堿性介質參與缸內燃燒對排放影響的實驗研究

張麗莉，巴興強*，趙琪琤，金趁心

(1東北林業大學 交通學院，哈爾濱 150040；2哈爾濱市環境監測中心站 150056 哈爾濱)

堿性介質參與缸內燃燒對排放影響的實驗研究

張麗莉1，巴興強1*，趙琪琤2，金趁心1

(1東北林業大學 交通學院，哈爾濱 150040；2哈爾濱市環境監測中心站 150056 哈爾濱)

為有效地減少發動機尾氣排放對環境的污染，提出一種堿性空氣介質參與缸內燃燒技術。即在汽車發動機的進氣通道上，利用一種超聲波霧化的發生裝置，將特定濃度的堿性溶液霧化成堿性的空氣氣溶膠，從而將空氣改性為具有一定堿性性質摩爾比的氣體，并由進氣門進入氣缸內部參與發動機燃燒。并以柴油機發動機為對象，分析其在一般條件下和堿性空氣介質參與發動機缸內燃燒條件下發動機排放污染物的參數值，并進行對比實驗，實驗結果表明，堿性空氣介質參與缸內燃燒可以有效降低污染物的排放值，從而在缸內燃燒環節就有效地減少了污染物的排放，具有一定的應用價值。

堿性空氣介質；排放；汽車；柴油機

0 引言

近年來，我國部分城市空氣灰霾、酸雨等區域性大氣污染問題越來越嚴重，這些問題的產生與車輛尾氣排放密切相關，因此，機動車尾氣污染治理成為最緊迫的問題之一[1-2]。目前，國內外對汽車排放的控制主要采用兩類方法：第一類是政府通過制定嚴格的汽車排放法規，促使汽車企業生產出的汽車滿足低污染物排放的要求；第二類是汽車企業想方設法通過優化發動機的工作過程，提高燃燒效率，改進燃油品質，從而降低發動機的污染排放，包括采用尾氣凈化技術，清潔燃料動力系統等等[3-5]。

根據燃燒熱力學理論，堿性空氣介質參與汽車 發動機缸內燃燒屬于一種特殊的催化燃燒，其機理與傳統催化基本相同[6-7]。一般情況下，催化燃燒所用的催化劑為具有大比表面的貴金屬和金屬氧化物等物質。在一個化學反應過程中，加入催化劑并不能改變原有的反應平衡，所改變的僅是化學反應速度。而在反應前后，催化劑本身的性質并不發生變化，在催化燃燒過程中，催化劑與高鍵能反應物和低鍵能產物均開成不同穩定程度的過渡態，使反應物的隨機碰撞被“吸引”在催化劑表面上，變成有序碰撞，從而提高有效碰撞次數。在催化劑的配位電子參與下，依據能量最小原則，產生低鍵能的產物，同時放出熱量[8-11]。

堿性燃燒就是在燃燒反應中加入堿性金屬氧化物和水一樣發揮催化作用，由于堿性金屬氧化物的路易斯堿性大，配位性強，催化效果大幅提高[12]。換言之，傳統燃燒是碳酸為過渡態的催化燃燒，而堿性燃燒((如果用鈉堿催化))則是碳酸鈉為過渡態的催化燃燒。碳酸與碳酸鈉的化學性質差距頗大。因此說，堿性燃燒與傳統燃燒相比在化學熱力學上有巨大的改變[13-15]。

本文將一種堿性空氣介質加入到發動機的缸內，即在汽車發動機的進氣通道上，利用一種超聲波霧化發生裝置，將特定濃度的堿性溶液霧化成堿性的空氣溶膠，從而將空氣改性為具有一定堿性性質摩爾比的氣體，并由進氣門進入氣缸內部參與發動機燃燒。并研究在加入堿性空氣介質與不加入堿性空氣介質條件下，對發動機排放性能的影響，從而為尋求其內部機理提供理論和實驗支撐。

1 堿性空氣介質參與柴油機缸內燃燒的排放實驗及其對比分析

本次實驗選用配比好的堿性溶液、廂式小貨車，不透光煙度計、自動煙塵測試儀以及TESTO 335煙氣分析儀等實驗設備。柴油機缸內燃燒的排放實驗分為兩部分：一部分是在不加入堿性空氣介質的情況下的排放實驗；另部分是在加入堿性空氣介質時的排放實驗，然后綜合分析在這兩種燃燒狀態下，對柴油發動機部分排放性能的影響。

1.1 不加入堿性空氣介質情況下排放實驗

本次實驗時間在下午13點到下午17點，每隔3 min測試一次，測試環境溫度30℃左右。利用不透光煙度計、自動煙塵測試儀、TESTO 335煙氣分析儀的取樣探頭放進排煙管道處來測試柴油機排煙管道的污染物，進行記錄分析。實驗共測試100組，測試內容包括不透光度N的百分含量，光吸收系數K，排煙管道處的氧氣(O2)的百分含量，一氧化氮(NO)含量，環境溫度以及排煙管道處的煙溫度。經過實驗測試所得部分數據及其平均值見表1。

1.2 堿性空氣介質參與燃燒條件下排放實驗

在堿性空氣介質參與燃燒條件下的實驗中，實驗共測試100組，測試內容仍為不透光度N的百分含量，光吸收系數K，排煙管道處的氧氣(O2)的百分含量，一氧化氮(NO)含量，環境溫度以及排煙管道處的煙溫度。經過實驗測得排煙管道處的部分數據值見表2。

表1 不加入堿性空氣介質情況下測得柴油發動機排煙管道處的部分數據

注：N為不透光度，K為光吸收系數

表2 堿性液燃燒條件下，柴油車排煙管道處的部分排放數據

注：N為不透光度，K為光吸收系數

1.3 實驗結果對比分析

由于不透光度(N)就是阻止光從光源通過充滿煙的暗通道到達觀察者或者光接收器的傳輸衰減百分率[16]。不透光度數值越大就說明阻止光從光源通過充滿煙的暗通道到達觀察者或者光接收器的傳輸衰減百分率就越大，即煙度較大；不透光度數值越小，就說明阻止光從光源通過充滿煙的暗通道到達觀察者或者光接收器的傳輸衰減百分率就越小，即煙度較小。因此，在堿性溶液燃燒條件下測得的不透光度N的數值比在無堿性條件下的燃燒測得的數值小，即堿性容易更有助于減少柴油車排放的污染物濃度。

由于光吸收系數(K)是表征物質對光的吸收的能力的參數[17-18]。光吸收系數越大，說明物質對光的吸收能力越強，即物質的含量越大。相反，光吸收系數越小，說明物質對光的吸收能力越小，即物質的含量越小。由表1和表2可知，在堿性溶液參與發動機缸內燃燒的條件下，測得的光吸收系數K的數值比在無堿性條件下的燃燒測得的數值小，說明在堿性溶液條件下燃燒，測得排放的顆粒物比無堿性條件下燃燒排放少，即堿性溶液參與柴油車缸內燃燒更有助于減少柴油車排放的污染物濃度。

在堿性溶液參與柴油車缸內燃燒時，測得的排氣管道處的O2百分含量有所增加，即堿性溶液參與缸內燃燒的條件下排放的O2濃度有所增加。

在堿性溶液參與柴油車發動機缸內燃燒時，排煙管道處的NO比無堿性條件情況下減少，即堿性溶液能夠明顯降低NO的排放。

2 結論

堿性溶液參與發動機缸內燃燒的條件下，柴油車排煙管道處的污染物數值都有不同程度的改善，可以得出堿性空氣介質參與缸內燃燒在一定程度上減少汽車發動機有害氣體排放量。然而，如何通過控制堿性溶液的濃度，從而對發動機污染物排放污染物等參數進行調節，還有待于進一步的實驗研究。

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Experimental Study on the Effect of Alkalinity Air Medium participating in Cylinder Combustion on Exhaust Gas Emission of Automobile

Zhang Lili1，Ba Xingqiang1*，Zhao Qizheng2，Jin Chenxin1

(1 Department of Transportation，Northeast Forestry University，Harbin 150040； 2 Harbin Environmental Monitoring Center Station，Harbin 150040)

In order to reduce exhaust gas emission of automobile，alkalinity air medium participating in cylinder combustion technique was put forward in this paper.The proposed technique used an ultrasonic atomization device in the inlet channel of automobile engine to change specific concentration of alkaline solution into alkaline air aerosols and then to have a certain air turn into the gas of alkaline nature mole ratio.The alkaline gas was going to participate in the combustion change the finally from the intake valve.Taking diesel engine as the object，the parameter values of the engine emissions were analyzed under the general condition and that of alkaline air medium participating the combustion in the engine cylinder.The comparative experiment was conducted.The experimental results showed that the alkaline medium air in the combustion in cylinder can effectively reduce the emissions of pollutants value，thus the combustion in cylinder link will effectively reduce the pollutant emissions，and has a certain application value.

alkalinity air medium，emission，automobile，diesel engine

2016-10-23

哈爾濱市科技局科技創新人才專項資金項目(2015RQQXJ074)；黑龍江省自然科學基金(E2016001)；黑龍江省教育廳科學技術研究項目(12543007)

張麗莉，博士，副教授。研究方向：智能決策方法技術、汽車故障診斷及檢測理論。

*通信作者：巴興強，博士，副教授。研究方向：汽車燃燒技術、智能交通技術。E-mail：bxq1218@sina.com

張麗莉，巴興強，趙琪琤，等.堿性介質參與缸內燃燒對排放影響的實驗研究[J].森林工程，2017，33(2)：73-75.

U 664

A

1001-005X(2017)02-0073-03