CN211174280U - 一种降低柴油机尾气颗粒数排放装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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,本实用新型装置包括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。本实用新型提供的装置可以大幅度减少PN排放,而且有效期长。
Description
技术领域
本实用新型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。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题,本实用新型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。
为实现上述实用新型目的,本实用新型的技术方案如下:
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,本实用新型具有如下有益效果:
1、本实用新型提供的降低柴油机颗粒数排放装置,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、本实用新型装置成本低,不用发动机或整车资源来调试降低PN;
4、本实用新型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、本实用新型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为本实用新型实施例DPF通道结构示意图;
图2为本实用新型中图1中的M部局部放大示意图;
图3为本实用新型装置制造方法实施例设备结构示意图;
图4为本实用新型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
为详细说明本实用新型的技术内容、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,本实用新型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℃,本实用新型提供的装置有效期长,不会随着排气温度的变化而失效。本实用新型装置成本低,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
未使用本实用新型提供装置,DPF对PN过滤效率为(6.5*1013-7.1*1012)/6.5*1013=89.1%;
使用本实用新型提供装置,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,使用本实用新型提供的装置,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。
本实用新型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;
本实用新型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,对本实用新型作了详尽的描述,但在本实用新型基础上,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,在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本实用新型要求保护的范围。
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。
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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