فیلترهای ذرات بنزین

این پیش نمایش مقاله است ، محدود به برخی از محتوای اولیه. دسترسی کامل به اشتراک دیزلنت نیاز دارد. لطفاً برای مشاهده نسخه کامل این مقاله وارد سیستم شوید.

چکیده: فیلترهای ذرات بنزین (GPF) برای کاهش انتشار تعداد ذرات از وسایل نقلیه GDI معرفی شده است. این فیلترها از بسترهای جریان دیواری برای اولین بار برای فیلترهای ذرات دیزل استفاده می کنند. GPF به صورت منفعلانه بازسازی می شود ، اما برای جلوگیری از وصل شدن فیلتر در چرخه های وظیفه دمای پایین ، یک کمک بازسازی فعال لازم است. خاکستر در عملکرد GPF تأثیر دارد و اگر GPF با یک کاتالیزور سه طرفه پوشش داده شود-می تواند منبع مسمومیت با کاتالیزور باشد.

• معرفی
• مواد و پیکربندی
• انتشار و عملکرد موتور
• عملکرد و کنترل GPF

معرفی

فیلترهای ذرات بنزین (GPF) یک فناوری پس از انتشار بر اساس فیلترهای ذرات دیزل (DPF) است که برای کنترل انتشار ذرات از موتورهای تزریق مستقیم بنزین (GDI) تهیه شده است. این فناوری همچنین به عنوان فیلتر ذرات بنزین (PPF) و در برخی از ادبیات آلمانی به عنوان فیلتر ذرات اتو (Otopartikelfilter به زبان آلمانی) ، به طور خلاصه OPF گفته می شود.

جمعیت وسایل نقلیه GDI در حال افزایش است ، که توسط CO رانده می شود₂و/یا الزامات مصرف سوخت. در سال 2016 ، تخمین زده می شود 2/3 اتومبیل جدید بنزین در اروپا GDI [3615] بود. نسبت وسایل نقلیه GDI نیز در آمریکای شمالی به سرعت در حال افزایش است - در طی نه سال پس از اولین استفاده قابل توجه در بازار ، نفوذ GDI به 48. 5 ٪ از فروش جدید وسایل نقلیه سبک در ایالات متحده صعود کرده است [3616]. تولید گازهای گلخانه ای از ناوگان در حال رشد خودرو GDI یک نگرانی بهداشت عمومی و منبع اصلی بالقوه آلودگی ذرات محیط در مناطق بسیار پرجمعیت شهری است.

پیش بینی می شود GPF ها در درجه اول در اتحادیه اروپا و چین مورد استفاده قرار گیرند تا استانداردهای انتشار شماره ذرات (PN) برای اتومبیل های مسافربری بنزین و وسایل نقلیه تجاری سبک اتخاذ شده در هر دو حوزه قضایی را رعایت کنند. مقررات یورو 6 محدودیت PN (و همچنین PM) را برای وسایل نقلیه GDI که معادل آن برای دیزل هستند ، تعیین کرده است. استانداردهای PN اروپا ، که هر دو برای انواع جدید اتومبیل های GDI از سپتامبر 2017 مؤثر هستند ، عبارتند از:

• محدودیت PN از 10 × 10 11 کیلومت ر-1 بیش از چرخه تست NEDC / WLTC (یورو 6C)
• آزمایش RDE برای انتشار PN با ضریب انطباق 1. 5 ، یعنی PN_RDE= 9. 0 × 10 11 کیلومت ر-1 (یورو 6 D-TEMP)

مقررات چین 6 همچنین شامل استاندارد انتشار WLTC PN از 10 × 10 11 کیلومت ر-1 ، از ژوئیه 2020 ، و همچنین الزامات RDE PN از ژوئیه 2023 است. استانداردهای PN چینی محدود به GDI نیست ، اما برای کلیه وسایل نقلیه بنزینی اعمال می شودبشر

استانداردهای فوق نیز می تواند رعایت شود-حداقل در انواع خاصی از وسایل نقلیه-کنترل های داخل سیلندر مانند استراتژی های تزریق سوخت ، بدون فیلترهای ذرات. با این حال ، GPF در مقایسه با کنترل های درون سیلندر چندین مزیت دارد:

• اثربخشی در تمام شرایط عملیاتی-در حالی که استراتژی های درون سیلندر در حالت های خاص عملکرد مؤثرتر است ، GPF کنترل انتشار PN را تحت تمام شرایط عملیاتی موتور فراهم می کند-مزیتی که به ویژه در آزمایش RDE مهم است.
• کنترل انتشار گازهای گلخانه ای از گسل های موتور - انتشار انتشار PN می تواند در نتیجه گسل های موتور و نقص مانند افزایش مصرف روغن روغن انجام شود. این انتشار گازهای گلخانه ای به طور موثری توسط فیلترهای ذرات کنترل می شود [3632].
• کنترل انتشار گازهای گلخانه ای کنترل نشده - GPF می تواند برخی از تولید گازهای گلخانه ای کنترل نشده ، از جمله هیدروکربنهای معطر چند هسته ای (PAH) را کنترل کند. موتورهای GDI ، حتی اگر مجهز به کاتالیزورهای سه طرفه (TWC) باشند ، ممکن است سطح قابل توجهی از انتشار سمی PAH تولید کنند [3618].

انتظار نمی رود فیلترهای ذرات بنزین به طور گسترده در آمریکای شمالی تصویب شوند ، جایی که انتشار ذرات فقط از طریق محدودیت PM مبتنی بر جرم تنظیم می شود. حد 3 بعد از ظهر 3 بعد از ظهر 3 میلی گرم در میلی متر ، و همچنین حد مجاز 2025 کالیفرنیا LEV III از 1 میلی گرم در میلی متر احتمالاً از طریق فن آوری های کنترل در سیلندر برآورده می شود.

وضعیت تجاریفیلترهای ذرات بنزین برای اولین بار در یک برنامه تولید انبوه توسط دایملر ، که یک GPF را در سدان لوکس مرسدس بنز S500 در اوایل سال 2014 معرفی کرد [3617]. تعداد برنامه های GPF از سال 2017 به سرعت افزایش یافته است ، در نتیجه الزامات آزمایش PN RDE که در مرحله 6D-TEMP یورو مؤثر است. فیلترها در مدل های اضافی توسط دایملر و همچنین توسط فولکس واگن ، BMW ، پژو و سایر تولید کنندگان معرفی شدند. تا اواسط سال 2018 ، یک تولید کننده GPF-متولد شده-یک میلیون GPF را برای بازار اروپا ارائه داد ، که نشان می دهد طی حدود یک سال این فناوری به حداقل 10 ٪ از وسایل نقلیه بنزینی رسیده است. GPF ها همچنین ممکن است برای برخی از موتورهای تزریق شده سوخت پورت (PFI) اتخاذ شوند ، حتی اگر وسایل نقلیه PFI مشمول استانداردهای انتشار PN/PM اروپایی نباشند.

بیشتر کاربردهای اولیه GPF شامل یک GPF بدون پوشش بود که در پایین دست یک کاتالیزور TWC قرار داشت. همانطور که تکنولوژی به بلوغ رسید، GPF ها نیز با یک کاتالیزور سه طرفه پوشش داده شده اند. این پیکربندی GPF با پوشش کاتالیست گاهی اوقات به عنوان کاتالیزور 4 طرفه نامیده می شود. یکی از اولین کاربردهای GPF روکش دار موتور 1. 0 TSI بود که در VW up 2018 استفاده شد! ماشین شهری GTI.

در حالی که فناوری های GPF و DPF ارتباط نزدیکی با هم دارند، تعدادی تفاوت در پیکربندی فیلتر، عملکرد و استراتژی کنترل وجود دارد که به دلیل تفاوت در شرایط عملیاتی و نرخ انتشار ذرات و ترکیب بین موتورهای بنزینی و دیزلی است. این جنبه های فناوری GPF در تراز این مقاله مورد بحث قرار گرفته اند. یک بحث عمیق در مورد استراتژی ها و فن آوری ها برای کاهش انتشار PM از موتورهای بنزینی را می توان در ادبیات [4573] یافت.

سپاسگزاریها

ما از کریستین لمبرت از شرکت خودروسازی فورد و کارل جاستین کمپ از MIT که تصاویر خاکستر (شکل 13، شکل 14، شکل 16) و همچنین نظرات ارزشمند را در مورد این مقاله ارائه کردند، سپاسگزاریم. بخش مربوط به خاکستر هیدراته تا حدی بر اساس ارتباط با دکتر کمپ است و شامل برخی مشاهدات از تحقیقات وی در مورد مورفولوژی خاکستر DPF/GPF است که هنوز در زمان نگارش این مقاله منتشر نشده بود.