低温等离子体对生物柴油发动机颗粒物排放的影响

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1、低温等离子体对生物柴油发动机颗粒物排放的影响低温等离子体对生物柴油发动机颗粒物排放的影响*蔡忆昔，王攀，李小华，王军，王静*本文是国家自然科学基金资助项目（项目编号：50776041）。【作者简介】蔡忆昔（1957－），男，教授，博士生导师；研究方向：发动机工作过程及排放控制。王攀（1981－），男，博士研究生；研究方向：发动机工作过程及排放控制。E-mail:wangpan176@163.com.（江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013）摘要：根据介质阻挡放电理论，设计出低温等离子体发生器，通过台架试验研究了低温等离子体对生物柴油颗粒排放的作用规

2、律，并与0＃柴油相比较。运用扫描电镜和X射线能谱仪对柴油机排气中收集的颗粒物样品进行检测和分析，研究结果表明：生物柴油含氧量较高，因而燃烧生成的颗粒物中碳烟成分较少，并且颗粒粒径也较小；元素分析结果表明：两个样品的差别在于0#柴油颗粒物样品中检测到硫，而生物柴油的颗粒样品中未检测到硫成分存在。低温等离子体技术受燃料中硫的影响较小，是一项有前途的柴油机排气后处理技术。关键词：介质阻挡放电；低温等离子体；生物柴油；台架试验52低温等离子体对生物柴油发动机颗粒物排放的影响1.概述近年来，随着中国对能源战略问题和环保问题的重视，对石油的替代品—生物柴油的研究成为热点

3、。生物柴油一般是指从植物油或动物脂肪转化成的长链脂肪酸脂。美国材料试验学会（ASTM）将生物柴油定义为由动物脂肪或植物油类可再生油脂得到的长链脂肪酸的单烷基酯[1]，主要用于柴油发动机。目前，柴油机排放研究的主要工作是在尽量少地影响燃油经济性和动力性的前提下，有效降低NOx和PM排放，以满足日益严格的排放法规要求。利用低温等离子体（NTP）处理柴油机排放物是90年代后期兴起的一项新技术，该技术具有处理效果好、使用范围广、能同时处理多种污染物、无二次污染等优点，将NTP技术应用于柴油机排气净化，是柴油机排气后处理技术领域的一种新概念，发展前景广阔[2,3]。为

4、此，本文基于发动机台架试验，采用JXA-84A扫描电子显微分析仪和PHOEN-TX60S-X射线能谱仪，研究低温等离子体技术对生物柴油发动机颗粒物排放的影响规律。2.NTP转化柴油机有害排放模型2.1生物柴油燃料成分分析本文根据介质阻挡放电理论设计出NTP发生器，在台架试验基础上对生物柴油和0#柴油的排放特性进行比较研究。采用美国安捷伦（Agilent）公司6890GC/5973NMSD气相色谱/质谱联用仪检测出生物柴油样品的主要成分为棕榈酸甲脂、油酸甲脂和亚油酸甲脂，色谱图如图1所示。图1生物柴油的气相色谱图2.2低温等离子体转化模型52低温等离子体对生物

5、柴油发动机颗粒物排放的影响低温等离子体中含有大量的高能电子、激发态粒子以及强氧化性的自由基体（OH、HO2），柴油机排气通过等离子气相区时，颗粒与强氧化性的活性粒子会发生一系列的物理和化学反应，转化生成CO和CO2。目前，国际上比较公认的NTP转化柴油机排气的技术路线为：C+2OCO2（1）C+4OHCO2+2H2O（2）3C+4HO3CO+2HO3）3C+2O3CO（4）3.台架试验及结果分析3.1试验方案图2台架试验系统图图3低温等离子体发生器结构试验选用发动机型号是CF186F柴油机。NTP发生器结构参数：放电间隙为3mm，介质层厚度为3mm；NTP发

6、生器稳定工作参数：输入功率为360W，工作电压为18777V，放电频率为12KHz，台架试验系统如图2所示。NTP反应器采用的是管状（蜂窝型）放电管设计，在电极间插有绝缘介质－石英，以保证放电区域的均匀性和稳定性[2,4,6]，其结构如图3所示。这种结构具有起晕电压低和击穿电压高的优点，放电稳定，抗震性比较好，并且可以长时间稳定工作。3.2试验结果分析生物柴油和0#柴油的燃油消耗率比较如图4所示，试验结果表明燃用生物柴油时，燃油消耗率有所上升，主要是由于生物柴油油脂分子较大（约为石化柴油的4倍），粘度较高，在发动机内不易雾化，与空气混合效果差[7]。图4生物

7、柴油和0#柴油燃油消耗率比较本文采用JXA-84A扫描电子显微分析仪和PHOEN-TX60S-X射线能谱仪对燃用生物柴油和0#柴油的发动机排放中收集到的颗粒物样品进行分析。扫描电镜分析前需作相应的喷金处理。图5和图6分别为NTP处理生物柴油和0#柴油燃烧前后，颗粒物样品10000倍的表面形貌图。由图5可以看到NTP作用前，0#柴油燃烧产生的颗粒物粒径较大，排列疏松又粘结在一起；NTP作用后，颗粒物粒径变小，粘结程度有所降低，主要原因是等离子体中强氧化性的活性粒子和自由基体（OH，O，HO2）52低温等离子体对生物柴油发动机颗粒物排放的影响等物质与颗粒物和HC

8、发生了一系列的氧化化学反应，将之转化为无害成分，降低