柴油機尾氣顆粒分離器在尾氣處理中的應用及其改進設計

韓若飛

摘 要：柴油機尾氣中，其排出NO約90%，NO雖然無色無味，但高濃度NO可導致人體神經中樞癱瘓，對人呼吸道與肺造成損害；同時柴油機排放物也會對環境造成嚴重污染，對此，應用柴油機尾氣顆粒分離器，以降低尾氣危害。該文分析在尾氣處理中應用柴油機尾氣顆粒分離器的實際情況，并對其提出改進設計。

關鍵字：柴油機 尾氣處理 設計 尾氣顆粒分離器

中圖分類號：TK421 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0096-01

1 尾氣處理應用柴油機尾氣顆粒分離器的現狀

1.1 經濟效益低

隨著環境日益惡化，針對采油機尾氣排放中，為有效降低汽車尾氣污染物排放，應用尾氣顆粒分離器，以此來減少尾氣中的顆粒含量，具有積極的意義[1]。但是對于當前柴油機排氣中，其柴油機尾氣分離器還存在一些弊端，不能有效減少尾氣顆粒，同時在排放過程中，由于部分尾氣顆粒會沉積在濾芯當中，并且沉積的顆粒也會增加排氣背壓，從而會降低發動機燃油經濟性。

1.2 技術弊端

針對傳統柴油機尾氣顆粒分離器中，在分離器結構中還存在缺陷，主要表現為兩個方面。其一，就是分離器采用金屬材料，其濾芯、濾網在高溫下剛性差，強度低，易氧化，隨時間不斷的推移，尾氣顆粒分離器的濾芯本分，也會相應的失去其過濾性能。再有，就是在實際柴油機尾氣顆粒分離器的使用過程中，用定期拆卸清除過濾灰塵，但是實際中拆卸比較麻煩，浪費時間消耗金錢，實用性較差。

2 優化改進柴油機尾氣顆粒分離器的意義上

尾氣處理中，改進設計尾氣顆粒分離器，針對前人設計柴油機尾氣顆粒分離器中的不足，可以將金屬濾芯，設計成堇青石材料，不僅可以提升過濾性能，清除沉積顆粒恢復分離器中濾芯，也可以實現過濾恢復自動再生功能[2]。柴油機尾氣主要包含一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、鉛（Pb）、苯并芘（BaP）等有害物質，不僅可以環境造成污染，產生溫室效應，同時也會對人體造成各種疾病，針對柴油機尾氣顆粒分離器，進行改進設計，可以根據原分離器中的應用情況，針對其過濾效果不佳缺陷，找出其實際原因，改進其濾芯、濾網金屬材料設計，應用優化材料進行設計，避免高溫氧化，也可以有效分離尾氣顆粒。同時，可以在分離器設計中，添加一種能將沉積尾氣顆粒在分離器內部清除的裝置，優化結構設計，提升過濾性能。對其進程改進設計，不僅可以提高柴油機尾氣顆粒的凈化效率，并且還可以有效延長其使用壽命，具有積極改進意義。

3 改進設計柴油機尾氣顆粒分離器實踐

3.1 優化設計方案

在實際柴油機尾氣顆粒分離器改進設計中，優化方案設計，更換濾芯材料，提高過濾效率；增設電加熱裝置處理沉積顆粒，使分離器自動恢復過濾功能。改進設計圖如圖1所示。

3.2 結構設計

改進后的尾氣顆粒分離器，其主要有排氣進口、高速電機、分離葉輪、流通閥、旁通閥、多孔陶瓷濾芯、電阻絲開關、蓄電池、排氣出口、清理閥門組成，其中多孔陶瓷材料，具有高溫除塵應用優勢[3]，不僅其孔隙率高達60%以上，并且孔徑均勻也容易控制，具有過濾精度高的特點。同時，多孔陶瓷材料機械強度高，其工作壓力可一達 6MP，壓差也可達1MP，耐高溫。

3.3 分離尾氣顆粒

柴油機尾氣顆粒分離器前端，可以由高速旋轉電機也將會帶動分離機，有效確保在高速旋轉過程中，實現對較大污染的分析，同時其強度的離心作用可以凈化尾氣，并在今后的三維葉輪導流作用之下，使其進入分離器后端，針對其設計中電加熱裝置控制部分，確定分離器的后端壓力，保證濾芯上尾氣顆粒可以燃燒，通過打開閥門，就可以清除前端沉積的尾氣顆粒。分離器的后端，由于氣流會因為受導向葉片導流作用，從而將會產生強烈的旋轉，此時氣流就可以沿筒體呈現出螺旋形，并向下進入到旋風筒體，此時，對于密度大液滴以及塵粒，就會在在離心力、重力作用下，沿著筒壁流出。同時在尾氣顆粒分離中，由于其壁流中應用多孔陶瓷濾芯，還可以有效提升濾芯精度。

3.4 自動清除沉積顆粒

改進后的柴油機尾氣顆粒分離器，顆粒就會被分離成直徑（5～20）μm顆粒[4]；在尾氣顆粒分離器設計壓力以及氣量條件之下，把尾氣中的大顆粒以及小顆粒都篩選出去，這樣就可以除去≥10μm體積的固體顆粒。在尾氣顆粒分離器的工況點，確保其分離效率達到99%，達到工況點±15%范圍。在汽車上安裝尾氣凈化裝置，使用天然氣能源替代常規燃料，應用凈化技術，制定清潔燃料發展計劃，減少機動車尾氣污染。并且，在三維葉輪導流作用下，使冷卻液在分離器體內產生渦流，雜質由于離心力的作用，被甩到分離器內壁上，雜質沿著內壁與少許冷卻液由排渣口排出，實現尾氣顆粒分離。在尾氣顆粒分離器計量裝置基礎中，可以選擇16/32位的TMS470 MCU芯片，以此來作為其控制處理器部分，尿素供給量應該在9.5 L/h，同時，標定輔助空氣噴射背壓，有效降低汽車尾氣污染。

3.5 效益分析

對改進后的尾氣顆粒分離器進行實驗，進行自由加速、全負荷煙度試驗后，將尾氣顆粒分離器裝配在柴油機尾部，并測得其排氣溫度。結果可知，在柴油機轉速為 2 800 r/min時，其煙度值為1.71、2.05 FSN；柴油機轉速為1 200 r/min時，煙度值為1.97、3.62FSN，可見，優化設計柴油機尾氣顆粒分離器，可以減少尾氣顆粒排放，提高柴油機尾氣顆粒分離器的凈化效率。

4 結語

綜上所述，在柴油機尾氣處理中，應用尾氣顆粒分離器，并改進其設計，提升柴油機尾氣顆粒分離器耐高溫、抗氧化能力，優化其過濾精度，實現高溫除塵，可以有效清除顆粒，恢復濾芯過濾性能，降低柴油機尾氣排放。

參考文獻

[1] 陳婷婷，林茂.柴油機尾氣顆粒分離器的改進設計[J].機械設計與制造，2014（8）：25-27

[2] 夏建國，王少洪，候朝霞.多孔陶瓷在汽車尾氣處理中的研究進展[J].兵器材料科學與工程，2012，7（35）：94-96.

[3] 田甜，謝小鵬，王東輝.一種柴油機尾氣顆粒凈化器的研制[J].潤滑與密封，2013，4（38）：78-81.

[4] 肖軍.談車用柴油機尾氣排放的陶瓷濾材[J].現代技術陶瓷，2013，3（137）：55-57.