汽车工程系科研课题

攻克柴油机PM2.5滤烟器失效难关

27日下午在汽车系实训车间开展了一场〔並联旁通式柴油发动机黑烟捕集器( D P F )〕成果报告会，由系主任王泌宝主持，项目老师王俊PPT报告，伴以发动机现场测试，成效优異，符合国家尾气排放标准，改善解决了黑烟捕集器在使用过程中发生的滤芯因排气背压过高破裂滤烟失效的问题。

王俊老师指出，由於国家大气治理  对於汽车尾气排放日趨严格，尤其是柴油车的黑烟问题更是加大了力度，从2015年开始到2018由国四到国五，强度之大使得车厂及车主们直呼受不了，然而生命及健康更重要，现拟出台国六标，

予计2020年即将执行。

              (王俊老师向汽车系专业教师及教授作报告)

国內车企应对严格的尾气排放策略是：1、国3标：进气涡轮增(TURBO)  2、国4标：进气涡轮增压＋高压共轨 (Common Rail )  3、国5标：进气涡轮增压＋高压共轨(C R)＋SCR,  4、明年国6标：进气涡轮增压＋高压共轨(C R) ＋ SCR ＋ DOC ＋ DPF。

由国內车企应对方案可看出黑烟捕集器(DPF) 是最终唯一的有效解决手段。然而王俊老师指出现行安装了黑烟捕集器(DPF) 之车辆在使用上都面临一个无法解决的困难，那就是陶瓷滤芯载体破裂，黑烟碳粒排出之难题。

黑烟捕集器(DPF) 主要是陶瓷滤芯载体以蜂巢式结构制作，烟粒从气孔流入后是从孔壁穿出，孔壁为纳米级隙，碳烟粒会截堵在孔壁周围，形成由孔底向流入口層疊累积的碳粒層，终至封堵，又称为壁流式陶瓷滤芯。

颗粒捕集器(DPF) 技术是降低柴油发动机颗粒物排放唯一最有效的方法，工作原理利甩由前后交互堵塞的通道多孔壁(过滤载体) 捕集排放尾气中的颗物，这是捕集过程，颗粒物捕集满后，再以氧化燃烧方式除去堵塞载体中的颗粒物，此过程是再生过程，保证DPF能够正常持续工作减少碳粒排放。

DPF的再生方法有主动再生和被动再生。常用的主动再生方法有燃烧器喷油加热再生、电加热再生、微波加热再生和红外加热再生。燃烧器喷油加热再生即在颗粒过滤器的入口处设置混合燃烧器，喷入柴油和二次空气，燃烧后引燃颗粒过滤器中的碳烟颗粒进行再生。

根据研究资料指出大多数的DPF失效都是陶瓷过滤载体破裂为主因，而柴油发动机因黑烟捕集器(DPF) 堵塞造成排气背压上升、或再生装置启动作工燃烧气体澎涨产生背压、或因发动机急加速、高速行驶造成之高背压，导致动力下降、陶瓷载体破裂，黑烟捕集功能失效等问题。

如前所述之喷油加热燃烧PM的问题中无论是再生点火闪燃，颗粒堵塞或加减速造成的排气系统压力迅速上升都会容易造成陶瓷过滤载体的破裂，根据研究资料指出大多数的DPF失效都是陶瓷过滤载体破裂为主因。针对於此，提出了並联旁通式柴油发动机黑烟捕集器(DPF) 之研究，有效的解决了问题。

〔实验设备－－潍柴发动机装设黑烟捕集器(DPF)〕

並联旁通式柴油发动机黑烟捕集器(DPF) ，结构主体与主动再生式DPF相似，仅在捕集器排气进口道前装置三通管旁通阀，可视需要将废气不流经捕集器导出，在DPF出口末端前也装置三通管，废气直接可从前端入不流通捕集器由此导出。系统由两组三通管、气动阀门或电动蝶阀门、过滤体、电接点压力传感器、继电器、旁通管等组成。

工作机理为当排气背压达予设定值时，电接点压力传感器接收压力讯号，电流接通启动继电器开启气动阀门或电动蝶阀门，发动机废气绕经旁通管路到出口排放，排气背压得以降低。如前所述发动机排气背压升高的原因有排气涡流擾动、及再生点火闪燃产生气流高反压、颗粒堵塞、发动机加减速等影响，若未能及时反应将可能造成陶瓷过滤载体破裂，导致颗粒捕集失效排放黑烟。

根据2017制定《在用柴油车排放治理改造技术指南》团体标准规定，DPF再生过程中不得向系统外排放废气，本与设计中亦在旁通管道中装置颗粒捕集过滤设备，即便是打开旁通阀门，废气流经旁通装置也不会直接排出颗粒。

在成果报告会上汽车系老师及教授们对这一装置感觉实际功能对尾气减排有助益，也提出了相关建设性意见，李永鲜教授提出建议应将这一成果编整向省级提出申报课题，並向车企推广应用。刘延贤教授則对排放废气的臭味应该更加以强化处理。

               （汽车系老师观看黑烟捕集器(DPF) 实际工作）

报告结束后接著作柴油发动机排放实际操作演示，在现场先由王俊老师介绍了各部件功能，然后启动发动机，事先将黑烟捕集器(DPF) 拆下，观察柴油发动机直接排放的情况，启动瞬间车间声音轰轰隆隆，噪声加上黑烟滚滚，老师们纷纷掩住口鼻，直呼呛的受不了。熄火后将黑烟捕集器(DPF) 重新装回去，调整好尾管准备将废气导入玻璃观察箱，再次启动柴油机，且提高转速加大动力输出功率达到80%，这次直接显示出效果了，声音降低了许多，黑烟也被过滤掉排放无烟雾弥漫现象。王俊老师指出这是因为捕集器(DPF) 不僅是能过滤烟粒，而且还带有消音器功能。

接下來作模擬堵塞排气背压升高试验，持续维持发动机高速运转，用一活动铁板临时封住排气管尾端，这时仪表指示灯由绿色转为红色，压力表数值从2kpa迅速飙升高到8kpa，同时瞬间压力传感器接通电磁阀，打开气动阀门，瞬时排气背压迅速下降回复到常态数值，过程时间不到0.5 sec。发动机动力性能一点都没受到排气背压升高影响。王俊老师表示一般排气背压在10kpa~12kpa以上时柴油机性能开始恶化，发动机的油耗和动力受到排气背压的增加而影响，这部柴油机排气背压经过实验及參考文献资料后是设定控制在8kpa，当压力传感器接受到预设定的压力值时就会发出电讯号给电磁阀开通气动阀门，打开并联旁通管以分流降压之原理降低排气背压，以达到保护陶瓷滤芯载体避免破裂危险。

现场操作演示非常顺利，实验操作与理论吻合一致，完全达到设计之目标。报告会历时约70分钟园滿成功，系主任王泌宝作结论表示，从PPT报告內容可看出我系老师的专业实力够硬，也在平日的上课中反映出老师在教、学相长的具体成长，希望后续能拿出更多的好科研课题项目，爭取汽车系的荣誉！