电加热DPF的技术原理及应用

文/蒋旭东 莫志远 王远书 李炜 沈继成

DPF技术已经成为改善在用非道路车辆尾气排放的重要手段之一，本文介绍了电加热DPF的工作原理以及电加热DPF工作的使用条件等内容，为低排气温度柴油机械排放的柴油颗粒物PM净化提供了一种行之有效的手段和方法。

针对日益严格的环保法规，使得柴油车DPF（Diesel Particulate Filters）柴油颗粒捕集器技术得到了市场应用。与DOC、POC、SCR等后处理技术相比，DPF对柴油颗粒物的净化最为有效、直接，可减少发动机产生的碳烟颗粒达95%以上。我国预计在2023年执行道路车辆全国范围内国六B阶段、2022年底执行非道路车辆国四排放的国家标准。标准覆盖下的整车后处理系统无可避免的需要使用DPF产品作为PM颗粒物最佳治理手段。

目前市面上常见的颗粒捕捉器DPF产品在柴油机械低排气温度车型往往因为原车的排气温度本身非常低，或DPF喷油加热标定时间短所导致的主、被动再生效果不理想。针对此类低排气温度柴油机械排气所产生的各类颗粒物、油污是无法顺利排出DPF壁流式结构载体的，必然会逐步导致排气系统背压的上升，需要经常性取出DPF载体，人工方式进行电炉加热清理，使其重新具备提升捕捉能力。否则，发动机整体性能会受到诸多负面影响甚至直接损坏。鉴于此，本文提出了一种能够方便、有效解决颗粒捕捉器装置堵塞问题的尾气电加热DPF技术应用。

一、电加热DPF的技术原理

图二 电加热DPF外形图

图三 一体式DPF结构示意图

电加热DPF机构包括有电加热装置、双层金属丝网POC和颗粒捕捉器载体DPF三件主要部件组成，金属丝网POC装配在电加热装置与颗粒捕捉器载体DPF之间，金属丝网POC作为电加热装置6与颗粒捕捉器载体2之间的热传导介质，具有更高的热传导效率；排气管体上靠近尾气进入端1一侧的侧壁上设置有空气泵的出气口5可以进行补氧，当电加热DPF机构6进行主动再生功能时，发动机处于关机停机状态，完全采用市电供热，且采用外接风机供氧，具有更高的热效率，避免多余热量被排气带走，导致耗能与再生时间的增加。

电加热DPF机构与颗粒捕捉器载体DPF之间的金属丝网POC有两只，电加热器置于两只金属丝网POC之间成为一体式加热组件。一体式加热组件和颗粒捕捉器载体紧密压制成一体式DPF结构，能够快速有效提高电加热器与颗粒捕捉器载体DPF之间的导热性能，同时通过双层金属丝网POC，能够有效过滤掉排放尾气中的大粒径颗粒物；在双层金属丝网POC上面涂敷了贵金属铂、钯之后，POC又成为了金属DOC。如此，双层金属丝网实际效果上起到了DOC与POC的双重功效，这是电加热DPF的核心组成部分。电加热DPF采用市电供电方式，加热效果更好，使用时，将待处理车辆停下，然后将电加热器接通市电，将排气电加热DPF机构内部环境加热到500～700℃，在加热的同时，吹风设备通过排气管体侧壁上的单向空气入口可4向排气筒体1内部通入空气，使得颗粒捕捉器载体DPF及双层金属丝网POC上积累附着的PM颗粒物及其油脂在高温下燃烧、挥发，能够有效防止颗粒捕捉器载体DPF因颗粒物或者油脂物质积累导致堵塞DPF的通气孔道，进而影响到车辆正常排气的情况发生。

二、电加热DPF的应用优势

该款电加热DPF相比较传统喷油再生DPF产品的优势明显，主要体现在成本及应用领域。

1.不用增加额外喷射的柴油费用。2.更加容易控制DPF载体的加热温度，避免非受控主动再生导致的DPF早期破损。3.控制系统无需对不同发动机进行单独和长期的标定工作，控制系统逻辑简单，降低了标定成本。4.由于杜绝了空气加热环节，极大降低了所需要的热能能量。

电加热DPF非常适宜于柴油机械低排气温度车型（如轻卡、叉车等）的使用，原有DPF主动再生系统过程中较容易发生堵塞情况，从而易导致发动机憋缸，为了避免此情况的发生，常需将车辆排气系统中颗粒捕捉器装置中的DPF单独拆卸下来进行清理，费时费力，效率很低；新国标下车辆本身自带的喷油再生系统都可以实现颗粒捕捉器自清理功能。由于对柴油机械低排气温度车型效果不理想，往往会出现DPF加热不足、或者加热过多引发热失控，从而导致颗粒物燃烧要么不充分，无法有效起到清理作用；要么排温过高，导致DPF早期破损。这种只需要简单标定，便于控制的电加热DPF就非常适合新国标下的低排温车型应用，可以成为主流喷油再生技术路线的有力补充。宝发公司电加热DPF主动再生系统，获得了2019年第五届“中国工业车辆创新奖”（CITIA）铜奖。通过多年的技术积累，不断的提升，产品已经实现低成本、市场化。C