添加剂对柴油机排放特性影响分析

论文总字数：22068字

摘 要

本文在发动机台架试验平台上进行了柴油机排放特性试验，比较了掺混含氧添加剂碳酸二甲酯的0#柴油与基础0#柴油的动力特性和排放特性。试验验证了柴油机的负荷特性曲线，并且发现掺混碳酸二甲酯后由于其热值较低，油耗率会有所增加。本文分析并指出，对于NOx排放变化趋势，提高转速会增加NOx生成，提高转矩在一定范围内NOx排放会增加，之后下降，加入碳酸二甲酯对NOx的排放影响较小；对于以碳烟为主的颗粒物排放，提高转速或转矩均会增加燃烧的不完全性，导致颗粒物排放增加，柴油在掺混入碳酸二甲酯后，由于燃料含氧元素，促进碳粒的燃尽，因此能够显著降低碳烟的排放水平。本文将对减少柴油机尾气污染物的排放的研究工作提供参考。

关键词:柴油机,排放特性,含氧添加剂,碳酸二甲酯,碳烟,氮氧化物

Characteristics of emission from a diesel engine fueled with

addictive-containing diesel

Abstract

Tests of diesel engine emission is carried out comparing 0#diesel containing oxygenated additive DMC with basis diesel on dynamic performance and emission characteristics. Load characteristics curve of diesel engine was demonstrated, and found that contained with dimethyl carbonate blend due to its lower calorific value, fuel consumption will increase. For NOx emissions trend, improving speed will increase NOx emission, and increasing moment in a certain range will boom NOx emission which then will be declined. It is demonstrated that DMC affected little on NOx emission; for soot particles emission which are dominated by carbon particle, higher speed and moment will both cause more combustion loss, while diesel mixed with DMC, due to fuel containing oxygen element, promotes the combustion progress of carbon core and significantly reduces emission level of carbon smoke.

Key words: diesel engine, characteristics of emission, oxygenated addictive, DMC, carbon smoke, NOx

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅰ

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2我国的内燃机污染物排放现状及其影响 1

1.3柴油机排放污染物生成机理及添加剂的作用 3

1.4现有添加剂的主要种类及功能 4

1.4.1改善油质型添加剂 4

1.4.2促进燃烧型添加剂 5

1.5本文主要研究意义及内容 5

第二章 试验设备及试验方案 7

2.1试验设备 7

2.1.1发动机型式及其技术参数指标 7

2.1.2发动机测控系统介绍及其使用 7

2.1.3尾气气体气体分析仪指标参数 9

2.2燃料性质 10

2.3试验方法 10

2.4试验步骤 11

2.3.1试验准备 11

2.3.2柴油机运行以及数据采集 11

2.3.3发动机熄火以及整理工作 12

第三章 柴油机台架试验数据及处理 13

3.1添加剂浓度对柴油机的动力特性及油耗特性影响 13

3.2柴油机的 NOx排放特性 15

3.3含氧添加剂碳酸二甲酯对颗粒物排放特性的影响 16

第四章 结论与展望 20

4.1试验结论 20

4.2工作展望 20

致谢 22

参考文献 23

第一章 绪论

1.1引言

柴油机作为一种较为高效的动力机械，被广泛运用于交通、工业和农业等领域，与人民群众生产生活关系密切，它的热效率较汽油机更高，动力输出比较大，性能也十分可靠，在船舶、重型车辆等方面被大规模运用。此外，随着科学技术的不断进步，柴油机先进燃烧技术如废气再循环（Exhaust Gas Recirculation）技术、控制技术以及排气后处理如SCR技术的发展，柴油机技术在噪声、振动、排放等方面得到很大改善。柴油机的工作原理决定了燃料在气缸中燃烧时过量空气系数大于1，除了低负荷工况外，生成的CO在富氧氛围中可以得到较充分地氧化；火花点火发动机HC排放较高，其主要生成源为气缸缝隙中的燃料在高温中挥发分解，称为“狭缝效应”。柴油机由于是先进空气，所以在狭缝中充满的是压缩空气，比汽油机少了这一个HC的重要生成途径。所以，柴油发动机的CO和HC排放均比较小。然而，柴油机燃烧所排放的氮氧化物以及颗粒物的污染问题较为严重[1]。氮氧化物包括、以及等。其中，是最主要的直接产物，但在大气中极易转变为。是一种有毒气体，对人体的气管、肺泡、眼睛、粘膜等部位具有刺激作用，比CO对血液输氧能力的障碍更大，同时，与水分反应生成亚硝酸引发酸雨、与空气中的氧气经过光化学反应产生臭氧引发光化学烟雾，对环境造成很大危害[2]。柴油机排放的颗粒物的危害也相当大。它的组成包括不溶性颗粒和可溶性颗粒：不溶性颗粒主要是由碳粒以及少量硫酸盐和灰分颗粒等组成；可溶性颗粒包括未完全燃烧的柴油、机油及其中间产物或者悬浮微粒(气溶胶)组成的，可溶性颗粒具有一定的挥发性，它们中基本上都可以溶解于一些有机溶剂(如四氯化碳和苯等)，因此被称为可溶性有机成分(SOF) [3]。经证实，SOF中的一些成分能够引起遗传物质异常，类似于苯并芘这样的多环芳香性化合物是致癌的。并且，柴油机排放的微粒的粒径极小，相当一部分属于亚微米级或纳米级的量级上，随尾气进入大气环境后，它们因为粒径极小，在大气中特别是在地表会长时间悬浮，对人体的健康十分不利。根据流体力学的知识可以知道，颗粒物的直径越小，在空气中运动时雷诺数就越小，微粒在空气中停留的时间就越长，越容易经过呼吸道进入肺部，并且它们将会在呼吸道以及肺部沉积起来，长期吸入将会引发慢性呼吸道疾病。所以，柴油机排放的颗粒物对人体和大气环境有不可忽视的危害[4]。因此，减少柴油机污染物排放将十分关键。

1.2我国的内燃机污染物排放现状及其影响

根据中国国家统计局的公开数据显示[5]，如图1所示，自2004年至2013年十年间，我国的民用汽车拥有量从2004年的约2700万辆增长到2013年的约12600万辆，十年间民用汽车拥有量增长了将近五倍，平均每四年我国的民用汽车的拥有总量就要翻上一倍。

巨大的汽车数量增长，以及工业化的不断发展，必然带来石油的消费量的大量增长。如图2所示，2000年时我国的石油消费总量约为22000万吨，而到了2012年我国的石油消费总量已接近50000万吨。众所周知，石油是极为重要的化工原料，被称为工业的血液，同时也是极为重要的燃料，经过分馏工艺提取出汽油、柴油等作为动力燃料，被大量应用于内燃机。

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