强电离放电强化内燃机燃烧及尾气治理研究
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摘要
本文结合国家自然科学基金重点资助项目“高气压下强电场电离气体的方法及其应用研究”以及交通部项目“超临界电场放电强化内燃机燃烧与改善尾气污染研究”，在常温常压下利用强电离放电非平衡等离子的方法进行了内燃机的强化燃烧以及NOx治理研究。同时以治理NOx为主要研究对象，采用强电离放电的方法在等离子体反应器内形成强电场，电子被强电场激励获得了能量，被加速了的电子与内燃机尾气发生弹性碰撞，NO和NO_2等气体分子发生电离、分解等化学反应后被还原成无害N_2和O_2等气体。
利用强电离放电技术对4120-SG型柴油机的进机空气进行预处理，产生大量的OH~-、HO_2~+、HO_2~-以及O_2~+、O_2~-、O_3等高活性粒子，参与燃烧过程的组织，形成了燃烧的活化中心、加速滞燃期间雾化燃油的裂变反应，从而降低燃油燃烧所需要的活化能，进而降低滞燃时间，使柴油机工作平稳，达到了强化燃烧的目的。根据负载的不同，节油率在0.9％到2.5％之间，尾气排放指标也得到一定程度的改善。
在常温常压条件下，通过控制强电离放电的有关参数(E/n、Te)控制了等离子体化学反应，实现了脱除模拟气体和内燃机尾气中的NOx，为治理内燃机尾气中的氮氧化物提供一种绿色的新方法。电场强度、停留时间、处理量、氧气含量、NOx初始浓度、湿度等对NOx脱除均有不同程度的影响，可以通过控制相关参数釆优化NOx脱除率。在模拟气体实验中NOx脱除率达到92％，在实际内燃机实验中NOx脱除率达到49％。
The pollution of atmosphere has becoming more and more serious, the exhaust is one main reason to this problem, NOx can form photochemistry and acid rain. This paper is aim to reduce NOx and to strengthen combustion of engine by strong discharge at normal pressure, which is based on "the study on strengthening combustion of engine and reduction of exhaust gas with ion discharge" and "the method and application of ionizing gas with strong electric field ".
Strong electric field can be formed in the plasma reactor with strong discharge. Electrons become non-equilibrium when they get energy in the field, after exciting , ionizing and decomposing the molecules of NO and NO2 are reduced.
Excited the air in the engine entry by strong discharge technologies, there will be produced much high active particle such as OH- ,HO2 ,HO2 ,O2+,O2 and O3, and these high active particle can abbreviate the ignition delay, so by this way, the combustion can been strengthened and become more placid. The fuel consume can been depressed 0.9% to 2.5% to the changed load.
The concentration of O2, the concentration of NOx, the flow of exhaust gas, the content of H2O are effected by reduced electric field, when the original concentration is fixed, the concentration of NOx has effect on the ratio of NOx-deduce. By adjusting the parameter of dielectric barrier discharge, such as E/n and Te , reduction rate of NOx can be controlled.
利用强电离放电技术对4120-SG型柴油机的进机空气进行预处理，产生大量的OH~-、HO_2~+、HO_2~-以及O_2~+、O_2~-、O_3等高活性粒子，参与燃烧过程的组织，形成了燃烧的活化中心、加速滞燃期间雾化燃油的裂变反应，从而降低燃油燃烧所需要的活化能，进而降低滞燃时间，使柴油机工作平稳，达到了强化燃烧的目的。根据负载的不同，节油率在0.9％到2.5％之间，尾气排放指标也得到一定程度的改善。
在常温常压条件下，通过控制强电离放电的有关参数(E/n、Te)控制了等离子体化学反应，实现了脱除模拟气体和内燃机尾气中的NOx，为治理内燃机尾气中的氮氧化物提供一种绿色的新方法。电场强度、停留时间、处理量、氧气含量、NOx初始浓度、湿度等对NOx脱除均有不同程度的影响，可以通过控制相关参数釆优化NOx脱除率。在模拟气体实验中NOx脱除率达到92％，在实际内燃机实验中NOx脱除率达到49％。
The pollution of atmosphere has becoming more and more serious, the exhaust is one main reason to this problem, NOx can form photochemistry and acid rain. This paper is aim to reduce NOx and to strengthen combustion of engine by strong discharge at normal pressure, which is based on "the study on strengthening combustion of engine and reduction of exhaust gas with ion discharge" and "the method and application of ionizing gas with strong electric field ".
Strong electric field can be formed in the plasma reactor with strong discharge. Electrons become non-equilibrium when they get energy in the field, after exciting , ionizing and decomposing the molecules of NO and NO2 are reduced.
Excited the air in the engine entry by strong discharge technologies, there will be produced much high active particle such as OH- ,HO2 ,HO2 ,O2+,O2 and O3, and these high active particle can abbreviate the ignition delay, so by this way, the combustion can been strengthened and become more placid. The fuel consume can been depressed 0.9% to 2.5% to the changed load.
The concentration of O2, the concentration of NOx, the flow of exhaust gas, the content of H2O are effected by reduced electric field, when the original concentration is fixed, the concentration of NOx has effect on the ratio of NOx-deduce. By adjusting the parameter of dielectric barrier discharge, such as E/n and Te , reduction rate of NOx can be controlled.
引文
[1] 蒋德明，内燃机燃烧与排放学，西安：西安交通大学出版社，2001，7
[2] 张忠进，刘馔俊，柴油机燃烧研究的进展，东北电力学院学报，1994年9月，第14卷第3期，p6-p11
[3] Burr R, Troth K A., Penetration and Vaporization of Diesel Fuel Sprays. In Proc Instn Mech Engrs, 1969, 184: 147-170
[4] 南利贵(日)，使用高压喷射来改善排放及燃烧的技术，《柴油机设计与制造》，1995年第2期
[5] 冒晓建，肖文雍，徐美玲，卓斌，常规燃油喷射系统管路动态特性的应用研究，柴油机，2001年第2期，p10-p13
[6] 赵民，葛贤康，何沛深，车用柴油机燃烧系统节能优化试验，上海工程技术大学学报，第10卷第1期，1996年3月，9-13
[7] 曲贵龙，安云波，王大鹏，浅谈影响柴油机燃烧过程的主要因素，重型汽车，1998(3)总46
[8] 吴志军，孙志军，李君，四气门柴油机进气道流动特性的试验研究，《吉林工业大学自然科学学报》学术榜，1999，29(1)：7～13
[9] 苏成玲，柴油机燃烧过程相关性分析，《内燃机》，2000年第五期，page45-46
[10] 李维，周龙保，董英武 提高化学计量比汽油机的燃油经济性及降低排放的研究，内燃机学报，第19卷(2001)第2期，p143-p147
[11] 吴建，杜发荣，钱程，燃烧室结构形状对柴油机经济型和排放的影响，《洛阳工学院学报》，第十五卷第二期，1994年6月
[12] 丁河清，柴油机燃烧室形状对排放特性的影响，《船海工程》，2002年第一期(总第144期)
[13] 林金田，陈景锋，船用柴油机有害排放控制技术，集美大学学报，2000年12月第5第4期
[14] 白希尧，张芝涛，白敏冬等，高气压强电离放电等离子体学科形成及应用展望，自然杂志，2000，22(3)：156～160
[15] 江彦桥，船舶大功率柴油机NO_x排放控制技术的比较研究，交通环保，第20卷第1期，1999年2月
[16] 李娜，张强，房克信，李国祥，EGR在柴油机中研究应用，车用发动机，2002年4月，第2期(总138期)
[17] 廖世勇，蒋德明，柴油机排气后处理技术的研究进展及存在的问题，内燃机2003年第3期p3-p6
[18] 李英实，陈宏德，负载型汽车尾气催化剂简介，环境科学进展，Vol．7，No．3 Jun．，1999，52-54
[19] 魏伟，史庆南，魏坤霞，汽车尾气三元净化催化剂的研究新进展，贵金属，2002年6月23卷第2期
[20] 朱天乐，王建昕，傅立新，郝吉明，柴油机排气后处理技术，2002年12月．第6期(总第142期)
[21] 姚雨，郭占成，赵团，烟气脱硫脱硝技术的现状与发展，钢铁，2003年1月，第38卷第1期
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