采用后处理装置的柴油机颗粒的拉曼光谱研究

摘要

后处理装置能够有效降低柴油机颗粒排放，但其面临的再生问题一直是难点问题。因此，研究颗粒在后处理装置中的结构变化以及氧化过程的变化规律，不仅可以对发动机缸内的燃烧过程及碳烟生成机理有更加深入的认识，而且为制造高效后处理装置提供重要依据。
　　本文对一台燃用低硫柴油 CY4102-CE4B发动机在特定工况下原机颗粒样品和 DOC作用后的颗粒样品进行采集，并对所得颗粒进行了热重处理，对比分析了 DOC作用前后的颗粒在不同氧化阶段的拉曼光谱的变化规律。对获取的颗粒拉曼光谱进行了分析，讨论了颗粒在氧化过程中碳结构的演变，得出以下结论：
　　1.颗粒的一阶拉曼光谱均在1580 cm-1和1350 cm-1位置处出现明显特征峰，同时为了定量研究颗粒物的结构，对光谱进行拟合，拟合的过程中采用Levenberg—Marquardt算法拟合曲线，通过χ2值可以看出各种拟合方法的拟合度，其中χ2值最低的拟合方法为4L1G，采用五峰拟合的效果最好。
　　2.颗粒的化学异相性随柴油机负荷的增加而减弱，同时颗粒结构更加有序；DOC作用后，颗粒的结构有序性增强；整体上，采用高品质的燃油后，颗粒化学异相性程度降低，石墨化程度升高，DOC对燃油品质较敏感。
　　3.随着氧化的进行，颗粒的石墨化程度整体呈现出上升趋势，且无定形碳含量逐渐减少，sp2杂化的 C-C键距也逐渐变大。利用拉曼光谱的变化在一定程度上可以大致确定石墨微晶的尺寸，同时还可以用来评价颗粒物结构的各向异性。
　　4.颗粒的氧化活性不仅与其结构有关，还与颗粒中有机成分以及含氧官能团等的量有关，石墨化程度的高低并不能完全反映颗粒的活性。小负荷时，颗粒表现出较高的氧化活性，其中颗粒所具有的无序结构，具有较大影响，其氧化是从位于颗粒微晶的碳层边缘开始。DOC作用后，颗粒的内部结构发生了变化，颗粒的氧化模式发生了改变，石墨化程度不再是影响氧化活性的主要因素。

目录

第1章 绪论

1.1引言

1.2柴油机排放颗粒物的成分及危害

1.3柴油机后处理装置的简介

1.4柴油机颗粒物的研究现状

1.5本文的研究内容和意义

第2章 柴油机颗粒物的取样系统及试验方案

2.1发动机测试系统和装置

2.2试验用油的化学组分

2.3颗粒的样品的测试设备

2.4试验方案

2.5本章小结

第3章 颗粒的拉曼光谱拟合方案及分析

3.1样品的拉曼光谱

3.2颗粒样品一阶拉曼光谱的拟合

3.3本章小结

第4章 柴油机颗粒碳结构的拉曼光谱分析

4.1 DOC对柴油机颗粒结构影响

4.2燃油品质对柴油机颗粒的影响

4.3本章小结

第5章 柴油机颗粒氧化过程中的结构变化

5.1颗粒的氧化速率

5.2颗粒在氧化过程中的光谱变化

5.3颗粒石墨化过程中sp2杂化C-C键距

5.4影响颗粒氧化活性的因素

5.5本章小结

第6章结论

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果