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柴油/甲醇组合燃烧发动机排放及后处理技术的研究

程传辉  
【摘要】: 柴油机作为热效率最高的车用发动机,一直受到人们的高度重视,现代内燃机比传统内燃机虽然已有很大的进步和完善,但近几年,世界各国制定的日益严格的排放法规又对柴油机的研究提出了新的挑战。寻求清洁有效的替代燃料是解决这一问题的主要途径,同时又可以缓解石油短缺危机。甲醇是一种较清洁的替代燃料,不仅含氧量高、燃烧充分、有害排放物少,而且我国是一个煤资源很丰富的国家,以煤制取甲醇的技术以较成熟,生产成本也较低,因此,甲醇是内燃机较理想的替代燃料之一。在柴油机上燃用甲醇能有效地降低碳烟和NOx的排放,因此,柴油机燃用甲醇的技术得到了人们广泛的重视。 前期研究表明,柴油/甲醇组合燃烧模式能成功的应用到柴油机上,实现同时降低NOx和碳烟排放,同时替代一部分柴油燃料,但是发现应用柴油/甲醇组合燃烧模式后,发动机的HC和CO排放明显升高。为了降低升高的HC和CO排放量,提出了使用氧化催化转化后处理技术。 在一台改造过的柴油机上实现了柴油/甲醇组合燃烧模式,利用自主开发的一套控制系统控制喷射的甲醇量和喷射时刻,用十三工况循环等方式测量全面地检测了纯柴油、柴油/甲醇组合燃烧催化器前后的NOx、HC和CO的浓度以及微粒排放量,主要研究了在该模式下运行的发动机的排放性能及废气经氧化催化器后的净化效果,分析了甲醇的氧化机理和微粒的形态特征。 试验结果表明,和纯柴油模式相比,柴油/甲醇组合燃烧模式的动力性和经济性都有所提高,排气温度有所下降;NOx和碳烟排放下降幅度较大,NOx下降平均达到41%,而碳烟排放降低幅度达到50%左右。但是,HC和CO排放增加较多,微粒比排放量也有所增加。经过催化氧化后,HC和CO得到了极大的降低,和原机相比下降幅度分别达47%和70%,微粒经氧化后比原机也有所下降。表明柴油/甲醇组合燃烧经采用催化转化器后,废气质量得到全面的改善,打破了传统柴油机在同时降低NOx-微粒时的权衡关系。另外,柴油/甲醇组合燃烧方式在一定程度上也缓解柴油机对石油资源的依赖,具有重要的应用价值和实际意义。


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