基于壁流式過濾器的直噴式汽油機

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基于壁流式過濾器的直噴式汽油機

汽油直噴技術相比多點噴射技術能夠提高汽油機的熱效率，并可降低CO2排放量，提高駕駛性能。為滿足歐5排放標準，歐洲汽車生產商多將發動機小型化使其符合標準要求，而應用該技術必須實現汽油直噴技術與渦輪增壓技術有效結合。與多點噴射技術相比汽油直噴技術會增加排放物中顆粒物含量。歐6標準對采用汽油直噴技術的車輛排放物中可吸入顆粒物具有相關規定，提出一種新型利用過濾壁面吸附微粒的過濾器，以解決可吸入顆粒物增加的問題。

對微粒過濾器的應用始于20世紀80年代以后，由美國環保署提出并應用在柴油機上。隨后，陶瓷壁流式過濾器的出現將該技術的應用進一步推廣。現今，陶瓷壁流式過濾器已經廣泛應用于各種重型、輕型車輛以及非道路移動機械。目前，應用最廣泛的過濾材料包括堇青石、碳化硅及鈦酸鋁。相比柴油機，汽油機的排氣溫度較高，并處于一種冷熱交替的動態變化過程，因而將微粒過濾器應用于汽油機需要考慮其耐熱沖擊能力。由于堇青石具有較低的熱膨脹系數且相比碳化硅有較好的耐熱沖擊性能，而鈦酸鋁在高溫下有可能被分解，因而將堇青石作為過濾材料。對壁

流式微粒過濾器進行仿真與臺架測試，結果如下。

（1）汽油微粒過濾器能夠有效減少顆粒物排放。

（2）理論分析顯示，冷態下使用型號為5mm、220目且吸附材料含量42%的汽油微粒過濾器，會使過濾器壓降減小14%。

（3）發動機臺架測試驗證了滿負荷條件下壓降的減小。

（4）密閉環境下，型號為5mm、220目且吸附材料含量42%的汽油微粒過濾器可以達到各規定要求。

（5）使用1120℃的氣體對型號為5mm、220目且吸附材料含量42%的汽油微粒過濾器進行熱沖擊試驗時，過濾器表面未出現裂紋。

（6）與串行排氣系統相比，汽油微粒過濾器未對車輛的最大功率產生顯著的影響。

（7）對裝有汽油微粒過濾器的車輛進行聲學測量表明，過濾器的使用可以抑制噪聲。

（8）過濾材料的孔隙率影響汽油微粒過濾器的孔容積，并且孔的形狀也會對過濾器性能產生影響。

Yoshitaka Ito et al. SAE 2013-01-0836.

編譯：王祥