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汽油颗粒过滤器迎来新发展

来源:荣格     发布时间:2017-11-17
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目前新一代的缸内直喷汽油机(GDI)具有气缸容量小、功率小、消耗汽油少、排出的二氧化碳量少等优势,但废气中燃烧后残留颗粒物的比例却增加了。因为这种汽油机是把汽油直接喷射到燃烧室中去,然后才在燃烧室中与汽油机吸入的空气混合。其中的有些汽油微滴在气缸中没有完全燃烧,它们作为最小的烟灰颗粒,如致癌的多环芳烃(PAH)等排入大气中。而这也是汽车行业亟待解决的问题之一。

对此,亚琛大学亚特兰大内燃机研究所(VKA)领导人Stefan Pischinger教授解释说:“法律法规的制定者在欧六排放法规中规定了微粒排放的极限值。这也逼迫不少汽车生产厂家开始尝试采用OPF汽油颗粒过滤器,以便在像低温环境和强动态驾驶的行驶状态下都能严格的保证颗粒物排放的极限值。”

新的欧6废气排放标准允许的缸内直喷汽油发动机烟尘颗粒排放量只有当前的十分之一。为此,大众集团、帕萨特集团、梅赛德斯-奔驰、宝马等主机厂以及康宁公司等零部件企业都采取了哪些措施来应对呢?

据介绍,帕萨特集团研发了一款汽油颗粒过滤器用于处理汽油直喷发动机的颗粒物排放,将颗粒物的排放数量降低了75%。自2017年12月起,帕萨特集团将向搭载3缸和4缸涡轮发动机各车型提供GDP发动机用汽油颗粒过滤器。该产品采用的是三元催化剂,可以清除一氧化碳、碳氢化合物及氮氧化合物等,且无需进行特殊的维护保养。此外,帕萨特还为该类发动机配置了两款变速箱(6速和8速),在大幅提升燃油经济性的同时提供最佳的驾驶舒适性。

再来看看大众集团,从2017年起,大众集团所有缸内直喷式TSI和TFSI汽油机车辆都将配备汽油颗粒过滤器,从而将尾气中的颗粒物含量降低90%。最先装配过滤器的将会是大众途观紧凑型SUV的1.4升TSI发动机以及奥迪A5的2.0升TFSI发动机。大众集团预计,到2022年时,将会有700万辆汽车配置有排放物颗粒过滤器。而目前,该系统只能在柴油汽车上安装。大众集团的Michael Franke先生说:“除了广为人知的三元催化器之外,将来会有汽油颗粒过滤的四元催化器,即OPF与三元催化涂层相结合的发动机废气净化系统。”

梅赛德斯-奔驰则是从其新型S级轿车开始。汽油颗粒过滤器的工作原理与柴油颗粒过滤技术相同。车辆排出的废气进入颗粒过滤系统进行净化处理。梅赛德斯S级轿车中的汽油颗粒过滤器安装在车辆的底部。梅赛德斯-奔驰公司的Peter Lautenschütz先生介绍说:“过滤器呈蜂窝状结构,进气口和排气口交替变换。这就迫使废气通过多孔的过滤器壁流过去。采用颗粒过滤器会导致烟尘的沉积,因此就要求在一定的驾驶条件下使三元催化剂可以连续地再生。”Peter Lautenschütz先生所地的再生也就是俗称的“自由燃烧”。

目前,宝马公司仍在进行汽油机的DPF柴油颗粒过滤器适用性测试。该公司的Bodo Durst先生说:“如果我们能够在汽油发动机中使用柴油颗粒过滤器,则会是陶瓷材料的过滤器。陶瓷材料颗粒过滤器技术在柴油发动机中已经非常成熟了,也会在汽油发动机中适用。”

大众集团的缸内直喷式TSI 汽油机发动机

大众集团的缸内直喷式TSI 汽油机发动机

原则上所有的汽油发动机都可以使用汽油颗粒过滤器。“在NEFZ测试循环中,催化器将烟尘颗粒的排放量减少了99%。在很高的加速状态下,由于很高的空气质量吞吐量会短时间的影响颗粒过滤效率。”Professor Pischinger教授说道。NEFZ测试循环中的典型过滤效率在65%-80%之间。

今年5月份,康宁公司(CORNING)的汽油颗粒过滤器项目正式签约落户合肥,这也是康宁公司继上海之后在中国投资的第二个生产基地,主要生产用于控制汽车排放物的基板和颗粒过滤器。据介绍,该项目于7月正式开工建设。康宁公司认为,汽油颗粒过滤器是符合“国六”排放标准轻型车辆的关键元器件。近些年,康宁公司不断发展其蜂窝陶瓷技术,为了帮助客户能够满足与日趋严格的环保法规,公司会定期推出新产品,如可在发动机启动后第一个30秒内减少车辆排放物的FLORA™ 基板。据介绍,康宁公司的DuraTrap®过滤器采用一体化设计和先进的材料组合,使压降、过滤效率和耐久性得到优化,系统成本也有所降低。它们被设计应用在各种轻负荷及重负荷应用中,捕获来自柴油或汽油废气排放的烟尘或微粒。一半的通道上被填塞,能强制使排放物通过网格壁孔,并留下过大的烟尘微粒。

而据了解,康迪泰克汽车流体系统业务单元的汽油颗粒过滤器模块系统则可以有效改善发动机的排放性能。该产品主要有橡胶软管FPM/AEM/AR/AEM组成,配有集成压力传感器。此外,该管路与大陆集团汽车系统的相关产品结合,还能提供恒定的高真空,能适应在较小的弯曲半径的管路上工作。目前,许多中国汽车制造厂商已经开始考虑采用汽油颗粒过滤器模块管路来改善排放问题,预计明年需求量将会急速增长。而这将进一步加快康迪泰克产品的国产化步伐,充分满足用户的多样化需求。

Pischinger教授还表示:“短期内,汽油颗粒过滤器还会是一个单独的部件。但长期发展的角度来看,它将会在标准的三元催化器后端接一个汽油颗粒过滤器。但也有可能把三元催化功能与汽油颗粒过滤功能结合到一起,构成一个四元催化系统的解决方案。从中期发展趋势来讲,我更期待会出现四元催化系统,因为这可以把零部件、组件的复杂性和成本费用方面的优点都集合到一起。”


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