碳氢吸附过滤器的开发

工作时产生的，当发动机停止工作后，由吸附在进气道管壁上的燃油和从喷油器漏出的燃油蒸发产生的HC沿着进气管扩散到大气外面。为了降低这部分的碳氢排放，作者在进气系统中安装了一个活性炭过滤器。由于该活性炭过滤器安装在进气系统内，它除了必须具有很强的HC吸附性外，还必须具有极低的流动阻力。另外，按照排放法规的规定，该系统须在15年内或汽车行驶150000mile内有效。这就必须要求发动机在工作时，可利用新鲜空气有效去除被吸附的HC而重复清洁活性炭。

2 多装位置的选择

HC吸附器的安装位置必须考虑到以下3点：（1）吸附器须能有效的吸收HC蒸汽;（2）吸附器不能受灰尘影响;（3）吸附器的阻力要小。HC是碳氢化合物的总称，汽车蒸汽是各种不同分子量的HC组分的混合物。通常认为分子量越轻，沸点越低的汽油组分一旦被吸附，就很难被释放。考虑到不同组分的不同属性，为了找到一个使HC能够有效释放的位置，必须研究进气系统中的HC组分。经研究测量器安装在3个不同位置：进气总管、空气净化器（在空滤器滤芯的下游处）及两者之间的连接管。在DBL试验中收集了不同位置的气体，并对其成分进行气相色谱分析（测试燃油使用CARB第二阶段的）。汽油组分被分成4组：含有6个或6个以下碳氢化合物（C6、C6以下），含有7个或者8个碳原子的碳氢化合物（C7、C8），含有9个或者10个碳原子的碳氢化合物（C9、C10），含有11个或11个以上碳原子的碳氢化合物（C11、C11以上）（将进气总管中測得的C6或C6以下的碳氢化合物的含量作为100%）。可以看到，测量位置离发动机越远，HC化合物的浓度就越低，并且低沸点组分（C6、C6以下）的比例越大。产生这种状况的原因可以认为是碳氢化合物中沸点越高的成分，越容易粘附在管壁或其他位置，当碳氢蒸发物到达空气净化器时，HC化合物的沸点已较低，浓度也减小了。既然HC蒸发物的沸点和浓度都很低，活性炭吸附器的吸附量也可以降低，HC蒸发物可以被更有效的吸附。所以，决定在空气净化器里面（在空气滤芯的下游）安装HC吸附器，这样吸附器就不会受灰尘的影响。

如果将HC吸附器安置在空气净化器中，可以考虑2种形式：（1）碳氢吸附器紧贴在空气滤清器滤芯的后面;（2）碳氢吸附器安装在空气滤清器壳的内表面。研究了2种形式下每种形式的HC吸附效果和空气流动损失（其中流动损失的测试条件是通过碳氢吸附器的速度为3m/s）。将碳氢吸附器安装在空气过滤器出口处的第二种形式没有足够的表面积，流动损失较大。将碳氢吸附器安装在空气过滤器壳内表面的第三种形式虽然没有增加流动损失，但是由于HC蒸发物没有与活性炭充分接触，吸附效果不是很好。因此，HC吸附器最后被安装在空气过滤器滤芯后面，这样，吸附效果好，流动损失少。

3 用于HC吸附器的活性炭的研制

在汽车上进行的HC浓度和组分试验表明，进气系统中的HC几乎都是低沸点组分和低浓度。因此可以使用一种活性炭来有效吸附低沸点的蒸发组分，但它必须能够通过清扫释放所吸附的HC。在活性炭的表面有许多被称为“毛孔”的不同大小的洞。这些洞的直径和体积不同，活性炭的功能也不同。图1概括了活性炭的毛孔大小与其功能的关系。图1显示，标记为（1）的范围能够有效的吸收低浓度，低沸点的HC;在标记（2）和标记（2）以后的范围内吸附的碳氢可以被释放;毛孔越大，吸附的HC越容易被释放。基于这样的理解，研制了一种活性炭，其毛孔大小在标记为（3）的范围内，该范围被认为是HC吸附器吸附和释放低沸点组分的最佳范围。

4 结构

考虑到装在汽车进气系统处的HC吸附器会受到灰尘和润滑油的损害，于是将它结构进行优化。

5 性能证明

新的HC吸附器的吸附能力在与无吸附器的条件比较，装了吸附器后，大量的HC蒸发物被遏制了。随着吸附、释放循环的不断进行，活性炭的吸附能力逐渐恶化。即使恶化以后，HC吸附器仍然具有很好的性能。在实际汽车上的测试结果也一样，HC吸附器的能力不存在问题。

6 结语

分析了汽车进气系统泄露的HC排放组分，研制了一种可吸附和释放这些排放组分的优化活性炭。研制了一种满足LEVⅡ和PZEV燃油蒸发排放法规的吸附器。这种技术已在多家公司的产品上得以应用。

参考文献：

[1]李瑞丰.碳氢化合物在中孔沸石内的吸附与扩散性能研究[C].第19届全国分子筛学术大会，2017.

[2]尹亮.柴油机冷起动碳氢化合物在分子筛上吸附及扩散行为研究[D].湖南大学，2013.

[3]艾尼塞，王国仰，张後，etal.柴油机颗粒过滤器再生过程的碳氢喷射模拟（英文）[J].汽车安全与节能学报，2019.

推荐访问:碳氢 吸附 过滤器 开发