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通过对柴油机排气中的主要污染物——碳烟微粒的机外净化技术进行研究,根据现有的试验条件,开发了一个效率高、使用简单可靠、实用性强的柴油机排气微粒后处理系统,即脉冲反吹再生试验系统。主要内容包括:
1.对高性能的过滤体材料——堇青石壁流式蜂窝陶瓷进行具体的分析,确定过滤体的特性参数;
2.根据实验要求,设计和加工过滤器壳体。通过对过滤室、集气室进行的水压试验,证明了过滤系统承压和密封的可靠性;
3.应用流体力学的基本原理,设计并加工了四个喉部直径分别为φ4mm、φ5mm、φ6mm、φ7mm的缩放式喷嘴及一个喉部为φ80mm的缩放管引射器,引射器的引射距离调节范围在0~180mm之间;
4.设计反吹气流的压力和流量控制系统,并且选择有效的测试方法和测试仪器。试验证明,该系统对气流压力和流量具有良好的调节控制功能;
5.利用旋风分离器的工作原理,设计并加工电加热燃烧器。电加热器的功率一般在300W~500W之间,利用车上的蓄电池完全能够满足微粒燃烧的需要;
6.通过对不同截面尺寸的壁流式蜂窝陶瓷过滤器阻力特性的试验结果证明:尺寸为φ250×300mm的过滤器完全可以满足保护6120型柴油机的寿命和环保排放的要求;
7.设计制作了6120型柴油机微粒过滤试验台;
8.设计了正交试验方案;
9.在实验装置上进行正交试验方案测试,确定喷嘴直径、喷吹距离、喷吹压力、脉冲宽度、喷吹时间五个因素的最佳组合试验参数。它们是:喷嘴直径为φ6mm、喷吹距离为50mm、喷吹压力为0.5Mpa、脉冲宽度为46ms、喷吹时间为60s;
10.利用压力传感器测定陶瓷过滤器在脉冲反吹过程中,滤管内动态压力的变化规律。建立了对脉冲反吹性能评价的新的标准:正压力峰值越大、负压力峰值越小、耗气量越低,则此脉冲反吹系统的性能就越好;
11.在实验装置上测试喷嘴直径、喷吹距离、喷吹压力、脉冲宽度对压力波形和气耗量的影响规律。
研究结果表明:此装置能够对壁流式蜂窝陶瓷过滤器进行过滤和反吹再生的测试和研究;能够实现过滤器的过滤与再生的更替工作。此项技术具有再生可靠的特点,而且适合我国的燃油品质,能使国产重型柴油机/车的微粒排放满足国家即将实行的排放标准,为柴油机过滤器在我国的实际应用解决了关键性技术难题。本文最后细化了以后的工作,提出了反吹再生系统潜在的研究课题。