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1、柳州职业技术学院毕业论文档案材料专 业 汽车检测与维修技术 班 级 汽车检测与维修技术（3）班学生姓名 徐秀城 学 号 20070108095 论文题目 柴油机尾气排放净化技术 指导教师 李光辉 内装材料清单：1、毕业论文任务书 2、毕业论文 3、毕业论文成绩评定表柳州职业技术学院2009届毕业论文题目：柴油机尾气排放净化技术姓 名 徐秀城 学 号 20070108095 专 业 汽车检测与维修技术 年 级 2007级 指导老师 李光辉 完成时间 2010年01月 柳州职业技术学院毕业设计论文任 务 书汽车与环境工程系（部）2007汽车检测与维修技术 专业 3 班学生 学号2007010809
2、5 一、毕业设计（论文）题目：柴油机微粒排放的净化技术二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：2009年10月25日起至2010年01月01日 止 三、毕业设计（论文）进行地点： 柳州职业技术学院图书馆 四、任务书的内容：目的：了解柴油机微粒排放的成因和污染危害，掌握柴油机微粒排放的净化技术的运用。任务：在图书馆或其他地方收集有关资料，整理提取有价值的资料撰写论文论述目的。 工作日程安排：2009年9月8日-2008年9月30日 定期完成开题报告 2009年10月1日-2009年10月20日 查找相关资料 2009年10月21日-2009年11月20日 完成论文初稿 2009年11月21日-2
3、009年12月20日 完成论文修改 2009年12月21日-2010年1月1日 提交论文成稿并进行答辩 设计（论文）要求：(1)进行综合运用所学知识去解决实际问题和工作实践技能的水平、独立工作能力有所提高。结合本专业所学知识进行分析，并提出解决方案。(2)论文应该在教学计划所规定的时限内完成。(3) 不能抄袭他人文章或论文，一经查出，视为抄袭处理。学生所作论文一定是要结合实际，有本人具体设计内容，不能是摘抄一些杂志、书籍的内容，或者是一些空泛内容的文字描述。(4)按论文格式要求书写。主要参考文献：1 肖永清，车用柴油机的使用与维修实例 北京；人民邮电出版社。20072 曾小珍，柴油机维修技术
4、北京；电子工业出版社。20053 刘天齐，三废处理工程技术手册（废气卷）。北京；化学工业出版社。19994中国易修网， http/5中国知网，学生开始执行任务书日期 2009 年7月 1 日 指导教师签名： 年 月 日 学生送交毕业设计（论文）日期： 20 年 月 日 学生签名： 年 月 日目 录摘 要.1关键词.1引 言.11柴油发动机整机的使用. 21.1柴油发动机的总体构造.21.2四冲程柴油发动机的工作原理.32.柴油机尾气排放主要成分.32.1一氧化碳（CO）.32.2氮氧化物（NO）.42.3碳氢化合物（HC）.42.4颗粒物（PM）.43.当前柴油机尾气排放的主要净化措施.53.
5、1废气再循环（EGR）系统.53.1.1废气再循环(EGR)系统工作原理. 53.1.2增压柴油机EGR的实现.63.1.3废气再循环排气的冷却. 73.1.4柴油机EGR的控制.73.1.5柴油机EGR系统的结构.83.2催化转化技术.93.3颗粒物的净化技术.103.4四效催化转换器.17 3.4.1四效催化转换器原理.17 3.4.2四效催化转换器举例 174 柴油机尾气排放异常故障诊断.204.1柴油机排烟的生成.204.2排气管冒白烟.204.2.1冒白烟的特征及原因. 204.2.2冒白烟的故障原因. 224.2.3故障维修步骤. 224.3排气管冒蓝烟.234.3.1冒蓝烟的原因
6、. 234.3.2故障维修方法. 234.4排气管冒黑烟.244.4.1冒黑烟的影响因素. 244.4.2冒黑烟故障的诊断程序. 255.结论.25参考文献.27致 谢.28摘 要：与汽油机相比，现代车用柴油机具有动力性较高和经济性较好两大优点，而且具有较高效率、低油耗、寿命长、使用可靠等特点。目前，欧洲的轿车消费市场上，柴油轿车占了40%。我国的柴油车发展较晚，但发展迅速。到2002全国汽车产量为325万辆，柴油车占99.8万多辆，约占汽车总量的30%。增加如此之快，难免给环境造成较大的影响。随着柴油汽车的社会拥有量的迅速增大，伴随着工业文明的迅速发展而出现的环境问题不断增多。环境保护问题越
7、来越引起人们的高度重视。柴油机工作时排放的产物可分为两类：一类是可见产物，即颗粒物，如碳粒、重碳氢化合物、硫酸盐、油气、水汽及灰分等，另一类是一般情况下肉眼看不见的物质，如一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOx)和二氧化硫（SO2）、碳氢化合物（HC）等。CO对人体有毒，而且在大气中不易自净；SO2有难闻的刺鼻气味；HC、NO在一定地理气候条件下，经太阳光的作用会形成毒性很强的光化学烟雾；NO和SO2易溶于水形成酸雨。显然，柴油机工作排出的燃烧产物不仅会对人类生存环境造成污染与破坏，而且由于柴油燃烧不完全，造成了能源的浪费。碳烟越浓，排放的可燃物越多，对环境造成的污染越严重，能源的浪费就越大。控
8、制重点是氢氧化物和颗粒污染物。面对当前的形势，汽车制造商采用了许多尾气净化的设备和技术，本文介绍几种当前先进的柴油机尾气排放净化技术。关键词:柴油机尾气；排放污染；尾气净化引 言随着汽车工业的飞速发展，汽车保有量急剧膨胀，汽车排放问题受到极大关注，因为汽车排放严重影响着生态环境、人身健康、制约着经济的发展。为了能更好地治理环境污染，各个国家相继颁布了愈来愈严格的排放法规。随着汽车柴油化进程的不断加快，对车用柴油机的低污染要求越来越突出。1柴油发动机整机的使用1.1柴油发动机的总体构造一台车用柴油机是由若干个机构，总成和零部件所组成的机器。虽然目前往复活塞式发动机种类繁多，结构复杂，但其总体构造
9、均匀共同特点。车用柴油机一般由下述机构和系统组成；（1） 机体。机体既发动机的固定部件汽缸体总成、汽缸盖总成等。机体既是柴油机机构、各系统的装配载体，其本身的许多部分又是有关机构和系统的组成部分。（2） 曲轴连杆机构。曲轴连杆机构主要包括活塞连杆总成，曲轴飞轮总成。通过该机构将活塞的往复直线运动转变为旋转运动而输出动力，是柴油机的主要组成部分。（3） 配气及传动机构。配气及传动机构主要包括凸轮轴总成、气门挺住总成、齿轮传动机构。其功用是定时地开闭进、排气门，使空气及时地充入汽缸，并及时地从汽缸中排出废气。（4） 进气、排气系统。主要包括空气滤清器、进气管、排气管和消声器等。柴油机增压器、中冷器
10、或废气净化装置也应包括在此系统内。其功用是将空气进行滤清和增压，并合理地供给各个汽缸；将燃烧过的废气从发动机内排出，或加以净化后排出，以免污染大气。 （5） 润滑系统。主要包括机油泵、机油集滤器、机油管路和油底壳等。其功用是将润滑油供给给摩擦件，减少磨损、冷却机件、清洗摩擦表面等。（6） 冷却系统。主要包括水泵、风扇、水箱散热器、节温器、机油散热器、中冷器等。其功用是利用冷却介质（水或空气）将高温零件的热量散到大气中，以保证发动机能正常工作。（7） 电气系统。主要包括充电发电机（电压调节器、蓄电池）、直流启动机和一些附属装置（为了便于启动）（8） 其他装置。如空气压缩机等。1.2四冲程柴油发动
11、机的工作原理汽油发动机与柴油发动机各冲程的比较见表2-1表2-1 汽油发动机与柴油发动机各冲程的比较冲程汽油发动机柴油发动机进气冲程空气燃油混合气被负压吸入燃烧室只吸入空气压缩冲程活塞对空气燃油混合气进行压缩活塞压缩空气使其压力升至3.54.5MPa，同时温度高达110150做功冲程火花塞点燃被压缩的混合气燃油喷入高温高压空气中，由于压缩空气的高温而自然排气冲程活塞将废气压出汽缸活塞将废气压出汽缸 柴油机与汽油机比较，各有特点。汽油机具有转速高（目前轿车用汽油机最高转速达到50006000r/min，货车用汽油机达4000r/min左右）质量小、工作时噪音小、启动容易、制造和维修费用低等特点。
12、故在轿车和中、小型货车上及军用越野车上得到广泛的应用。其不足之处是燃油消耗率较高，因而燃料经济性较差。柴油机因压缩比高，燃油消耗率平均比汽油机低30%左右，且柴油价格低，所以燃油经济性较好。一般装载质量7t以上的货车大都用柴油机。柴油机的弱点是转速较汽油机低（一般最高转速在25003000r/min）、质量大、制造和维修费用高（因为喷油泵和喷油器加工精度要求高）。但目前柴油机的这些弱点正在逐渐得到克服、它的应用范围正在向中、轻型货车扩展。近年来国外、国内有的轿车也采用柴油机，其最高转速可达5000r/min2.柴油机尾气排放主要成分2.1一氧化碳（CO） 一氧化碳是柴油在空气不足(贫氧)的情况
13、下燃烧的中间产物，在柴油机排气中一般含量较低，当柴油机燃烧局部缺氧时容易产生。一氧化碳生成量的多少取决于空燃比，由于柴油机空燃比较大，因此一氧化碳排放量不大。一氧化碳浓度达到一定程度就能引起人体慢性中毒，导致人体组织缺氧，危害中枢神经系统，引起头痛、头晕、四肢无力等中毒症状，严重时会导致生命危险。2.2氮氧化物（NO） 氮氧化物是柴油机燃烧高温条件下产生的，其生成取决于燃烧过程中的温度和反应时间的长短。在直接喷射柴油机中，由于空燃比较大，氧气较为丰富，燃烧温度也高，使氮氧化物的生成量较大。在间接喷射柴油机中，燃烧首先在极缺氧的涡流室（或副燃烧室）中进行，燃烧温度相对较低，当火焰喷入主燃烧室时，
14、使燃烧在有充足空气中且燃烧温度较低的情况下进行，可避免氮氧化物的生成时机，所以氮氧化物排放量相对较低。氮氧化物中NO、NO2都有毒性，对人体和环境破坏较大。人吸入氮氧化物后出现眩晕、无力等，严重时出现窒息。另外，还会与碳氢化合物一起引起光化学反应，造成更严重的危害。2.3碳氢化合物（HC） 在柴油机排放中碳氢化合物的生成的主要途径为燃料不完全燃烧、缝隙效应、曲轴箱漏气等。柴油机虽然有较大的空燃比，由于雾化质量（喷油器雾化不良、二次喷射、滴油等）很难达到使然由于空气混合到理想的均匀程度，燃油在喷射时，难以避免地会喷到壁面上，而形成局部过浓混合气，形成局部不完全燃烧。另外喷射定时滞后与延迟、负荷与
15、转速的变化、低温启动、怠速运转等情况下都会使未燃碳氢化合物的浓度增加。排气中的碳氢化合物具有较大毒性，是一种很强的致癌物质。另外碳氢化合物是引起光化学反应的起因物质，生成的过氧化物对环境的危害很大。2.4颗粒物（PM） 柴油机的排放颗粒物主要是碳粒（也称碳烟），其形成的过程也很复杂。影响碳粒形成的主要因素是高温和贫氧，在过量空气系数很低、油气混合不均匀而又处于高温下的油滴将被裂解，从而产生大量的碳粒。在柴油机的燃烧过程中，碳粒的形成除过量空气系数、混合气的均匀性和燃烧温度外，还与燃料的成分有较大的关系，如燃料的碳氢比，灰分等都影响碳粒的生成。碳粒易粘附重碳氧化物及硫酸盐，形成的颗粒物悬浮于空气
16、中，在大气中受阳光和其他物质作用将发生光化学反应，对环境产生危害。3.当前柴油机尾气排放的主要净化措施3.1废气再循环（EGR）系统3.1.1废气再循环(EGR)系统工作原理 柴油机与汽油机一样也有大量的NO生成，废气再循环(EGR)就是通过回引部分废气与新鲜空气共同参与燃烧反应，利用废气中含有大量的惰性气体(CO2、N2、H2O等)具有较高的比热容这一特性，来降低NOX的生成。 柴油机NOX生成的原因是：燃烧过程的平均过量空气系数虽然比较大，但因混合气成分不均匀，局部燃烧温度仍很高，所以生成大量NOX不过，随着柴油机负荷的降低，NOX的排放迅速减小。 在汽油机上降低NOX最主要的方法是通过废
17、气再循环(EGR)，而柴油机也可以通过废气再循环(EGR)来降低NOX排放。废气再循环(EGR)为什么能降低NOX呢?因为NOX的生成条件是高温富氧，而废气的引入，一方面使混合气热容量增大，造成相同量的混合气升高同样温度所需热容量增大，从而降低最高燃烧温度；另一方面，废气对新鲜充量的稀释也相应降低了氧的浓度，从而有效的抑制了NOX的生成。 根据废气进入气缸是否通过发动机的进气系统，EGR系统可分为内部EGR系统和外部EGR系统。 内部：EGR系统通过改变配气正时实现。该系统不需要外加其他设备，结构简单，应用方便，而且可以避免再循环废气对管道的腐蚀，有利于提高系统耐久性。由于是在进气行程内，直接
18、开启排气阀使废气回流，因此难以精确控制EGR率；同时废气未经冷却直接回流，引起混合气温度升高，这一点又有利于NOX的生成。因此内部EGR对NOX的抑制效果并不显著。但是随着控制技术的不断提高，内部EGR因其简单、便利，日益受到青睐。 外部：EGR利用专门的管道将废气引入进气歧管，使废气与新鲜空气在进入气缸前充分混合。由于外部EGR不但可以通过电控系统精确控制EGR率、优化发动机性能，而且可以在外部系统中通过加装EGR冷却器，有效降低燃烧温度，因此目前较为常用的是外部EGR系统。3.1.2增压柴油机EGR的实现 自然吸气柴油机所用的EGR系统与汽油机类似。由于进排气之间有足够的压力差，EGR的控
19、制比较容易。在现代增压柴油机中，由于涡轮增压器效率的提高，增压器后的进气压力(增压压力)，在很多工况下会高于增压器前的排气压力，造成EGR的困难，至少不会获得足够高的EGR率。为此可采用下列措施：如图3-la所示，在EGR阀5前，加一个排气脉冲阀6，利用排气脉冲加大EGR量。用节流阀7对进气进行节流(见图3-lb)，可降低柴油机前的进气压力，可使EGR率大为提高。但显然会增加柴油机的泵气损失，有损燃油经济性。 在进气系统中，装一个文丘里管8(见图3-lc)，可以提高EGR的有效压差，从而扩大EGR率的可调范围。由于文丘里管喉口的压降，在喉口下游可得到部分的恢复，压力损失可以减，调节文丘里管的旁
20、通阀9，可改变EGR 的有效压差。用专门的EGR泵11(见图3-ld)强制进行EGR，当然具有最大的灵活性。但由于EGR泵的流量要求很大，机械驱动泵显然过于庞大昂贵。如图上所示涡轮增压器驱动一个外加的EGR泵11是一个实用方案。用可变喷嘴增压器VNT（Variable Nozzle Turbocharger）,是实现增压柴油机有效EGR的一个新途径。用普通涡轮增压器，实现足够的EGR往往有困难。有实验结果表明；用普通的涡轮增压器时，只能在部分负荷下获得0.1左右的EGR率；用可变喷嘴涡轮增压器时，柴油机大负荷时，可以通过减小涡轮喷嘴流通面积来提高排气压力，进而增大大负荷领域的EGR率。 图3-
21、1（增压中冷柴油机的EGR系统） a用排气脉冲阀的EGR系统 b用进气节流阀的EGR系统 c用文丘里管的EGR系统 d用EGR泵的EGR系统 1电控单元 2中冷器 3柴油机 4涡轮增压器 5EGR阀 6排气脉冲阀 7进气节流阀 8文丘里管 9文丘里管旁通阀 10EGR冷却器 11EGR泵3.1.3废气再循环排气的冷却实验证明，把再循环的排气加以冷却，即采用所谓冷EGR，可使进入缸内的新鲜空气的损失减少，从而避免了大负荷燃油经济性和排气烟度的恶化。冷EGR系统布置如图3-1c、图3-1d所示。EGR冷却器10可以用柴油机的冷却水冷却，但冷却温降有限，最好用空气直接冷却。现已成功投产的EGR冷却器
22、，可在不同工况下，使EGR温度下降50-150，使NO下降10%左右。3.1.4柴油机EGR的控制（1）控制方式 柴油机的EGR控制比较复杂，尤其是增压柴油机，一般都采用电子控制。其控制方式可以是开环控制，也可以是闭环控制。开环控制。开环控制一般基于脉谱(MAP)的控制，即通过实验确定典型工况下，达到排放要求的最佳EGR率。这种方法控制简单，目前应用较为普遍。但其准确性依赖于各种工况下MAP图的精确制取，同时动态响应慢。较典型的开环控制为对混合气的成份加以考虑，根据不同转速、负荷条件，由进气和排气中的氧气浓度来确定最优的EGR率，例如在图31a中，电控单元1根据柴油机转速、负荷，以及进气和排气
23、中的氧气浓度、温度等传感器的输入信号，按标定的EGR脉谱对EGR阀5、节流阀7、旁通阀9等执行机构进行控制。EGR阀5可以是一个真空阀。电控单元1通过对一个独立真空源产生的真空度加以调制，来控制真空阀的开度。EGR阀也可以是一个电磁阀，可由电控单元通过PWM信号直接控制。闭环控制。闭环控制可以选择基于排气背压的闭环控制，也可选择基于排气氧气传感器紫的闭环控制。基于排气氧气传感器的闭环控制，选取对发动机性能影响最大的两个参数进气中的氧气浓度和排气中的氧气浓度加以考虑。基于过量空气系数的EGR控制，是通过过量空气系数来间接测量NOx的排放量，其受EGR率的影响大，可作为EGR闭环控制的反馈信号。闭
24、环控制可以实时根据工况的变化自动调整EGR量，使EGR达到最佳。因此，它比开环控制的效果更好，但其结构也较复杂。 （2）控制时间 汽油发动机在发动机中小负荷时将一定量的废气引入燃烧室参与燃烧，怠速、全负荷时不起作用。柴油发动机在发动机怠速、中小负荷时将一定量的废气引入燃烧室参与燃烧，全负荷不起作用。3.1.5柴油机EGR系统的结构以一汽大众柴油轿车为例，其柴油机EGR系统的结构主要分为两类： 废气再循环电磁阀与机械阀分开方式（见图3-2）废气再循环电磁阀与机械阀合二为一，直接由发动机控制单元控制（见图3-3） 图3-2 （EGR与机械阀分开方式 ） 图3-3 （EGR阀与机械阀合并方式）1-发
25、动机控制单元 2-废气再循环阀（电磁） 1-发动机控制单元 2-废气再循环阀（电磁）3-废气再循环阀（机械）4-空气流量计 3-废气再循环阀（机械） 4-尾气净化装置5-尾气净化装置3.2催化转化技术3.2.1催化转化器工作原理 柴油机用催化转化剂与汽油机的基本相同，可用Pt等贵金属。催化转化剂(Oxidizingtalyst)的作用是促使排气中的PM、HC和CO发生催化反应，被氧化为水和二氧化碳排出。但因柴油机排气温度低，微粒中的碳烟难以氧化，氧化催化剂主要用于转化可溶性有机组分SOF(Soluble Olganic Fraction)，达到微粒排放降低的效果。同时也可使HC和CO排放进一步
26、降低，还可净化其他有害成分(如乙醛等)，以及减轻柴油机排气臭味。 Pd的催化活性尽管不如Pt，但产生的硫酸盐要少得多，同时价格也便宜，因此也有选择Pd作为柴油机催化转化剂的活性成分的。试验表明当使用Pt系催化剂时，由于大量硫酸盐的产生使微粒排放总量比未使用催化剂时高了50以上，但如果使用Pd系催化剂，在SOF排放明显降低的同时硫酸盐的生成量也不大,因而微粒排放总量降低约1/3。另外，用氧化硅代替氧化铝作为涂层材料也可以减少硫酸的生成。 图3-4为带有吸附功能的催化转化器的原理图。在发动机刚起动后的催化剂活性很低的低温阶段，排气中的未燃成分HC和PM(ParticulateMatter)中的可溶
27、有机成分SOF被HC的吸附材料所吸附，当温度升高后，催化剂的活性提高，吸附材料的吸附能力降低，于是未燃HC和SOF脱离吸附材料，在催化转化剂的作用下变为无害的成分排出。由于采用了和S02难以反应的材料，催化器的寿命和效率得到了提高。试验结果表明，这种带有吸附功能的催化转化器可使排气中的CO、HC、SOF减少5090。这种催化器的缺点是不能除去PM中的炭粒部分。 催化转化器应用的困难主要为柴油中含有较高的硫，燃烧后生成S02，经催化器氧化后变为SO3然后与排气中的水结合后会生成硫酸盐等。催化转化效果越好，硫酸盐生成越多，甚至达到平时的89倍。这无疑将抵消掉SOF的减少所带来的环境效益，甚至反而使
28、微粒排放上升。同时，硫也是催化剂中毒劣化的原因之一。图3-4（带吸附功能的催化转化器原理图） 3.3颗粒物的净化技术 柴油机颗粒物的净化技术主要有上述的催化转化技术以及过滤净化技术、颗粒收集或捕集(捉)技术以及催化转化器和过滤器并用技术。其中最为有效的方法是各种过滤器。颗粒过滤器也叫颗粒收(捕)集器、颗粒捕捉器等。颗粒过滤器DPF(Diesel Particulate Filter)的原理是先用过滤装置过滤废气中的颗粒物质，当过滤器收集到的颗粒物太多影响柴油机工作时，然后采用更换过滤器或对收集的颗粒采用氧化或燃烧技术进行清洁，使颗粒过滤器恢复原状重新工作。这种技术的难点主要有三个。第一是过滤器
29、的安装使排气背压增大，并且随着收集颗粒物的增加而增大，这将导致发动机性能指标下降；第二是在一般柴油机运转条件下收集的颗粒物不能点燃及氧化；第三是颗粒物质被点燃之后，容易造成温度过高，损伤或烧坏过滤器。颗粒过滤器通常为圆筒形，直接串联在排气管路中。排气颗粒经滤芯被收集，随着运行时间的增加，过滤效率会降低，排气背压由于过滤器的阻塞而上升，因此在经过一段时间后，要对过滤器进行再生处理，使过滤器中的颗粒物燃烧掉。根据过滤器的结构不同，可将颗粒过滤器分为非整体式及整体式两大类。 非整体式颗粒过滤器的滤芯是由耐高温的金属丝网或陶瓷纤维等杂乱无章地构成。排气从弯弯曲曲的微小孔道中通过。当采用矩形截面的金属线
30、时，一般在其外表包裹一层Al2O3,由于一Al2O3表面呈松枝状结晶，比表面积大。不同的金属丝上的Al2O3表面积不同，一般为2040cm/g。 整体式过滤器的滤芯为整体蜂窝状，常用堇青石(由MgO、Al2O3及SiO2组成)制成。两端面孔道的进、排气孔间隔地用图3-5中的陶瓷塞堵住。排气(箭头所示方向)经过细微多孔的壁时，颗粒被拦截住。 通常在滤芯与不锈钢管的外壳之间，安装具有弹性的陶瓷衬垫。目的是为了补偿金属外壳和滤芯的不同的轴向、径向伸缩；缓冲车辆行驶时对滤芯的冲击及滤芯的振动；密封滤芯的外圆周，防止排气从外围流过；隔热保温，减少金属管及滤芯的径向温度下降梯度与热应力；调节金属管不同的轴
31、向膨胀及剪切变形，减小传给滤芯的应力。图3-5整体式过滤器滤芯示意图对颗粒过滤器的要求：(1)过滤效率高颗粒过滤器的过滤效率为车辆行驶每单位里程或单位时间在过滤器中收集到的颗粒质量与车辆行驶每单位里程或单位时间进入过滤器的颗粒质量之比。过滤效率越高，过滤器的过滤效果越好。 颗粒过滤器的过滤效率一般为5080。陶瓷载体孔径的大小、壁厚、壁孔的密度及过滤器的外形尺寸是影响过滤效率的主要因素。为了使过滤器的效率较高、排气流动阻力小，而外形尺寸又不大，则必须研究它们之间的关系及对主要结构尺寸进行优选。在设计过滤器时，还应考虑车型及应达到的颗粒法规标准。一般对于颗粒排放量高的重型车用柴油机，过滤效率应达
32、到80，而对于颗粒排放量低的轻型柴油机，则要求可以低些。 (2)应有低的初始流动阻力和在宽的负荷范围内有自行再生的能力排气经过过滤器时会受到一定的阻力，这造成排气背压增加。随着运行时间增加，过滤器中颗粒存储量增多，背压也增加。排气背压的增加将导致内燃机功率下降，比油耗增加，排放进一步恶化。因此要求设计的过滤器应有低的初始流动阻力和在宽的负荷范围内有自行再生的能力，即在排气温度和催化剂的作用下，颗粒能够烧掉，而不在过滤器中积累，从而保持低的流动阻力。根据正在使用的滤芯的压力降与未使用过的滤芯的压力降进行对比，可以确定过滤器的颗粒积累程度，以判断出是否要用辅助手段对过滤器进行再生。 (3)滤芯材料
33、性能好颗粒过滤器不仅经常处于温度变化的排气中，而且在进行再生处理时，由于颗粒的燃烧，要释放出大量热量，温度可高达1000以上。因此，滤芯材料应能承受高温及热冲击，应具有足够的强度、化学稳定性、抗热裂及融熔等性能。滤芯损坏的主要形式是材料软化、局部因高温融粘及产生裂纹等。 (4)过滤器容积适当增加过滤器容积可以提高过滤效率，减少压力降，但其外形尺寸增加。为了不妨碍在排气管路中安装，在保证过滤效率和低流通阻力的前提下，应尽可能减小外形尺寸，并且应具有一定的通用性。 (5)寿命长过滤器在排气管路中，要受到热胀、振动以及由此产生的机械应力和热应力作用，因此，它应有足够的可靠性。过滤器的成本较高，应有足
34、够的寿命及较好的再生技术措施，在长期使用后，仍能保持较高的过滤效率。 过滤器的作用是拦截颗粒并将它们储存起来，然而过滤器的容积有限，使用一段时间后，排气背压会增加，如不清除掉颗粒，则柴油机性能会变坏，比油耗增加。所以，对颗粒过滤器进行及时的再生是非常必要的。 过滤器再生的原理是使颗粒发生氧化反应变成C02气体随排气一起排人大气。能否使颗粒发生氧化反应变成CO2气体，主要取决于以下几个方面：温度是否大于开始着火燃烧的最低温度；氧浓度是否大于2；是否有足够的反应时间等。其中最关键的是颗粒物的温度。 柴油机在高速、高负荷运转时，排气温度可以达到600以上，过滤器的颗粒能较快地氧化燃烧。试验表明，大约
35、有85的颗粒氧化成CO2气体，其余部分因缺氧未完全燃烧，成为CO；而在部分负荷、小负荷时，温度低，不能进行颗粒过滤器的再生。为了能在多种工况下使颗粒物发生氧化反应变成CO2气体，通常采用降低颗粒开始着火燃烧的最低温度或者提高排气温度的方法。 1提高排气温度 (1)采用进气节流在部分负荷时，可通过进气节流使柴油机的进气量降低，排气流量减少，排气温度升到较高水平，以满足过滤器再生的需要。但过分节流，氧浓度会降低得过大，排气颗粒量增多，动力性及燃油经济I生下降；当柴油机从节流回到不节流状态、转速降低时，过滤器中过热的颗粒得到氧气而迅速燃烧，释放出大量的热，滤芯材料会因温度骤升而损坏。 在低负荷时，为
36、了获得再生条件，需要进行更大程度的节流，但这会使比油耗大大增加，内燃机性能变差。(2)设置燃烧器柴油机在怠速工况时排气温度仅是120150，在低速、低负荷工况时排气温度也较低，只靠进气节流等措施，仍不能达到颗粒点燃温度。此时提高排气温度的较可靠的方法是，在过滤器人口前，设置一燃烧器，用喷油器向燃烧器喷人少量燃油，利用排气的氧或另外供给燃烧器的二次空气，用火花塞或电热塞点燃燃油，产生高温燃气，点燃过滤器中的颗粒。一般经过12min后，即可完成再生过程，如图3-6所示。图3-6燃油喷射式再生系统示意图1发动机 2消声器 3气体入口 4SiC过滤器 5出口 6燃油泵 7燃油罐 8燃油及空气 9点火线
37、圈 10空气罐 11空气泵12燃烧器温度信号 13电池 14温度 15放大图 16温度 17压力 18发动机负荷 19发动机转速 另外通过排气再循环或者调整喷油正时，增加排气的HC及CO含量，使它们在排气较高温度及富氧情况下燃烧，产生较高的热量，再点燃颗粒，这种方法的不足是可能产生新的二次污染。 除了进气节流外，还可以采用排气节流、推迟喷油时间、加热进气等方法提高排气温度。2降低颗粒开始着火燃烧的最低温度由于提高排气温度会产生油耗增加、产生新的二次污染等新问题，所以可以采用催化剂(如铂、钯、铜、铅及锰等金属化合物)降低颗粒着火燃烧温度的方法：一是在滤芯材料表面涂催化剂。但这种方法只有与催化剂表
38、面接触的颗粒，才能在较低温度下进行催化燃烧；二是在燃油中加入催化剂。在柴油中加入金属化合物催化剂的方法有两种，一种是预先调制成混合燃料，另一种是边混合边使用。前一种方法容易分层，两种方法都会使柴油供应分配系统复杂化。这种方法有可能造成新的二次污染。在排量为43L柴油机上的试验表明，柴油中加入不同金属化合物催化剂，能使整体式多孔陶瓷过滤器的颗粒物发生催化燃烧的最低温度(也称点燃温度)明显降低，几种常用催化剂对颗粒点燃温度的影响如表3-3-1所示。 表3-3-l柴油中催化剂对颗粒点燃温度的影响催化剂的种类和数量未加催化剂加入0.13g/L铜加入0.13g/L铝加入0.13g/L锰颗粒点燃温度/60
39、0700400450450500500-550逆向再生方式的颗粒过滤装置图3-7所示为带电加热器的颗粒过滤装置。该装置最显著的特点是对收集在过滤器内的颗粒采用从过滤器出口侧到人口侧进行燃烧的逆向再生方式。与传统再生方式相比逆向再生的优点为：有利于将颗粒燃烧温度控制到较低水平，能扩大过滤器内累积颗粒安全再生的上下限。在过滤器的出口侧的颗粒比进口侧的多，容易点燃累积的颗粒和易于开始燃烧。在逆向再生中，二次空气流可将颗粒燃烧产生的热从过滤器壁带走，而传统再生产生的热量直接传给过滤器壁，造成温度过高，损坏或烧坏过滤器壁。能缩短所需的再生时间。 图3-7带专用电加热器的颗粒过滤装置示意图 带有逆向喷气净化器的颗粒过滤装置的最大特点是能将过滤器与颗粒燃烧部分隔开。所以该装置解决了以下两个问题：再生时过滤器由于颗粒燃烧放热而产生的裂缝和熔化；因颗粒燃烧留下灰烬并在过滤器内累积。 图3-8和图3-9所示是带有四块横流过滤器的过滤
