【正文】 所謂全流式系統(tǒng)，是指過濾器再生時，排氣全部流經(jīng)過濾器，這種系統(tǒng)比較簡單，但對燃燒裝置的功率要求比較高，并且再生過程比較難以控制。為此，美國通用汽車公司開發(fā)了一種部分旁通式再生系統(tǒng)，即利用柴油機(jī)驅(qū)動空氣泵提供部分新鮮空氣，再利用部分廢氣來滿足流動要求和氧氣供給。但研究發(fā)現(xiàn)，在噴油助燃再生中，一定的氣流速度是保證安全可靠再生的重要因素。在旁通式中，柴油機(jī)廢氣在再生過程中從旁通通道排入大氣，因此再生過程可以不受排氣流動的影響，可在柴油機(jī)任何工況下實現(xiàn)對過濾體的再生。該再生技術(shù)是通過一套專門的系統(tǒng)，適時地向過濾體上游空間噴人一定量的燃油和供給一定的空氣，由點(diǎn)火系統(tǒng)將噴入的燃油點(diǎn)燃，使過濾體的溫度上升，微粒著火燃燒，以實現(xiàn)過濾體的再生。強(qiáng)制再生難以在公交車等經(jīng)常長時間低速行駛的車輛上使用。這些再生方法可以分為3類，前4種為加熱再生，逆向噴氣再生屬低溫反清潔再生，后兩種屬催化再生[9]。再生實際上就是利用熱能將沉積在過濾器內(nèi)的微粒燒掉。如果過濾體中收集的微粒不能及時清除，就會發(fā)生濾芯堵塞以致柴油機(jī)背壓急劇上升的現(xiàn)象，影響柴油機(jī)的換氣和燃燒，降低性能。根據(jù)國內(nèi)王憲成、寧智等人的研究表明：利用金屬絲網(wǎng)良好的導(dǎo)電性，在過濾體上游加上電暈荷電裝置，使微粒荷電，帶電微粒在經(jīng)過金屬絲網(wǎng)時由于靜電映像力的作用吸附在金屬絲網(wǎng)上，可以使組合金屬絲網(wǎng)的過濾效率達(dá)到50％～75％。 金屬絲網(wǎng)采用金屬絲網(wǎng)成本相對較低，且孔隙大小沿氣流方向可以任意組合，使捕獲的微粒在過濾體中沿過濾厚度方向分布均勻，增強(qiáng)了過濾效率及過濾時間；其次，金屬絲網(wǎng)的耐高溫及抗震性能好，使用壽命長；金屬絲網(wǎng)良好的導(dǎo)電性能，使其更容易捕集到帶電微粒。由于編織陶瓷過濾體內(nèi)纖維表面全是有效過濾面積，因此過濾效率高，可達(dá)90％以上。表2 碳化硅及堇青石泡沫陶瓷材料的基本性能 材料耐壓強(qiáng)度/(kg/cm2)熱膨脹系數(shù)(1/℃)導(dǎo)熱系數(shù)/(W/m℃)耐火度/℃化學(xué)成分碳化硅10～402～41600SiCSiO2Al2O3堇青石10～20～1200MgOAl2O3SiO2 編織陶瓷纖維 編織陶瓷纖維具有高度表面積化和良好的抗高溫能力，沒有固定尺寸的限制，為過濾體內(nèi)孔形狀和孔的分布提供了廣泛的選擇余地，可以通過改變各種設(shè)計參數(shù)使應(yīng)用達(dá)到優(yōu)化。碳化硅泡沫陶瓷具有孔隙率大，孔徑均勻，機(jī)械強(qiáng)度高，高溫性能好以及具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和微波吸收能力等特點(diǎn)。堇青石泡沫陶瓷和碳化硅泡沫陶瓷是目前應(yīng)用比較廣泛的過濾體材料。泡沫陶瓷各向同性，再生時熱應(yīng)力小，不易造成過濾體熱損壞。泡沫陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是制造工藝相對簡單，且成本低，可以根據(jù)微粒的過濾及過濾體再生的要求，制成各種形狀，以滿足不同的需求。 。 c. 微孔直徑越大，擴(kuò)散捕集效率越低。 b．隨著流速的提高，微粒的慣性碰撞捕集效率逐漸降低。 c. 微孔直徑越大，擴(kuò)散捕集效率越低。 b．隨著流速的提高，微粒的慣性碰撞捕集效率逐漸降低。相關(guān)研究表明： a. 柴油機(jī)用泡沫陶瓷過濾器的過濾機(jī)理以慣性碰撞機(jī)制為主。每個氣室通過窗口與多個鄰室相連，在過濾體內(nèi)形成許多曲折的通道[10]。它是將陶瓷原料配制成泥漿，并在聚酯或聚醚泡沫塑料內(nèi)浸漬成型，最后經(jīng)燒制而成的。壁流式蜂窩陶瓷壁內(nèi)小孔的尺寸都在微米級，過濾效率可達(dá)90％以上，且耐高溫，機(jī)械強(qiáng)度高[7]。徑小的顆粒隨氣流通過壁孔而排出。 蜂窩陶瓷材料具有各向異性的特點(diǎn)，其徑向膨脹系數(shù)是橫向膨脹系數(shù)的兩倍，且微粒都沉積在孔道內(nèi)，因此再生過程中受熱不均勻，易發(fā)生熱應(yīng)力損壞。壁流式蜂窩陶瓷壁內(nèi)小孔的尺寸都在微米級，過濾效率可達(dá)90％以上，且耐高溫，機(jī)械強(qiáng)度高[7]。多孔薄壁為柴油機(jī)排氣顆粒過濾的基本作用單元，壁孔結(jié)構(gòu)的大小對排氣顆粒流的作用有兩種情況：一是壁孔較大，顆粒流中的所有顆粒物通過，過濾器不起作用；二是壁孔小于顆粒物粒徑，攔截全部顆粒高效捕集，粒徑小的顆粒隨氣流通過壁孔而排出。壁流式蜂窩陶瓷的結(jié)構(gòu)及工作原理見圖2。表1 不同過濾材料的過濾效率比較[5]過濾形式表面過濾深床過濾過濾材料壁流式蜂窩陶瓷陶瓷纖維泡沫陶瓷金屬絲網(wǎng)過濾效率65％～95％70％～99％40％～70％20％～50％ 壁流式蜂窩陶瓷壁流式蜂窩陶瓷試制于20世紀(jì)70年代初美國康寧(Corning)公司，它以其良好的性能逐步取代了早期應(yīng)用的Al203球粒載體，占據(jù)了催化器載體的主導(dǎo)市場。其中，壁流式蜂窩陶瓷和陶瓷纖維屬于表面過濾，泡沫陶瓷和金屬絲網(wǎng)屬于深床過濾。國外在過濾材料的研究方面已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，出現(xiàn)了一些商品化的產(chǎn)品，但由于過濾材料的研究需要高的工藝水平和資金投入等原因，國內(nèi)在這方面與國外仍然有較大的差距。其中過濾效率和流動阻力是一對矛盾，高的微粒過濾效率一般會導(dǎo)致高的流動阻力。大部分碳煙微粒由于體積過大而無法穿越壁孔,因而被吸附在通道壁上,而不會排放到空氣中。 工作原理 柴油機(jī)的排放,含有大量碳煙微粒的污染物,通過排氣管道進(jìn)入微粒捕集器。在濾芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計中,GM公司認(rèn)為最具發(fā)展前途的4種過濾體形式為:壁流式蜂窩陶瓷體、泡沫陶瓷體、金屬絲網(wǎng)和編織陶瓷纖維。微粒捕集器的工作主體是濾芯,濾芯決定過濾器的過濾效率、工作可靠性、使用壽命以及再生技術(shù)的使用和再生效果。整套裝置為雙室結(jié)構(gòu),捕集器殼體內(nèi)的前部設(shè)有一個支蓋,將殼體分為前后兩腔,濾芯和自動燃燒器分別設(shè)在前后腔內(nèi),從而過濾與再生分區(qū)進(jìn)行,使得過濾與再生互不干擾,無論發(fā)動機(jī)處在何種工況下,系統(tǒng)都能自動工作。其兩大關(guān)鍵技術(shù)是過濾材料和過濾體的再生。 第四章 柴油機(jī)微粒捕捉器1. 微粒捕捉器(DPF)的組成和結(jié)構(gòu)及工作原理 組成 微粒捕捉器(DPF)由收集排氣微粒的濾芯和各類周期性地把濾芯中集存的微粒燒掉或氧化掉的再生系統(tǒng)所組成。近年來，天然氣發(fā)動機(jī)、包括柴油與天然氣的雙燃料發(fā)動機(jī) 發(fā)展 很快，目前，全世界有幾百萬輛天然氣或雙燃料汽車在運(yùn)行，預(yù)計到2010年，全球?qū)⒂?/3的國家使用天然氣汽車。美國一些學(xué)者認(rèn)為天然氣發(fā)動機(jī)汽車是與電動車相媲美的清潔能源動力車。 6. 代用燃料 隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日趨嚴(yán)重，尋找一種更清潔的替代石油的原料已勢在必行。減少芳香烴，尤其是減少3環(huán)以上的芳香族成分，可減少排放顆粒中的硫化物、降低90%的蒸餾溫度、改進(jìn)點(diǎn)火性能；通過使用含氧燃料或添加劑，可降低黑煙顆粒。 　　為減少顆粒排放而研制的各種“柴油機(jī)顆粒收集器或稱過濾器(DEF)”，雖然不少產(chǎn)品已在歐洲轎車柴油機(jī)上裝車使用，但由于DEF的耐久性差且過濾器的再生問題也沒有徹底解決，因此，該項技術(shù)也正在進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展中。 　　與SCR技術(shù)相比，DeNOx催化技術(shù)系統(tǒng)簡單，無有害生成物，目前認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿Α?　　SCR技術(shù)是利用氮氧化物有選擇地與存在于廢氣中的或噴入的反應(yīng)劑反應(yīng)，利用一個催化器降低NO x 排放，排出生成的氧氣。3. 全電子優(yōu)化控制 如前所述，目前對燃油噴射時間、噴射量、慣性增壓、增壓器、進(jìn)氣渦流及廢氣再循環(huán)(EGR)等都能實現(xiàn)電子優(yōu)化的可變控制，從而對降低排放、減少油耗、提高輸出功率和啟動性能等有很大作用；但是，這些控制中的多半內(nèi)容，如EGR、自動診斷等，還有很多技術(shù)不夠完善，有待進(jìn)一步研究和開發(fā)，今后還將繼續(xù)開發(fā)其它方面的電子可變控制機(jī)構(gòu)，尤其是與整車相協(xié)調(diào)統(tǒng)一的綜合化的全電子控制系統(tǒng)4. 排氣后處理技術(shù) 柴油機(jī)能否像汽油機(jī)那樣使用催化劑大幅度減少排放，尤其是NO x ，這是柴油機(jī)研制者一直追求的目標(biāo)。另外，增壓器固定的渦輪幾何形狀也將由可用于多用途的電控可變幾何形狀所取代。2. 增壓及可變氣門配氣定時 當(dāng)今柴油機(jī)增壓和增壓中冷已成為標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，隨著發(fā)動機(jī)的輕量化與小型化，為了降低車輛油耗，提高車輛裝載效率，必須繼續(xù)提高增壓比及增壓器效率。噴射壓力已提高到160—180MPa，實驗室內(nèi)已到200 MPa。第三章 降低柴油機(jī)有害排放物的幾種控制技術(shù)1. 進(jìn)一步優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，特別重視開發(fā)和選擇噴射系統(tǒng) Perkins公司的Ouadram燃燒室、日野公司的HMMS燃燒室，小松公司的MTEC燃燒室及五十鈴公司的四角形燃燒室等，都在試驗開發(fā)階段，其基本特點(diǎn)是由一個中央渦流及四周的微渦流使空氣燃料快速而充分地混合，并配合以合適的燃油噴射系統(tǒng)。長期吸入較高濃度的柴油機(jī)排氣顆粒，可以影響內(nèi)分泌功能而改變性激素平衡和生殖細(xì)胞的形態(tài)和功能。葉瞬華等采用Ames試驗，檢測6種國產(chǎn)和進(jìn)口柴油機(jī)排氣顆粒物的誘變性，研究發(fā)現(xiàn)：6種柴油機(jī)排出顆粒物均呈陽性，其顆粒提取物和誘變性之間，存在劑量反應(yīng)關(guān)系。柴油機(jī)排氣微粒中的多環(huán)芳烴一旦沉積于氣道粘膜表面，很容易通過上皮細(xì)胞結(jié)合為胞質(zhì)受體從而影響細(xì)胞的生長和分化。4. 柴油機(jī)顆粒物毒性研究 前人的研究表明柴油機(jī)顆粒物是大氣污染的主要來源，且對人體呼吸系統(tǒng)具有較強(qiáng)的負(fù)面效應(yīng)，故國內(nèi)外許多學(xué)者已對尾氣顆粒物的毒性研究做出報道。蔡智鳴等采集了多種柴油車尾氣管（連消聲器）中沉積的碳煙顆粒冷凝物樣品，對其中有機(jī)污染物的化學(xué)組成和含量進(jìn)行了研究。潭建軍等針對柴油機(jī)顆粒物中PAHs組分提出了預(yù)處理和分析方法。SandroBrandenberger等研究發(fā)現(xiàn)潤滑油對有機(jī)物排放有著顯著貢獻(xiàn)，同時也是PAHs的重要排放源。MoacirTavaresJr等檢測了巴西隆德里納公交車站柴油機(jī)排放的PAHs，發(fā)現(xiàn)有10種多環(huán)芳香烴，平均濃度范圍為（177。 由于多環(huán)芳烴具有較強(qiáng)的累積毒性效應(yīng)，國內(nèi)外許多學(xué)者將研究重點(diǎn)放在了顆粒物有機(jī)可溶性組分中多環(huán)芳烴（PAHs）的定性定量上。譚丕強(qiáng)等分析了一臺增壓中冷直噴式柴油機(jī)排氣微粒的SOF成分。張延峰等分析車用柴油機(jī)排氣顆粒物組分得出有機(jī)酸、有機(jī)堿、脂肪烴類、芳香烴類、中極性和高極性有機(jī)物6種組分在SOF中的比例。國內(nèi)對柴油機(jī)顆粒物的研究起步于20世紀(jì)80年代，李疏松等分別采用稀釋法和不稀釋法進(jìn)行采樣，