活性炭對(duì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放煙度的吸附行為分析

姚衛(wèi)華++彭樟林++陳孟

摘要：根據(jù)不同活性炭氣體通透性和塵埃吸附性，選用果殼活性炭、椰殼活性炭、木質(zhì)活性炭，分析其對(duì)自然吸式車(chē)用直噴壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)TY2100IT的排氣煙度吸附行為。結(jié)果表明，活性炭對(duì)排放煙度具有明顯的吸附效果，但從吸附效果和經(jīng)濟(jì)性雙重角度考慮，果殼活性炭為3種活性炭之最佳，可作為吸附材料之首選，且用量在200 g左右最理想。

關(guān)鍵詞：壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)；排放煙度；活性炭；吸附行為

中圖分類(lèi)號(hào)：U464；X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）10-1857-02

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.10.014

Analysis on the Adsorption Behavior of Activated Carbon to the Smoke of Compression Ignition Engine

YAO Wei-hua1， PENG Zhang-lin2， CHEN Meng2

（1.Jiangxi Vocational College of Agricultural Engineering，Zhangshu 331200，Jiangxi，China；

2.Jiyang College，Zhejiang Agriculture and Forestry University，Zhuji 311800，Zhejiang，China）

Abstract： According to the gas permeability and dust absorption of different activated carbon， this experiment selected cashew nut shell activated carbon， coconut shell activated carbon， wood activated carbon， exhaust smoke adsorption behavior of the natural suction vehicle direct injection compression ignition engine TY2100IT was investigated. Results showed that the adsorption effect of activated carbon on the emission of smoke was obvious， but out of consideration for the adsorption effect and economy of double angle， cashew nut shell activated the best adsorption effect of three kinds of active carbon， as the adsorption material of preferred， and the amount in about 200 g was ideal.

Key words： compression ignition engine； discharge smoke； activated carbon； adsorption behavior

與同等功率的裝配點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)由于形成混合氣和燃燒的特點(diǎn)，其煙度微粒的排放為裝配點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的30～50倍[1]，因此減排壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車(chē)尾氣中的煙度具有十分重要的意義。而活性炭具有微晶結(jié)構(gòu)，微晶排列完全不規(guī)則，晶體中有微孔、過(guò)渡孔、大孔，且?guī)缀?5%以上的表面積都在微孔，微孔是決定活性炭吸附性能高低的重要因素，并且活性炭具有高的比表面積和外表面積，比表面積一般都在1 000 m2/g以上。獨(dú)特而又豐富的微孔直接分布于固體表面，使吸附質(zhì)分子不需穿過(guò)大孔、過(guò)渡而直接到達(dá)微孔的吸附部位，縮短了吸附行程，吸附速率很快，大量微孔得到充分利用，效率較高，是一種良好的吸附劑[2]。而且活性炭的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，吸附所需能量小，可以循環(huán)再生。

1 材料與方法

1.1 材料

選用果殼活性炭、椰殼活性炭、木質(zhì)活性炭3種為吸附材料。壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃油為0#柴油。

儀器裝備：NHT-1不透光度計(jì)、壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)（TY2100IT型）、自制發(fā)動(dòng)機(jī)微粒捕集器。

1.2 方法

根據(jù)GB3847-2005《車(chē)用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)排氣煙度排放限值及測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，即要求標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后的經(jīng)型式核準(zhǔn)批準(zhǔn)生產(chǎn)的在用車(chē)，應(yīng)按自由加速-不透光煙度法的要求進(jìn)行試驗(yàn)，每種活性炭的用量為0～800 g，每次試驗(yàn)的階梯量為200 g，共5次試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 果殼活性炭對(duì)排放煙度的吸附行為

果殼活性炭對(duì)排放煙度的吸附行為見(jiàn)圖1。由圖1可知，在用量小于200 g時(shí)隨著用量增加煙度排放急速降低，在用量大于200 g時(shí)趨于平穩(wěn)并伴隨少許向上波動(dòng)，即用量在200 g左右時(shí)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，且光吸收系數(shù)（K）值最低，為2.0 m-1左右。表明果殼活性炭對(duì)排放煙度減排起著一定作用，使排放煙度降低60%，且在200 g時(shí)效果較明顯。

2.2 椰殼活性炭對(duì)排放煙度的吸附行為

椰殼活性炭對(duì)排放煙度的吸附行為見(jiàn)圖2。由圖2可知，在用量小于200 g時(shí)隨著用量增加使煙度排放急速降低，在用量大于200 g時(shí)趨于平穩(wěn)，即用量在200 g左右時(shí)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，且光吸收系數(shù)（K）值最低，為2.7 m-1左右。表明椰殼活性炭對(duì)排放煙度減排有一定作用，使排放煙度降低46%，且在用量大于200 g時(shí)效果比較顯著。椰殼活性炭對(duì)排放煙度的吸附行為規(guī)律與果殼活性炭類(lèi)似，但吸附能力較果殼活性炭稍差。

2.3 木質(zhì)活性炭對(duì)排放煙度的吸附行為

木質(zhì)活性炭對(duì)排放煙度的吸附行為見(jiàn)圖3。由圖3可知，木質(zhì)活性炭隨著用量增加煙度排放逐漸降低，且沒(méi)有出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，在800 g用量時(shí)光吸收系數(shù)（K）值最低，為2.4 m-1左右。表明木質(zhì)活性炭對(duì)排放煙度減排有一定作用，使排放煙度降低52%，但當(dāng)用量為800 g時(shí)效果才比較明顯。

2.4 3種活性炭對(duì)排放煙度吸附行為的比較

3種活性炭對(duì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放煙度的吸附行為對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知，3種不同的活性炭對(duì)于排放煙度的吸附效果也不同，用量從0～800 g每200 g階梯增加時(shí)，果殼活性炭、椰殼活性炭對(duì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放煙度的吸附行為強(qiáng)于木質(zhì)活性炭，且在200 g左右用量時(shí)效果較明顯，其中果殼活性炭的吸附行為相對(duì)來(lái)說(shuō)更強(qiáng)于椰殼活性炭，且相對(duì)木質(zhì)活性炭經(jīng)濟(jì)性更為突出。

3 小結(jié)與討論

根據(jù)活性炭對(duì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排放煙度吸附行為的試驗(yàn)分析，可知活性炭對(duì)排放煙度具有明顯的吸附效果，結(jié)果符合活性炭的較強(qiáng)吸附機(jī)理，但從吸附效果和經(jīng)濟(jì)性雙重角度考慮，果殼活性炭為3種活性炭之最佳，可作為吸附材料之首選，且用量在200 g左右最理想。

試驗(yàn)結(jié)果中的個(gè)別回升現(xiàn)象可能因?yàn)椴僮鞑划?dāng)，導(dǎo)致柴油燃燒不完全，從而排放煙度增加；也可能由于活性炭沒(méi)有均勻分布在微粒捕集器當(dāng)中，排放煙度沒(méi)有與活性炭充分接觸而未被吸附。

活性炭臨界吸附的溫度為45～50 ℃，在溫度比臨界吸附的溫度低時(shí)活性炭所具有的吸附效力下降[3]，而一般來(lái)說(shuō)柴油機(jī)的排氣溫度在500 ℃以下[4]，故使用活性炭作為吸附材料可行。

活性炭的活性會(huì)隨著工作時(shí)間的增加而下降，最后會(huì)達(dá)到一定的平衡狀態(tài)[5]，在過(guò)濾過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致排氣背壓升高，致使發(fā)動(dòng)機(jī)性能開(kāi)始惡化[1，6]。因此必須定期除去顆粒，使活性炭恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)，故活性炭的連續(xù)再生是必要的。

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