鐵鉻鋁纖維過濾氈在尾氣排放裝置中的環(huán)保應(yīng)用

鐵鉻鋁纖維過濾氈在尾氣排放裝置中的環(huán)保應(yīng)用

歐盟范圍內(nèi)卡車的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)已大幅收緊，有效的尾氣后處理系統(tǒng)成為必不可少的程序。兩個(gè)現(xiàn)有的后處理選項(xiàng)是微粒捕集器和選擇性催化還原系統(tǒng)。微粒捕集器旨在減少 80% 以上的微粒排放，而使用氨形成還原劑的 SCR 系統(tǒng)可減少類似數(shù)量的氮氧化物排放?；谶@些方案的后處理系統(tǒng)的主要發(fā)展重點(diǎn)是系統(tǒng)的耐久性。特別是，排氣后處理系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制之間的必要聯(lián)系仍需開發(fā)，以保證所有運(yùn)行范圍內(nèi)的功能。為了達(dá)到0.02g/kW·h的水平，顆粒物質(zhì)留在捕集器中并被氧化以再生捕集器。捕集器的結(jié)構(gòu)在顆粒氧化過程中會(huì)承受極端載荷。特別危險(xiǎn)的是由于空間有限的顆粒燃燒期間的局部最高溫度而在捕集材料中產(chǎn)生熱應(yīng)力。

如果僅單獨(dú)使用顆粒過濾器，發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)目標(biāo)是將NOx排放限制在3.5g/kW·h的水平，那么只能達(dá)到歐標(biāo)的第一步。使用歐 3 標(biāo)準(zhǔn)作為參考點(diǎn)，這意味著氮氧化物總排放量進(jìn)一步減少 30%。發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳統(tǒng)解決方案（例如延遲燃油噴射）會(huì)導(dǎo)致顆粒物排放增加。如果使用顆粒過濾器，可以將顆粒物降低到所需水平。具有高熱容量和高導(dǎo)熱性的材料是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。疏水閥的設(shè)計(jì)極大地影響了燃燒過程中的熱量散發(fā)。粒子局部燃燒后，放熱反應(yīng)在陷阱中擴(kuò)散，導(dǎo)致擴(kuò)散方向的溫度升高，尤其是在某處粒子濃度較高的情況下。因此，短的火焰路徑也是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，這意味著疏水閥中需要短的流道。

燒結(jié)金屬拖拉機(jī)由燒結(jié)金屬制成的捕集器具有高熱容量和高導(dǎo)熱性，它們已經(jīng)證明了它們的價(jià)值，尤其是在極端高溫下。因此，它們已在卡車比賽中成功應(yīng)用多年。特別堅(jiān)固的金屬捕集器由各種單片金屬制成。鈑金形狀種類繁多，各種單金屬板被焊接到疏水閥外殼中。廢氣從外向內(nèi)徑向流過疏水閥，保持火焰路徑短和熱應(yīng)力低。鐵鉻鋁纖維氈是金屬濾板的材料之一。

陷阱再生過程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒物主要由固體物質(zhì)（顆粒和灰塵）組成，捕集器捕獲了幾乎 100% 的這些物質(zhì)。此外，HC 和硫酸鹽會(huì)根據(jù)溫度狀況不同程度地吸附在顆粒物上，然后釋放。這種捕集器的整體有效性取決于捕集器中顆粒物質(zhì)的成分和溫度分布。然而，大多數(shù)捕集器將 10-100nm 范圍內(nèi)的粒子減少了 90% 以上。對(duì)于硫含量小于10ppm的燃料油，經(jīng)試驗(yàn)表明，在歐洲的穩(wěn)態(tài)循環(huán)中，捕集總效果及其對(duì)其他污染物的轉(zhuǎn)化率高于90%。這意味著通過歐 2 認(rèn)證的發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過安裝捕集器輕松滿足歐 4 顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，排放物中的 HC 和 CO 減少了約 90%，主要是由于 CRT 催化劑的氧化。與任何高負(fù)載氧化催化劑一樣，這種 CRT 氧化催化劑可高效地將燃油中有害的硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，從而增加顆粒物排放。因此，當(dāng)燃料的硫含量在 30ppm 左右時(shí)，僅硫酸鹽的形成就會(huì)導(dǎo)致顆粒物排放超過歐 4 標(biāo)準(zhǔn)的限制。

排氣背壓排氣處理系統(tǒng)的背壓值應(yīng)保持盡可能低，以免影響燃油經(jīng)濟(jì)性。只有一個(gè)消聲器時(shí)才能達(dá)到的50-100mbar的背壓值，只有使用大容量疏水閥才能維持。這導(dǎo)致尾氣后處理系統(tǒng)龐大、笨重且昂貴。因此，對(duì)于每個(gè)獨(dú)特的應(yīng)用，必須找到排氣背壓與系統(tǒng)尺寸和成本之間的最佳折衷方案。在設(shè)計(jì)過程中不僅必須考慮新疏水閥的排氣背壓，還必須考慮不可燃?xì)埩粑铮貏e是機(jī)油添加劑在疏水閥中積灰的影響。膩?zhàn)拥闹饕煞质橇蛩徕}和磷鋅酸成分。這些物質(zhì)不能通過疏水閥的正常再生去除，因此在疏水閥中積累。特別是用于延長(zhǎng)換油周期的優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑油通常含有高含量的添加劑，會(huì)產(chǎn)生更多的油灰。通常載重汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中成灰物質(zhì)的含量約為1%～2%。燃燒1L機(jī)油會(huì)產(chǎn)生15g左右的灰分，也就是說在行駛100000km后，當(dāng)機(jī)油消耗量為1L/1000km時(shí)，捕集器捕集的灰分僅來(lái)自機(jī)油就有1500g。通常捕集器中的沉積灰呈粉末狀，但根據(jù)基本操作條件，可能會(huì)發(fā)生熔化，這會(huì)增加任何可能的系統(tǒng)清潔程度。因此，除了將后處理系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸和應(yīng)用條件相匹配外，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗和進(jìn)氣系統(tǒng)也是必不可少的。自 1995 年以來(lái)，帶 CRT 再生功能的顆粒過濾器就開始使用，尤其是在城市公交車上。通過 CRT 催化劑維持再生。對(duì)比試驗(yàn)清楚地表明，由于油耗增加，疏水閥保持低排氣背壓的10萬(wàn)公里性能無(wú)法完全發(fā)揮。目前的解決方法是從系統(tǒng)中移除陷阱并單獨(dú)清理它。即使在使用快速釋放裝置的情況下，這也是一種昂貴的維護(hù)措施，不可避免地增加了卡車的運(yùn)營(yíng)成本。此外，必須假設(shè)即使在清潔過濾器后也不會(huì)再次達(dá)到原始排氣背壓值。因此，疏水閥的設(shè)計(jì)無(wú)需清潔疏水閥。低位維護(hù)疏水閥系統(tǒng)的要求是：疏水閥通道內(nèi)不應(yīng)長(zhǎng)期積灰；除塵必須在不從車輛上拆下排氣后處理系統(tǒng)的情況下進(jìn)行；灰燼可以妥善處理。正是出于這個(gè)原因，Purem 將其系統(tǒng)設(shè)計(jì)從通道結(jié)構(gòu)演變?yōu)榻饘侔迨杷y。排出的空氣從外向內(nèi)徑向流過金屬板，因此灰燼不會(huì)聚集在通道的一端。使用燒結(jié)金屬過濾器意味著灰燼很容易通過并積聚在灰箱中。持續(xù)的耐久性測(cè)試是通過檢查灰分來(lái)完成的陷阱的形成和清潔用于進(jìn)一步優(yōu)化陷阱的功能。初步結(jié)果表明，一部分灰燼與燒結(jié)金屬表面結(jié)合，一部分灰燼脫落。

聲學(xué)特性由于使用了氧化催化劑，不能使用降噪吸水墊。但是，可以通過插入不同的元件來(lái)降低聲壓強(qiáng)度。消聲器外殼的設(shè)計(jì)體積可以通過具有大金屬板截面的獨(dú)特形狀來(lái)利用，因?yàn)閺U氣不必軸向流過收集器。許多消聲器使用的同側(cè)入口和出口設(shè)計(jì)也可用于燒結(jié)金屬疏水閥。