃料和柴油機(jī)油;無(wú)機(jī)鹽金屬鹽更多是由于燃料中的硫元素在高溫下燃燒產(chǎn)生硫化物，進(jìn)一步與其他成分反應(yīng)生成金屬元素。3.2柴油機(jī)顆粒物的生成機(jī)理柴油機(jī)的排氣主要是由于燃燒室內(nèi)空氣不足和燃料與空氣的混合造成的。碳煙的形成機(jī)理一般是碳?xì)淙剂显诟邷厝毖鯒l件下分解產(chǎn)生的。然而,從燃料分子形成到煙塵顆粒的化學(xué)動(dòng)力學(xué)和物理過(guò)程的詳細(xì)機(jī)理仍然不是很清楚。對(duì)于已經(jīng)生產(chǎn)的煙灰，如果能夠滿足足夠的氧化氣氛和高溫,可以減少氧化反應(yīng),減少體積,氧化完全。因此,在整個(gè)燃燒過(guò)程中,碳煙必須經(jīng)歷兩個(gè)形成和氧化階段。當(dāng)然,煙灰的氧化速率根據(jù)局部氧化條件而變化。第4章日益嚴(yán)格的排放法規(guī)隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，柴油機(jī)尾氣污染已引起世界各國(guó)政府的關(guān)注。同時(shí)，還頒布了一系列適合各國(guó)或地區(qū)特殊情況的排放法規(guī)。在試驗(yàn)方法、試驗(yàn)周期、使用對(duì)象、適用范圍、計(jì)算方法等方面提出了不同的要求,最終排放結(jié)果也不盡相同。事實(shí)上,不太可能在各種法律法規(guī)之間找到更精確的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系。目前,我國(guó)在制定規(guī)章時(shí)一般遵循"平等收養(yǎng)"的原則。1999年3月,引入了新的國(guó)家排放法規(guī)GB/T17691-1999。由于法規(guī)和原國(guó)家法規(guī)GB6546-86的較大變化，為了更好地繼續(xù)以前的排放研究工作，應(yīng)區(qū)分各種法規(guī)和新舊法規(guī)的不同要求和計(jì)算方法。差異尤為重要。在考慮柴油機(jī)排放法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，首先要弄清楚法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。用于不同目的的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)將適用于不同的法規(guī)要求，并且不同的法規(guī)規(guī)定了不同的測(cè)試規(guī)范和測(cè)試方法。因此，根據(jù)不同規(guī)定的排放測(cè)試的最終結(jié)果將與排放測(cè)試的結(jié)果不同。發(fā)動(dòng)機(jī)可分為道路發(fā)動(dòng)機(jī)和越野發(fā)動(dòng)機(jī)。公路用發(fā)動(dòng)機(jī)是指為公路運(yùn)輸而設(shè)計(jì)的車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī),非公路用發(fā)動(dòng)機(jī)具有動(dòng)力范圍廣、工業(yè)鉆機(jī)，建筑機(jī)械推土機(jī)，拖拉機(jī)，裝載機(jī)，農(nóng)業(yè)機(jī)械，發(fā)電機(jī)和船用機(jī)械等特征。目前，世界上有三種主要的汽車(chē)排放法規(guī)，即美國(guó)，歐洲和日本。對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)而言,歐洲排放法規(guī)ECER49由于其對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求相對(duì)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng),在世界許多國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于非道路內(nèi)燃機(jī),IS08178的9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)在制定法律法規(guī)時(shí),一般遵循"平等采用"的原則,最近出臺(tái)了新的國(guó)家排放法規(guī)。因此,區(qū)分新舊法規(guī)的不同要求和計(jì)算方法尤為重要。本文將這兩項(xiàng)法規(guī)與中國(guó)的排放法規(guī)進(jìn)行了比較。4.1車(chē)用柴油機(jī)排放法規(guī)ECER49ECER49法規(guī)于1981年1月22日由聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)的歐洲經(jīng)委會(huì)首次頒布。規(guī)定使用工作條件法檢測(cè)柴油機(jī)尾氣污染物，即C0，HC和NOx。1990年,歐洲經(jīng)委會(huì)首次將歐洲經(jīng)委會(huì)第49號(hào)修訂為歐洲經(jīng)委會(huì)第4901號(hào),這也是歐盟標(biāo)準(zhǔn)。到1991年,柴油機(jī)車(chē)輛的微粒排放控制開(kāi)始實(shí)施。1993年12月1日，ECER49作為壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)排放認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定發(fā)布。這是排放法規(guī)的第93版。內(nèi)容完整、清晰,被許多歐洲國(guó)家采用,具有廣泛的國(guó)際特點(diǎn)。目前,歐洲已經(jīng)頒布了歐洲用戶(hù)界面法規(guī),并提出了改進(jìn)的i3試驗(yàn)循環(huán),以模擬實(shí)際重型柴油機(jī)車(chē)輛在EGR和氧化催化作用下的運(yùn)行狀況。此外,歐洲、美國(guó)和日本正在就全球排放法規(guī)進(jìn)行談判,以期在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。發(fā)展中國(guó)家正經(jīng)歷著快速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。一些大中型城市還考慮到環(huán)境污染,已對(duì)重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施排放法規(guī)。大多數(shù)國(guó)家，如泰國(guó)，新加坡，墨西哥，澳大利亞，阿根廷，臺(tái)灣和香港，將在二十一世紀(jì)采用歐洲排放法規(guī),這對(duì)世界來(lái)說(shuō)無(wú)疑具有重要意義。船上柴油發(fā)動(dòng)機(jī)制造商產(chǎn)生了巨大影響。4.2非道路用內(nèi)燃機(jī)排放法規(guī)非汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)雖然數(shù)量較少,但其排放基本上沒(méi)有得到控制,但對(duì)環(huán)境污染的影響大于其數(shù)量的比例。因此,世界各國(guó)政府和相關(guān)聯(lián)合國(guó)機(jī)構(gòu)也非常重視非車(chē)輛內(nèi)燃機(jī)的排放。自1991年7月以來(lái)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定了9項(xiàng)非道路內(nèi)燃機(jī)排放國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(IS08178-11-IS08178-19)。需要指出的是,歐洲經(jīng)濟(jì)共同體(EEC)為制定統(tǒng)一的越野車(chē)內(nèi)燃機(jī)排放測(cè)量和測(cè)試方法該標(biāo)準(zhǔn)做出了巨大貢獻(xiàn)。例如，在IS08178-4“往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)排放測(cè)量第4部分”“不同應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試循環(huán)”中，盡管有幾個(gè)測(cè)試循環(huán)，但它們的基本循環(huán)是基于ECER49法規(guī)第13個(gè)工作條件下的11個(gè)工作條件,并在考慮到根據(jù)不同的用途,計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作條件。由此可見(jiàn),歐洲指定的法規(guī)對(duì)世界柴油機(jī)排放法規(guī)的制定有深遠(yuǎn)影響。4.3我國(guó)排放法規(guī)自1984年以來(lái)，中國(guó)實(shí)施了前六項(xiàng)汽車(chē)尾氣污染物控制標(biāo)準(zhǔn)，即GB3842-183-GB3847-83。僅規(guī)定了柴油機(jī)排氣煙霧（包括自由加速的煙霧和滿載煙霧）的測(cè)量方法和限值。1987年7月1日，國(guó)家機(jī)械工業(yè)委員會(huì)批準(zhǔn)實(shí)施“柴油機(jī)柴油試驗(yàn)方法”（GB6456-86）和“限制”（GBN267-87）。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的基本HC，CO和NOX排放首次使用操作條件法確定。這一排放法規(guī)也是我們一直延續(xù)到今天的排放法規(guī)。試驗(yàn)方法參照美國(guó)原《13臺(tái)重型卡車(chē)柴油機(jī)工況試驗(yàn)規(guī)程》,限值相當(dāng)于20世紀(jì)70年代美國(guó)的水平,1990年7月23日至26日,中國(guó)機(jī)械工業(yè)部汽車(chē)司召開(kāi)了關(guān)于公式編制的研討會(huì)。濟(jì)南重型汽車(chē)集團(tuán)研究所柴油車(chē)及柴油機(jī)排放規(guī)定。1999年3月,國(guó)家正式頒布了GB17691-1999“壓縮式燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)排放限值和壓燃式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)和壓燃式點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法”等排放法規(guī)，并采用了ECER49法規(guī)及其限制。因此,在以下比較中,采用ECER49代表新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)周期和計(jì)算方法方面與原國(guó)家法律法規(guī)有所改進(jìn)?！安裼蜋C(jī)尾氣污染物排放限值和測(cè)量方法”（中國(guó)一，二級(jí)），參照歐盟標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)歐盟指令97/68/EC，對(duì)農(nóng)業(yè)和漁業(yè)機(jī)械的要求有所提高;第一階段增加了低于37千瓦的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制，第二階段增加了低于18千瓦的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放?？刂?。第三階段的未來(lái)實(shí)施要求尚不清楚。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一級(jí)柴油機(jī)型號(hào)的認(rèn)證時(shí)間為2007年10月1日，執(zhí)行時(shí)間為2008年10月1日。第二型柴油機(jī)型號(hào)認(rèn)證時(shí)間為2009年10月1日，執(zhí)行時(shí)間是2010年10月1日?？偟膩?lái)說(shuō),歐盟和美國(guó)環(huán)境保護(hù)署已經(jīng)就柴油機(jī)達(dá)成排放標(biāo)準(zhǔn)。歐盟StagellI/IV與美國(guó)3級(jí)/4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)基本相同。歐盟Stageiv和EPA的最終第四階段排放法規(guī)將于2014年生效。在實(shí)施過(guò)程中，歐洲和美國(guó)的非道路排放法規(guī)反映了電力部分實(shí)施的特點(diǎn)和分階段實(shí)施，而中國(guó)的非道路排放法規(guī)在所有電力部門(mén)同時(shí)實(shí)施，沒(méi)有過(guò)渡期（或靈活的解決方案）。這表明中國(guó)的柴油機(jī)排放法規(guī)相對(duì)較多于歐盟及美國(guó),還需要進(jìn)一步完善。第5章簡(jiǎn)單分析柴油機(jī)排放控制的對(duì)策措施燃料改進(jìn)可以有效地降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的固體顆粒含量。從顆粒物質(zhì)的上述三個(gè)主要組成部分，可以克服燃燒機(jī)理，可以研究燃料添加劑技術(shù)，可以降低燃料中的硫含量，并且可以進(jìn)一步減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的顆粒物質(zhì)，提高排放水平。5.1柴油機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)（1）由于燃料的燃燒時(shí)間和過(guò)量空氣系數(shù)會(huì)在一定程度上影響污染物的排放，因此通常優(yōu)化柴油機(jī)燃燒室噴射器裝置的形狀，體積，進(jìn)氣阻力，渦流比和結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的微粒排放。操作過(guò)程中，既提高了經(jīng)濟(jì)性,又能最大程度降低污染物的排放。(2)通過(guò)選擇高壓油泵和更精確的噴油技術(shù),進(jìn)一步改善柴油機(jī)的最佳結(jié)構(gòu)配置。(3)采用渦輪增壓器可有效提高混合氣中的氧含量,燃燒燃料以富集氧氣并減少顆粒物質(zhì)排放。（4）在汽車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的使用過(guò)程中，油的不完全燃燒會(huì)在一定程度上影響顆粒物的形成。因此,為了提高柴油的質(zhì)量,優(yōu)化缸套、活塞環(huán)和活塞的匹配技術(shù),以及缸套的TAT研磨技術(shù),以降低油耗,有效降低顆粒物排放。5.2后處理技術(shù)的應(yīng)用（1）氧化催化轉(zhuǎn)化器（DOC）通過(guò)減少可溶性有機(jī)物的形成間接地減少顆粒物質(zhì)的排放。在這些階段中，主處理單元是基于陶瓷的催化劑。表面組合物通常是鉑條。它們可以有效地減少顆粒中可溶性有機(jī)物的組成。鉑條的含量隨鉑條的含量而變化,減少顆粒物的排放也是不同的。DOC可有效降低廢氣中的HC和CO含量，調(diào)節(jié)NOX中N2和O2的比例，從而提高廢氣中尿素的低溫活性和SCR的催化反應(yīng)速率，在主動(dòng)再生過(guò)程中柴油機(jī)尾氣微粒捕集器（DPF）。HC的氧化增加了排氣溫度。（2）柴油顆粒收集器（DPF）是目前最直接有效的顆粒物凈化裝置，其技術(shù)相對(duì)成熟。目前，最常用的陶瓷載體是碳化硅作為主要材料和以金屬泡沫為代表的金屬載體。DPF的過(guò)濾效率取決于載體的孔徑和顆粒組成，并且通?？梢赃_(dá)到85％以上。DPF應(yīng)用的最大挑戰(zhàn)是在過(guò)濾條件下的顆粒再生。未來(lái)對(duì)DPF的研究將集中在再生方法的設(shè)計(jì)和優(yōu)化上。在了解DPF過(guò)濾過(guò)程和再生機(jī)理的基礎(chǔ)上，充分利用被動(dòng)再生效應(yīng)，優(yōu)化主動(dòng)再生控制策略，降低燃油經(jīng)濟(jì)性損失是DPF未來(lái)的研究方向。第6章柴油機(jī)排氣后處理的幾種技術(shù)分析6.1排氣PM后處理技術(shù)分析PM是柴油機(jī)排氣中的主要污染物,主要由未燃燒的碳顆粒組成。此外,由于吸附和縮合，可溶性有機(jī)化合物，H2O和硫酸鹽也粘附在碳顆粒的表面上。柴油PM后處理技術(shù)包括催化氧化和過(guò)濾。自20世紀(jì)90年代初以來(lái)，催化氧化技術(shù)已用于減少卡車(chē)和城市客車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的PM排放。放。催化劑是蜂窩型，主要活性成分是貴金屬。催化劑可為了部分氧化PM中的可溶性有機(jī)物和氣態(tài)污染物HC和CO，去除效率與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，廢氣溫度和燃料S含量密切相關(guān)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷低時(shí)，PM具有高含量的可溶性有機(jī)物質(zhì)。催化氧化對(duì)PM減排的影響明顯;然而，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷高時(shí)，PM的可溶性有機(jī)物含量低。催化氧化對(duì)PM減排的影響較弱。在正常工作條件下,典型的PM減排值為20%-50%。隨著廢氣溫度升高，減排率增加。然而，更高的排氣溫度也導(dǎo)致更高的硫和硫酸鹽排放。燃料硫含量也是影響催化劑性能的主要因素。美國(guó)新型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的最新示范研究表明，當(dāng)S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為368×10-6時(shí)，催化氧化可使PM排放減少23％-29％，HC排放減少52％-58％。如果將S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)更改為54x10-6柴油，PM可降低13％。圖1柴油機(jī)PM排放的粒徑分布過(guò)濾是減少PM排放的最直接方法，包括壁流式蜂窩陶瓷，陶瓷泡沫，陶瓷纖維，金屬纖維和金屬絲網(wǎng)。目前，壁流式蜂窩陶瓷一體化過(guò)濾器的研究最為全面，并已長(zhǎng)期實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。由于蜂窩通道的兩端交替地被阻擋，氣流從入口端進(jìn)入蜂窩孔并從另一端通過(guò)孔壁排出，并且PM被堵塞在孔壁的表面上。無(wú)論使用哪種過(guò)濾器,原理是通過(guò)慣性碰撞，攔截，擴(kuò)散和重力沉降將PM與氣流分離。隨著表面和床層中PM的積累,過(guò)濾阻力增大。為了防止過(guò)濾器的高背壓影響發(fā)??動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行，必須再生過(guò)濾器。再生技術(shù)包括非催化和催化。非催化再生的原理是周期性地提高溫度并促進(jìn)碳的燃燒。具體方法包括：預(yù)燃過(guò)濾器，電加熱器，增加廢氣中的HC含量，微波輻射等。此外，逆流吹掃也被認(rèn)為是一種有效的方法。催化再生包括將催化劑施加到過(guò)濾器的表面或?qū)⒋呋瘎┳⑷霘饬髦幸栽谳^低溫度下氧化碳顆粒。在美國(guó)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54×10-6時(shí)，催化再生過(guò)濾器中PM的去除率達(dá)到87％。目前，世界上許多公共汽車(chē)和卡車(chē)都配備了PM過(guò)濾器。其中一些已經(jīng)使用了近5x1O5KM。圖2催化氧化導(dǎo)致PM質(zhì)量濃度變化率6.2排氣NOx后處理技術(shù)柴油機(jī)尾氣中的NO2低于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的NO2，但柴油機(jī)的NO2控制和PM控制存在所謂的權(quán)衡效應(yīng)。而發(fā)動(dòng)機(jī)外的NOX控制由于排氣中含氧量大而變得非常困難。事實(shí)上,由于在富氧條件下凈化氮氧化物的挑戰(zhàn),近10年來(lái)柴油機(jī)和稀燃汽油氮氧化物的凈化已成為學(xué)術(shù)界和汽車(chē)工業(yè)的研究熱點(diǎn)。柴油機(jī)尾氣中NO2的主要成分是NO2?；贜O分解的熱力學(xué)可能性，已經(jīng)嘗試通過(guò)催化分解將NO轉(zhuǎn)化為N和O。然而,催化劑在氧氣和二氧化硫的作用下很快失活,因此，該方法的實(shí)際應(yīng)用前景尚不確定。目前，柴油機(jī)尾氣中NO-x的凈化研究主要來(lái)自選擇性催化還原和吸附催化還原兩個(gè)技術(shù)路線。圖3吸附一催化還原NOX機(jī)理吸附催化還原氮氧化物是基于貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)燃燒的氮氧化物凈化技術(shù)。在精益階段，氮氧化物被吸收和儲(chǔ)存,而在短富燃階段,排放NO2,并從廢氣中減少HC。除添加堿土金屬氧化物(如BA)的氮氧化物吸附劑外,催化劑的組成與傳統(tǒng)三元催化劑相似。用于還原氮氧化物的活性成分是鉑和銠。影響吸附劑還原催化劑性能的主要因素是吸附劑在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度下吸附氮氧化物。能力和抗二氧化硫和二氧化碳中毒的能力。提高吸附劑的性能是今后研究的目標(biāo)。對(duì)于超低硫燃料，現(xiàn)有的吸附催化還原技術(shù)可將NO2降低90％，但會(huì)降低燃料經(jīng)濟(jì)性，高硫燃料的吸附催化技術(shù)仍在開(kāi)發(fā)中。圖4同時(shí)脫微粒和NOX催化劑構(gòu)造圖第7章柴油機(jī)排氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.1系統(tǒng)的工作原理隨著煙灰顆粒沉積在陶瓷過(guò)濾器中，柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的阻力增加并且排氣背壓增加。因此，需要周期性地去除沉積在過(guò)濾體中的顆粒，即，實(shí)現(xiàn)過(guò)濾體的再生。實(shí)驗(yàn)表明,在500~600℃時(shí),沉積在濾體中的粉塵顆粒才開(kāi)始氧化,而柴油機(jī)的廢氣只有在接近最大轉(zhuǎn)速和負(fù)荷時(shí)才能達(dá)到該溫度。實(shí)際上,柴油機(jī)很少在這種情況下工作。因此,當(dāng)顆粒過(guò)濾器需要再生時(shí),只能使用強(qiáng)顆粒并通過(guò)加熱再生。新開(kāi)發(fā)的柴油機(jī)尾氣顆粒后處理系統(tǒng)采用微波再生技術(shù)。微波再生是利用微波選擇加熱和體積加熱的特性在空間上分布在過(guò)濾體中的一種熱源。沉積在過(guò)濾體和過(guò)濾體上的具有強(qiáng)微波吸收能力的顆粒被加熱以吸收和燃燒煙灰顆粒。微波從系統(tǒng)中的微波源發(fā)出。微波電源由汽車(chē)電源供電。當(dāng)濾波器體再生時(shí),車(chē)輛電源將車(chē)輛蓄電池的24伏直流電轉(zhuǎn)換成微波源的220伏交流輸出。為了保證過(guò)濾器的穩(wěn)定有效再生,在再生過(guò)程中，旁通閥在電磁閥的推動(dòng)下操作，關(guān)閉從排氣管到過(guò)濾器的通道。同時(shí)打開(kāi)旁路通道,避免再生過(guò)程中氣流對(duì)過(guò)濾器的直接影響。圖5顆粒物捕集器捕集原理在再生過(guò)程期間，旁通閥的啟動(dòng)，車(chē)輛電源和微波源的操作以及再生定時(shí)都由自動(dòng)控制系統(tǒng)執(zhí)行。可以保證在柴油機(jī)的任何工況下都能方便、正常地進(jìn)行過(guò)濾器體的再生。7.2系統(tǒng)的組成7.2.1微粒過(guò)濾器微粒過(guò)濾器是柴油機(jī)廢氣微粒后處理系統(tǒng)的主體。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，根據(jù)中國(guó)國(guó)情，選擇氧化鉻泡沫陶瓷和堇青石泡沫陶瓷作為過(guò)濾材料。根據(jù)消噪原理，顆粒過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，可最大限度地消耗排氣聲能。同時(shí),微粒過(guò)濾器可以達(dá)到消聲的目的。7.1.2微波功能源過(guò)濾器主體的熱再生提供來(lái)自微波功率的外部能量。微波功率由磁控管提供。微波源產(chǎn)生的能量需要通過(guò)微波傳輸線傳輸。在各種微波傳輸線中，金屬波導(dǎo)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固，無(wú)導(dǎo)體，熱損失和介電損耗低，擊穿強(qiáng)度高，無(wú)輻射損耗的優(yōu)點(diǎn)。它可以傳輸高功率微波能量，是微波加熱系統(tǒng)的理想傳輸線。實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)算表明，高微波功率有利于過(guò)濾器的再生，再生效率高，再生時(shí)間短，但過(guò)濾器的最高溫度也很高。為了使過(guò)濾器的再生安全可靠，并考慮到車(chē)輛電池提供的能量輸出，使用微波輸出為600瓦的磁控管，其工作頻率為2,450MHz。根據(jù)磁控管的工作頻率和輸出功率，標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)BJ-22用作系統(tǒng)的微波功率傳輸線。內(nèi)部橫截面幾何形狀為109.2mmx54.6mm，實(shí)際允許的工作頻率范圍為f=1700MHz一2600MHz,工作波長(zhǎng)范圍λ=1153mm一1763mm。7.1.3車(chē)用電源車(chē)輛電源主要為微波電源提供600瓦至800瓦的220伏交流輸出功率。它是一個(gè)24伏汽車(chē)電池的直流反轉(zhuǎn)，其框圖如圖當(dāng)車(chē)輛電源工作時(shí),接通24伏蓄電池,通過(guò)軟起動(dòng)和脈寬調(diào)制控制電路接通電源裝置,完成電源轉(zhuǎn)換。變壓器升壓后，輸出220VAC。保護(hù)電路保護(hù)電源單元。定時(shí)控制電路可以控制電源的工作時(shí)間。將脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)電源的開(kāi)發(fā)中。它能有效抑制諧波,動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。它在頻率和效率上有明顯的優(yōu)勢(shì)。在脈寬調(diào)制控制電路在中間，使用單芯片脈沖寬度調(diào)制開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)整芯片。功率器件采用新一代全控制功率集成器件，控制簡(jiǎn)單。輸出功率高,可實(shí)現(xiàn)全控。7.1.4控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的功能是根據(jù)過(guò)濾顆粒的沉積條件自動(dòng)啟動(dòng)電源，微波源和相關(guān)電磁閥，再生過(guò)濾體，并根據(jù)再生時(shí)間停止再生。當(dāng)需要再生時(shí),應(yīng)以柴油機(jī)排氣背壓的增加為基礎(chǔ)。當(dāng)過(guò)濾體的排氣背壓是清潔過(guò)的過(guò)濾體的23倍時(shí),即當(dāng)排氣背壓為20-25千帕?xí)r,過(guò)濾體需要再生。然而,柴油機(jī)的排氣背壓隨濾清器體的尺寸和柴油機(jī)的工作狀況而變化,因此,僅依靠柴油機(jī)在汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的排氣背壓,很難確定濾清器體中顆粒物的沉積情況。微粒沉積與柴油機(jī)累計(jì)油耗密切相關(guān)。因此，累積燃料消耗用作檢測(cè)參數(shù)以確定何時(shí)再生顆粒后處理系統(tǒng)控制系統(tǒng)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的累積燃料消耗可以通過(guò)過(guò)濾器的清潔度來(lái)確定。它還可以通過(guò)正常負(fù)載和速度下的再生要求來(lái)確定。該參數(shù)可在自動(dòng)油耗表中設(shè)定。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，當(dāng)由自動(dòng)燃料消耗計(jì)記錄的累積燃料消耗達(dá)到設(shè)定值時(shí)，發(fā)出電脈沖以啟動(dòng)機(jī)動(dòng)車(chē)輛的電源以使微波源工作。并通過(guò)電磁閥推動(dòng)旁路閥排氣。旁路。再生時(shí)間可在車(chē)輛電源的定時(shí)控制部分設(shè)置。當(dāng)電源工作到一定時(shí)間后,可以自動(dòng)關(guān)閉電源。除自動(dòng)完成外,整個(gè)過(guò)程還可以根據(jù)需要手動(dòng)操作。第8章過(guò)濾器的消聲設(shè)計(jì)8.1過(guò)濾器外形尺寸的確定在確定濾波器的形狀和尺寸時(shí),不僅要考