柴油机尾气颗粒分离器在尾气处理中的应用及其改进设计

韩若飞

摘 要：柴油机尾气中，其排出NO约90%，NO虽然无色无味，但高浓度NO可导致人体神经中枢瘫痪，对人呼吸道与肺造成损害；同时柴油机排放物也会对环境造成严重污染，对此，应用柴油机尾气颗粒分离器，以降低尾气危害。该文分析在尾气处理中应用柴油机尾气颗粒分离器的实际情况，并对其提出改进设计。

关键字：柴油机 尾气处理 设计 尾气颗粒分离器

中图分类号：TK421 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0096-01

1 尾气处理应用柴油机尾气颗粒分离器的现状

1.1 经济效益低

随着环境日益恶化，针对采油机尾气排放中，为有效降低汽车尾气污染物排放，应用尾气颗粒分离器，以此来减少尾气中的颗粒含量，具有积极的意义[1]。但是对于当前柴油机排气中，其柴油机尾气分离器还存在一些弊端，不能有效减少尾气颗粒，同时在排放过程中，由于部分尾气颗粒会沉积在滤芯当中，并且沉积的颗粒也会增加排气背压，从而会降低发动机燃油经济性。

1.2 技术弊端

针对传统柴油机尾气颗粒分离器中，在分离器结构中还存在缺陷，主要表现为两个方面。其一，就是分离器采用金属材料，其滤芯、滤网在高温下刚性差，强度低，易氧化，随时间不断的推移，尾气颗粒分离器的滤芯本分，也会相应的失去其过滤性能。再有，就是在实际柴油机尾气颗粒分离器的使用过程中，用定期拆卸清除过滤灰尘，但是实际中拆卸比较麻烦，浪费时间消耗金钱，实用性较差。

2 优化改进柴油机尾气颗粒分离器的意义上

尾气处理中，改进设计尾气颗粒分离器，针对前人设计柴油机尾气颗粒分离器中的不足，可以将金属滤芯，设计成堇青石材料，不仅可以提升过滤性能，清除沉积颗粒恢复分离器中滤芯，也可以实现过滤恢复自动再生功能[2]。柴油机尾气主要包含一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、铅（Pb）、苯并芘（BaP）等有害物质，不仅可以环境造成污染，产生温室效应，同时也会对人体造成各种疾病，针对柴油机尾气颗粒分离器，进行改进设计，可以根据原分离器中的应用情况，针对其过滤效果不佳缺陷，找出其实际原因，改进其滤芯、滤网金属材料设计，应用优化材料进行设计，避免高温氧化，也可以有效分离尾气颗粒。同时，可以在分离器设计中，添加一种能将沉积尾气颗粒在分离器内部清除的装置，优化结构设计，提升过滤性能。对其进程改进设计，不仅可以提高柴油机尾气颗粒的净化效率，并且还可以有效延长其使用寿命，具有积极改进意义。

3 改进设计柴油机尾气颗粒分离器实践

3.1 优化设计方案

在实际柴油机尾气颗粒分离器改进设计中，优化方案设计，更换滤芯材料，提高过滤效率；增设电加热装置处理沉积颗粒，使分离器自动恢复过滤功能。改进设计图如图1所示。

3.2 结构设计

改进后的尾气颗粒分离器，其主要有排气进口、高速电机、分离叶轮、流通阀、旁通阀、多孔陶瓷滤芯、电阻丝开关、蓄电池、排气出口、清理阀门组成，其中多孔陶瓷材料，具有高温除尘应用优势[3]，不仅其孔隙率高达60%以上，并且孔径均匀也容易控制，具有过滤精度高的特点。同时，多孔陶瓷材料机械强度高，其工作压力可一达 6MP，压差也可达1MP，耐高温。

3.3 分离尾气颗粒

柴油机尾气颗粒分离器前端，可以由高速旋转电机也将会带动分离机，有效确保在高速旋转过程中，实现对较大污染的分析，同时其强度的离心作用可以净化尾气，并在今后的三维叶轮导流作用之下，使其进入分离器后端，针对其设计中电加热装置控制部分，确定分离器的后端压力，保证滤芯上尾气颗粒可以燃烧，通过打开阀门，就可以清除前端沉积的尾气颗粒。分离器的后端，由于气流会因为受导向叶片导流作用，从而将会产生强烈的旋转，此时气流就可以沿筒体呈现出螺旋形，并向下进入到旋风筒体，此时，对于密度大液滴以及尘粒，就会在在离心力、重力作用下，沿着筒壁流出。同时在尾气颗粒分离中，由于其壁流中应用多孔陶瓷滤芯，还可以有效提升滤芯精度。

3.4 自动清除沉积颗粒

改进后的柴油机尾气颗粒分离器，颗粒就会被分离成直径（5～20）μm颗粒[4]；在尾气颗粒分离器设计压力以及气量条件之下，把尾气中的大颗粒以及小颗粒都筛选出去，这样就可以除去≥10μm体积的固体颗粒。在尾气颗粒分离器的工况点，确保其分离效率达到99%，达到工况点±15%范围。在汽车上安装尾气净化装置，使用天然气能源替代常规燃料，应用净化技术，制定清洁燃料发展计划，减少机动车尾气污染。并且，在三维叶轮导流作用下，使冷却液在分离器体内产生涡流，杂质由于离心力的作用，被甩到分离器内壁上，杂质沿着内壁与少许冷却液由排渣口排出，实现尾气颗粒分离。在尾气颗粒分离器计量装置基础中，可以选择16/32位的TMS470 MCU芯片，以此来作为其控制处理器部分，尿素供给量应该在9.5 L/h，同时，标定辅助空气喷射背压，有效降低汽车尾气污染。

3.5 效益分析

对改进后的尾气颗粒分离器进行实验，进行自由加速、全负荷烟度试验后，将尾气颗粒分离器装配在柴油机尾部，并测得其排气温度。结果可知，在柴油机转速为 2 800 r/min时，其烟度值为1.71、2.05 FSN；柴油机转速为1 200 r/min时，烟度值为1.97、3.62FSN，可见，优化设计柴油机尾气颗粒分离器，可以减少尾气颗粒排放，提高柴油机尾气颗粒分离器的净化效率。

4 结语

综上所述，在柴油机尾气处理中，应用尾气颗粒分离器，并改进其设计，提升柴油机尾气颗粒分离器耐高温、抗氧化能力，优化其过滤精度，实现高温除尘，可以有效清除颗粒，恢复滤芯过滤性能，降低柴油机尾气排放。

参考文献

[1] 陈婷婷，林茂.柴油机尾气颗粒分离器的改进设计[J].机械设计与制造，2014（8）：25-27

[2] 夏建国，王少洪，候朝霞.多孔陶瓷在汽车尾气处理中的研究进展[J].兵器材料科学与工程，2012，7（35）：94-96.

[3] 田甜，谢小鹏，王东辉.一种柴油机尾气颗粒净化器的研制[J].润滑与密封，2013，4（38）：78-81.

[4] 肖军.谈车用柴油机尾气排放的陶瓷滤材[J].现代技术陶瓷，2013，3（137）：55-57.