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新型高孔隙率柴油微粒過濾器
與汽油機相比,柴油機因其具有較高的熱效率而被廣泛應用,并能有效降低CO2排放??紤]日益嚴格的排放法規(guī),尤其是NOx的排放,柴油機必須更加清潔且效率更高。然而,在柴油機中,CO2排放和NOx排放之間存在權衡。由于NOx可以通過催化轉換裝置來降低,如選擇性催化還原催化劑,因此設計師往往將降低CO2排放作為主要目標。目前,柴油機上廣泛使用的后處理系統(tǒng)為柴油氧化催化劑、催化劑煙霧過濾器和選擇性催化還原系統(tǒng)的結合。在該系統(tǒng)中,柴油氧化催化劑氧化HC和CO,催化劑煙霧過濾器收集碳煙并氧化NO生成NO2,選擇性催化還原系統(tǒng)將NOx還原為氮氣。但由于設計時需要預留安裝選擇性催化還原系統(tǒng)的空間,因此整個系統(tǒng)的壓力差將增加。由于選擇性催化還原系統(tǒng)的基板位于柴油微粒過濾器(DPF)的下游,因此在發(fā)動機冷起動條件下需要提高選擇性催化還原催化劑的溫度,整個加熱過程需要時間較長,但在此期間不能進行NOx的轉化。對此,給出了一種涂層選擇性催化還原催化劑的DPF,并對催化劑基板的孔隙率進行優(yōu)化設計,使其壓力差不易增加,并對其過濾特性和耐久性進行研究。
新設計的DPF是在其表面涂層選擇性催化還原催化劑,這就省略了選擇性催化還原系統(tǒng)。由于選擇性催化還原催化劑的活性取決于催化劑的負荷量,因此為達到較高的NOx轉化率,催化劑需要具有較高的負荷量,但較高的負荷量將引起傳統(tǒng)DPF兩端產生較高的壓力差,因此設計新DPF時需要同時考慮上述兩種因素。通過改變催化劑基板的孔隙率,可協(xié)調上述兩種因素。試驗采用一個滿足歐5排放法規(guī)的2.0L柴油機,其配備一個未使用的DPF,并采用全球輕型車測試循環(huán)進行測試。試驗結果表明,根據DPF的過濾性能和壓力差,其基板的最佳孔隙率為60%~65%,最佳平均孔徑為20μm。為進一步降低壓力差,可以增加孔隙體積,優(yōu)化孔隙結構。
Marc C.Besch et al.SAE 2015-01-1085.
編譯:李臣