并聯旁通式柴油發動機黑煙捕集器（DPF）

王俊 王娟

[摘 要]一種裝置，能有效解決柴油發動機因黑煙捕集器（DPF）堵塞造成排氣背壓上升，再生裝置啟動作工燃燒氣體膨脹產生背壓，因發動機急加速、高速行駛造成的高背壓，導致動力下降、陶瓷載體破裂、黑煙捕集功能失效等問題。利用壓力傳感器偵測排氣背壓、電控系統開啟或關閉并聯旁通閥降壓，系統亦設置黑煙捕集設備不使黑煙排放。

[關鍵詞]柴油車尾氣后處理;DPF;再生;壓力傳感器

一、引言

DPF是Diesel Particulate Filter的簡稱，意思是柴油微顆粒捕集器，DPF裝置安裝在柴油車排氣系統中，它的作用是通過壁流式的陶瓷過濾裝置捕捉柴油發動機燃燒后排出的顆粒，能夠有效地凈化排氣中70%～90%的顆粒，是凈化柴油機顆粒物最有效、最直接的方法之一。

DPF的過濾載體捕集的效率主要受到顆粒粒徑、過濾載體孔徑、排氣流通速度、排氣流溫度等因素的影響。因伴之柴油發動機工作時間的增加，過濾載體內部攔截堆積的顆粒物增多，發動機的排氣背壓隨之升高，將會影響發動機的正常工作，動力性能下降，油耗增加。

二、DPF再生

DPF面臨的最大挑戰就是再生問題。顆粒過濾器再生的方法主要是微粒氧化，而微粒氧化的要求是高溫、富氧和氧化時間。實際上柴油機排氣溫度一般小于500℃，特別是一些在城市工況運行的公交車的排氣溫度甚至在300℃以下。顆粒過濾器再生的關鍵性問題是降低平衡點溫度，該溫度狀態下微粒形成和氧化的速度相等，此時背壓較恒定，系統處于平衡狀態。平衡點溫度與流速、微粒成分、NOx含量、含硫濃度、碳煙形成及發動機燃料的參數有關。

DPF的再生方法有主動再生和被動再生兩種。其中常用的主動再生方法是燃燒器噴油加熱再生，即在顆粒過濾器的入口處設置混合燃燒器，噴入柴油和二次空氣，燃燒后引燃顆粒過濾器中的碳煙顆粒進行再生。顆粒物燃燒再生完成率高達90%，然而噴油加熱燃燒過程并非每次都能成功點燃混合油氣，因受到排氣渦流振動及再生點火閃燃產生氣流高反壓、發動機加減速等影響，導致有噴油卻未點燃的問題，排氣中未燃油霧排出造成尾氣產生大量白煙現象。除此以外，顆粒堵塞或加減速造成的排氣系統壓力迅速上升都會容易造成陶瓷過濾載體的破裂，根據研究資料指出大多數的DPF失效都是陶瓷過濾載體破裂為主因。因此，提出了并聯旁通式柴油發動機黑煙捕集器（DPF）的研究，有效地解決了問題。

三、并聯旁通式柴油發動機黑煙捕集器（DPF）

并聯旁通式柴油發動機黑煙捕集器（DPF），結構主體與主動再生式DPF相似，僅在捕集器排氣進口道前裝置三通管旁通閥，可視需要將廢氣不流經捕集器導出，在DPF出口末端前也裝置三通管，廢氣直接可從前端入不流通捕集器由此導出。系統由兩組三通管、電動蝶閥門、過濾體、電接點壓力傳感器、繼電器、旁通管等組成。

工作原理為當排氣背壓達設定值時，電接點壓力傳感器接收壓力信號，電流接通啟動繼電器開啟電動蝶閥門，發動機廢氣繞經旁通管路到出口排放，排氣背壓得以降低。本設計中亦在旁通管道中裝置顆粒捕集過濾設備，即便是打開旁通閥門，廢氣流經旁通裝置也不會直接排出顆粒。

本項并聯旁通式柴油發動機黑煙捕集器（DPF）主要功能除因發動機排氣渦流振動及再生點火閃燃產生氣流高反壓、顆粒堵塞、發動機加減速等影響造成陶瓷過濾載體破裂，導致顆粒捕集失效排放黑煙之外，還兼具備以下優點：

1.行駛中連續再生，不影響動力輸出。

2.旁通管道中裝置顆粒捕集過濾設備，廢氣流經旁通裝置也不會直接排放出碳煙顆粒。

3.因應大、小車種系統不同可選配氣動或電動蝶閥門。

4.旁通顆粒捕集過濾裝置可再生或更換，成本低。

5.同步排放作功，不會升高排氣背壓或高噪聲排放。

本裝置以濰柴六缸柴油發動機裝車測試，且到機動車檢測站實車檢測，顆粒物（PM）排放全部達標，測量數據如下表所示。

柴油發動機黑煙捕集器（DPF）顆粒物（PM）排放檢測值

由上表可知發動機有進氣增壓排放值為1.31，將進氣增壓減除后排放值上升到2.10，可以看得出有裝設進氣增壓燃燒較為完全，對顆粒物排放有所改善。再將發動機裝上黑煙捕集器（DPF）后，顆粒物（PM）排放顯著大幅降低至0.03，數據也可以看出柴油發動機有無裝置渦輪進氣增壓，只要裝設黑煙捕集器（DPF）后，就可降低顆粒物（PM）排放，完全滿足國家規定的排放標準。

四、結論

本項并聯旁通式柴油發動機黑煙捕集器（DPF）主要解決因發動機排氣渦流振動及再生點火閃燃產生氣流高反壓、顆粒堵塞、發動機加減速等影響造成陶瓷過濾載體破裂，導致顆粒捕集失效排放黑煙的問題。

[作者單位]

濰坊工商職業學院

（編輯：栗國花）