CN108930570A - 一种降低发动机颗粒物数量排放的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低发动机颗粒物数量排放的方法，包括以下步骤：S1、使发动机排气经过第一颗粒捕集器，检测排气中粒径大于1μm的第一粗态颗粒浓度，重复本步骤直至第一粗态颗粒浓度小于第一浓度阈值进入步骤S2；S2、对排气发射超声波促进颗粒物的团聚作用，检测排气中粒径大于1μm的第二粗态颗粒浓度是否大于第二浓度阈值，如为是，返回步骤S1，如为否，进入步骤S3；S3、对排气在200℃～400℃保温处理，检测排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第三浓度阈值，如为是，返回步骤S2，如为否，进入步骤S4；S4、使排气经过第二颗粒捕集器排放。通过本发明方法对于发动机颗粒物数量排放，有明显的降低效果。

Description

一种降低发动机颗粒物数量排放的方法
技术领域
本发明涉及一种降低车辆颗粒物排放的方法，特别是涉及一种降低发动机颗粒物数量排放的方法。
背景技术
汽车排出的颗粒物(Particulate Matter,PM)已成为大气环境污染物的主要来源之一，对汽车污染物排放，特别是颗粒物质量和数量排放的要求日趋严格。发动机颗粒按照粒径大小可分为粗态(1～10μm)、聚集态(100～300nm)和核态(粒径小于50nm)。国内外学者研究表明，颗粒质量排放峰值集中在聚集态和粗态，颗粒数量排放峰值集中在核态。同时降低发动机颗粒物质量和数量排放，对于满足更高排放法规的要求，具有重要的意义。
目前降低发动机颗粒物排放的方法，第一类是通过优化燃油喷射等方式，改善发动机缸内燃烧过程，减少颗粒物的生成，从而降低颗粒物排放；第二类是通过加装颗粒捕集器，捕集发动机排出的颗粒物，从而降低颗粒物排放。第一类优化燃烧过程的方法，主要减少的是粒径较大的粗态颗粒物排放，能够实现颗粒物质量排放的大幅下降。但是，优化燃烧过程的方法降低核态颗粒物(占颗粒物数量排放的90％以上)的效果非常有限，特定工况下，甚至有核态颗粒物数量排放增加的现象。第二类加装颗粒捕集器的方法，对颗粒物排放的捕集效率能够达到90％左右，可以有效地降低颗粒物排放。但是，颗粒捕集器在使用过程中存在一些问题，如捕集颗粒达到一定量时，排气背压升高，捕集效率下降、捕集器需要再生等。此外，对纳米级颗粒物的捕集效率取决于捕集器的捕集原理、结构、材料等因素，无法实现对纳米级颗粒物的高效捕集。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种降低发动机颗粒物数量排放的方法，解决单一颗粒捕集器无法捕集排气中各种粒径的颗粒物，造成车辆排放难以满足要求的问题。
本发明技术方案如下：一种降低发动机颗粒物数量排放的方法，包括以下步骤：
S1、使发动机排气经过第一颗粒捕集器，检测第一颗粒捕集器后排气中粒径大于1μm的第一粗态颗粒浓度，重复本步骤直至第一粗态颗粒浓度小于第一浓度阈值进入步骤S2；
S2、对排气发射超声波促进颗粒物的团聚作用，检测排气中粒径大于1μm的第二粗态颗粒浓度是否大于第二浓度阈值，如为是，返回步骤S1，如为否，进入步骤S3，所述第二浓度阈值小于第一浓度阈值；
S3、对排气在200℃～400℃保温处理，检测排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第三浓度阈值，如为是，返回步骤S2，如为否，进入步骤S4；
S4、使排气经过第二颗粒捕集器排放。
进一步的，所述步骤S3为、对排气在200～400℃保温处理，检测排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第三浓度阈值，如为是，返回步骤S2，如为否，进入步骤S31；
S31、对排气进行加热至500℃以上高温氧化，检测排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第四浓度阈值，如为是，返回步骤S3，如为否，进入步骤S4，所述第四浓度阈值小于第三浓度阈值。
进一步的，所述步骤S31为、对排气进行加热至500℃以上高温氧化，检测排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第四浓度阈值，如为是，返回步骤S3，如为否，进入步骤S32；
S32、对排气采用“X射线散射”的检测方法，检测颗粒物的散射强度，通过散射强度计算得到颗粒的分形维数，判断“分形维数是否大于2.5”，如为是，进入步骤S33，如为否进入步骤S4；
S33、向排气中喷入雾化后的甲醇和二甲醚含氧混合燃料，返回步骤S31。
优选的，所述超声波的频率范围为10kHz～50kHz。
优选的，所述第一浓度阈值为1.0×106～1.5×106个/cm3，所述第二浓度阈值为1.0×105～1.5×105个/cm3。
优选的，所述第三浓度阈值为1.0×107～1.5×107个/cm3，所述第四浓度阈值为1.0×106～1.5×106个/cm3。
优选的，所述第一颗粒捕集器采用壁流式蜂窝陶瓷结构，结构参数满足平均孔径22～25μm、孔隙率72～76％、壁厚7～8mil、长度直径比0.5～0.7。
优选的，所述第二颗粒捕集器采用壁流式蜂窝陶瓷结构，结构参数满足平均孔径10～12μm、孔隙率58～62％、壁厚14～16mil、长度直径比1.3～1.5。
本发明所提供的技术方案的优点在于：通过超声团聚、保温氧化、高温氧化作用使排气中颗粒物粒径变化，使颗粒物更容易被第一颗粒捕集器和第二颗粒捕集器捕集，降低了颗粒物数量排放。采用本发明的方案后，相比于普通颗粒捕集器，颗粒物数量排放有明显的降低效果。
附图说明
图1为实施例1的降低发动机颗粒物数量排放方法的流程示意图。
图2为实施例1采用的排气通路结构示意图。
图3为实施例2的降低发动机颗粒物数量排放方法的流程示意图。
图4为实施例3的降低发动机颗粒物数量排放方法的流程示意图。
图5为实施例1排放结构示意图。
图6为实施例2排放结构示意图。
图7为实施例3排放结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围内。
实施例1
请结合图1及图2所示，实施例所涉及的排气通路结构是这样的，发动机排气管路上依次连接第一颗粒捕集器1、第一流量控制阀2、超声波发生装置7、第二流量控制阀4、保温加热装置8、第三流量控制阀9、电加热装置10、第四流量控制阀11、第五流量控制阀12和第二颗粒捕集器13。第一流量控制阀2出口分别连接至第一颗粒捕集器1入口以及第二流量控制阀4入口，超声波发生装置7包括超声波发生器和超声波换能装置，其中超声波换能安装在第一流量控制阀2出口至第二流量控制阀4入口间的排气管路上，对排气发生超声波促进团聚。第二流量控制阀4出口分别连接至第一颗粒捕集器1入口以及第三流量控制阀9入口，保温加热装置8安装在第二流量控制阀4出口至第三流量控制阀9入口间的排气管路上维持管路内排气温度为200～400℃。第三流量控制阀9出口分别连接至第一流量控制阀2出口以及第四流量控制阀11入口，电加热装置10安装在第三流量控制阀9出口至第四流量控制阀11入口间的排气管路上对排气进行高温加热氧化。第四流量控制阀11出口分别连接至第而流量控制阀出口以及第五流量控制阀12入口，第五流量控制阀12出口分别连接至第一颗粒捕集器1入口以及第三流量控制阀9出口，第五流量控制阀12出口至第三流量控制阀9出口管路上安装燃料喷射装置6对排气喷射甲醇和二甲醚含氧混合燃料。颗粒粒径谱仪3分别获取第一流量控制阀2入口、第二流量控制阀4入口、第三流量控制阀9入口和第四流量控制阀11入口的排气检测排气颗粒物粒径，X射线散射检测仪5获取第五流量控制阀12入口的排气。第一颗粒捕集器1采用壁流式蜂窝陶瓷结构，结构参数满足平均孔径22～25μm、孔隙率72～76％、壁厚7～8mil、长度直径比0.5～0.7。第二颗粒捕集器13采用壁流式蜂窝陶瓷结构，结构参数满足平均孔径10～12μm、孔隙率58～62％、壁厚14～16mil、长度直径比1.3～1.5。
降低发动机颗粒物数量排放方法是这样的：
S1、使发动机排气经过第一颗粒捕集器1，由颗粒粒径谱仪3检测第一颗粒捕集器1后排气中粒径大于1μm的第一粗态颗粒浓度，控制第一流量控制阀2使排气流向第一颗粒捕集器1入口重复本步骤直至第一粗态颗粒浓度小于第一浓度阈值1.0×106个/cm3时，控制第一流量控制阀2使排气流向第二流量控制阀4入口，进入步骤S2；
S2、由超声波发生装置7对排气发射频率范围为10kHz～50kHz超声波促进颗粒物的团聚作用，由颗粒粒径谱仪3检测第二流量控制阀4入口的排气中粒径大于1μm的第二粗态颗粒浓度是否大于第二浓度阈值1.0×105个/cm3，如为是，控制第二流量控制阀4使排气流向第一颗粒捕集器1入口返回步骤S1，如为否，控制第二流量控制阀4使排气流向第三流量控制阀9入口进入步骤S3；
S3、由保温加热装置8对排气在200℃～400℃保温处理，由颗粒粒径谱仪3检测第三流量控制阀9入口的排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第三浓度阈值1.0×107个/cm3，如为是，控制第三流量控制阀9使排气流向第一流量控制阀2出口返回步骤S2，如为否，控制第三流量控制阀9使排气流向第三流量控制阀9入口进入步骤S31；
S31、由电加热装置10对排气进行加热至500℃以上高温氧化，由颗粒粒径谱仪3检测第三流量控制阀9出口排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第四浓度阈值1.0×106个/cm3，如为是，控制第四流量控制阀11使排气流向第二流量控制阀4出口返回步骤S3，如为否，控制第四流量控制阀11使排气流向第五流量控制阀12入口进入步骤S32；
S32、由X射线散射检测仪5对排气采用“X射线散射”的检测方法，检测颗粒物的散射强度，通过散射强度计算得到颗粒的分形维数，判断“分形维数是否大于2.5”，如为是，控制第五流量控制阀12使排气流向第三流量控制阀9出口进入步骤S33，如为否，控制第五流量控制阀12使排气流向第二颗粒捕集器13进入步骤S4；
S33、燃料喷射装置6对排气喷射甲醇和二甲醚含氧混合燃料，返回步骤S31；
S4、排气经过第二颗粒捕集器13排放。
实施例2
请结合图3所示，降低发动机颗粒物数量排放方法是这样的：
S1、使发动机排气经过第一颗粒捕集器1，由颗粒粒径谱仪3检测第一颗粒捕集器1后排气中粒径大于1μm的第一粗态颗粒浓度，控制第一流量控制阀2使排气流向第一颗粒捕集器1入口重复本步骤直至第一粗态颗粒浓度小于第一浓度阈值1.2×106个/cm3时，控制第一流量控制阀2使排气流向第二流量控制阀4入口，进入步骤S2；
S2、由超声波发生装置7对排气发射频率范围为10kHz～50kHz超声波促进颗粒物的团聚作用，由颗粒粒径谱仪3检测第二流量控制阀4入口的排气中粒径大于1μm的第二粗态颗粒浓度是否大于第二浓度阈值1.2×105个/cm3，如为是，控制第二流量控制阀4使排气流向第一颗粒捕集器1入口返回步骤S1，如为否，控制第二流量控制阀4使排气流向第三流量控制阀9入口进入步骤S3；
S3、由保温加热装置8对排气在200℃～400℃保温处理，由颗粒粒径谱仪3检测第三流量控制阀9入口的排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第三浓度阈值1.2×107个/cm3，如为是，控制第三流量控制阀9使排气流向第一流量控制阀2出口返回步骤S2，如为否，控制第三流量控制阀9使排气流向第三流量控制阀9入口进入步骤S31；
S31、由电加热装置10对排气进行加热至500℃以上高温氧化，由颗粒粒径谱仪3检测第三流量控制阀9出口排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第四浓度阈值1.2×106个/cm3，如为是，控制第四流量控制阀11使排气流向第二流量控制阀4出口返回步骤S3，如为否，控制第四流量控制阀11使排气流向第五流量控制阀12入口，控制第五流量控制阀12使排气流向第二颗粒捕集器13进入步骤S4；
S4、排气经过第二颗粒捕集器13排放。
实施例3
请结合图4所示，降低发动机颗粒物数量排放方法是这样的：
S1、使发动机排气经过第一颗粒捕集器1，由颗粒粒径谱仪3检测第一颗粒捕集器1后排气中粒径大于1μm的第一粗态颗粒浓度，控制第一流量控制阀2使排气流向第一颗粒捕集器1入口重复本步骤直至第一粗态颗粒浓度小于第一浓度阈值1.5×106个/cm3时，控制第一流量控制阀2使排气流向第二流量控制阀4入口，进入步骤S2；
S2、由超声波发生装置7对排气发射频率范围为10kHz～50kHz超声波促进颗粒物的团聚作用，由颗粒粒径谱仪3检测第二流量控制阀4入口的排气中粒径大于1μm的第二粗态颗粒浓度是否大于第二浓度阈值1.5×105个/cm3，如为是，控制第二流量控制阀4使排气流向第一颗粒捕集器1入口返回步骤S1，如为否，控制第二流量控制阀4使排气流向第三流量控制阀9入口进入步骤S3；
S3、由保温加热装置8对排气在200℃～400℃保温处理，由颗粒粒径谱仪3检测第三流量控制阀9入口的排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第三浓度阈值1.5×107个/cm3，如为是，控制第三流量控制阀9使排气流向第一流量控制阀2出口返回步骤S2，如为否，控制第三流量控制阀9使排气流向第四流量控制阀11入口，控制第四流量控制阀11使排气流向第五流量控制阀12入口，控制第五流量控制阀12使排气流向第二颗粒捕集器13进入步骤S4；
S4、排气经过第二颗粒捕集器13排放。
为了比较本发明方法的效果，将发动机排气直接排放以及通过第一颗粒捕集器排放作为对比例，请结合图5至图7所示，采用本发明方法对于发动机颗粒物数量排放，有明显的降低效果。

Claims (8)

1.一种降低发动机颗粒物数量排放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、使发动机排气经过第一颗粒捕集器，检测第一颗粒捕集器后排气中粒径大于1μm的第一粗态颗粒浓度，重复本步骤直至第一粗态颗粒浓度小于第一浓度阈值进入步骤S2；
S2、对排气发射超声波促进颗粒物的团聚作用，检测排气中粒径大于1μm的第二粗态颗粒浓度是否大于第二浓度阈值，如为是，返回步骤S1，如为否，进入步骤S3，所述第二浓度阈值小于第一浓度阈值；
S3、对排气在200～400℃保温处理，检测排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第三浓度阈值，如为是，返回步骤S2，如为否，进入步骤S4；
S4、使排气经过第二颗粒捕集器排放。
2.根据权利要求1所述的降低发动机颗粒物数量排放的方法，其特征在于，所述步骤S3为、对排气在200～400℃保温处理，检测排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第三浓度阈值，如为是，返回步骤S2，如为否，进入步骤S31；
S31、对排气进行加热至500℃以上高温氧化，检测排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第四浓度阈值，如为是，返回步骤S3，如为否，进入步骤S4，所述第四浓度阈值小于第三浓度阈值。
3.根据权利要求2所述的降低发动机颗粒物数量排放的方法，其特征在于，所述步骤S31为、对排气进行加热至500℃以上高温氧化，检测排气中粒径范围在100～300nm的颗粒浓度是否大于第四浓度阈值，如为是，返回步骤S3，如为否，进入步骤S32；
S32、对排气采用“X射线散射”的检测方法，检测颗粒物的散射强度，通过散射强度计算得到颗粒的分形维数，判断“分形维数是否大于2.5”，如为是，进入步骤S33，如为否进入步骤S4；
S33、向排气中喷入雾化后的甲醇和二甲醚含氧混合燃料，返回步骤S31。
4.根据权利要求1所述的降低发动机颗粒物数量排放的方法，其特征在于，所述超声波的频率范围为10kHz～50kHz。
5.根据权利要求1所述的降低发动机颗粒物数量排放的方法，其特征在于，所述第一浓度阈值为1.0×106～1.5×106个/cm3，所述第二浓度阈值为1.0×105～1.5×105个/cm3。
6.根据权利要求2所述的降低发动机颗粒物数量排放的方法，其特征在于，所述第三浓度阈值为1.0×107～1.5×107个/cm3，所述第四浓度阈值为1.0×106～1.5×106个/cm3。
7.根据权利要求1所述的降低发动机颗粒物数量排放的方法，其特征在于，所述第一颗粒捕集器采用壁流式蜂窝陶瓷结构，结构参数满足平均孔径22～25μm、孔隙率72～76％、壁厚7～8mil、长度直径比0.5～0.7。
8.根据权利要求1所述的降低发动机颗粒物数量排放的方法，其特征在于，所述第二颗粒捕集器采用壁流式蜂窝陶瓷结构，结构参数满足平均孔径10～12μm、孔隙率58～62％、壁厚14～16mil、长度直径比1.3～1.5。
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