堿性燃燒技術對柴油機排放影響的研究

于明暉 李萌 左成強 周建 巴興強 趙琪琤

摘 要：通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，堿性燃燒技術對于柴油發(fā)動機氣缸內(nèi)的氣體燃燒有一定的影響。堿性燃燒技術可以提高缸內(nèi)氣體的燃燒效率，使氣體燃燒更加完全。同時有助于減少尾氣中氮氧化物的排放量，比較接近清潔燃燒的目標。

關鍵詞：堿性燃燒技術；柴油機排放；影響

1 概述

隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，我國機動車的保有量在逐年增加，我們在享受機動車所帶來的方便與快捷的生活品質(zhì)的同時，也承受著由此所帶來的能源消耗和尾氣污染問題，這些正逐漸成為社會熱點難點問題。對于柴油機來說，憑借其動力性強，耗油率低以及其經(jīng)濟性好等優(yōu)勢，在中重型車輛中得到了廣泛的應用，而其所帶來的環(huán)境污染問題卻越來越嚴重。在我國，雖然重型柴油車占機動車總量的15%左右，但其氮氧化物和碳煙粒子排放量卻占到了機動車總排放量的60%以上。由此可見，柴油機所帶來的環(huán)境問題迫在眉睫，亟需盡早解決。

為了減少柴油機尾氣對空氣的污染，對柴油機設置相應的處理系統(tǒng)是必不可少的。從經(jīng)濟與環(huán)境的角度考慮，能夠得到廣泛推廣的尾氣處理系統(tǒng)應該具備結(jié)構(gòu)簡單，操作可靠，且能有效的解決汽車尾氣污染問題的特點，同時系統(tǒng)成本要相對經(jīng)濟并且使用壽命長。

2 試驗過程與方法

在經(jīng)過文獻搜集整理以及實驗準備后，我們擬采用在發(fā)動機燃燒過程中進行堿性燃燒處理的方法，來尋求柴油機排放的氮氧化物含量降低的技術。

所謂堿性燃燒，即通過伺服器將合適的堿性溶液霧化，并以適當?shù)谋壤c空氣融合，使進入到發(fā)動機內(nèi)的空氣含有一定堿性，從而在燃燒過程促進氣體的燃燒效率。在傳統(tǒng)燃燒方式下，經(jīng)常會發(fā)生因為燃料燃燒不充分而導致燃料剩余造成浪費，并且產(chǎn)生大量的污染氣體的問題，主要包括二氧化碳以及氮氧化合物。通過采用堿性燃燒技術，將合適的堿性溶液氣溶膠與空氣混合，可以促進混合氣體的燃燒，提高燃燒的效率，探討是否會減少燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物和顆粒物的含量。

為了驗證設想，我們進行相關實驗。實驗主要目的有二

1）通過對比試驗數(shù)據(jù)，研究堿性燃燒的節(jié)能減排效果，即尾氣中CO2、O2、NO濃度的變化規(guī)律。

2）預測堿性燃燒的最佳環(huán)境和如何控制堿性燃燒效果。

實驗采用柴油機動車，清潔燃燒伺服器，德圖煙氣測試儀，轉(zhuǎn)速儀（負荷測試）作為實驗設備。裝置簡圖如圖1所示。

圖1 車用柴油發(fā)動機尾氣排放測試

實驗時，將實驗用柴油機動車停在實驗場地，啟動發(fā)動機并保持怠速狀態(tài)20分鐘，然后在發(fā)動機怠速的狀態(tài)下，分別進行普通空氣燃燒，加入堿性A液燃燒和加入B液燃燒。選定在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1000r/min時，測定各種性質(zhì)的空氣對發(fā)動機尾氣排放的影響，并做對比，具體步驟如下：

1）預熱伺服器十分鐘

2）開啟堿性燃燒氣體發(fā)生裝置，采用堿性溶液A，并使發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)十分鐘

3）開啟堿性燃燒氣體發(fā)生裝置，采用堿性溶液B，并使發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)十分鐘

4）關閉伺服器，在不加任何助劑的情況下怠速運轉(zhuǎn)十分鐘。

3 排放氣體數(shù)據(jù)繪圖與分析

通過實驗，我們得出NO、O2、CO2、排放數(shù)據(jù)，并繪制成圖2、圖3、圖4。

圖2 怠速工況下，不同空氣介質(zhì)對排放NO的影響

圖3 怠速工況下，不同空氣介質(zhì)對排放O2的影響

圖4 怠速工況下，不同空氣介質(zhì)對排放CO2的影響

通過實驗數(shù)據(jù)可以看出，在有堿性溶液介入的條件下，會對柴油發(fā)動機燃燒效率及尾氣排放污染物均有一定影響，對于不同性質(zhì)的堿性介質(zhì)來說，燃燒效果的影響也是不同的。在本試驗中，圖2 反映出怠速工況下，采用的A、B液對于氮氧化物的排放均有一定的降低效果。圖3 反映出怠速工況下，采用的A、B液對對排放O2的排放含量也有所下降，說明發(fā)動機缸內(nèi)燃燒更完全，燃油經(jīng)濟性有所提升。但是，在堿性空氣介質(zhì)參與下，發(fā)動機缸內(nèi)燃燒二氧化碳的排放量有所增加，如圖4所示。

結(jié)束語

環(huán)境問題是現(xiàn)在社會的一大重點問題，由空氣污染帶來的城市的霧霾問題也是現(xiàn)在社會廣泛討論的一大熱點。作為大氣污染中的一大重要組成部分，汽車尾氣的排放物也應該引起我們足夠的重視。我們可以發(fā)現(xiàn)堿性燃燒在改善發(fā)動機尾氣方面有著很明顯的效用。堿性燃燒作為一種較為經(jīng)濟實惠且收效明顯的手段，在經(jīng)過不斷的實踐與完善后，可以作為柴油機尾氣處理的推廣手段，從而在保證柴油發(fā)動機的經(jīng)濟與實用性的同時，可以減輕柴油發(fā)動機所帶來的環(huán)境污染問題。（1）通過堿性燃燒，在一定程度上降低柴油發(fā)動機尾氣中氮氧化物的排放量。（2）堿性燃燒技術可以適當?shù)馗纳撇裼桶l(fā)動機缸內(nèi)氣體的燃燒，使燃燒更充分。（3）不同性質(zhì)的堿性介質(zhì)，對于柴油發(fā)動機的燃燒效果的影響也是不同的。（4）堿性燃燒技術在促進燃燒的同時，會導致二氧化碳的排放量增加。

參考文獻

[1]趙琪睜.堿性燃燒應用實例研究.中國環(huán)境科學學會學術年會論文集[C]（2013）.

[2]巴興強.堿性空氣介質(zhì)參與缸內(nèi)燃燒對農(nóng)用車發(fā)動機排放的影響[J]. 農(nóng)業(yè)科技，0517-6611（2014）18-06068-03.