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   柴油機被認為是熱效率最高的內燃機，所以在全世界被廣泛地應用在重型車輛上。然而，隨著人們日益關注柴油機廢氣對大氣質量的危害，汽車和發(fā)動機制造商不得不開發(fā)有效的解決方案來抑制排放。

   由于發(fā)動機的排量和驅動方式不同，現(xiàn)在有幾種技術被應用在這個行業(yè)來處理柴油機廢氣中的顆粒物質和有害氣體。

   柴油機的發(fā)展趨勢

   柴油機在重型車輛和非道路車輛上的廣泛應用已經有很長時間，近期在歐美市場上應用柴油機的客車和輕型卡車激增。這種增長部分是由于油價上漲刺激了對高效率柴油機的需求。

   然而，伴隨著柴油機數(shù)量的增長，人們也越來越關注其排放的廢氣對空氣質量的影響。廢氣中的污染氣體如碳化物、氮化物（NOX）和顆粒物質被認為是危害健康的主要污染物。

   排放法規(guī)的發(fā)展趨勢

   歐美制定潔凈空氣法規(guī)的機構采用柴油機排放標準中要求，使用顆粒物過濾器來滿足顆粒物的排放限制。歐洲的新排放法規(guī)中，顆粒物和氮化物的排放量比目前的標準少三分之一。

   目前柴油機排放后處理的技術措施柴油機的排放物主要包括氣體排放物，如CO、CO2、NO、NO2和顆粒排放物，包括碳和碳氫化合物。

   CO和碳氫化合物的去除

   柴油機催化氧化轉化器（DOC）被用來氧化排氣氣流中的污染氣體，它可以和消音器集成在一起。在許多封閉曲軸箱柴油機中，NOX、HC和有毒有害氣體被直接重新引入進氣系統(tǒng)再次燃燒，而不是排到外界污染大氣環(huán)境的。

   NO和NOX的去除

   選擇性催化系統(tǒng)（SCR）能夠通過在廢氣中噴灑尿素或者氨水，將NOX的排放減少60－90％。然而，由于儲存空間的需要，只能用在大型發(fā)動機上。細長的NOX催化器（LNC）與選擇性催化系統(tǒng)（SCR）類似，不同的是，LNC向柴油機廢氣中噴的是柴油而不是尿素。

   廢氣再循環(huán)（EGR）設備將發(fā)動機廢氣的一部分送回發(fā)動機，降低燃燒溫度的峰值，從而減少NOX的排放。廢氣再循環(huán)設備已被用于碼頭機械、建筑設備和公路車輛發(fā)動機上。該項技術能將NOX的排放減少40－50％。

   柴油機的顆粒物（DPM）

   柴油機顆粒物的控制基本上靠兩個過濾器，即柴油機微粒過濾器（DPF）和一次性過濾元件。柴油機微粒過濾器一般是應用蜂窩狀或者網狀器具，放置在排氣管內，物理捕集或者氧化顆粒物。收集到的顆粒物連續(xù)或者定期地通過加熱再生從過濾器中被移走。

   另一種柴油機顆粒物處理裝置是采用一次性過濾元件的過濾裝置，其應用日漸增多。由于發(fā)動機制造商不斷通過高效的發(fā)動機管理來降低系統(tǒng)成本，以減輕柴油機廢氣后處理技術方面的壓力，所以相比前一種過濾器，這種一次性的過濾裝置為降低成本提供了一種有效的方法。

   DPF所用濾材現(xiàn)狀

   有很多過濾材料被應用在柴油機微粒過濾器（DPF）中，包括陶瓷塊、陶瓷紗線、陶瓷泡沫、陶瓷紙、合成纖維、金屬網和燒結金屬纖維材料。這些過濾材料具有高過濾效率、低壓降、高煙塵容納能力，以及能耐高溫、耐熱應變和耐熱收縮、耐化學腐蝕等性能，并且與再生工藝相容。按照再生技術的要求，柴油機的過濾材料要置于1，000℃或更高的溫度下接受大量的熱沖擊。這是造成材料失效（例如融化或者開裂）的主要原因。

   使用這些濾材的柴油機微粒過濾器具有60－95％的過濾效率。兩種常用的系統(tǒng)是陶瓷過濾器（陶瓷基和深床過濾）和一次性紙質過濾器。陶瓷過濾器主要應用在重型車輛和道路車輛上；而一次性紙質過濾器主要應用在固定機械和非道路車輛上，如叉車。所有濾材都有各自的優(yōu)缺點，所以在使用時也應有選擇。

   陶瓷過濾器

   柴油機陶瓷微粒過濾器可以是壁流式蜂窩陶瓷微粒捕集器也可以是纏繞成的濾筒，最常用的是壁流式微粒捕集器（占有70％的市場）。它是整體擠壓成型的，主要成分是堇青石或者金剛砂。交替堵住蜂窩狀多孔陶瓷的孔兩端，柴油機的廢氣被迫通過這個多孔的墻壁而被過濾。壁流式蜂窩陶瓷微粒捕集器的特點是機械強度好、耐溫性好、并且具有良好的過濾效率。這種陶瓷基材可以覆上一層催化劑來降低溫度從而再生。

   這種過濾器的缺點是熱膨脹系數(shù)大，當煙塵量較大時，壓降也相對較大，從而導致過濾器阻塞。因為它們是易碎的材料，所以容易在熱環(huán)境中或者機械振動中損壞。

   金屬基的陶瓷纖維濾筒用連續(xù)的陶瓷纖維纏繞在多孔金屬支撐筒上，廢氣被迫通過陶瓷纖維流入金屬筒內，使柴油機廢氣中的微粒停留在纖維中間。通過電加熱去除堆積在過濾裝置中的微粒，可以使過濾器再生。

   有一些陶瓷纖維濾筒使用陶瓷紗線制成的薄布，這種布的制作過程就像造紙一樣，然后成型的過濾器要經過燒結處理。FLEETGUARD公司開發(fā)了一種由復合過濾介質（覆以SIC的氧化鋁纖維）和壁流式蜂窩陶瓷過濾元件組成的過濾器。

   一次性／長期使用／可回用的紙質過濾器

   一次性的柴油機廢氣過濾器一般是折成褶狀的濾筒，就像一般的發(fā)動機進氣過濾器，效率可以接近100％。由于過濾器的最高使用溫度都低于120℃，這種過濾器需要一個隨車的冷卻器，如噴水器或者散熱器，這種過濾器的設計壽命是最多3次。

   一次性／長期使用／可回用的紙質過濾器的最高使用溫度可以達到200℃，過濾材料一般使用合成纖維或者與陶瓷纖維混合以達到更高的使用溫度。這樣的過濾材料可以連續(xù)多次使用。

   DPF介質的最新進展

   由于日益增長的排放法規(guī)限制，對經濟、可靠的過濾材料和系統(tǒng)的需求日益增長。AHLSTROM公司一直致力于柴油微粒過濾技術的研究，包括一次性過濾器、可重復利用和可再生過濾器。

   一次性DPF過濾介質

   AHLSTROM公司已成功開發(fā)出一種用于公共交通車輛中的微粒捕集器，這是意大利政府贊助的一個名為PROJETTOBLUE的項目的研究成果。據(jù)說這種過濾器可以使用2，500KM或者最多達十天（以每天行駛250KM計算）。纖維素基過濾介質適用于最高為120℃的低溫環(huán)境，且具有根據(jù)需要控制壓降和過濾效率的特點。

   連續(xù)使用／耐高溫／可再生的纖維介質

   經過過去幾年的不斷努力，AHLSTROM公司已經開發(fā)出100％陶瓷纖維的柴油機微粒過濾器過濾介質，這種過濾介質能耐800℃甚至更高的溫度，還能夠用作再生過濾器的基材。

   利用這種無機纖維過濾介質制成的過濾器，相對目前的陶瓷基過濾器，可以將柴油機微粒過濾器的成本降低至少50％。

   AHLSTROM在DPF方面的創(chuàng)新技術

   AHLSTROM公司又有一個獨特的技術平臺，能夠輕而易舉地開發(fā)出DPF市場所需的工程解決方案。

   DISRUPTORTTM技術

   DISRUPTORTM材料是AHLSTROM公司的納米氧化鋁纖維技術，是利用大約2NM粗、100NM長的的氧化鋁陶瓷纖維枝接微米級的玻璃纖維制成的。與其它所有纖維相比，DISRUPTORTM纖維具有最高的縱橫比（半徑和長度的比）和表面積（最高達600M2／G）。

   這種材料作為DPF介質的一個特殊優(yōu)點是，它可以使極細的粉末（例如催化劑）附著到納米級的氧化鋁纖維中。

   柴油機是一種高效率的內燃機，在全世界范圍內的應用越來越廣泛。然而，近年來日益增長的油價和歐洲日益嚴格的排放法規(guī)已經引起了公眾的注意。因此，對高效率、低壓降和低成本的柴油機廢氣過濾器的需求在不斷增加。AHLSTROM公司一直積極開發(fā)用于柴油機廢氣后處理系統(tǒng)的一次性、連續(xù)使用和可再生的纖維基柴油機微粒過濾器介質。