DOC 與 DPF 的工作原理與特點分析
發(fā)布時間：12/02/2020 10:58:28DOC 工作原理與特點分析
柴油機的尾氣處理中使用DOC 的主要作用是催化氧化尾氣中的有害物質(zhì)。DOC 一般以金屬或陶瓷作為催化劑的載體，涂層中主要活性成分是鉑系、鈀系等貴重金屬與稀土金屬。當柴油機的尾氣通過催化劑時，HC 化合物和CO 等在較低的溫度下可以很快地與尾氣中的氧氣進行化學(xué)反應(yīng)，生成無污染的H2O 和CO2，達到凈化尾氣中HC、CO 的目的。
DOC 技術(shù)要取得良好的凈化效果，需要解決幾個技術(shù)難題。一是柴油機的排氣溫度偏低，對催化劑要求較高，必須使催化劑在低溫下仍然有很好的催化活性；二是柴油中的硫含量必須較低，因為硫會使催化劑中毒劣化；三是廢氣中的一些較大顆粒很難被催化氧化，會堵塞催化劑載體的孔道。
DPF 的工作原理和特點分析
DPF 技術(shù)又稱為柴油機顆粒過濾器（Diesel Particulate Filter）技術(shù)，是比較好的降低排氣中的煙塵顆粒（PM）的方法，現(xiàn)在市面上的壁流式蜂窩陶瓷顆粒捕捉器對PM 的過濾效率高達 90%。
DPF 技術(shù)過濾PM 的原理包括：1）慣性顆粒碰撞原理，即在顆粒的不規(guī)則流動過程中，較大的顆粒因為慣性與DPF 載體碰撞，被載體吸附，沉積在催化劑載體上；2）攔截原理，即當柴油機的廢氣通過 DPF 時，大于過濾材料孔徑的顆粒會直接被截留，或者略小于孔徑的顆粒因為相互粘著被過濾材料截留；3）擴散原理，根據(jù)布朗運動的原理，柴油機排氣中細小顆粒隨著氣體分子的熱運動表現(xiàn)出布朗運動，當柴油機廢氣通過DPF 的捕捉通道時，捕捉器的纖維狀單元將使小顆粒匯聚成大顆粒，最終實現(xiàn)對顆粒的捕捉；4）重力沉降原理，較大的顆粒經(jīng)過DPF 時，在重力作用下，自然沉積在 DPF 載體上。
從DPF 的原理可以看出，該捕捉過程屬于物理過程。隨著工作時間的加長，載體上堆積的顆粒會越來越多，不僅影響捕捉器的捕捉效果，還會增加排氣的背壓，使發(fā)動機內(nèi)燃油燃燒不完全，所以如何及時處理催化器載體上的累積顆粒，是DPF 技術(shù)的關(guān)鍵。
DOC 輔助DPF 技術(shù)在柴油機后處理上的應(yīng)用
DOC 輔助PDF 技術(shù)的原理
從上文可知，由于DOC 與DPF 技術(shù)在去除廢氣中的有害物中各有自己的優(yōu)缺點，如何避免它們的缺點，利用它們的優(yōu)點呢？本文根據(jù)國內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合國內(nèi)發(fā)動機的具體情況，認為DOC 與DPF 結(jié)合，即 DOC 輔助 DPF 再生技術(shù)可以避開它們的缺點，并綜合它們的優(yōu)點。
在發(fā)動機正常工作狀態(tài)下，DPF 正常捕捉顆粒，隨著時間的推移，顆粒的累積導(dǎo)致發(fā)動機的排氣背壓升高。當發(fā)動機的排氣背壓達到預(yù)定值時，控制系統(tǒng)將啟動再生程序。控制系統(tǒng)檢測DOC 前的排氣溫度，當溫度達到起燃溫度時，噴油器從DOC 上游噴入柴油，與發(fā)動機的排氣混合霧化，然后經(jīng)DOC 氧化產(chǎn)生大量熱量，提高了排氣溫度。當溫度達到預(yù)定值時，點燃DPF 載體上吸附的PM，完成積累顆粒的清除工作。此時發(fā)動機背壓 減小，噴嘴停止噴油。
DOC 輔助PDF 技術(shù)的應(yīng)用分析
根據(jù)DOC 輔助DPF 再生法的工作流程可以看出，此技術(shù)關(guān)鍵組成部分是DOC，DOC 性能的優(yōu)劣是影響再生是否順利的關(guān)鍵。首先最重要的是DOC 本身的催化性能。性能良好的DOC 催化劑涂層具有較低的起燃溫度，即使在排氣溫度不高的工況下，也可以很快起燃。一則可以達到很高的HC 和CO 的轉(zhuǎn)化效率；二來可以大大提高排氣溫度，提高自身氧化和對DPF 再生的性能；第三可以將尾氣中的NO 有效轉(zhuǎn)化為NO2，有利于DPF 中干碳煙的再生。
其次是噴油時機和噴油量的選擇。為了使DOC 更好地將尾氣中的霧化柴油氧化，需要提高排氣的溫度，使它達到DOC 的起燃溫度，而噴油嘴的噴油量決定了排氣溫度所能達到的最高值。為了使DPF 里的顆粒較快地完全燃燒，DOC 后的氣體需要保持高溫，這就需要較多的噴油量。但若溫度過高，又會損壞DPF 載體，所以噴油量的多少和噴油的時 機是再生法的關(guān)鍵。
另外，DPF 為連續(xù)再生，即在DPF 捕捉顆粒的同時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進而減慢DPF 中的顆粒物的累積速度。連續(xù)再生過程中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)為：
2NO2+C=2NO+CO2 C+O2=CO2 2C+O2=2CO
DPF 再生特性好的后處理器不僅可以運轉(zhuǎn)更加良好，而且能降低尾氣處理系統(tǒng)的老化速度。
DOC 輔助PDF 技術(shù)的老化原因分析柴油機的尾氣處理系統(tǒng)中的DOC 和DPF 在長時間使用后不可避免會產(chǎn)生老化。導(dǎo)致老化的因素也是各種各樣的。
其中引起DOC 老化的因素主要有四個方面：一是高溫老化，因為DOC 的催化劑有其適用的溫度范圍，溫度太高會使貴金屬燒結(jié)，出現(xiàn)高溫失活現(xiàn)象；二是化學(xué)中毒，DOC 中的催化劑與尾氣中的某些物質(zhì)（如：S、P、Zn）反應(yīng)，使催化劑失活；三是結(jié)焦和堵塞，汽車發(fā)動機尾氣中較大的顆粒粘結(jié)在催化劑表面，使催化劑接觸不到尾氣，無法起到催化作用；四是振動損壞，車輛長期行走在復(fù)雜路況中使車輛不規(guī)律振動，DOC 受車輛振動的影響，造成了催化劑載體的破壞。
DPF 老化的原因也主要有四個方面：一是高溫燒熔，在DPF 再生時，碳顆粒在DPF 表面燃燒，釋放出大量的熱，使DPF 載體溫度急劇升高，使DPF 材料燒熔；二是熱應(yīng)力損壞，車在行進過程中，路況不斷變化，尾氣溫度也不斷變化，使DPF 自身的溫度非常不穩(wěn)定。前端與后端溫度，中間與外圍溫度經(jīng)常存在動態(tài)差異，因而使DPF 承受不斷變化的熱應(yīng)力，導(dǎo)致DPF 破裂；三是不可燃物的堵塞，柴油中的S 和P 燃燒后的硫酸鹽和磷酸鹽都是不可再燃燒的，最終沉積在DPF 中，造成其失去過濾效率；四是振動損壞，與 DOC 相似，車輛行駛過程中的振動造成DPF 損壞。（以上內(nèi)容來自百度文庫）
廣州市新力金屬有限公司自主研發(fā)的可水洗再生的金屬DPF過濾器在目前柴油車尾氣處理中具有非常優(yōu)越的特點，適用于排放惡略的環(huán)境（低排溫、高原排)，載體材料為鐵鉻鋁材料，耐高溫且拆裝、反沖不易碎，清潔、維護方便，搭配我司研發(fā)生產(chǎn)的顆粒物傳感器和在線監(jiān)控使用配套使用，隨時監(jiān)測尾氣動態(tài)，保證尾氣達標排放。
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