柴油机远后喷策略对排气温度及污染物影响规律的研究

摘要

柴油机颗粒物排放已成为人类健康的重大威胁，有关颗粒物排放特性及其控制技术的研究已受到国内外的广泛关注。柴油机颗粒捕集器（DPF-diesel particular filter）被认为是最有效的颗粒物捕集手段，但其应用推广受到了再生问题的限制。本文研究了DPF再生过程中缸内远后喷策略对发动机排放、催化氧化器（DOC）升温特性及能量利用率的影响规律，并采用红外光谱仪（FT-IR）、热重分析仪（TGA）对不同远后喷策略下碳烟微粒微观化学特性进行表征分析，对碳烟表面脂肪链支链化程度和脂肪族碳氢官能团相对含量进行了半定量分析，并结合碳烟氧化特征温度和表观活化能，揭示了远后喷策略下DOC前后碳烟微粒的微观化学特性变化。主要研究内容及结果如下： 远后喷策略下碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）排放均随后喷油量的增加而升高，HC排放随着后喷定时的延迟而先升高后稳定，而CO则呈现先升高后降低的趋势；氮氧化物（NOx）和碳烟（soot）排放均随后喷定时的延迟呈现先降低后升高的趋势，NOx排放随后喷油量的增加而降低，而soot排放在后喷定时70deg aTDC前随后喷油量的增加而降低，在70deg aTDC后则反之； 远后喷策略的引入使排气温度上升了 3.9~128.7℃，而 DOC 升温幅度在-30.1~335.4℃之间；DOC能量利用率随后喷油量的增加而升高，随后喷定时的延迟先升高后保持稳定，在后喷定时80~140deg aTDC范围内保持在62.73~75.75%之间； 远后喷工况下的 A2958/A2928值在 0.157~0.439 之间，碳烟微粒表面脂肪烃支链化程度随远后喷油量的增加而升高，随后喷定时的延迟而先升高后降低；碳烟微粒经过DOC后，支链化程度明显升高；脂肪族碳氢官能团相对含量（A2920/A1610）随远后喷油量的增加整体上呈现上升的趋势，随远后喷定时的延迟呈现先下降后上升的趋势； 不同远后喷策略下的碳烟微粒表观活化能在143.6~185.3 kJ?mol-1之间，且随远后喷油量的增加逐渐降低，随后喷定时的延迟而先升高后降低；经过 DOC后，碳烟微粒的三个特征温度（Ti, Tmax ,Th）和表观活化能均有所上升，说明碳烟微粒氧化活性降低；碳烟微粒表面碳氢官能团相对含量与氧化活性在不同远后喷策略下具有相同的变化趋势。

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