CN219061803U - 降低柴油机pn排放的发动机排气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种降低柴油机PN排放的发动机排气系统，ASC载体包括多个纵向延伸的平行通道，所述平行通道壁面设置有氨氧化催化涂层，其中一部分平行通道是在入口端开放且出口端封闭的入口通道，另一部分的平行通道是在入口端封闭且出口端开放的出口通道，入口通道与出口通道之间相邻设置，入口通道与出口通道通过两者之间共壁面上设置的微孔相互连通，ASC载体壁面微孔的中值孔径为DPF载体壁面微孔中值孔径的1.2‑1.5倍。本实用新型实现效拦截捕捉颗粒，既能达成大于85％的捕集效率，又能有效降低ASC载体的阻力，在每次触发DPF再生时，阻力不影响发动机的动力性和油耗。

Description

降低柴油机PN排放的发动机排气系统

技术领域

本实用新型涉及柴油机技术领域，具体是一种降低柴油机PN排放的发动机排气系统。

背景技术

目前柴油机商用车的排放按照国标《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)》执行，为满足该国标的排放要求，在柴油机后需安装催化器降低污染物的排放，行业内主要的催化器技术路线主要为DOC→DPF→SCR/ASC模式。

国标中明确了对PN(颗粒数)的控制要求，PN是指发动机尾气中，粒径超过23nm的粒子总数。车机国六和非道路T4法规都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。

通过在催化器中的DPF(柴油机颗粒捕集器)可以降低PN排放。专利“CN107660158B”公开一种催化颗粒过滤器，其DPF载体上有很多相互平行的通道，通道一端堵住，壁面布满微孔。柴油机排气气流进去通道后，只能从壁面微孔流到相邻通道，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。全新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。

对于一些催化器，尿素喷射进SCR混合器，部分尿素并没有完成水解为气态的氨气，而是生成过程固态产物异氰酸，这些异氰酸一部分粒径超过23nm，也有一部分异氰酸与粒径小于23nm的碳颗粒结合，形成粒径超过23nm新结合物。这样会导致测量设备测试到的PN升高，超过法规限值要求。

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、更换不容易生成粒径超过23nm粒子的SCR混合器。

上述做法的缺点其中1-2点已在前续专利“CN211174280U”中详述，而第3点的解决方案在现有技术中存在技术瓶颈的问题。

图1为目前催化器方案尾气通过ASC的示意图。ASC载体为通孔结构，除了一部分颗粒附着在四周的壁面外，大部分的颗粒都会随着尾气直接通过ASC排出大气，导致PN排放超标。同时，附着在四周壁面的颗粒累计到一定程度后，也会直接随尾气排出，形成PN排放波峰，导致PN排放超标。

公开于以上背景技术部分的信息仅仅皆在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种降低柴油机PN排放的发动机排气系统，高效拦截捕捉颗粒，既能达成大于85％的捕集效率，又能有效降低ASC载体的阻力，在每次触发DPF再生时，阻力不影响发动机的动力性和油耗。

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PN排放的ASC载体，包括多个纵向延伸的平行通道，所述平行通道壁面设置有氨氧化催化涂层，其中一部分平行通道是在入口端开放且出口端封闭的入口通道，另一部分的平行通道是在入口端封闭且出口端开放的出口通道，入口通道与出口通道之间相邻设置，入口通道与出口通道通过两者之间共壁面上设置的微孔相互连通。

本方案还提供一种降低柴油机PN排放的发动机排气系统，其包含上述所述的ASC载体，及位于ASC载体上游的DPF载体，所述ASC载体壁面微孔的中值孔径为DPF载体壁面微孔中值孔径的1.2-1.5倍。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型通过ASC载体采用端面封闭的壁流式结构，高效拦截捕捉颗粒，排气无法直接通过前后端的封闭截面，只能从通道壁面微孔流到前部堵孔的相邻通道，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。达到了高效降低PN排放的目的。

2、本实用新型ASC陶瓷通道壁面的微孔，中值孔径是DPF载体的1.2-1.5倍，既能达成大于85％的捕集效率，又能有效降低ASC载体的阻力，在每次触发DPF再生时，阻力不影响发动机的动力性和油耗。

附图说明

图1为现有技术中ASC载体的示意图。

图2为本实用新型降低柴油机PN排放的ASC载体的示意图。

图3为本实用新型ASC载体的通道结构示意图。

图4为本实用新型图3中的M部局部放大示意图。

图5为本实用新型发动机排气系统的示意图。

图中，1-ASC载体，11-入口通道，12-出口通道，13-共壁面，2-DPF载体，3-DOC载体，4-SCR混合器。

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。在实施例的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位-以特定的方位构造和操作因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

根据本方案具体实施方式的一种降低柴油机PN排放的ASC载体，参考图2所示，包括多个纵向延伸的平行通道，平行通道壁面设置有氨氧化催化涂层，其特征在于：如图3所示，其中一部分平行通道是在入口端开放且出口端封闭的入口通道11，另一部分的平行通道是在入口端封闭且出口端开放的出口通道12，入口通道11与出口通道12之间相邻设置，参考图4，入口通道11与出口通道12通过两者之间共壁面13上设置的微孔相互连通。ASC载体1为端面封闭的壁流式结构，位于上游的SCR混合器4尿素生成过程的固态产物异氰酸通过ASC载体1，排气无法直接通过前后端的封闭截面，只能从通道共壁面13微孔流到前部堵孔的相邻通道，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，解决了现有技术中部分尿素生成过程固态产物异氰酸，形成粒径超过23nm新结合物，导致测量设备测试到的PN升高，超过法规限值要求的问题，达到了高效降低PN排放的目的。

实施例2

参考图5所示，本实施例提供一种降低柴油机PN排放的发动机排气系统，其包含实施例1的ASC载体1，以及DOC载体3、SCR混合器4、DPF载体2，ASC载体1耦合在SCR混合器4的下游，DOC载体3、DPF载体2依次设置在SCR混合器4的上游，其中DPF载体2为现有技术专利“CN211174280 U”或“CN 107660158 B”的DPF载体形式，包括多个纵向延伸的平行通道，其中一部分平行通道是在入口端开放且出口端封闭的入口通道，另一部分的平行通道是在入口端封闭且出口端开放的出口通道，入口通道与出口通道之间相邻设置，入口通道与出口通道通过两者之间共壁面上设置的微孔相互连通。其中ASC载体1壁面微孔的中值孔径为DPF载体2壁面微孔中值孔径的1.2-1.5倍。

ASC载体1使用端面封闭的壁流式结构，随着捕集的颗粒增加，壁面微孔越来越小，ASC载体1的阻力增加，到一定程度会影响到发动机排气从而导致动力性和油耗恶化，需及时高温清理掉这些颗粒。催化器的DPF系统也是使用端面封闭的壁流式结构，也需定期高温清理掉颗粒，该过程叫DPF再生。经过仿真计算和试验验证，ASC载体1壁面微孔的中值孔径为DPF载体2的1.2-1.5倍时，ASC载体1的阻力可以在DPF载体2再生周期内不超过限值。因此在DPF载体2触发再生时，ASC载体1的阻力不会影响发动机的性能，DPF载体2再生的高温也会清除掉累积在ASC载体1的颗粒，ASC载体1恢复最初的阻力。

4、经过台架进行WHTC循环测试和整车PEMS，使用目前在用排气系统与本实施例排气系统的PN排放对比如下：

PN排放	台架WHTC循环	整车PEMS
			单位	#/(kWh)	#/(kWh)
法规限值	≤6E+11	≤1.2E+12
			现有技术	8.9E+10	7.6E+11
本实施例	2.3E+11	1.2E+11

试验结果表明，本实施例方案能明显降低PN排放。

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 (1)

1.一种降低柴油机PN排放的发动机排气系统，其包含ASC载体(1)，及位于ASC载体(1)上游的DPF载体(2)，其特征在于：所述ASC载体(1)包括多个纵向延伸的平行通道，所述平行通道壁面设置有氨氧化催化涂层，其中一部分平行通道是在入口端开放且出口端封闭的入口通道(11)，另一部分的平行通道是在入口端封闭且出口端开放的出口通道(12)，入口通道(11)与出口通道(12)之间相邻设置，入口通道(11)与出口通道(12)通过两者之间共壁面(13)上设置的微孔相互连通；所述ASC载体(1)壁面微孔的中值孔径为DPF载体(2)壁面微孔中值孔径的1.2-1.5倍。

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