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无锡柴油车颗粒捕集器的材料选技是什么结构技术要求?

访问量: 发表时间:2019/6/10 16:38:41  所属分类:行业资讯

无锡柴油车颗粒捕集器DPF 孔结构演变

传统壁流式 DPF 孔是方形孔结构,并交叉堵孔,迫使气流流经过滤壁面,颗粒被捕集在壁内部孔表面上(深层过滤)和壁表面上,形成一层碳烟过滤层。当碳烟负载量较多时,表层过滤将会是影响 DPF压力损失的主要因素,因而增加 DPF 的有效过滤面积,在同等的碳烟量情况下,累积在 DPF 过滤壁面上的碳烟厚度将减小;另外,提高 DPF 入口的开孔率,能有效提高 DPF 的过滤容积,加强 DPF 的灰分储存能力,延长清灰里程。为此,不同的 DPF 研究者和生产企业对 DPF 孔结构进行了很多的创新设计。


日本揖斐电公司作为全球碳化硅 DPF 市场的领导者,在 DPF 结构设计方面做出了很多创新,其中最具代表性的就是“OS”孔结构的 DPF,入口为八边形,出口为正方形。“OS”孔结构 DPF 的清灰里程比传统的对称孔结构 DPF 的要长 30%。作为 DPF 市场的主要参与者,美国康宁(Corning)公司和日本NGK 公司也开发了类似孔结构的堇青石、钛酸铝、复合碳化硅等材料的 DPF。德国清洁柴油陶瓷公司(Clean Diesel Ceramic Gmb H) 开发了三角形孔结构DPF,与方形孔对称结构 DPF 相比,过滤面积能增加 14%;但是该公司的产品以 200 目为主,主要应用于欧洲在用车改造市场。


日本 TYK 公司开发出的六边形碳化硅 DPF。法国 Saint-Gobain 开发的出波浪形非对称结构碳化硅 DPF,能有效缩短 DPF 长度。日本住友公司开发的出非对称六边形孔结构钛酸铝 DPF(AT),有效过滤面积高达14cm2/cm3,已经在波兰建厂,投入批量生产。为了进一步巩固市场占有率,揖斐电公司在产品差异性上又做出了创新,采用有效的堵孔技术,并推出了所谓的“VPL”(Val-ued plugging Layout)DPF。其有效过滤面积高达15.5cm2/cm3,而且有效过滤体积也提高了 15%。这种独特结构能缩小 DPF 体积达 33%,减少 DPF 的使用成本,而且还保持优良的性能。

2、DPF 孔隙率与平均孔直径

重结晶碳化硅由于在高温下烧结几乎不收缩,孔的形成主要取决于具有双峰粒径分布的碳化硅粉的结合,因此能形成分布比较均匀的微孔分布。然而采用复合碳化硅、堇青石和钛酸铝这 3 种材料的DPF,由于使用了造孔剂,在烧成过程中,收缩率比较大,因而孔的平均直径分布比较宽。

DPF 对 PM 的初始过滤效率主要取决于微孔结构,孔的平均直径分布窄,对 PM 的过滤效率更高。当 DPF 捕集到一定量的 PM 时,DPF 微孔结构对 PM 的过滤效率没有明显的影响。

很显然,重结晶碳化硅 DPF 初始的 PM 过滤效率要高于堇青石 DPF,当 PM 捕集到 0.5g/L 时,二者的 PM 过滤效率相当,高达99%。这是由于此时 DPF 从深层过滤过渡到表层过滤。

3、不同 DPF 技术的结构要求

所谓的“二合一 (Two in One)”技术就是把SCR 催化剂涂敷在 DPF 载体内,集 SCR 和 DPF 的功能于一体,这样能有效降低成本,并减少系统的安装空间。然而,跟传统的基于 CDPF 再生技术和基于 FBC 再生技术的 DPF 结构相比,基于“二合一”技术的 DPF 需要更大孔隙率和平均孔直径。由于基于 FBC 再生技术,放热速度快,对DPF的热冲击比较大。对于这一情况,一般通过减少目数,增加壁厚,以及减少孔隙率和平均孔直径等设计手段来增加 DPF 的热容量,从而减少其在“发动机进入怠速运行 (Drop in Idle)”情况下的最高温度和温度梯度。CDPF 技术能有效降低 DPF 再生时的温度,有助于提高燃油经济性;但是一般催化剂涂敷量不是很大, 5~10g/L。因此应用于CDPF 技术的 DPF 需要适中的孔隙率和平均孔直径。基于“二合一”技术往往要求高达 90~220g/L,甚至更高的催化剂涂敷量。这势必导致 DPF的压差增大,恶化燃油经济性,因而设计高孔隙率和大平均孔直径 DPF 满足高涂敷量、低背压要求。