CN110761873B - 一种降低柴油机尾气颗粒数排放装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种降低柴油机尾气颗粒数排放装置，涉及发动机后处理系统技术领域，本发明装置包括DPF本体(1)，所述DPF本体(1)包括进气通道和出气通道，所述进气通道通过其通道壁面(11)的微孔(111)与所述出气通道连通，所述DPF本体(1)通道壁面(11)覆盖有硫酸钙层(12)，所述通道壁面(11)的微孔(111)被所述硫酸钙层(12)硫酸钙粉末填充。本发明提供的装置可以大幅度减少PN排放，而且有效期长。

Description

一种降低柴油机尾气颗粒数排放装置
技术领域
本发明涉及发动机后处理系统技术领域，尤其涉及一种降低柴油机尾气颗粒数排放的装置。
背景技术
PN(颗粒数)是指发动机尾气中，粒径超过23nm的粒子总数。《GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》明确规定了柴油机在台架标准排放循环WHSC和WHTC下污染物PN排放要满足要求。同时，法规对整车PN排放也有明确要求。
柴油机主要是通过在排气管后加装DPF(柴油机颗粒捕集器)来降低PN排放。DPF结构如图5所示，DPF载体上有很多相互平行的进气通道和出气通道，进气通道前端敞开，后端堵住，进气通道壁面布满微孔，与出气通道连通；出气通道前端堵住，后端敞开。柴油机排气气流进去进气通道后，只能从壁面微孔流到相邻出气通道，排气中的颗粒物在扩散沉积、吸附、拦截等作用下被通道壁过滤下来。新DPF的过滤模式为深层过滤，对PN过滤效率较低，在90％左右，此时PN排放是无法满足法规要求。排气中的一部分颗粒会进入壁面内部的微孔，随着颗粒累积，壁面微孔部分被填满，过滤效率逐渐增加，通道壁表面形成一层碳烟后，对PN过滤效率增加到99％左右，PN排放达标法规要求。
目前降低PN排放到法规要求的做法：1、降低PN的原排。通过改变发动机的燃烧，降低发动机的PN排放，也就减少了进入DPF的PN。2、通过累碳提高DPF对PN的过滤效率。长时间运行发动机后，排气中的碳烟颗粒不断累积在DPF壁面的微孔中，微孔减小，DPF对PN过滤效率增大。3、在整车上，司机通过改变档位，使发动机运行工况落在PN原排较小的区域。
降低PN的原排的缺点：通过加大轨压、降低EGR率，能一定程度上降低PN原排，但由于PN原排非常大，一般在1014#/kWh左右，法规要求台架排放达到1011#/kWh数量级，整车排放达到1012#/kWh数量级，原排与法规限值差距很大，通过降低PN源排很难达到法规要求。并且降低PN的过程中，还会可能会影响到其他污染气体如NOx的排放，标定工作量和难度也大大增加。
通过累碳提高DPF对PN过滤效率的缺点：DPF上的碳烟在250℃以上就会与排气中的NO2反应变成CO2，在350℃反应十分迅速，这样的情况下DPF壁面微孔累积的碳就转化为气体，DPF对PN的转化效率又下降了。无论是在台架或者整车上，都无法控制排温低于250℃，很容易出现积碳反应掉导致PN升高。
通过改变车辆档位使发动机运行工况落在PN原排较小区域的缺点：只有某些司机才会按照要求操作，市场上大部分的司机都是按照自己的习惯进行驾驶。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种降低柴油机尾气颗粒数排放装置，大幅度减少PN排放，而且有效期长。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种降低柴油机尾气颗粒数排放装置，包括DPF本体，所述DPF本体包括进气通道和出气通道，所述进气通道通过其通道壁面的微孔与所述出气通道连通，所述DPF本体进气通道通道壁面覆盖有硫酸钙层，所述通道壁面的微孔被所述硫酸钙层硫酸钙粉末填充。
进一步地，所述硫酸钙层的硫酸钙粉末在所述DPF本体内浓度为1千克每立方米。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的降低柴油机尾气颗粒数排放装置，DPF壁面内部微孔部分被硫酸钙粉末填满，可以大幅度降低PN排放，PN过滤效率增加到99％左右，PN排放达标《GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》柴油机在台架标准排放循环WHSC和WHTC下污染物PN排放要求；
2、硫酸钙是比较稳定的化合物，在1200℃以上才会分解，而发动机的排气温度达不到1200℃，有效期长，不会随着排气温度的变化而失效；
3、本发明装置成本低，不用发动机或整车资源来调试降低PN；
4、本发明装置制造方法操作简单，基本人人都可操作，不用标定技术员改变标定或司机改变驾驶习惯；
5、本发明装置制造方法耗费时间少，不到一个小时就可以完成。
附图说明
图1为本发明实施例DPF通道结构示意图；
图2为本发明中图1中的M部局部放大示意图；
图3为本发明装置制造方法实施例设备结构示意图；
图4为本发明实施例硫酸钙粉末填充DPF通道壁面内部微孔过程示意图；
图5为背景技术中DPF结构示意图。
图中，1-DPF本体，11-通道壁面，111-微孔，12-硫酸钙层，2-连接管，3-硫酸钙粉末存储罐，4-鼓风机。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施例并配合附图予以说明。
如图1、图2所示，本发明实施例提供了一种降低柴油机尾气颗粒数排放装置，包括DPF本体1，所述DPF本体1包括1个进气通道和1个出气通道，所述进气通道通过其通道壁面11的微孔111与所述出气通道连通，所述DPF本体1的进气通道壁面11覆盖有硫酸钙层12，所述通道壁面11的微孔111被所述硫酸钙层12的硫酸钙粉末填充。进气通道前端敞开，后端堵住；出气通道前端堵住，后端敞开。柴油机排气气流进去DPF本体1通道后，只能从进气通道通道壁面11的微孔111流到相邻出气通道，排气中的颗粒物在扩散沉积、吸附、拦截等作用下被通道壁过滤下来。由于微孔111被硫酸钙粉末填充，可以大幅度降低PN排放，增加PN过滤效率。硫酸钙是比较稳定的化合物，在1200℃以上才会分解，而发动机的排气温度达不到1200℃，本发明提供的装置有效期长，不会随着排气温度的变化而失效。本发明装置成本低，不用发动机或整车资源来调试降低PN。
作为优选方案，硫酸钙粉末按1千克/立方米的浓度(每立方米所述DPF本体1覆盖1千克硫酸钙)在DPF本体1的通道壁面11覆盖。理论上，硫酸钙粉末在DPF里面越多，对PN的过滤效率越高。但硫酸钙粉末的增加，DPF的排气阻力增加，达到一定程度，会导致排气不畅，进而影响到发动机的动力性和经济性。硫酸钙粉末按1千克/立方米浓度在DPF本体1的通道壁面11分布，既保证了很高的过滤效率，又不影响发动机的动力性和经济性。
根据国标《GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》，在满足海拔≤2400m、-7≤环境温度≤38℃的边界条件下，按照该法规的附录K实际道路行驶测量方法，一款搭载8L柴油机动力的N3类卡车进行了PEMS测试，测试的PN结果如下：
PEMS测试情况表
未使用本发明提供装置，DPF对PN过滤效率为(6.5*1013-7.1*1012)/6.5*1013＝89.1％；
使用本发明提供装置，DPF对PN过滤效率为(6.5*1013-5.1*1011)/6.5*1013＝99.2％。
如PEMS测试情况表所示，使用本发明提供的装置，PN排放达标《GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》柴油机在台架标准排放循环WHSC和WHTC下污染物PN排放要求。
本装置制造方法如下，如图3，主要包括以下步骤：
S301、将DPF本体1从催化器上拆下来；
S302、测量DPF本体1体积和质量Q1，将DPF本体1连接到连接管2上；
S303、根据DPF本体1体积，确定所需硫酸钙粉末质量Q2和DPF本体1目标质量Q3，在硫酸钙粉末存储罐3做相应刻度标记；
S304、启动鼓风机4；
S305、开启硫酸钙粉末存储罐3，硫酸钙粉末由于重力作用落到连接管2里面，被鼓风机4的风吹撒到DPF本体1里面，硫酸钙粉末进入DPF本体1进气通道及其通道壁面11内部的微孔111，大部分硫酸钙粉末物理吸附在通道壁面11和微孔111中，少部分粒径较小的硫酸钙粉末排出去，随着硫酸钙粉末累积，壁面微孔111部分被填满，在通道壁面11上形成硫酸钙层12，填充过程如图4所示；
S306、根据硫酸钙粉末存储罐3上的刻度标记，确认添加的硫酸钙粉末接近目标量后，关闭硫酸钙粉末存储罐3，中止添加硫酸钙粉末，接着关闭鼓风机4。测量DPF本体1新质量，如果未达目标质量Q3，执行步骤S304，越接近目标值，一次性吹填时间越短；否则，执行步骤S307；
S307、把DPF本体1装回原催化器，发动机或车辆正常使用。
需要特别说明的是，在S303中，硫酸钙粉末质量Q2＝DPF本体1体积＊硫酸钙浓度，为保证DPF有很高的过滤效率，又不影响发动机的动力性和经济性，所述硫酸钙浓度为1千克每立方米。DPF本体1目标质量Q3＝DPF本体1质量Q1+硫酸钙粉末质量Q2。
本发明装置制造方法操作简单，基本人人都可操作，不用标定技术员改变标定或司机改变驾驶习惯；
本发明装置制造方法耗费时间少，不到一个小时就可以完成；
虽然，上文中已经用具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (2)

1.一种降低柴油机尾气颗粒数排放装置，包括DPF本体(1)，所述DPF本体(1)包括进气通道和出气通道，所述进气通道通过其通道壁面(11)的微孔(111)与所述出气通道连通，其特征在于，所述DPF本体(1)进气通道通道壁面(11)覆盖有硫酸钙层(12)，所述通道壁面(11)的微孔(111)被所述硫酸钙层(12)硫酸钙粉末填充；所述降低柴油机尾气颗粒数排放装置的制造方法包括以下步骤：
S301、将DPF本体（1）从催化器上拆下来；
S302、测量DPF本体（1）体积和质量Q1，将DPF本体（1）连接到连接管（2）；
S303、根据DPF本体（1）体积，确定所需硫酸钙粉末质量Q2和DPF本体（1）目标质量Q3，在硫酸钙粉末存储罐（3）做相应刻度标记；
S304、启动鼓风机（4）；
S305、开启硫酸钙粉末存储罐（3），硫酸钙粉末由于重力作用落到连接管（2）里面，被鼓风机（4）的风吹撒到DPF本体（1）里面，硫酸钙粉末进入DPF本体（1）进气通道及其通道壁面（11）内部的微孔（111），壁面微孔（111）部分被填满，在通道壁面（11）上形成硫酸钙层（12）；
S306、根据硫酸钙粉末存储罐（3）上的刻度标记，确认添加的硫酸钙粉末接近目标量后，关闭硫酸钙粉末存储罐（3），中止添加硫酸钙粉末，接着关闭鼓风机（4）；测量DPF本体（1）新质量，如果未达目标质量Q3，执行步骤S304；否则，执行步骤S307；
S307、把DPF本体（1）装回原催化器，发动机或车辆正常使用。
2.根据权利要求1所述的降低柴油机尾气颗粒数排放装置，其特征在于，所述硫酸钙层(12)的硫酸钙粉末在所述DPF本体(1)内浓度为1千克每立方米。
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