柴油機(jī)顆粒物氧化特性研究.pdf

1、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是大氣環(huán)境中顆粒物污染的主要來(lái)源之一，而隨著交通運(yùn)輸?shù)男枨罅砍掷m(xù)增長(zhǎng)，排放法規(guī)對(duì)柴油機(jī)顆粒物排放控制提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求。DPF有很高的顆粒物凈化效率，是滿足當(dāng)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(wèn)題之一，因?yàn)樵偕阅苌婕暗教岣呷加徒?jīng)濟(jì)性，延長(zhǎng)DPF工作壽命，提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性等一系列關(guān)鍵需求。而DPF再生過(guò)程與顆粒物氧化特性密切相關(guān)。
　　本研究基于柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

2、并結(jié)合熱重分析、透射電鏡、比表面積分析，光電子能譜等測(cè)試方法，系統(tǒng)研究了發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略及燃料特性對(duì)生成顆粒物氧化活性的影響。進(jìn)一步開展了顆粒氧化模式的研究，從宏觀到微觀層面對(duì)顆粒理化特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析，探索了顆粒物的多項(xiàng)理化特性與其氧化活性的關(guān)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(cè)試方案對(duì)顆粒物氧化活性測(cè)試結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明，如果單次測(cè)試樣品質(zhì)量在0.5-3 mg范圍內(nèi)，樣品質(zhì)量波動(dòng)對(duì)氧化活

3、性測(cè)試結(jié)果的影響最小。非等溫方法重復(fù)性更好，更易于控制精度，且能獲得更豐富的特性參數(shù)。過(guò)大的升溫速率會(huì)導(dǎo)致熱遲滯加大，溫度測(cè)量不準(zhǔn)確，而過(guò)小的升溫速率則使得測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)，試驗(yàn)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(huì)引起較大的偏差，而粉末狀樣品在熱重試驗(yàn)中能獲得更穩(wěn)定的結(jié)果，并且更接近于加載于 DPF的顆粒的測(cè)試結(jié)果。因此本研究中應(yīng)用了金屬濾網(wǎng)采集粉末狀顆粒樣品的采樣方法。
　　(2)研究了發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略對(duì)生成顆粒物氧化

4、特性的影響。研究?jī)?nèi)容包括發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，兩次噴油策略，以及尾氣凈化裝置對(duì)生成顆粒的氧化活性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，低負(fù)荷下生成的顆粒物氧化活性更高。引入近后噴射，相對(duì)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(jīng)過(guò) DOC和 POC后處理裝置的顆粒物氧化活性相對(duì)于原機(jī)排放顆粒有所提升。
　　(3)對(duì)比研究了燃用生物柴油，國(guó)V柴油和國(guó)III柴油生成顆粒的氧化特性。通過(guò)分析比表面積、表面基團(tuán)、碳化

5、程度和微觀結(jié)構(gòu)等理化特性，闡釋了造成氧化活性差異的內(nèi)在原理，并歸納出兩種不同的氧化模式。研究結(jié)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(guó)V柴油生成顆粒的氧化活性略高于國(guó)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(wú)定形碳，因而具有更無(wú)序的碳層結(jié)構(gòu)。通過(guò)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(nèi)部氧化”。生物柴油顆粒