顆粒捕集器能有效的減少柴油機微粒排放,但随着行駛裡程的增加,越來越多的
微粒沉積在捕集器内,造成排氣背壓增加,發動機的經濟性和動力性惡化,因此必須及時地将捕集的可燃微粒氧化燃燒掉,實現顆粒捕集器的再生。在柴油機正常工作的轉速和負荷下,
排氣溫度一般在 250~500℃,而微粒的燃點一般為 550~600℃
依靠柴油機的排氣,很難使捕集器再生。要實現捕集器再生,必須降低微粒的燃點或提高排氣溫度。
顆粒捕集器開發的早期曾經采用脫機再生的方法解決再生問題。脫機再生對再生
周期足夠長的公交車用柴油機具有一定的實用性,但是使用麻煩。近年來,随着顆粒捕集器的廣泛使用,根據再生原理和再生能量來源的不同,柴油機顆粒捕集器的再生方法可分為主動再生和被動再生。
主動再生指利用外加能量使氣流溫度達到微粒的起燃溫度而進行的再生,此方法對發動機的工況要求低,适用範圍廣,對燃油中的硫含量并不是十分敏感,但過濾體容易熱損壞,系統複雜,運行成本高,再生具有周期性。
被動再生是利用柴油機排氣本身所具有的能量進行再生,一般針對催化型顆粒捕集器、燃油催化顆粒捕集器、連續再生顆粒捕集器等系統。此方法簡單,不需控制系統,減少 DPF 的維護周期,即增加了主動再生的時間間隔,成本低,但再生效率低,并易産生二次污染。根據顆粒捕集器的結構和材料用工況合理選擇再生技術對于顆粒捕集器的安全有效再生具有重要的意義。
國内主動再生技術主要分以下幾個方式
1. 電加熱再生
電加熱再生是利用具有高導電性能的結晶 Si C 作為過濾材料,采用電熱絲或其它電加熱方法,周期性的對顆粒捕集器加熱使微粒氧化燃燒掉。為了提高電阻加熱器的再生效率,一般力求使電阻絲與沉積的微粒直接接觸。一種結構形式是把螺旋形電阻絲塞入進氣道中,
由于蜂窩陶瓷過濾體的孔道數量很多,因此結構複雜。
另一種結構形式是将回形電阻絲布置在各進氣道的入口段,
再生時,通電的電阻絲直接點燃微粒,捕集器前部微粒燃燒的火焰随着排氣向捕集器的尾部傳播,将整個通道内的微粒燃燒完畢。
電加熱再生系統弊端:
由車載蓄電池供電,為了節省蓄電池的電力消耗,,操作比較複雜,電加熱再生系統一般都采用增加旁通排氣管或應用兩套捕集器的方案。
(2) 噴油助燃再生
噴油助燃再生是國内外研究和應用較多的一種主動再生方法,按照其實現方式的
不同基本上可以分為以下三種:燃燒器噴油助燃再生、DOC 上遊排氣管内二次燃油噴射再生、缸内燃油後噴再生。
燃燒器再生的基本原理是:過濾體再生時,通過一套專門的燃燒器向過濾體上遊
空間噴射一定量的燃油并供給空氣,随後由專門的點火系統将噴入的燃油點燃,高溫燃氣使過濾體的溫度上升,從而使捕集到的微粒着火燃燒。該技術耗電量小,燃料直接取自發動機所用柴油,對燃油含硫量适應性強,能量利用率高,響應速度快,容易實現對在用車的改造。為保證過濾體的成功再生,要求再生燃燒器的燃油量、助燃氣流流量、氧濃度、燃燒器工作時間與已沉積的微粒質量之間進行優化匹配,應具有點火可靠、燃燒完全、火焰分布均勻等特點。此再生系統裝置比較複雜,造價昂貴,易引起二次污染。
DOC 上遊排氣管内二次燃油噴射 SFI 再生系統在 DOC 上遊噴入一定量的燃油,
利用燃油在 DOC 内的氧化放熱提高排氣溫度實現 DPF 主動再生。
為了保證主動再生的順利進行,DOC 的入口溫度要達到其起燃溫度才能高效工作。燃油在 DOC 内的氧化放熱除了受 DOC 本身特性的影響,還要考慮 SFI 系統的多個因素的影響,如噴油器的燃油噴霧特性、噴油壓力和溫度、噴油時間、噴油量、燃油特性、噴油器的位置、噴油方位、排氣溫度、排氣壓力、排氣流量等等。這種再生系統主要用于重型柴油機,能夠延長發動機的使用壽命,便于控制,但燃油消耗量很高,設備成本增加,縮短催化器耐久性。
缸内燃油後噴 PI 再生,該再生系統不需要采用任何額外的噴油設備,利用發動
機原有的高壓共軌燃油噴射系統,實現對燃油噴射的柔性控制。
(3) 複合再生系統
在發動機各種運行工況下實現安全、可靠的 DPF 再生,依靠單純的顆粒捕捉滿足不了現狀,因此,市面上會有一種通過給柴油裡面加裝溶劑或者給DPF内部噴射溶劑,迫使DPF内部的顆粒被氧化,使其内部溫度達到300度,就可以讓DPF内部的顆粒燃燒掉。但是這種方法對DPF内部的塗層影響比較大。
不論哪種方法,時間久了,都會導緻DPF内部的顆粒正度,間接性的堵塞顆粒,目前解決這種DPF顆粒的方法隻能通過高溫燃燒的方法來彌補。
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