DOC+DPF系统对柴油机污染物排放特性的影响

对装有氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)和颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)后处理系统的柴油机进行台架试验,利用烟气分析仪(Testo 350XL)和发动机废气排放颗粒物粒径谱仪(TSI EEPS 3090)研究不同负荷下柴油机原机、DOC后和DPF后排气中氮氧化物(NO_(x))和颗粒物(particulate matter,PM)的变化规律.结果表明:负荷大于50.0%时,DOC后的NO_(2)体积分数φ(NO_(2))显著增加,柴油机原机氮氧化物中NO_(2)体积分数φ(NO_(2)/NO_(x))随负荷增加而减小,DOC后和DPF后的φ(NO_(2))、φ(NO_(2)/NO_(x))随负荷增加先减小、后增大;柴油机原机PM排放取决于柴油机的运行工况,不同负荷下DOC的PM去除率为15%~30%,50.0%负荷下DOC的PM去除率最高,为26%;DPF的PM去除率超过90%,经过DPF后核态颗粒体积分数明显增加,聚集态颗粒体积分数明显减小.

NTP再生DPF孔道内沉积颗粒物的理化特性

利用低温等离子体(NTP)喷射系统对已捕集颗粒物(PM)的柴油机颗粒捕集器(DPF)进行了低温(100℃)再生试验,并对DPF孔道内不同再生阶段的颗粒沉积物取样分析,通过热重分析仪(TGA)、透射电子显微镜(TEM)及拉曼光谱分析仪探究了DPF孔道内颗粒沉积物的氧化特性、纳米结构及石墨化程度的理化特性变化规律.结果表明:随着NTP再生DPF阶段的推进,DPF孔道内颗粒沉积物中元素碳(EC)组分的最大氧化速率温度(T_(max))和燃尽温度(T_(e))均明显降低.颗粒物团絮结构中较为薄弱的部分在NTP氧化作用下先断裂,分解成链状结构;初级碳颗粒的平均微晶长度减小,平均微晶层面间距增大.由于NTP活性物质O不断键入PM中,在PM微晶边缘处生成新的含氧官能团,使得PM样品的无序程度及无定型碳含量增加,PM的氧化活性提高.

介质阻挡放电特性及其影响因素

依据低温等离子体转化有害气体的机理,设计了一种基于介质阻挡放电原理的低温等离子体发生器.通过试验研究对比,分析了微放电过程及等离子体空间分布特性,研究介质材料、厚度、放电间隙、电源电压及频率对放电特性的影响.研究表明:选择相对介电常数较大、较薄的介质更易获得较大的放电强度;较小的放电间隙有利于提高放电的强度和放电的均匀性.增大电源电压和频率会使放电功率随之增大.

低温等离子体降低柴油机颗粒物排放的试验

采用基于介质阻挡放电原理的低温等离子体试验装置及反应器,进行了低温等离子体处理柴油机排气中颗粒物的模拟和台架试验。结果表明,通过介质阻挡放电产生等离子体可有效分解柴油机排气中的颗粒物,并且相关的化学反应主要集中在介质阻挡放电微放电通道之中,颗粒物的分解率随能量密度的增加而增加。同时,介质阻挡放电所生成的低温等离子体使排气中的NO转化为NO2,但不能减少排气中NOx的总量。在同等能量密度下,排气中颗粒物含量的增加使低温等离子体转化排气中HC、NO的效率下降。

介质阻挡放电等离子体发生器的负载特性

为解决介质阻挡放电(DBD)等离子体发生器和电源的匹配问题,设计了DBD等离子体发生器,分析了它的伏安特性和放电功率,验证了临界放电频率对放电伏安特性的影响以及提高放电功率的方法。研究不同频率下功率因数和放电峰值电压的变化关系的结果表明:①高频放电易形成均匀稳定的微放电;②在发生器结构、工作气体属性及电气参数确定的前提下,发生器的最大功率因数及最佳峰值电压随放电频率的不同而发生相应变化。

低温等离子体协同纳米催化技术降低柴油机NO_x排放

针对目前国内外开展的利用低温等离子体协同催化(NPAC)技术转化NOx排放的热点科学问题,采用柠檬酸络合法制备了一种La0.8K0.2Mn0.5Co0.5O3(LKMCO)纳米催化剂,协同低温等离子体(non-thermalplasma,NTP)发生器建立了NPAC系统。通过发动机台架试验,研究了NPAC技术转化柴油机NOx排放的影响因素,重点分析了NTP能量密度和排气温度对转化NOx的影响规律。结果表明:在NTP不同放电频率工作下,O2浓度与原机相比明显降低,降幅最高为5.17%;随着能量密度的增加,NO2浓度升高,NO浓度降低。在放电频率为14.0kHz条件下,当能量密度大于80J/L时,NO2和NO浓度开始转化;在温度为280～350℃时,LKCMO催化剂发挥活性,NPAC技术作用下NOx转化效率得以显著提高。

基于NO_x传感器NH_3交叉感应的柴油机Urea-SCR的试验

基于NOx传感器对NH3的交叉感应特性,利用可独立控制尿素喷射量的SCR控制系统,在SCR催化转换器下游布置双NOx传感器,开展柴油机台架试验,分析了NH3/NOx对NOx转化率和NH3泄漏的影响,研究了温度和空速对催化转换器NH3泄漏与存储量的影响,以及NOx实时转化率随NH3存储量的变化规律.结果表明:NOx转化率随NH3/NOx的升高而升高,当NH3/NOx增加到1.4时开始出现NH3泄漏;温度或空速升高使催化转换器NH3泄漏时刻提前,NH3饱和存储量降低;NOx实时转化率随催化转换器NH3累计存储量的增加而升高,并逐渐趋于稳定.

低温等离子体降低柴油机多环芳香烃的试验

在186FA单缸柴油机上，采用玻璃纤维滤纸及XAD-2吸附管采集低温等离子体（non-thermal plasma，NTP）作用前后多环芳香烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）样品，结合气质联用分析技术，研究了不同工况下NTP对PAHs的作用效果．结果表明：原机中二环和三环PAHs的质量浓度随负荷的增加呈先升高后降低的趋势，四环及五环PAHs的质量浓度随负荷的增加先降低后升高；NTP对屈（Chrysene）的去除效果最好，去除率最高可达78．63％；NTP作用后，PAHs排放总量明显降低，最大降幅达到37．87％；NTP作用前后各环PAHs平均排放质量浓度均随环数的增加而降低，二环PAHs所占百分比最大，NTP作用后各环的PAHs平均排放质量浓度均比原机有所降低，降幅为17．9％-31．0％．

NTP喷射系统再生泡沫陶瓷PM吸附体的试验

建立了NTP喷射系统再生泡沫陶瓷PM吸附体的试验系统,以氧气为气源,研究了当温控区域温度和氧气流量不同时,NTP发生器产生的活性物质再生泡沫陶瓷PM吸附体的规律.结果表明:当氧气流量保持不变时,PM吸附体的再生时间随温控区域温度的升高呈先缩短后延长的趋势,当温控区域的温度为225℃时,再生时间较短;当温控区域的温度保持不变时,PM吸附体的再生时间随氧气流量的增加呈先缩短后延长的趋势,当氧气流量为4 L·min-1时,PM吸附体的再生效果较好;间接低温等离子体技术可以在较低温度下有效去除PM,实现PM吸附体的离线再生,为NTP喷射系统高效再生DPF提供理论和试验依据.

非平衡等离子体处理柴油机有害排放

柴油机排放后处理的难点是NOx和颗粒.传统的后处理器不能有效降低柴油机的有害排放.综合考虑了柴油机排放的特点,提出了一种新的排放后处理方案,利用非平衡等离子体结合微粒捕集器综合降低柴油机的有害排放,并自行设计了等离子体发生器.理论分析和初步的试验研究表明,该后处理方案对于降低柴油机NOx排放和再生微粒捕集器是有效的,并具有较高的实用性.

低温等离子体技术在降低柴油机排放中的应用

研究了低温等离子体技术基本原理,提出了利用低温等离子体降低柴油机有害排放物方案,设计了适用于柴油机后处理的等离子体发生器,研究了发生器特性,通过实验验证了该研究方案对柴油机有害排放物的总体转化效果。结果表明,采用低温等离子体技术可有效降低柴油机HC、颗粒和NO排放,而NOx总量基本不变。

低温等离子发生器工作特性及实验研究

设计了一种基于介质阻挡放电原理的低温等离子发生器,对外加电源电压和频率、放电间隙、介质材料及厚度、温度、气流速度等因素及尾气处理效果进行了实验,并对实验结果进行了分析。研究表明,该发生器可使发动机尾气中HC及NO的排放量降低20%以上。为低温等离子体在排放控制方面的研究提供了实验及理论依据。

低温等离子体对柴油机排放颗粒物组分净化效果的热重分析

为探究低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)对柴油机排气中颗粒物(particulate matter,PM)不同组分的净化效果及作用规律。利用自行设计的NTP发生器以O2为气源生成NTP活性物质并喷射入柴油机排气中,在不同的反应温度下对PM进行净化试验。通过滤膜对反应前后的PM分别进行采样并进行热重分析。热重分析中采用变气氛的控制策略实现将PM中挥发性组分(volatile fraction,VF)和元素碳(elemental carbon,EC)失重过程的区分,并利用阿伦尼乌斯(Arrhenius)法对EC进行了氧化动力学分析。试验结果表明在反应温度为120℃时,NTP对PM的去除量最大,达到了66.79%,对EC的去除量也达到了各反应温度下的最大值。经NTP处理后,VF的挥发起始温度与终止温度无明显变化,PM中VF的质量分数下降了5.86%~13.90%,变化幅度随着反应温度的升高而提高。LVF(low volatile fraction)在VF中所占质量分数明显上升,表明NTP与VF中不同组分的反应速率有明显差异。EC在NTP的作用下氧化起始温度和终止温度降低了30~40℃。EC的表观活化能在NTP处理后从175.97~210.49 k J/mol降低至94.13~109.13 k J/mol。依据EC曲线变化可总结出反应温度的升高对NTP处理EC过程的影响主要体现在处于半氧化态的EC质量分数的上升。该文证实了NTP能够对柴油机排气中PM进行有效去除,为NTP应用于排气处理提供了试验依据。

温度对NTP喷射系统处理柴油机模拟排气的影响

为研究低温等离子体活性物质对柴油机有害排放物的去除效果,自行设计了介质阻挡放电型低温等离子体反应器。采用独立于柴油机排气管之外的低温等离子体喷射系统,研究其在不同的柴油机模拟排气温度下,对各排气成分的转化效果。研究结果表明:在低温等离子体环境下,NO主要转化为NO2;O3对NO和HC有较强的氧化作用;高温不利于NO的转化和O3的产生,但有利于HC的氧化,同时产生CO;温度和激励峰峰值电压的变化对CO2浓度基本没有影响。

含氧燃料对柴油机尾气中颗粒理化特性的影响

利用气相色谱仪对米糠油生物柴油(rice bran biodiesel,RBD)的组成进行了研究,测定了RBD的各项特性,结果显示其各项指标均符合国际相关生物柴油标准。在发动机台架上分别燃用0#柴油、RBD和RBD-乙醇混合燃料,利用扫描电镜和X衍射能谱仪研究了3种不同燃料对柴油机颗粒物排放的影响。研究结果表明:在发动机不作任何调整的情况下,燃用RBD和混合燃料可以有效地降低柴油机的碳烟排放,混合燃料的有效燃油消耗率上升最高;燃用0#柴油生成的颗粒物形貌呈疏松状球形粘结形态,RBD颗粒物粒径较小,排列比较细密;燃用混合燃料生成的颗粒物样品呈片状无定型结构;燃用RBD和混合燃料生成的颗粒物样品中金属元素和氧元素含量较高。

大气压下介质阻挡放电的发射光谱

为了研究大气压下气体介质阻挡放电的微观机理,利用Maya2000-pro光谱仪采集了气体介质阻挡放电的发射光谱,分析了介质阻挡放电型低温等离子体反应器的放电参数、气体体积流量和气体组分对发射光谱强度的作用规律,并依据气体放电发射光谱研究了放电空间的活性物质和氮气氩气混合气的放电机理.结果表明:大气压下氮气放电会产生第2正带系的跃迁辐射光谱;氮气放电的特征谱线强度随激励电压峰峰值与放电频率的升高而增大;氮气放电的激发态物质种类不随放电参数的改变而改变;在放电功率不变的情况下,特征谱线强度随气体体积流量变化不明显;氮气氩气混合气放电时,观察到明显的潘宁效应,且气体放电的击穿电压峰峰值随混合气中氩气体积分数的升高而下降.

放电气隙对介质阻挡放电电学参量的影响

通过建立介质阻挡放电试验系统,采用Q-V Lissajous图形法研究了激励电压峰值VP-P、放电气隙lg对介质阻挡放电主要参量的影响。试验结果表明:增大VP-P、lg可提高介质阻挡放电的放电功率P;固定lg时,电介质层等效电容Cd随VP-P的增大而增大,放电间隙等效电容Cg随VP-P的增大而减小,VP-P对等效总电容C的影响不大;C、Cd、Cg均随lg增大而减小;电荷传输量Q、气隙等效电场强度Eg随VP-P的增大而升高,随lg的增大而降低。

线管式低温等离子体反应器的设计及其性能分析

为了提高低温等离子体对柴油机有害排放物的净化效率,提出了大气隙同轴圆柱结构低温等离子体反应器的设计思想;在电场分析与起始放电电压分析计算的基础上,设计了一种用于柴油机排气后处理的线管式低温等离子体反应器;对反应器的放电形貌、工作电压、介质等效电容等参量进行了试验研究及理论分析。结果表明,线管式低温等离子体反应器存在介质阻挡电晕放电和介质阻挡丝状放电两种不同的放电形式,二者的放电形貌与工作特性显著不同,介质阻挡丝状放电时放电区域更大,更有利于污染物处理;放电形式由介质阻挡电晕放电转变为介质阻挡丝状放电时,反应器工作电压会瞬时降低;电源工作频率对反应器工作性能影响显著,为了更有利于实现介质阻挡丝状放电,电源工作频率应该调至回路的谐振频率附近。

低温等离子体降低生物柴油发动机有害排放的研究

根据介质阻挡放电理论,设计出低温等离子体发生器。利用气相色谱/质谱联用仪对生物柴油样品进行了测定,确定了生物柴油的主要成分。通过台架试验研究了低温等离子体对生物柴油和0号柴油发动机有害排放的作用规律,运用扫描电镜和X射线能谱仪对柴油机排气中收集的颗粒物样品进行检测和分析。研究结果表明:低温等离子体技术可以有效降低柴油机颗粒物排放,NOx排放总量变化较小;生物柴油属于富氧燃料,可使发动机燃烧室碳燃料充分燃烧,颗粒物样品中碳烟成分较少,颗粒粒径也较小。元素分析结果表明,低温等离子体技术受燃料中硫的影响较小,是一项有前途的柴油机排气后处理技术。

非平衡等离子辅助催化对柴油机排放的影响

分析了非平衡等离子和介质阻挡放电的产生机理.根据非平衡等离子产生活性基体的特点,建立了非平衡等离子辅助催化对柴油机有害排放的转化模型.采用蜂窝式介质阻挡放电反应器辅助催化装置,在台架试验上研究了不同试验方案对降低有害排放的影响.试验结果表明在不添加催化剂的情况下,NOx的总量基本不变,表明非平衡等离子气相区内主要是将NO氧化为NO2;添加催化剂后,NOx的总量明显下降,表明NO2被还原为N2.同时PM颗粒与强氧化性的活性基体反应生成CO2得以大幅度降低,证明了利用非平衡等离子辅助催化技术可以有效降低柴油机NOx和PM颗粒排放.