電加熱DPF的技術原理及應用

文/蔣旭東 莫志遠 王遠書 李煒 沈繼成

DPF技術已經成為改善在用非道路車輛尾氣排放的重要手段之一，本文介紹了電加熱DPF的工作原理以及電加熱DPF工作的使用條件等內容，為低排氣溫度柴油機械排放的柴油顆粒物PM凈化提供了一種行之有效的手段和方法。

針對日益嚴格的環保法規，使得柴油車DPF（Diesel Particulate Filters）柴油顆粒捕集器技術得到了市場應用。與DOC、POC、SCR等后處理技術相比，DPF對柴油顆粒物的凈化最為有效、直接，可減少發動機產生的碳煙顆粒達95%以上。我國預計在2023年執行道路車輛全國范圍內國六B階段、2022年底執行非道路車輛國四排放的國家標準。標準覆蓋下的整車后處理系統無可避免的需要使用DPF產品作為PM顆粒物最佳治理手段。

目前市面上常見的顆粒捕捉器DPF產品在柴油機械低排氣溫度車型往往因為原車的排氣溫度本身非常低，或DPF噴油加熱標定時間短所導致的主、被動再生效果不理想。針對此類低排氣溫度柴油機械排氣所產生的各類顆粒物、油污是無法順利排出DPF壁流式結構載體的，必然會逐步導致排氣系統背壓的上升，需要經常性取出DPF載體，人工方式進行電爐加熱清理，使其重新具備提升捕捉能力。否則，發動機整體性能會受到諸多負面影響甚至直接損壞。鑒于此，本文提出了一種能夠方便、有效解決顆粒捕捉器裝置堵塞問題的尾氣電加熱DPF技術應用。

一、電加熱DPF的技術原理

圖二 電加熱DPF外形圖

圖三 一體式DPF結構示意圖

電加熱DPF機構包括有電加熱裝置、雙層金屬絲網POC和顆粒捕捉器載體DPF三件主要部件組成，金屬絲網POC裝配在電加熱裝置與顆粒捕捉器載體DPF之間，金屬絲網POC作為電加熱裝置6與顆粒捕捉器載體2之間的熱傳導介質，具有更高的熱傳導效率；排氣管體上靠近尾氣進入端1一側的側壁上設置有空氣泵的出氣口5可以進行補氧，當電加熱DPF機構6進行主動再生功能時，發動機處于關機停機狀態，完全采用市電供熱，且采用外接風機供氧，具有更高的熱效率，避免多余熱量被排氣帶走，導致耗能與再生時間的增加。

電加熱DPF機構與顆粒捕捉器載體DPF之間的金屬絲網POC有兩只，電加熱器置于兩只金屬絲網POC之間成為一體式加熱組件。一體式加熱組件和顆粒捕捉器載體緊密壓制成一體式DPF結構，能夠快速有效提高電加熱器與顆粒捕捉器載體DPF之間的導熱性能，同時通過雙層金屬絲網POC，能夠有效過濾掉排放尾氣中的大粒徑顆粒物；在雙層金屬絲網POC上面涂敷了貴金屬鉑、鈀之后，POC又成為了金屬DOC。如此，雙層金屬絲網實際效果上起到了DOC與POC的雙重功效，這是電加熱DPF的核心組成部分。電加熱DPF采用市電供電方式，加熱效果更好，使用時，將待處理車輛停下，然后將電加熱器接通市電，將排氣電加熱DPF機構內部環境加熱到500～700℃，在加熱的同時，吹風設備通過排氣管體側壁上的單向空氣入口可4向排氣筒體1內部通入空氣，使得顆粒捕捉器載體DPF及雙層金屬絲網POC上積累附著的PM顆粒物及其油脂在高溫下燃燒、揮發，能夠有效防止顆粒捕捉器載體DPF因顆粒物或者油脂物質積累導致堵塞DPF的通氣孔道，進而影響到車輛正常排氣的情況發生。

二、電加熱DPF的應用優勢

該款電加熱DPF相比較傳統噴油再生DPF產品的優勢明顯，主要體現在成本及應用領域。

1.不用增加額外噴射的柴油費用。2.更加容易控制DPF載體的加熱溫度，避免非受控主動再生導致的DPF早期破損。3.控制系統無需對不同發動機進行單獨和長期的標定工作，控制系統邏輯簡單，降低了標定成本。4.由于杜絕了空氣加熱環節，極大降低了所需要的熱能能量。

電加熱DPF非常適宜于柴油機械低排氣溫度車型（如輕卡、叉車等）的使用，原有DPF主動再生系統過程中較容易發生堵塞情況，從而易導致發動機憋缸，為了避免此情況的發生，常需將車輛排氣系統中顆粒捕捉器裝置中的DPF單獨拆卸下來進行清理，費時費力，效率很低；新國標下車輛本身自帶的噴油再生系統都可以實現顆粒捕捉器自清理功能。由于對柴油機械低排氣溫度車型效果不理想，往往會出現DPF加熱不足、或者加熱過多引發熱失控，從而導致顆粒物燃燒要么不充分，無法有效起到清理作用；要么排溫過高，導致DPF早期破損。這種只需要簡單標定，便于控制的電加熱DPF就非常適合新國標下的低排溫車型應用，可以成為主流噴油再生技術路線的有力補充。寶發公司電加熱DPF主動再生系統，獲得了2019年第五屆“中國工業車輛創新獎”（CITIA）銅獎。通過多年的技術積累，不斷的提升，產品已經實現低成本、市場化。C