鐵鉻鋁纖維過濾氈在尾氣排放裝置中的環保應用

歐盟范圍內卡車的尾氣排放標準已大幅收緊，有效的尾氣后處理系統成為必不可少的程序。兩個現有的后處理選項是微粒捕集器和選擇性催化還原系統。微粒捕集器旨在減少 80% 以上的微粒排放，而使用氨形成還原劑的 SCR 系統可減少類似數量的氮氧化物排放?；谶@些方案的后處理系統的主要發展重點是系統的耐久性。特別是，排氣后處理系統和發動機控制之間的必要聯系仍需開發，以保證所有運行范圍內的功能。為了達到0.02g/kW·h的水平，顆粒物質留在捕集器中并被氧化以再生捕集器。捕集器的結構在顆粒氧化過程中會承受極端載荷。特別危險的是由于空間有限的顆粒燃燒期間的局部最高溫度而在捕集材料中產生熱應力。

如果僅單獨使用顆粒過濾器，發動機開發目標是將NOx排放限制在3.5g/kW·h的水平，那么只能達到歐標的第一步。使用歐 3 標準作為參考點，這意味著氮氧化物總排放量進一步減少 30%。發動機上的傳統解決方案（例如延遲燃油噴射）會導致顆粒物排放增加。如果使用顆粒過濾器，可以將顆粒物降低到所需水平。具有高熱容量和高導熱性的材料是一個優勢。疏水閥的設計極大地影響了燃燒過程中的熱量散發。粒子局部燃燒后，放熱反應在陷阱中擴散，導致擴散方向的溫度升高，尤其是在某處粒子濃度較高的情況下。因此，短的火焰路徑也是一個優勢，這意味著疏水閥中需要短的流道。

燒結金屬拖拉機由燒結金屬制成的捕集器具有高熱容量和高導熱性，它們已經證明了它們的價值，尤其是在極端高溫下。因此，它們已在卡車比賽中成功應用多年。特別堅固的金屬捕集器由各種單片金屬制成。鈑金形狀種類繁多，各種單金屬板被焊接到疏水閥外殼中。廢氣從外向內徑向流過疏水閥，保持火焰路徑短和熱應力低。鐵鉻鋁纖維氈是金屬濾板的材料之一。

陷阱再生過程柴油發動機的顆粒物主要由固體物質（顆粒和灰塵）組成，捕集器捕獲了幾乎 100% 的這些物質。此外，HC 和硫酸鹽會根據溫度狀況不同程度地吸附在顆粒物上，然后釋放。這種捕集器的整體有效性取決于捕集器中顆粒物質的成分和溫度分布。然而，大多數捕集器將 10-100nm 范圍內的粒子減少了 90% 以上。對于硫含量小于10ppm的燃料油，經試驗表明，在歐洲的穩態循環中，捕集總效果及其對其他污染物的轉化率高于90%。這意味著通過歐 2 認證的發動機可以通過安裝捕集器輕松滿足歐 4 顆粒物排放標準。同時，排放物中的 HC 和 CO 減少了約 90%，主要是由于 CRT 催化劑的氧化。與任何高負載氧化催化劑一樣，這種 CRT 氧化催化劑可高效地將燃油中有害的硫轉化為硫酸鹽，從而增加顆粒物排放。因此，當燃料的硫含量在 30ppm 左右時，僅硫酸鹽的形成就會導致顆粒物排放超過歐 4 標準的限制。

排氣背壓排氣處理系統的背壓值應保持盡可能低，以免影響燃油經濟性。只有一個消聲器時才能達到的50-100mbar的背壓值，只有使用大容量疏水閥才能維持。這導致尾氣后處理系統龐大、笨重且昂貴。因此，對于每個獨特的應用，必須找到排氣背壓與系統尺寸和成本之間的最佳折衷方案。在設計過程中不僅必須考慮新疏水閥的排氣背壓，還必須考慮不可燃殘留物，特別是機油添加劑在疏水閥中積灰的影響。膩子的主要成分是硫酸鈣和磷鋅酸成分。這些物質不能通過疏水閥的正常再生去除，因此在疏水閥中積累。特別是用于延長換油周期的優質潤滑油通常含有高含量的添加劑，會產生更多的油灰。通常載重汽車發動機潤滑油中成灰物質的含量約為1%～2%。燃燒1L機油會產生15g左右的灰分，也就是說在行駛100000km后，當機油消耗量為1L/1000km時，捕集器捕集的灰分僅來自機油就有1500g。通常捕集器中的沉積灰呈粉末狀，但根據基本操作條件，可能會發生熔化，這會增加任何可能的系統清潔程度。因此，除了將后處理系統與發動機尺寸和應用條件相匹配外，優化發動機的油耗和進氣系統也是必不可少的。自 1995 年以來，帶 CRT 再生功能的顆粒過濾器就開始使用，尤其是在城市公交車上。通過 CRT 催化劑維持再生。對比試驗清楚地表明，由于油耗增加，疏水閥保持低排氣背壓的10萬公里性能無法完全發揮。目前的解決方法是從系統中移除陷阱并單獨清理它。即使在使用快速釋放裝置的情況下，這也是一種昂貴的維護措施，不可避免地增加了卡車的運營成本。此外，必須假設即使在清潔過濾器后也不會再次達到原始排氣背壓值。因此，疏水閥的設計無需清潔疏水閥。低位維護疏水閥系統的要求是：疏水閥通道內不應長期積灰；除塵必須在不從車輛上拆下排氣后處理系統的情況下進行；灰燼可以妥善處理。正是出于這個原因，Purem 將其系統設計從通道結構演變為金屬板疏水閥。排出的空氣從外向內徑向流過金屬板，因此灰燼不會聚集在通道的一端。使用燒結金屬過濾器意味著灰燼很容易通過并積聚在灰箱中。持續的耐久性測試是通過檢查灰分來完成的陷阱的形成和清潔用于進一步優化陷阱的功能。初步結果表明，一部分灰燼與燒結金屬表面結合，一部分灰燼脫落。

聲學特性由于使用了氧化催化劑，不能使用降噪吸水墊。但是，可以通過插入不同的元件來降低聲壓強度。消聲器外殼的設計體積可以通過具有大金屬板截面的獨特形狀來利用，因為廢氣不必軸向流過收集器。許多消聲器使用的同側入口和出口設計也可用于燒結金屬疏水閥。