新型高孔隙率柴油微粒過濾器

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新型高孔隙率柴油微粒過濾器

與汽油機相比，柴油機因其具有較高的熱效率而被廣泛應用，并能有效降低CO2排放。考慮日益嚴格的排放法規，尤其是NOx的排放，柴油機必須更加清潔且效率更高。然而，在柴油機中，CO2排放和NOx排放之間存在權衡。由于NOx可以通過催化轉換裝置來降低，如選擇性催化還原催化劑，因此設計師往往將降低CO2排放作為主要目標。目前，柴油機上廣泛使用的后處理系統為柴油氧化催化劑、催化劑煙霧過濾器和選擇性催化還原系統的結合。在該系統中，柴油氧化催化劑氧化HC和CO，催化劑煙霧過濾器收集碳煙并氧化NO生成NO2，選擇性催化還原系統將NOx還原為氮氣。但由于設計時需要預留安裝選擇性催化還原系統的空間，因此整個系統的壓力差將增加。由于選擇性催化還原系統的基板位于柴油微粒過濾器（DPF）的下游，因此在發動機冷起動條件下需要提高選擇性催化還原催化劑的溫度，整個加熱過程需要時間較長，但在此期間不能進行NOx的轉化。對此，給出了一種涂層選擇性催化還原催化劑的DPF，并對催化劑基板的孔隙率進行優化設計，使其壓力差不易增加，并對其過濾特性和耐久性進行研究。

新設計的DPF是在其表面涂層選擇性催化還原催化劑，這就省略了選擇性催化還原系統。由于選擇性催化還原催化劑的活性取決于催化劑的負荷量，因此為達到較高的NOx轉化率，催化劑需要具有較高的負荷量，但較高的負荷量將引起傳統DPF兩端產生較高的壓力差，因此設計新DPF時需要同時考慮上述兩種因素。通過改變催化劑基板的孔隙率，可協調上述兩種因素。試驗采用一個滿足歐5排放法規的2.0L柴油機，其配備一個未使用的DPF，并采用全球輕型車測試循環進行測試。試驗結果表明，根據DPF的過濾性能和壓力差，其基板的最佳孔隙率為60%～65%，最佳平均孔徑為20μm。為進一步降低壓力差，可以增加孔隙體積，優化孔隙結構。

Marc C.Besch et al.SAE 2015-01-1085.

編譯：李臣