柴油轿车颗粒过滤器的新材料

摘要：现代柴油机颗粒过滤器系统能使排放物明显减少。硅粘合碳化硅颗粒过滤器在这一应用领域起着重要作用，因为它能通过灵活改变平均孔穴尺寸、孔隙率和孔穴密度来满足2005年及以后的排放目标。
    关键词： 柴油机轿车 排放颗粒过滤器材料
1 前言
    今日的欧洲，柴油车在新车市场中占了40 份额，在不久的将来，极有可能达到50 。其原因是在过去几年里柴油车的舒适性得到了改善。此外，燃油耗较低以及行驶性能的改善也使柴油轿车获得了成功。
   但是，柴油轿车也有No 和颗粒排放的缺点。柴油机颗粒排放物是一种成分可变的固体和液体组分的混合物。越来越多的统计研究和流行病学研究都涉及到柴油机排放物对人类健康的影响[1 ]。因此，近几年在范围内公布了一些限制柴油车排放的新标准[3]。颗粒过滤器已被证明是一种减少柴油车碳烟排放的有效措施。壁流式过滤器具有很高的效率。它能使15~500am 的颗粒数减少90 以上。颗粒过滤器不仅在颗粒的过滤方面面临挑战，而且在过滤系统再生方面也面临挑战。采用新型燃油喷射系统和发动机电子管理系统能实现先进的再生策略。新的过滤器材料，如碳化硅已被开发成一种适合作为柴油车排气后处理的材料。
2 颗粒过滤器系统
    标致雪铁龙集团和菲亚特的柴油轿车已使用了非常有效的颗粒过滤器系统[4 ]。应用这种过滤器系统要求用铈基燃料添加剂来降低碳烟的着火温度和加速碳烟的燃烧。这种燃料添加剂用于柴油轿车时只能采用碳化硅过滤器。该系统的缺点是燃料添加剂燃烧后的粉尘会沉积在过滤器上，从而导致排气背压升高[6]。目前正在开发粉尘生成量较少的新添加剂。另外，带催化涂层的颗粒过滤器也能消除这种粉尘的沉积。图l为该系统的示意图。采用有催化涂层的颗粒过滤器时，只有润滑油燃烧生成的粉尘会沉积在过滤器上。这就能使排气后处理系统在整个寿命周期内不会引起排气背压的升高。zui近，几家公司（奥迪、大众、戴姆勒克莱斯勒、欧宝、雷诺和丰田公司）的OEM 宣布已采用了CFS（有催化涂层的碳烟过滤器）系统。对于CRT（连续再生捕集器）系统以及改装的重型柴油车和非道路车辆，目前都采用堇青石过滤器。这两种过滤器的过滤效率都在90 以上。材料的选择主要取决于再生策略。

3 再生策略
    颗粒过滤器通常要在排气系统的温度升高到碳烟的着火温度（即高于600。C）时才开始再生。在采用现有的燃料添加剂和催化器系统的情况下，推迟喷油能使过滤器前的温度升高。燃料添加剂（铁或铈基添加剂）的作用能使碳烟的着火温度降低到550。C以下。催化涂层则能促进碳烟燃烧以及Co和HC的氧化L7]。此外，由催化剂表面形成的No。帮助有源再生也会对再生的周期产生积极的影响。
在有燃料添加剂的系统中，过滤器上的碳烟沉积量很高，而且再生过程通常也很快。这就会产生很大的温度梯度，过滤器内的温度会超过1 000。CL8]。因此，高性能材料如碳化硅很适合这种应用场合。表1汇总了各种过滤器材料和它们的性能。孔隙率和平均孔隙尺寸（MPS）是催化涂层的重要参数，另外，孔穴结构、壁厚（mil）和孔穴密度（每平方英寸的孔穴数）对排气背压影响也很大。表1显示，硅粘合碳化硅（Si—SiC）是一种比较合适的材料，它的孔隙率范围可灵活改变，耐热冲击和导热性较好L9]。这对燃油添加剂系统和催化涂层过滤器都有好处。

来源：生意社