基本信息
- 项目名称：
- 柴油车减排新装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 微粒捕集器是目前最为有效的柴油机微粒排放后处理装置。 本作品是针对现有微粒捕集技术的缺陷，而全新设计的一种基于微波再生的新型单元化过滤体柴油机微粒捕集器，具有以下特点： （1）采用独特的径向过滤方式，过滤面积比传统的横向过滤大大提高，因此排气背压与过滤阻力要小很多，有利于发动机性能的提高。 （2）本作品可在过滤体体积不变的情况下调节过滤体的轴向尺寸和径向尺寸，有利于整车布局，突破了汽车底盘设计时尺寸的严格限制，可使捕集器适用于多种车型。 （3）在国内外首次采用巧妙的过滤体单元化设计，可以实现连续再生。并极大的减少了再生时微波源的消耗功率，突破了以往微波再生时车载电池续航能力不足的瓶颈，同时增加过滤体使用寿命，降低成本。 （4）使用精确的电子控制系统，操作简单、并且可以完全与整车控制系统整合。
- 详细介绍：
- 柴油车排出的微粒等有害物质给人类赖以生存的环境造成了严重污染，由于控制柴油车微粒排放的机内净化技术已经接近极限，必须对柴油车排气进行后处理，方能使柴油机微粒排放达到越来越苛刻的排放法规要求。微粒捕集器是目前最为有效的柴油机微粒排放后处理装置。 本作品是针对现有技术处理柴油机尾气中颗粒物质存在的方法缺陷，而全新设计的一种基于微波再生的新型单元化过滤体柴油机微粒捕集器，具有可连续再生，无二次污染，过滤阻力小，能量源功率小，安装方便，结构紧凑的优点： （1）采用独特的径向过滤方式，不同于传统微粒捕集器的横向过滤，在过滤体体积相同的情况下，径向过滤的过滤面积比横向过滤大大提高，因此排气背压与过滤阻力要小很多，有利于发动机性能的提高。 （2）现今车辆对捕集器的径向尺寸有严格要求，本作品采用的径向过滤方式可在过滤体体积不变的情况下调节过滤体的轴向尺寸和径向尺寸，有利于整车布局，可使捕集器适用于多种车型。 （3）本作品首次采用了巧妙的过滤体单元化设计，将过滤体分为八个单元，利用微波依次进行加热，可以实现连续再生。由于比以往的过滤体单元体积要小很多，因此极大的减少了再生时微波源的消耗功率，目前所用的车载电源可直接使用，突破了以往微波再生时车载电池续航能力不足的瓶颈。 同时较大的降低了再生加热时产生的热应力，在很大程度上减少了过滤体开裂、损坏的可能性，从而大幅延长了过滤体的使用寿命。 工作过程中即使某个过滤体单元出现损坏，剩余单元可继续工作，检修时只需更换损坏单元即可，维护方便，使用和维修成本也降低许多。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的: 本作品针对现有微粒捕集技术中再生困难，过滤体排气阻力大，再生耗能过高的缺陷，而全新设计的一种基于微波再生的新型单元化过滤体柴油机微粒捕集器，具有可连续再生，无二次污染，过滤阻力小，能量源功率小，安装方便，结构紧凑的优点。 创新点: 1.采用独特的径向过滤方式，不同于传统的横向过滤方式，在过滤体体积相同的情况下，其过滤面积比横向过滤大大提高，降低了排气背压与过滤阻力，有利于发动机性能的提高。此方式还可在过滤体体积不变的情况下调节过滤体的轴向尺寸和径向尺寸，突破了汽车设计时尺寸的严格限制，利于整车布局以适用多种车型。 2.本作品首次采用了巧妙的过滤体单元化设计，将过滤体分为八个单元，利用微波依次进行加热实现连续再生。过滤体单元体积小，可极大的减少再生时微波源的消耗功率，目前所用的车载电源可直接使用，突破了以往微波再生时车载电池续航能力不足的瓶颈。 3.降低了再生加热的热应力，大大减少了过滤体损坏的可能性，可大幅延长过滤体的使用寿命。检修时只需更换损坏单元，维护方便，使用和维修成本也降低许多。 技术关键: 1.采用独特的径向过滤方式。2.采用过滤体单元化的设计。3.利用步进电机驱动过滤体做步进旋转运动，实现连续再生。4.使用精确的电子控制系统，并可完全与整车控制系统整合。 技术指标 1.过滤体再生时间：≤15s。2.再生微波源功率：≤100W。3.过滤体再生效率：80%～90%。
科学性、先进性
- 1、现今微粒捕集器通常采用轴向过滤方式，对于较大排量的发动机来说，考虑过滤阻力需将过滤体横截面积增大，导致再生时过滤体受热不匀，易损坏，也不利于整车的布局设计。本作品采用独特的径向过滤方式，在过滤体体积相同的情况下，其过滤面积要大很多，可大大降低排气背压与过滤阻力，有利于发动机性能的提高。因过滤体尺寸可灵活调节，有利于整车布局，可使捕集器适用于多种车型。 2、现今微粒捕集器过滤体再生时通常将尾气通过旁通阀直接排入大气，或采用多套过滤装置轮流过滤和再生，结构复杂，可靠性不高。本作品过滤体单元化的巧妙设计，再利用步进电机的辅助，实现了过滤与再生同时进行，结构简单、紧凑，可靠性高。 3、由于过滤体尺寸大，微波源消耗功率较大，使车载电源负荷极大，限制了微波再生技术的广泛使用。而过滤体单元化的巧妙设计，不仅减小了再生过滤体的体积，大大降低了微波源的功率消耗，一般车载电源可直接使用。并且热应力小，降低了过滤体损坏的可能性，大大提高使用寿命。过滤体单元损坏后，只需更换损坏单元，降低了维修成本。
获奖情况及鉴定结果
- （1）2007年5月 获批为校级大学生创新训练计划重点项目； （2）2007年9月 获批为首批国家级大学生创新训练计划项目。
作品所处阶段
- 实物样品
技术转让方式
- 待定
作品可展示的形式
- 样品、图片、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 特点及优势 1、采用径向过滤方式，过滤面积比传统的横向过滤大大提高，可有效降低排气背压与过滤阻力，提高发动机性能。可灵活调节过滤体尺寸，有利于整车布局，突破了汽车底盘设计时尺寸的严格限制。2、首次采用巧妙的过滤体单元化设计，可实现连续再生。并极大减少再生时微波源的消耗功率，突破了以往微波再生时车载电池续航能力不足的瓶颈，同时增加过滤体使用寿命，降低成本。 3、使用精确的电子控制系统，操作简单，可完全与整车控制系统整合。 适用范围和推广前景：本作品应用前景广阔，可适用于多种车型。随着愈发苛刻的汽车排放标准实施，微粒捕集器成为降低柴油车微粒排放必要的装置，具有良好的产业化前景。 市场分析和效益预测：目前我国的捕集器市场以进口为主，国内厂商生产规模小，工艺落后，在产品性能和产量上都无法满足汽车排放法规的要求和市场需求，研发适合我国国情的微粒捕集器具有巨大的市场潜力。每年的微粒捕集器的市场产值规模约为50～60亿元，且将持续高速增长，因此该技术成果市场需求巨大。
同类课题研究水平概述
- 微粒捕集器是目前最为有效的柴油车微粒排放后处理装置，其再生方式主要分主动再生和被动再生两大类。主动再生通过加热提高柴油机的排气温度或过滤体温度，使过滤体内沉积的微粒达到起燃温度而氧化燃烧，实现再生；被动再生是指通过在燃油中或过滤表面加入催化剂，降低微粒的起燃温度，使得微粒在正常的排气温度下就能氧化燃烧，达到再生过滤体的目的。在各种再生技术中，被动再生技术对柴油的含硫量有严格的要求，柴油的含硫量过高会导致催化剂中毒失效。我国的柴油含硫量大约在2000ppm，因而被动再生技术在我国的应用受到极大的限制。 目前研究较多的主动再生系统有：喷油助燃再生系统、微波加热再生系统、电加热再生系统、逆向喷气再生系统以及红外加热再生系统等。喷油助燃再生由于气流速度大，火焰难以形成，容易熄灭，这样进入的燃气会造成更大的污染。再生时间控制不当，会导致过滤体的烧坏。电加热再生要消耗大量的电能，增加了油耗和蓄电池的负担，再生过程影响因素较多，系统稳定性差。逆向喷气再生和红外加热再生控制系统过于复杂，成本过高，限制了其使用。微波再生凭借独特的选择性加热和体积加热方式，已成为再生效率最高的一种主动再生技术，但微波再生技术需要耗费大量的车载电能，成为微波再生技术发展的最大障碍。 目前国内外研究的各种再生方式通常需要汽车在稳定工况或停车时才能再生，不能连续再生，直接影响柴油车的排放性能、动力性能和经济性能。 对于过滤体，由于要考虑过滤阻力，当今普遍将过滤体的横截面积做得较大，即径向尺寸较大，再生时过滤体受热不均匀产生的热应力大，易开裂、损坏，因此导致过滤体的使用寿命较低。 针对当前微粒捕集器技术的缺点，本项目采用独特的过滤体单元化设计，利用步进电机带动过滤体旋转，实现连续再生，而使微波源每次只需对一块过滤体进行加热再生，极大地减小了微波源的消耗功率。同时过滤体单元化的巧妙构思，降低了过滤体受热不均产生的热应力以及由此导致的过滤体开裂、损坏的程度。再者区别于传统横向过滤的径向过滤方式的巧妙构思，不仅增加了过滤体的过滤面积，减小了排气背压，而且通过改变过滤体的轴向尺寸和径向尺寸都可改变过滤面积的大小，从而增加了微粒捕集器的适用范围。本作品为一种新型的基于微波再生方式的柴油机微粒捕集器，具有无二次污染，安装方便，便于维护，径向结构紧凑，便于整车布局设计等特征。
