详情

原文传递柴油机颗粒物氧化特性研究

论文题名：	柴油机颗粒物氧化特性研究
关键词：	汽车柴油机;颗粒物污染;控制策略;燃油特性;氧化活性
摘要：	柴油发动机是大气环境中颗粒物污染的主要来源之一，而随着交通运输的需求量持续增长，排放法规对柴油机颗粒物排放控制提出了越来越严格的要求。DPF有很高的颗粒物净化效率，是满足当前排放法规所必需的尾气净化装置，但它需要定期再生和除去灰分。DPF的再生是目前亟需优化的问题之一，因为再生性能涉及到提高燃油经济性，延长DPF工作寿命，提高发动机工作稳定性等一系列关键需求。而DPF再生过程与颗粒物氧化特性密切相关。　　本研究基于柴油机台架试验并结合热重分析、透射电镜、比表面积分析，光电子能谱等测试方法，系统研究了发动机控制策略及燃料特性对生成颗粒物氧化活性的影响。进一步开展了颗粒氧化模式的研究，从宏观到微观层面对颗粒理化特性进行了系统分析，探索了颗粒物的多项理化特性与其氧化活性的关联，并解释了不同氧化模式的成因。　　(1)本文首先研究了不同热重分析测试方案对颗粒物氧化活性测试结果的影响。研究结果表明，如果单次测试样品质量在0.5-3 mg范围内，样品质量波动对氧化活性测试结果的影响最小。非等温方法重复性更好，更易于控制精度，且能获得更丰富的特性参数。过大的升温速率会导致热迟滞加大，温度测量不准确，而过小的升温速率则使得测试时间延长，试验效率显著下降。加载于石英滤膜的颗粒样品在热重分析中会引起较大的偏差，而粉末状样品在热重试验中能获得更稳定的结果，并且更接近于加载于 DPF的颗粒的测试结果。因此本研究中应用了金属滤网采集粉末状颗粒样品的采样方法。　　(2)研究了发动机控制策略对生成颗粒物氧化特性的影响。研究内容包括发动机负荷，两次喷油策略，以及尾气净化装置对生成颗粒的氧化活性的影响。研究发现，低负荷下生成的颗粒物氧化活性更高。引入近后喷射，相对于单次喷射而言降低了颗粒氧化活性。并且随着后喷间隔的增大，生成颗粒的氧化活性降低幅度也更大。经过 DOC和 POC后处理装置的颗粒物氧化活性相对于原机排放颗粒有所提升。　　(3)对比研究了燃用生物柴油，国V柴油和国III柴油生成颗粒的氧化特性。通过分析比表面积、表面基团、碳化程度和微观结构等理化特性，阐释了造成氧化活性差异的内在原理，并归纳出两种不同的氧化模式。研究结果表明，生物柴油颗粒的氧化活性显著高于两种传统柴油生成的颗粒，而国V柴油生成颗粒的氧化活性略高于国III柴油生成的颗粒。生物柴油颗粒具有更大的比表面积，而微观上，生物柴油颗粒含有更大比例的无定形碳，因而具有更无序的碳层结构。通过HRTEM分析发现，三种燃油生成的颗粒物在一定氧化程度下都可能呈现“空心”形态，代表着发生了“内部氧化”。生物柴油颗粒更倾向于“内部氧化”模式，而国V柴油和国III柴油颗粒都更倾向于“外部氧化”模式，因为其空心结构出现的比例相对较低，并且主要在较高氧化程度下才出现。通过对碳层长度和扭曲度的统计分析发现，随着氧化程度的提高，颗粒物发生了不同程度的石墨化转变，柴油颗粒相对于生物柴油颗粒在初始状态下碳层结构更均匀，所以在氧化过程中石墨化转变的幅度小于生物柴油颗粒。
作者：	罗悦齐
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	黄震
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文