《DPF技术概述》课件

技术概述DPF颗过滤现关键组柴油粒器DPF是代柴油发动机尾气后处理系统中的件，其主要废颗环规严功能是捕集和去除柴油机排放气中的粒物随着全球保法日益格，术为标术DPF技已成柴油车达排放的必备技课将绍础识术应本件深入介DPF的基知、工作原理、再生技以及用发展，帮助学员这环术过习将术内全面了解一重要的保技通系统学，您掌握DPF技的核心容来趋势及未发展目录基础知识DPF1绍历结介DPF的定义、重要性、发展史及基本构，帮助学员对术认识建立DPF技的初步结构与原理2DPF详细讲载结过滤解DPF的体材料、构特点、机制、催化涂层关键术阐再生技术DPF3等技要素，明DPF的工作原理讨分析DPF再生的概念、分类、原理及控制策略，深入探术应场应用与发展4DPF各种再生技的特点及用景绍辆应场术战介DPF在各类车上的用情况、市分析、技挑来趋势术总结与展望5以及未发展，展望DPF技的前景归纳术关键对来进讨论DPF技的点，并未发展方向行，促进员识学形成系统的知体系什么是？DPF定义工作原理关键特性称为颗过滤结载过滤稳状态获过DPF全柴油粒器（Diesel DPF采用多孔构的陶瓷体，排气气流高效定工作下可捕超过时颗载颗过Particulate Filter），是安装在柴油车排通DPF，粒物被阻留在体的孔壁99%的粒物；再生功能通定期氧化过滤过过滤继续烧积颗过气系统中的一种装置，主要用于捕集上，经后的尾气排出，从而大燃的方式去除累的碳烟粒，恢复废颗颗滤过产和去除柴油机排放气中的粒物幅降低柴油机的粒物排放性能；耐高温能承受再生程中生环（PM）的高温境的重要性DPF减少颗粒物排放获DPF可有效捕集柴油机排放的PM

2.5和黑烟，捕效率高达99%以上，显对颗著减少大气的污染粒物是柴油机排放的主要污染物之一，长期浓颗环暴露在高度粒物境中会增加心肺疾病和癌症的风险满足日益严格的排放标准围内规严欧标对颗全球范排放法日益格，如VI、国六等准粒物排放有极严为标没格的限制，安装DPF已成柴油车达排放的必要措施有DPF技术现满当规，代柴油车几乎无法足前的排放法要求改善空气质量应术显颗浓雾广泛用DPF技可著降低城市大气中的粒物度，减少霾形成，质辆颗改善空气量，保障公众健康一未安装DPF的柴油车排放的粒物当数辆辆可能相于十装配DPF的车总和发展历史DPF1早期研究（20世纪70年代）们对认识开颗术随着人柴油机排放污染的提高，科研机构始研究粒物捕集技窝过滤颗1976年，Corning公司首次提出利用蜂陶瓷材料柴油粒物的概念，奠术础过滤结计定了DPF技的基研究初期主要集中在材料和构设方面2商业化应用（90年代末）环识规严术开1990年代，随着保意的增强和排放法的格，DPF技始在商用车上试标规应用1996年，PSA致雪铁龙集团在部分柴油乘用车上首次大模用了开创应阶战术DPF系统，了DPF商业化用的先河此段的主要挑是DPF再生技3广泛应用（21世纪初至今）欧标术欧场随着III/IV排放准的实施，DPF技在洲市迅速普及2010年后，中规趋严术围内获应现阶国、美国等国家的排放法，DPF技在全球范得广泛用转段研究重点已向DPF的耐久性、智能控制和成本优化基本结构DPF1外壳锈内载时还DPF的外壳通常由耐高温的不钢材料制成，主要功能是保护部的陶瓷体，同需承受压还辆盘质计排气系统的力和温度变化外壳配有安装支架，便于固定在车底上优的外壳设热损能减少失，有利于DPF的被动再生2陶瓷载体窝状结载DPF的核心部件，通常呈蜂构，由耐高温陶瓷材料（如碳化硅、堇青石等）制成体废颗载数表面有大量微小孔隙，用于捕集气中的粒物体的孔密度、壁厚、孔隙率等参直接影过滤压响DPF的效率和背特性3催化涂层为载铂钯贵层颗提高DPF的再生性能，体表面通常涂覆催化材料，如、等金属催化涂可降低进过剂针对进粒物氧化温度，促被动再生程不同催化配方不同工况和再生策略行优化，以提高系统效率4传感器系统现传压传传监测状态颗代DPF系统配备多种感器，如差感器、温度感器等，用于DPF的工作和积这数单粒物累情况些据被发动机控制元ECU用于实施再生控制策略，确保DPF的正常工作载体材料DPF堇青石Cordierite碳化硅SiC镁铝盐矿过堇青石是一种硅酸物，具有碳化硅具有极高的熔点（超热较导热数热传导热优良的震性能和低的系，2000℃）和优异的性能，频热环较稳远可承受繁的循，成本低，是定性优于堇青石，非常适合高温环早期DPF的主要材料然而，其熔点再生境碳化硅DPF通常采用分段较约结轻热应低（1200℃），在极端高温再式构，以减力主要缺点是损较导热维生条件下可能熔融坏堇青石DPF成本高，且因性好，不利于轻负应场通常用于乘用车等荷用景持再生所需的高温氧化铝钛酸盐AT铝钛盐综热导热氧化酸合了堇青石和碳化硅的优点，具有良好的震性能、中等的数较热胀数系和高的熔点AT材料的膨系非常低，可以制成整体式DPF，减少密问题应封目前广泛用于中高端柴油车DPF系统载体结构DPF蜂窝状结构通道封堵设计多孔壁结构载窝状结数计载径DPF体通常采用蜂构，由千个平行排列的小通道DPF采用交替封堵设，即相邻通道的两端交替封堵，迫使DPF体壁上分布着大量微孔，孔通常在10-30微米之间组这结过滤积时较废过这计过滤这过滤质颗过时获成种构提供了大量的表面，同保持小的气通多孔壁流动种壁流式设大大提高了效率，些微孔构成了介，粒物通壁面被捕孔隙积为结过滤结径过滤压计体，提高了空间利用效率常见的孔密度100-是目前主流的DPF构相比于直通式器，壁流式构率和孔大小直接影响效率和背特性，是DPF设的数过滤关键数300cpsi每平方英寸的通道的效率可提高50%以上参工作原理图解DPF废气进入阶段废侧进废烧颗柴油机排出的气从DPF入口入，气中含有未完全燃的碳黑粒物、灰分和气态进开这废须污染物气流首先入口的入口通道，些通道在出口端被封堵，迫使气必通过通道壁面流向相邻的出口通道过滤阶段当废过时颗获结态质则过气通多孔的陶瓷壁，粒物被捕在多孔构中，而气物通随时颗积过滤饼层进过滤时着间推移，粒物在壁面上累形成，一步提高效率，但同也增加了流动阻力排出阶段过滤净过开经后的化气体通出口通道排出DPF出口通道入口端被封堵，出口端过过滤过滤颗放，确保所有气体都经后的排气中粒物含量可降低95%以上，有对环效减少了境的污染再生阶段颗断积过过将当随着粒物的不累，需要通再生程其氧化去除在适的温度条获颗应转为件下，捕的碳烟粒与氧气或二氧化氮反，化二氧化碳排出，恢复过滤压DPF的性能和降低背过滤机制DPF惯性碰撞拦截当时较颗当颗线过滤时气流遇到障碍物改变流向，大粒物粒物随气流运动，流靠近壁面，惯转击过颗颗因性无法随气流迅速向，直接撞到如果粒物中心到壁面的距离小于粒物半滤质获这针对径颗获拦介表面而被捕种机制主要直，粒物会接触壁面而被捕截机制12径颗获颗对颗较大于1微米的粒物，捕效率随着粒物中等尺寸（

0.5-1微米）的粒物效果好质尺寸和量的增加而提高重力沉降扩散颗过滤43颗显在重力作用下，粒物沉降到壁面而被小于

0.5微米的粒物受布朗运动影响著，获这过滤过对轨规则过滤捕种机制在DPF程中作用相运动迹不，增加了与壁面接触的较较颗获扩获细颗小，主要影响大粒物在低流速条件概率，从而被捕散是DPF捕超贡对为显颗扩下，重力沉降的献相更明粒物的主要机制，随着粒物尺寸减小，获散捕效率反而提高过滤效率DPF时时阶稳阶使用间小初始段效率%定段效率%初始过滤效率稳定过滤效率过滤载结数阶时颗内积过滤饼层过滤层过滤渐转为新DPF的初始效率通常在70%-95%之间，取决于体材料、孔隙构和壁厚等参初始段主要依随着DPF使用间增加，粒物在孔壁部和表面累形成，机制从深逐变表层过滤获颗对较压缓颗获对过滤这时过滤获颗压靠深机制捕粒物，效率相低，但背增加慢不同尺寸粒物的捕效率也不同，通常面效率可达99%以上，几乎捕所有尺寸的粒物然而，高效率伴随着背的快速上升，颗较时进大于1微米的粒物效率高需要及行再生背压特性DPF背压随颗粒物积累增加对发动机性能的影响获颗压线压缓层过滤阶当过压导恶问题当压过时随着DPF捕粒物量的增加，排气背会呈非性上升初期背增长慢，主要是深段；形高的背会致发动机功率下降、燃油经济性化、排温升高等通常背超100-150mbar，过滤饼层压当颗负载阈为压剧时对开显现压过压成后，背增长加速粒物达到一定值（通常8-10g/L），背会急上升，此必发动机性能的影响始变得明代发动机管理系统会根据DPF背值触发再生程，保持背在合理须进围内行再生以恢复DPF性能范，确保发动机正常工作催化涂层的作用降低颗粒物氧化温度提高NO2生成率氧化CO和HC剂颗约层铂剂进层还剂未涂覆催化的DPF中，粒物需要在600℃催化涂（尤其是含催化）可促NO氧化DPF催化涂具有氧化催化DOC的功能，应层为剂时废氢以上才能与氧气充分反添加催化涂后，可NO2NO2是一种强氧化，能在250℃左右可以同氧化气中的一氧化碳CO和碳化将较颗连续转为这氧化温度降低至350-450℃，大幅提高被动再的低温度下氧化碳烟粒物，是再生合物HC，化二氧化碳和水使得催化铂剂术为生的可能性系催化能形成活性氧物种，明DPFCRT技的核心原理在催化作用下，型DPF成一种多功能的尾气后处理装置，提高显应转为净加速碳烟的低温氧化反NO化NO2的效率可提高3-5倍了系统的整体化效率常见催化涂层材料氧化铝（）氧化铈（）二氧化钛（）Al2O3CeO2TiO2铝载铈储钛热稳氧化是最常用的催化体材料，具有高比氧化是一种重要的氧材料，具有优良的二氧化具有良好的定性和抗硫中毒能积为还储环现铝表面（通常150-300m²/g）和良好的氧化原特性，能在富氧条件下存氧，缺力，在高硫境中表出色与氧化相比，热稳时释这载定性它能提供大量活性位点用于分散氧放氧一特性大大提高了催化系统TiO2具有更强的金属-体相互作用，能更贵时对浓应还贵稳贵颗还金属，增强催化活性同，Al2O3表面氧度波动的适性CeO2能与金有效地分散和定金属粒TiO2具进应热稳也具有一定的酸性，可促某些氧化反属形成强相互作用，提高催化活性和定有光催化活性，在特定条件下可增强催化效时贵特殊处理的γ-Al2O3在高达1000℃的温度性，同降低金属用量率稳结下仍能保持定构贵金属催化剂1300°C

0.5%2000铂熔点典型负载量催化倍率铂稳层贵单贵转具有优异的高温定性DPF催化涂金属每位金属的化效率铂（）钯（）铑（）Pt PdRh铂层贵钯铂转铑还是DPF催化涂中最常用的金属，具的HC和CO氧化活性高于，但NO化主要用于氮氧化物原，在DPF系统中铂剂显进为较钯剂对热环应较有极高的氧化活性催化能著促NO2的能力弱催化循和用少但在集成多功能的四通道系统为烧连铂对较铑铂钯NO氧化NO2，降低PM燃温度，是老化的抵抗力优于，且价格相低中，可与、配合使用，提供更全面续术组铂热现层铂钯净铑铂再生DPF技的核心分的耐性在代DPF催化涂中，常采用复合的尾气化功能的价格通常高于和贵挥钯势钯较应场和耐久性极佳，但价格昂，通常使用量配方，既发的成本优和HC氧化能力，，使用量小，主要用于特殊用景围内铂控制在

0.5-2g/L范又保持的NO2生成能力再生概念DPF定义目的温度需求过DPF再生是指通物理DPF再生的主要目的是碳烟氧化需要一定的温过滤剂或化学方法去除DPF中防止器堵塞，降低度条件在无催化情积颗压过压烧累的粒物（主要是排气背高的背况下，完全燃需要过导碳烟），恢复DPF的会致发动机功率下降、600℃以上；添加催化滤过过剂性能的程再生燃油消耗增加、排温升后，氧化温度可降至质问题过程本上是一种氧化反高等再生程可350-450℃；利用NO2应将转为将颗负载，碳烟化CO2DPF中的粒物氧化（被动再生）的最过约为和少量CO，从而清空从8-10g/L降至

0.5-低温度250℃不滤压对应器典型的再生周期2g/L，背可降低70%同再生方式不同的驾驶根据工况不同，通以上，恢复发动机正常温度需求，是再生策略计关键常在300-1000公里之间性能设的因素再生方式分类DPF强制再生1严时紧重堵塞的急措施主动再生2过预通外部干提高温度被动再生3废利用气温度和NO2自然氧化被动再生（Passive Regeneration）主动再生（Active Regeneration）强制再生（Forced Regeneration）产废过预当严规时维利用发动机正常运行生的排气温度和气中的NO2，通发动机管理系统主动干，提高排气温度至550-DPF重堵塞且常再生失效，需要在修站使预现积颗诊断进这静状态在无外部干的情况下实碳烟的自然氧化被动再650℃，快速氧化DPF中累的粒物主动再生通用设备行强制再生种方式通常在止围内进对应续这进续时积生通常在250-400℃的温度范行，中高速常每500-1000公里触发一次，持10-20分钟下行，温度更高，持间更长，能彻底清除累负驾驶这对对颗应频高荷工况种方式能耗低、发动机影响小，种方式控制精确、再生彻底，但会增加燃油消耗，的粒物强制再生是一种急措施，繁使用可能驾驶热损但再生效率受工况限制管理要求高害DPF被动再生原理NO氧化为NO2NO2与碳烟反应1铂剂将为2DOC中的催化NO氧化NO2NO2氧化碳烟形成CO2循环持续4NO2再生成3过续进断还程持行，不消耗碳烟原的NO在DOC中再次氧化对应为废过铂剂为被动再生是基于NO2碳烟的强氧化能力，主要反方程式C+2NO2→CO2+2NO气中的NO通DOC或催化型DPF中的催化氧化获应还为环NO2，NO2随后与DPF中捕的碳烟反，生成CO2和NO原后的NO再次被氧化NO2，形成循显仅额对NO2的氧化温度明低于O2，需250℃左右即可有效氧化碳烟，而O2需要600℃以上被动再生无需外能量输入，不增加燃油消耗，发动机赖浓负性能影响小，但其效率强烈依于排气温度和NO2度，在低荷工况下效果有限被动再生条件排气温度250°C1NO2氧化碳烟的最低温度要求NO2浓度充足2剂数氧化的量决定再生速率负荷中高负荷工况3证续保持达到温度条件温度窗口NO/NOx比例催化剂活性废铂剂剂被动再生的最佳温度窗口在250-450℃之间温度气中NO/NOx的比例影响NO2的生成效率柴油基催化的活性直接影响NO2的生成率催化过应颗积过进低，反速率不足以抵消粒物累速率；温度机排放的NOx中，NO通常占70-90%，需要通老化、中毒（如硫中毒）会降低NO氧化效率，过为转为转对维高，NO2会分解NO和O2，降低氧化效率高DOC催化化NO2催化化效率受温度、空而减弱被动再生能力因此，低硫燃油持被动驶稳负维这剂时关过显速公路行等定高荷工况最有利于持一温速、催化活性等因素影响，通常在250-350℃再生性能至重要，硫含量超50ppm会著降围驶则难约度范，而城市低速行以达到有效再生温度达到最高（50-70%）低催化活性主动再生原理温度°C碳烟氧化率%/min应当积颗阈过压传监测单过为主动再生基于高温下碳烟与氧气的直接氧化反C+O2→CO2DPF中累的粒物达到一定值（通常通差感器），发动机控制元ECU会触发主动再生程，人提高排气温度至550-650℃，加速碳烟氧化这围内显内过辆驶状态进稳负导断过在一温度范，碳烟氧化速率著提高，可在10-25分钟完成再生程主动再生通常在车行下行，但要求定的速度和荷，避免温度波动致再生中温度高（700℃）可能导载损关键致DPF体坏，因此温度控制是主动再生的主动再生方法后喷射电加热燃油微波加热burner喷热过热后射是最常用的主动再生方电加再生通集成在DPF中燃油burner系统在排气管道中微波加利用微波能直接作用过胀热热专烧烧载颗现法，通在膨行程晚期或排或其前端的电元件直接加，设置用的燃器，直接燃于DPF体和粒物，实快产这匀热这热气行程注入少量燃油，使未燃使温度迅速升高至再生所需温少量柴油生高温气流种速均加种方法加效烧热这应热惯选择的燃油在DOC上氧化放，度种方法升温快、控制精方法升温能力强、响快，可率高、性小，且可以这别负现热颗提高排气温度种方法利用确，特适合低荷工况但在低排气温度条件下实有效性加碳烟粒物目前主要现喷额杂规应阶有油器系统，无需外硬缺点是能耗高（通常需要1-再生缺点是系统复、成本处于研究和小模用段，较导对辆应来件，成本低缺点是可能3kW功率），车电气系统高、占用空间大，主要用于未有望在低能耗高效率再生释环积负热领挥致机油稀，增加活塞碳，担大，且加元件耐久性有大型商用车和工程机械域发重要作用对喷油器寿命有影响限强制再生适用情况严执紧强制再生主要适用于DPF重堵塞且主动再生无法正常行的急情况典型场负驾驶导颗过积景包括长期低速低荷致的粒物度累；主动再生系统故障；断颗负载续辆显多次主动再生中后粒物持增加；DPF警告灯点亮且车性能明下降等情况实施方法专维进专诊断连辆执强制再生通常在业修站行，使用用设备接车OBD接口，行过静状态过特定的再生程序再生程中，发动机会在止怠速下运行，通极高的喷热将续后射量或其他加方式DPF温度提升至650-700℃，持20-40分钟，彻积颗底氧化累的粒物注意事项过须将辆区远强制再生程中DPF温度极高，必车停放在通风良好的域，离易燃频进缩为物品繁行强制再生会加速DPF老化，短使用寿命避免需要强制再应进驶驶生，车主定期行高速公路行（每月至少一次30分钟以上高速行），促进被动再生和正常的主动再生复合再生技术电加热+催化再生微波加热+催化再生连续再生+主动再生这术结热热选择热颗结这当应结种复合再生技合了电加的精确控微波加可性地加碳烟粒物，是前最广泛用的复合再生策略，剂剂较连续制和催化降低再生温度的优点系统通合催化可在低温度下高效完成再生合了CRT（再生陷阱）的被动再生和将热层这术剂对喷常电元件与催化涂集成在一起，电种技利用特定催化微波吸收特性，基于后射的主动再生系统优先利用热将剂显现过热进当时加温度提升至350-450℃，催化实局部高温，避免整体DPF初步NO2行被动再生，被动再生不足，纯热该术仅为传换这著降低碳烟氧化温度与电加相比，研究表明，技能耗统主动再生自动切至主动再生模式种策略平衡时缩对辆杂进应驾驶能耗降低40-60%，再生间短，车的50-70%，但系统复度和成本仍需一了燃油经济性和再生效率，适多种负轻现标电气系统担减步优化工况，是代柴油车的准配置再生控制策略DPF判断触发负载监测2负载ECU根据决定是否启动再生1压传时监测差感器实DPF堵塞程度条件评估3分析车速、温度等条件是否适合再生5监控结束执行再生监测压温度和差确定再生完成4喷进控制燃油射和气策略提高温度压差传感器监测温度传感器监测ECU控制逻辑压传测压颗积传监测过单杂时差感器量DPF前后力差，反映粒物累量典DPF前后的温度感器再生程中的温度变化主动发动机控制元基于复算法决定再生机和方式除考阈为虑负载还负环型的再生触发值120-150mbar，再生完成后降至20-再生通常要求入口温度达到550-650℃，出口温度略低DPF外，会分析车速、发动机荷、境温度等现结压辆驶监测对过热关检测驶时迟驶时40mbar代系统通常合差值和车行里程，建温度防止DPF至重要，一旦到异常高温因素例如，低速行可能延再生；高速公路行负载偿将断过级执还历调立更精确的模型温度补算法用于校正不同温度下（750℃），系统立即中再生程某些高系统可能优先行，利用有利条件ECU会根据再生史压读数监测还传检测烧热评进断阈的差，提高精度利用温度感器碳烟燃放特性，估再生度整策略，如多次中再生后可能降低触发值在乘用车上的应用DPF欧韩区洲中国北美日其他地欧洲市场应用情况中国市场应用现状典型案例分析欧规应场欧标标场术剂辅洲是全球最早大模用DPF的市自2009年V排放准实施随着国六排放准实施，中国柴油乘用车市DPF装配率迅速提高，PSA集团是DPF技的先行者，其第一代系统采用添加助再生技来欧场场为时顾术以，几乎所有新售柴油乘用车均配备DPF洲市主要采用中高目前已达85%以上中国市DPF以成本优化型主，同兼性能，降低了再生温度宝马采用的高集成度DOC+DPF系统注重燃油经载过术进端催化型DPF，配合复合再生策略，大部分使用碳化硅或AT材料体和耐久性本土自主品牌通技引和自主研发，已掌握DPF系统济性与再生效率平衡日系品牌如丰田的DPF系统特点是高耐久性和驰术剂术维过载计积大众、宝马、奔等品牌已发展出高度集成的排放控制系统集成技，但核心材料和催化技仍有提升空间护便利性，通优化的体设减少灰分累影响在商用车上的应用DPF重型卡车客车工程机械临频重型卡车通常采用大体城市客车面繁启停、工程机械如挖掘机、装积驶战载临恶环DPF（15-30L），以低速行等工况挑，机等面劣工作应为规则负适高排量发动机和长DPF堵塞风险高解境和不荷变化，这问题对寿命要求卡车DPF系决一，客车DPF DPF耐久性要求极高计杂这应统多采用碳化硅材料，系统通常设更复的类用通常采用模块热稳热计现场维具有更高的定性和管理系统，有些采用化设，便于护载热辅虑换机械强度由于重车电加助再生考更某些非道路机械辆环对还过工作循特点，再生到客车排放城市空气采用大尺寸壁流式为质滤过滤组策略偏向于被动再生量的直接影响，部分器加局部流器为辅区计过滤主，主动再生，部地的客车采用合设，平衡效率还压分车型配备燃油DPF+SCR复合系统，同和背特性，延长再生静态时burner系统用于再控制PM和NOx排放周期生。