并联旁通式柴油发动机黑烟捕集器（DPF）

王俊 王娟

[摘 要]一种装置，能有效解决柴油发动机因黑烟捕集器（DPF）堵塞造成排气背压上升，再生装置启动作工燃烧气体膨胀产生背压，因发动机急加速、高速行驶造成的高背压，导致动力下降、陶瓷载体破裂、黑烟捕集功能失效等问题。利用压力传感器侦测排气背压、电控系统开启或关闭并联旁通阀降压，系统亦设置黑烟捕集设备不使黑烟排放。

[关键词]柴油车尾气后处理;DPF;再生;压力传感器

一、引言

DPF是Diesel Particulate Filter的简称，意思是柴油微颗粒捕集器，DPF装置安装在柴油车排气系统中，它的作用是通过壁流式的陶瓷过滤装置捕捉柴油发动机燃烧后排出的颗粒，能够有效地净化排气中70%～90%的颗粒，是净化柴油机颗粒物最有效、最直接的方法之一。

DPF的过滤载体捕集的效率主要受到颗粒粒径、过滤载体孔径、排气流通速度、排气流温度等因素的影响。因伴之柴油发动机工作时间的增加，过滤载体内部拦截堆积的颗粒物增多，发动机的排气背压随之升高，将会影响发动机的正常工作，动力性能下降，油耗增加。

二、DPF再生

DPF面临的最大挑战就是再生问题。颗粒过滤器再生的方法主要是微粒氧化，而微粒氧化的要求是高温、富氧和氧化时间。实际上柴油机排气温度一般小于500℃，特别是一些在城市工况运行的公交车的排气温度甚至在300℃以下。颗粒过滤器再生的关键性问题是降低平衡点温度，该温度状态下微粒形成和氧化的速度相等，此时背压较恒定，系统处于平衡状态。平衡点温度与流速、微粒成分、NOx含量、含硫浓度、碳烟形成及发动机燃料的参数有关。

DPF的再生方法有主动再生和被动再生两种。其中常用的主动再生方法是燃烧器喷油加热再生，即在颗粒过滤器的入口处设置混合燃烧器，喷入柴油和二次空气，燃烧后引燃颗粒过滤器中的碳烟颗粒进行再生。颗粒物燃烧再生完成率高达90%，然而喷油加热燃烧过程并非每次都能成功点燃混合油气，因受到排气涡流振动及再生点火闪燃产生气流高反压、发动机加减速等影响，导致有喷油却未点燃的问题，排气中未燃油雾排出造成尾气产生大量白烟现象。除此以外，颗粒堵塞或加减速造成的排气系统压力迅速上升都会容易造成陶瓷过滤载体的破裂，根据研究资料指出大多数的DPF失效都是陶瓷过滤载体破裂为主因。因此，提出了并联旁通式柴油发动机黑烟捕集器（DPF）的研究，有效地解决了问题。

三、并联旁通式柴油发动机黑烟捕集器（DPF）

并联旁通式柴油发动机黑烟捕集器（DPF），结构主体与主动再生式DPF相似，仅在捕集器排气进口道前装置三通管旁通阀，可视需要将废气不流经捕集器导出，在DPF出口末端前也装置三通管，废气直接可从前端入不流通捕集器由此导出。系统由两组三通管、电动蝶阀门、过滤体、电接点压力传感器、继电器、旁通管等组成。

工作原理为当排气背压达设定值时，电接点压力传感器接收压力信号，电流接通启动继电器开启电动蝶阀门，发动机废气绕经旁通管路到出口排放，排气背压得以降低。本设计中亦在旁通管道中装置颗粒捕集过滤设备，即便是打开旁通阀门，废气流经旁通装置也不会直接排出颗粒。

本项并联旁通式柴油发动机黑烟捕集器（DPF）主要功能除因发动机排气涡流振动及再生点火闪燃产生气流高反压、颗粒堵塞、发动机加减速等影响造成陶瓷过滤载体破裂，导致颗粒捕集失效排放黑烟之外，还兼具备以下优点：

1.行驶中连续再生，不影响动力输出。

2.旁通管道中装置颗粒捕集过滤设备，废气流经旁通装置也不会直接排放出碳烟颗粒。

3.因应大、小车种系统不同可选配气动或电动蝶阀门。

4.旁通颗粒捕集过滤装置可再生或更换，成本低。

5.同步排放作功，不会升高排气背压或高噪声排放。

本装置以潍柴六缸柴油发动机装车测试，且到机动车检测站实车检测，颗粒物（PM）排放全部达标，测量数据如下表所示。

柴油发动机黑烟捕集器（DPF）颗粒物（PM）排放检测值

由上表可知发动机有进气增压排放值为1.31，将进气增压减除后排放值上升到2.10，可以看得出有装设进气增压燃烧较为完全，对颗粒物排放有所改善。再将发动机装上黑烟捕集器（DPF）后，颗粒物（PM）排放显著大幅降低至0.03，数据也可以看出柴油发动机有无装置涡轮进气增压，只要装设黑烟捕集器（DPF）后，就可降低颗粒物（PM）排放，完全满足国家规定的排放标准。

四、结论

本项并联旁通式柴油发动机黑烟捕集器（DPF）主要解决因发动机排气涡流振动及再生点火闪燃产生气流高反压、颗粒堵塞、发动机加减速等影响造成陶瓷過滤载体破裂，导致颗粒捕集失效排放黑烟的问题。

[作者单位]

潍坊工商职业学院

（编辑：栗国花）