基于壁流式过滤器的直喷式汽油机



基于壁流式过滤器的直喷式汽油机

汽油直喷技术相比多点喷射技术能够提高汽油机的热效率，并可降低CO2排放量，提高驾驶性能。为满足欧5排放标准，欧洲汽车生产商多将发动机小型化使其符合标准要求，而应用该技术必须实现汽油直喷技术与涡轮增压技术有效结合。与多点喷射技术相比汽油直喷技术会增加排放物中颗粒物含量。欧6标准对采用汽油直喷技术的车辆排放物中可吸入颗粒物具有相关规定，提出一种新型利用过滤壁面吸附微粒的过滤器，以解决可吸入颗粒物增加的问题。

对微粒过滤器的应用始于20世纪80年代以后，由美国环保署提出并应用在柴油机上。随后，陶瓷壁流式过滤器的出现将该技术的应用进一步推广。现今，陶瓷壁流式过滤器已经广泛应用于各种重型、轻型车辆以及非道路移动机械。目前，应用最广泛的过滤材料包括堇青石、碳化硅及钛酸铝。相比柴油机，汽油机的排气温度较高，并处于一种冷热交替的动态变化过程，因而将微粒过滤器应用于汽油机需要考虑其耐热冲击能力。由于堇青石具有较低的热膨胀系数且相比碳化硅有较好的耐热冲击性能，而钛酸铝在高温下有可能被分解，因而将堇青石作为过滤材料。对壁

流式微粒过滤器进行仿真与台架测试，结果如下。

（1）汽油微粒过滤器能够有效减少颗粒物排放。

（2）理论分析显示，冷态下使用型号为5mm、220目且吸附材料含量42%的汽油微粒过滤器，会使过滤器压降减小14%。

（3）发动机台架测试验证了满负荷条件下压降的减小。

（4）密闭环境下，型号为5mm、220目且吸附材料含量42%的汽油微粒过滤器可以达到各规定要求。

（5）使用1120℃的气体对型号为5mm、220目且吸附材料含量42%的汽油微粒过滤器进行热冲击试验时，过滤器表面未出现裂纹。

（6）与串行排气系统相比，汽油微粒过滤器未对车辆的最大功率产生显著的影响。

（7）对装有汽油微粒过滤器的车辆进行声学测量表明，过滤器的使用可以抑制噪声。

（8）过滤材料的孔隙率影响汽油微粒过滤器的孔容积，并且孔的形状也会对过滤器性能产生影响。

Yoshitaka Ito et al. SAE 2013-01-0836.

编译：王祥