论文摘要
雾霾天气等严重污染事件的出现推动了与柴油机颗粒物排放控制相关研究成为内燃机领域的研究热点。本文针对燃用普通柴油（DF）、生物柴油（BD）和煤间接液化合成柴油（CTL）等不同成分特性燃料所生成柴油机颗粒物的表面官能团组成、氧化活性及其与燃料成分和发动机工况的内在联系进行了系统、深入的研究，研究结果将为柴油机排放颗粒物的生成机理及控制技术研究提供有益的理论参考。本文主要研究内容及结果如下：1、采用FT-IR分析了三种燃油及不同工况下排气颗粒物表面脂肪族碳氢官能团的相对含量，结果表明：负荷升高时脂肪族官能团的相对含量逐渐减少，而提高转速使颗粒物表面脂肪族官能团的相对含量先下降后升高。燃用BD柴油所生成颗粒物的脂肪族官能团相对含量最高，而燃用CTL柴油所生成颗粒物的脂肪族官能团相对含量较少。2、采用XPS对柴油机排气颗粒物的表面含氧官能团进行了分析，结果表明：本文所取得微粒的主要组成元素为碳和氧；燃用BD柴油所生成微粒的O/C比达到0.081-0.145，高于其它两种微粒的O/C比。三种碳烟微粒O/C比随工况的变化规律相似；随负荷增加，三种微粒的O/C比均逐渐下降；随转速增加，三种微粒的O/C比均先减小后略有升高；此外，与转速相比，负荷对O/C比的影响更大。对羟基官能团和羰基官能团含量的分析结果表明：微粒表面的氧元素和碳元素主要以羟基官能团结合，而表面羰基官能团相对较少。随负荷增加，三种微粒的羟基官能团含量均逐渐降低；而随转速增加，三种微粒的羟基官能团含量先减少后增加，且变化幅度较小。燃料差异对羟基官能团含量的影响较大，BD柴油所生成微粒的表面羟基官能团含量最高，而CTL柴油所生成微粒中的羟基官能团含量最少。3、通过热重分析发现，三种燃料燃烧所产生微粒的起始和燃尽温度位于394-622.5℃之间，表观活化能位于138.1-172.5kJ/mol之间。随负荷增加，三种微粒氧化反应的表观活化能均逐渐升高；随转速升高，表观活化能先升高后下降。三种燃料燃烧所产生微粒氧化活性的大小顺序为：BD>DF>CTL。此外，燃油中芳香烃、含氧成分等的含量直接影响碳烟微粒的表面官能团含量，并进而影响微粒的氧化活性。其中，脂肪族官能团与羟基官能团与碳烟微粒氧化活性联系较紧密，羰基官能团的影响较小。