柴油機顆粒物氧化特性研究.pdf

1、柴油發(fā)動機是大氣環(huán)境中顆粒物污染的主要來源之一，而隨著交通運輸?shù)男枨罅砍掷m(xù)增長，排放法規(guī)對柴油機顆粒物排放控制提出了越來越嚴格的要求。DPF有很高的顆粒物凈化效率，是滿足當前排放法規(guī)所必需的尾氣凈化裝置，但它需要定期再生和除去灰分。DPF的再生是目前亟需優(yōu)化的問題之一，因為再生性能涉及到提高燃油經濟性，延長DPF工作壽命，提高發(fā)動機工作穩(wěn)定性等一系列關鍵需求。而DPF再生過程與顆粒物氧化特性密切相關。
　　本研究基于柴油機臺架試驗

2、并結合熱重分析、透射電鏡、比表面積分析，光電子能譜等測試方法，系統(tǒng)研究了發(fā)動機控制策略及燃料特性對生成顆粒物氧化活性的影響。進一步開展了顆粒氧化模式的研究，從宏觀到微觀層面對顆粒理化特性進行了系統(tǒng)分析，探索了顆粒物的多項理化特性與其氧化活性的關聯(lián)，并解釋了不同氧化模式的成因。
　　(1)本文首先研究了不同熱重分析測試方案對顆粒物氧化活性測試結果的影響。研究結果表明，如果單次測試樣品質量在0.5-3 mg范圍內，樣品質量波動對氧化活

3、性測試結果的影響最小。非等溫方法重復性更好，更易于控制精度，且能獲得更豐富的特性參數(shù)。過大的升溫速率會導致熱遲滯加大，溫度測量不準確，而過小的升溫速率則使得測試時間延長，試驗效率顯著下降。加載于石英濾膜的顆粒樣品在熱重分析中會引起較大的偏差，而粉末狀樣品在熱重試驗中能獲得更穩(wěn)定的結果，并且更接近于加載于 DPF的顆粒的測試結果。因此本研究中應用了金屬濾網采集粉末狀顆粒樣品的采樣方法。
　　(2)研究了發(fā)動機控制策略對生成顆粒物氧化

4、特性的影響。研究內容包括發(fā)動機負荷，兩次噴油策略，以及尾氣凈化裝置對生成顆粒的氧化活性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，低負荷下生成的顆粒物氧化活性更高。引入近后噴射，相對于單次噴射而言降低了顆粒氧化活性。并且隨著后噴間隔的增大，生成顆粒的氧化活性降低幅度也更大。經過 DOC和 POC后處理裝置的顆粒物氧化活性相對于原機排放顆粒有所提升。
　　(3)對比研究了燃用生物柴油，國V柴油和國III柴油生成顆粒的氧化特性。通過分析比表面積、表面基團、碳化

5、程度和微觀結構等理化特性，闡釋了造成氧化活性差異的內在原理，并歸納出兩種不同的氧化模式。研究結果表明，生物柴油顆粒的氧化活性顯著高于兩種傳統(tǒng)柴油生成的顆粒，而國V柴油生成顆粒的氧化活性略高于國III柴油生成的顆粒。生物柴油顆粒具有更大的比表面積，而微觀上，生物柴油顆粒含有更大比例的無定形碳，因而具有更無序的碳層結構。通過HRTEM分析發(fā)現(xiàn)，三種燃油生成的顆粒物在一定氧化程度下都可能呈現(xiàn)“空心”形態(tài)，代表著發(fā)生了“內部氧化”。生物柴油顆粒