新型高孔隙率柴油微粒过滤器



新型高孔隙率柴油微粒过滤器

与汽油机相比，柴油机因其具有较高的热效率而被广泛应用，并能有效降低CO2排放。考虑日益严格的排放法规，尤其是NOx的排放，柴油机必须更加清洁且效率更高。然而，在柴油机中，CO2排放和NOx排放之间存在权衡。由于NOx可以通过催化转换装置来降低，如选择性催化还原催化剂，因此设计师往往将降低CO2排放作为主要目标。目前，柴油机上广泛使用的后处理系统为柴油氧化催化剂、催化剂烟雾过滤器和选择性催化还原系统的结合。在该系统中，柴油氧化催化剂氧化HC和CO，催化剂烟雾过滤器收集碳烟并氧化NO生成NO2，选择性催化还原系统将NOx还原为氮气。但由于设计时需要预留安装选择性催化还原系统的空间，因此整个系统的压力差将增加。由于选择性催化还原系统的基板位于柴油微粒过滤器（DPF）的下游，因此在发动机冷起动条件下需要提高选择性催化还原催化剂的温度，整个加热过程需要时间较长，但在此期间不能进行NOx的转化。对此，给出了一种涂层选择性催化还原催化剂的DPF，并对催化剂基板的孔隙率进行优化设计，使其压力差不易增加，并对其过滤特性和耐久性进行研究。

新设计的DPF是在其表面涂层选择性催化还原催化剂，这就省略了选择性催化还原系统。由于选择性催化还原催化剂的活性取决于催化剂的负荷量，因此为达到较高的NOx转化率，催化剂需要具有较高的负荷量，但较高的负荷量将引起传统DPF两端产生较高的压力差，因此设计新DPF时需要同时考虑上述两种因素。通过改变催化剂基板的孔隙率，可协调上述两种因素。试验采用一个满足欧5排放法规的2.0L柴油机，其配备一个未使用的DPF，并采用全球轻型车测试循环进行测试。试验结果表明，根据DPF的过滤性能和压力差，其基板的最佳孔隙率为60%～65%，最佳平均孔径为20μm。为进一步降低压力差，可以增加孔隙体积，优化孔隙结构。

Marc C.Besch et al.SAE 2015-01-1085.

编译：李臣