柴油機(jī)尾氣顆粒分離器在尾氣處理中的應(yīng)用及其改進(jìn)設(shè)計(jì)

韓若飛

摘 要：柴油機(jī)尾氣中，其排出NO約90%，NO雖然無色無味，但高濃度NO可導(dǎo)致人體神經(jīng)中樞癱瘓，對(duì)人呼吸道與肺造成損害；同時(shí)柴油機(jī)排放物也會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對(duì)此，應(yīng)用柴油機(jī)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(yīng)用柴油機(jī)尾氣顆粒分離器的實(shí)際情況，并對(duì)其提出改進(jìn)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵字：柴油機(jī) 尾氣處理 設(shè)計(jì) 尾氣顆粒分離器

中圖分類號(hào)：TK421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（c）-0096-01

1 尾氣處理應(yīng)用柴油機(jī)尾氣顆粒分離器的現(xiàn)狀

1.1 經(jīng)濟(jì)效益低

隨著環(huán)境日益惡化，針對(duì)采油機(jī)尾氣排放中，為有效降低汽車尾氣污染物排放，應(yīng)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(duì)于當(dāng)前柴油機(jī)排氣中，其柴油機(jī)尾氣分離器還存在一些弊端，不能有效減少尾氣顆粒，同時(shí)在排放過程中，由于部分尾氣顆粒會(huì)沉積在濾芯當(dāng)中，并且沉積的顆粒也會(huì)增加排氣背壓，從而會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性。

1.2 技術(shù)弊端

針對(duì)傳統(tǒng)柴油機(jī)尾氣顆粒分離器中，在分離器結(jié)構(gòu)中還存在缺陷，主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面。其一，就是分離器采用金屬材料，其濾芯、濾網(wǎng)在高溫下剛性差，強(qiáng)度低，易氧化，隨時(shí)間不斷的推移，尾氣顆粒分離器的濾芯本分，也會(huì)相應(yīng)的失去其過濾性能。再有，就是在實(shí)際柴油機(jī)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(shí)際中拆卸比較麻煩，浪費(fèi)時(shí)間消耗金錢，實(shí)用性較差。

2 優(yōu)化改進(jìn)柴油機(jī)尾氣顆粒分離器的意義上

尾氣處理中，改進(jìn)設(shè)計(jì)尾氣顆粒分離器，針對(duì)前人設(shè)計(jì)柴油機(jī)尾氣顆粒分離器中的不足，可以將金屬濾芯，設(shè)計(jì)成堇青石材料，不僅可以提升過濾性能，清除沉積顆?；謴?fù)分離器中濾芯，也可以實(shí)現(xiàn)過濾恢復(fù)自動(dòng)再生功能[2]。柴油機(jī)尾氣主要包含一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）、鉛（Pb）、苯并芘（BaP）等有害物質(zhì)，不僅可以環(huán)境造成污染，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，同時(shí)也會(huì)對(duì)人體造成各種疾病，針對(duì)柴油機(jī)尾氣顆粒分離器，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，可以根據(jù)原分離器中的應(yīng)用情況，針對(duì)其過濾效果不佳缺陷，找出其實(shí)際原因，改進(jìn)其濾芯、濾網(wǎng)金屬材料設(shè)計(jì)，應(yīng)用優(yōu)化材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免高溫氧化，也可以有效分離尾氣顆粒。同時(shí)，可以在分離器設(shè)計(jì)中，添加一種能將沉積尾氣顆粒在分離器內(nèi)部清除的裝置，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升過濾性能。對(duì)其進(jìn)程改進(jìn)設(shè)計(jì)，不僅可以提高柴油機(jī)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(jìn)意義。

3 改進(jìn)設(shè)計(jì)柴油機(jī)尾氣顆粒分離器實(shí)踐

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

在實(shí)際柴油機(jī)尾氣顆粒分離器改進(jìn)設(shè)計(jì)中，優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，更換濾芯材料，提高過濾效率；增設(shè)電加熱裝置處理沉積顆粒，使分離器自動(dòng)恢復(fù)過濾功能。改進(jìn)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

改進(jìn)后的尾氣顆粒分離器，其主要有排氣進(jìn)口、高速電機(jī)、分離葉輪、流通閥、旁通閥、多孔陶瓷濾芯、電阻絲開關(guān)、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(yīng)用優(yōu)勢(shì)[3]，不僅其孔隙率高達(dá)60%以上，并且孔徑均勻也容易控制，具有過濾精度高的特點(diǎn)。同時(shí)，多孔陶瓷材料機(jī)械強(qiáng)度高，其工作壓力可一達(dá) 6MP，壓差也可達(dá)1MP，耐高溫。

3.3 分離尾氣顆粒

柴油機(jī)尾氣顆粒分離器前端，可以由高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)也將會(huì)帶動(dòng)分離機(jī)，有效確保在高速旋轉(zhuǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)較大污染的分析，同時(shí)其強(qiáng)度的離心作用可以凈化尾氣，并在今后的三維葉輪導(dǎo)流作用之下，使其進(jìn)入分離器后端，針對(duì)其設(shè)計(jì)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?？梢匀紵?，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(huì)因?yàn)槭軐?dǎo)向葉片導(dǎo)流作用，從而將會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)，此時(shí)氣流就可以沿筒體呈現(xiàn)出螺旋形，并向下進(jìn)入到旋風(fēng)筒體，此時(shí)，對(duì)于密度大液滴以及塵粒，就會(huì)在在離心力、重力作用下，沿著筒壁流出。同時(shí)在尾氣顆粒分離中，由于其壁流中應(yīng)用多孔陶瓷濾芯，還可以有效提升濾芯精度。

3.4 自動(dòng)清除沉積顆粒

改進(jìn)后的柴油機(jī)尾氣顆粒分離器，顆粒就會(huì)被分離成直徑（5～20）μm顆粒[4]；在尾氣顆粒分離器設(shè)計(jì)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(diǎn)，確保其分離效率達(dá)到99%，達(dá)到工況點(diǎn)±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(guī)燃料，應(yīng)用凈化技術(shù)，制定清潔燃料發(fā)展計(jì)劃，減少機(jī)動(dòng)車尾氣污染。并且，在三維葉輪導(dǎo)流作用下，使冷卻液在分離器體內(nèi)產(chǎn)生渦流，雜質(zhì)由于離心力的作用，被甩到分離器內(nèi)壁上，雜質(zhì)沿著內(nèi)壁與少許冷卻液由排渣口排出，實(shí)現(xiàn)尾氣顆粒分離。在尾氣顆粒分離器計(jì)量裝置基礎(chǔ)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(yīng)該在9.5 L/h，同時(shí)，標(biāo)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(duì)改進(jìn)后的尾氣顆粒分離器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行自由加速、全負(fù)荷煙度試驗(yàn)后，將尾氣顆粒分離器裝配在柴油機(jī)尾部，并測(cè)得其排氣溫度。結(jié)果可知，在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為 2 800 r/min時(shí)，其煙度值為1.71、2.05 FSN；柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1 200 r/min時(shí)，煙度值為1.97、3.62FSN，可見，優(yōu)化設(shè)計(jì)柴油機(jī)尾氣顆粒分離器，可以減少尾氣顆粒排放，提高柴油機(jī)尾氣顆粒分離器的凈化效率。

4 結(jié)語

綜上所述，在柴油機(jī)尾氣處理中，應(yīng)用尾氣顆粒分離器，并改進(jìn)其設(shè)計(jì)，提升柴油機(jī)尾氣顆粒分離器耐高溫、抗氧化能力，優(yōu)化其過濾精度，實(shí)現(xiàn)高溫除塵，可以有效清除顆粒，恢復(fù)濾芯過濾性能，降低柴油機(jī)尾氣排放。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳婷婷，林茂.柴油機(jī)尾氣顆粒分離器的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014（8）：25-27

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[3] 田甜，謝小鵬，王東輝.一種柴油機(jī)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(jī)尾氣排放的陶瓷濾材[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2013，3（137）：55-57.