柴油机的颗粒物(DPM)
柴油机颗粒物的控制基本上靠两个过滤器,即柴油机微粒过滤器(DPF)和一次性过滤元件。
柴油机微粒过滤器一般是应用蜂窝状或者网状器具,放置在排气管内,物理捕集或者氧化颗粒物。收集到的颗粒物连续或者定期地通过加热再生从过滤器中被移走。
另一种柴油机颗粒物处理装置是采用一次性过滤元件的过滤装置,其应用日渐增多。由于发动机制造商不断通过高效的发动机管理来降低系统成本,以减轻柴油机废气后处理技术方面的压力,所以相比前一种过滤器,这种一次性的过滤装置为降低成本提供了一种有效的方法。
DPF所用滤材现状
有很多过滤材料被应用在柴油机微粒过滤器(DPF)中,包括陶瓷块、陶瓷纱线、陶瓷泡沫、陶瓷纸、合成纤维、金属网和烧结金属纤维材料。这些过滤材料具有高过滤效率、低压降、高烟尘容纳能力,以及能耐高温、耐热应变和耐热收缩、耐化学腐蚀等性能,并且与再生工艺相容。按照再生技术的要求,柴油机的过滤材料要置于1,000℃或更高的温度下接受大量的热冲击。这是造成材料失效(例如融化或者开裂)的主要原因。
使用这些滤材的柴油机微粒过滤器具有60-95%的过滤效率。两种常用的系统是陶瓷过滤器(陶瓷基和深床过滤)和一次性纸质过滤器。陶瓷过滤器主要应用在重型车辆和道路车辆上;而一次性纸质过滤器主要应用在固定机械和非道路车辆上,如叉车。所有滤材都有各自的优缺点,所以在使用时也应有选择。
陶瓷过滤器
柴油机陶瓷微粒过滤器可以是壁流式蜂窝陶瓷微粒捕集器也可以是缠绕成的滤筒,最常用的是壁流式微粒捕集器(占有70%的市场)。它是整体挤压成型的,主要成分是堇青石或者金刚砂。交替堵住蜂窝状多孔陶瓷的孔两端,柴油机的废气被迫通过这个多孔的墙壁而被过滤。壁流式蜂窝陶瓷微粒捕集器的特点是机械强度好、耐温性好、并且具有良好的过滤效率。这种陶瓷基材可以覆上一层催化剂来降低温度从而再生。
这种过滤器的缺点是热膨胀系数大,当烟尘量较大时,压降也相对较大,从而导致过滤器阻塞。因为它们是易碎的材料,所以容易在热环境中或者机械振动中损坏。
金属基的陶瓷纤维滤筒用连续的陶瓷纤维缠绕在多孔金属支撑筒上,废气被迫通过陶瓷纤维流入金属筒内,使柴油机废气中的微粒停留在纤维中间。通过电加热去除堆积在过滤装置中的微粒,可以使过滤器再生。
有一些陶瓷纤维滤筒使用陶瓷纱线制成的薄布,这种布的制作过程就像造纸一样,然后成型的过滤器要经过烧结处理。FLEETGUARD公司开发了一种由复合过滤介质(覆以SIC的氧化铝纤维)和壁流式蜂窝陶瓷过滤元件组成的过滤器。