CN112065548A - 一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法 - Google Patents

一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112065548A
CN112065548A CN202010964424.5A CN202010964424A CN112065548A CN 112065548 A CN112065548 A CN 112065548A CN 202010964424 A CN202010964424 A CN 202010964424A CN 112065548 A CN112065548 A CN 112065548A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aromatic hydrocarbon
threshold value
nano
exhaust gas
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202010964424.5A
Other languages
English (en)
Inventor
李铭迪
许广举
赵洋
徐逸舟
王巍
李友势
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changshu Institute of Technology
Original Assignee
Changshu Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changshu Institute of Technology filed Critical Changshu Institute of Technology
Priority to CN202010964424.5A priority Critical patent/CN112065548A/zh
Publication of CN112065548A publication Critical patent/CN112065548A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0093—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are of the same type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/01—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust by means of electric or electrostatic separators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0821—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0835—Hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

本发明公开了一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法，步骤一、通过缸内实时压力P随曲轴转角
Figure DDA0002681713230000011
的变化曲线及缸内实时温度T随曲轴转角
Figure DDA0002681713230000012
的变化曲线判断汽油机缸内燃烧状态，在不同的燃烧阶段进行干预，目的主要是减少燃烧过程中形成的单环芳香烃；步骤二、对排气采用等离子体处理、OH自由基加热处理及活性碳吸附；步骤三、判断排气过程中粒径小于100nm的纳米级颗粒浓度进行静电吸附处理、高温氧化及颗粒捕集器捕集过滤，对纳米级颗粒物中单环芳香烃进行控制。通过本发明方法对发动机排气的纳米级颗粒物中的单环芳香烃含量，有明显的降低效果。

Description

一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法
技术领域
本发明涉及一种降低车辆颗粒物排放的方法，特别是涉及一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法。
背景技术
目前针对汽油机颗粒物，从燃烧控制和排气后处理两个方面，分别提出了如均质充量压燃(HCCI)和颗粒捕集器(GPF)等降低颗粒物排放的方法。新型燃烧方式(如HCCI)通过优化燃烧过程的方法，能够避开颗粒物大量生成的温度和当量比区域，实现颗粒物排放的大幅下降。但是，一方面，新型燃烧方式存在工况范围狭窄的问题，另一方面，燃烧优化控制对于纳米级颗粒物排放的降低效果有限。汽油机颗粒捕集器(GPF)对颗粒物排放的捕集效率能够达到90％左右，可以有效地降低颗粒物排放。但是，颗粒捕集器在使用过程中存在一些问题，如捕集颗粒达到一定量时，排气背压升高，捕集效率下降、捕集器需要再生等。此外，对纳米级颗粒物的捕集效率取决于捕集器的捕集原理、结构、材料等因素，无法实现对纳米级颗粒物的高效捕集。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法，降低燃烧不容易控制、以及后处理装置不容易捕集的纳米级颗粒物中的单环芳香烃含量，从而降低可吸入的纳米级颗粒物对人体的危害。
本发明技术方案如下：一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法，包括以下步骤：
步骤一、通过缸内实时压力P随曲轴转角
Figure BDA0002681713210000011
的变化曲线及缸内实时温度T随曲轴转角
Figure BDA0002681713210000012
的变化曲线判断汽油机缸内燃烧状态，燃烧处于明显燃烧期时且缸内温度超过第一温度阈值时，喷入醇类含氧燃料；燃烧处于补燃期时且缸内氧浓度低于第一氧浓度阈值时喷入含氧燃料乙醇、正丁醇或碳酸二甲酯；燃烧处于补燃期、缸内温度T的升高出现拐点后缸内温度不低于第二温度阈值时喷入含氧燃料乙醇或正丁醇；
步骤二、对排气采用等离子体处理、OH自由基加热处理及活性碳吸附；
步骤三、判断步骤二得到的排气中粒径小于100nm的纳米级颗粒浓度，当纳米级颗粒浓度超过第一颗粒浓度阈值时，对排气进行静电吸附处理，否则由第一颗粒捕集器捕集、第二颗粒捕集器和第三颗粒捕集器依次捕集过滤；对静电吸附处理后的排气再判断颗粒的分形维数，当分形维数超过第一阈值时，对排气喷入雾化后的甲醇和二甲醚含氧混合燃料再进行高温氧化，否则直接进行高温氧化；最后由第三颗粒捕集器捕集过滤。
进一步地，所述缸内实时压力P随曲轴转角
Figure BDA0002681713210000021
的变化曲线脱离汽油机不燃烧情况下的缸压曲线时为明显燃烧期，所述燃烧处于明显燃烧期后缸内实时压力P的升高出现拐点时为补燃期。
进一步地，所述缸内氧浓度不高于第一氧浓度阈值且高于第二氧浓度阈值时，喷入含氧燃料乙醇或正丁醇，所述缸内氧浓度不高于第二氧浓度阈值时，喷入含氧燃料碳酸二甲酯，所述第一氧浓度阈值大于所述第二氧浓度阈值。
进一步地，所述步骤二包括根据发动机排气中的气态芳香烃浓度，当气态芳香烃浓度大于第一芳香烃浓度阈值时，对排气进行等离子体处理；当气态芳香烃浓不大于第一芳香烃浓度阈值但大于第二芳香烃浓度阈值时，对排气进行OH自由基加热处理；当气态芳香烃浓不大于第二芳香烃浓度阈值时，对排气进行活性碳吸附；对排气进行处理后当气态芳香烃浓度大于第三芳香烃浓度阈值时重新进行步骤二，所述第一芳香烃浓度阈值大于第二芳香烃浓度阈值，所述第二芳香烃浓度阈值大于第三芳香烃浓度阈值。
进一步地，所述对排气进行静电吸附处理后判断静电吸附电压下降是否大于压降阈值，如为是则加载反向电压后进入判断颗粒的分形维数的步骤，如为否则依次通过第二颗粒捕集器和第三颗粒捕集器捕集过滤。
进一步地，所述第一颗粒捕集器采用蜂窝陶瓷，结构参数为：平均孔径22-25μm、孔隙率62-68％、壁厚7-8mil、长度直径比0.5-0.7；所述第二颗粒捕集器采用蜂窝陶瓷，结构参数为：平均孔径15-18μm、孔隙率50-56％、壁厚10-12mil、长度直径比0.9-1.1；所述第三颗粒捕集器采用蜂窝陶瓷，结构参数为：平均孔径10-12μm、孔隙率36-42％、壁厚14-16mil、长度直径比1.3-1.5。
本发明所提供的技术方案的优点在于：通过对燃烧过程中含氧燃料的喷入控制及对排气阶段的排气先进行等离子体处理、OH自由基加热处理及活性碳吸附然后进行静电吸附，高温氧化处理，最后由颗粒捕集器捕集，联合控制的方法明显降低了汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质的含量。
附图说明
图1为本发明方法步骤一流程示意图。
图2为本发明方法步骤二流程示意图。
图3为本发明方法步骤二的排气路径示意图。
图4为本发明方法步骤三流程示意图。
图5为本发明方法步骤三的排气路径示意图。。
图6为本发明及对比实施方式的苯排放浓度图。
图7为本发明及对比实施方式的甲苯排放浓度图。
图8为本发明及对比实施方式的乙苯排放浓度图。
图9为本发明及对比实施方式的二甲苯排放浓度图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围内。
本实施例具体的降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法主要包括三个步骤：步骤一、通过缸内实时压力P随曲轴转角
Figure BDA0002681713210000033
的变化曲线及缸内实时温度T随曲轴转角
Figure BDA0002681713210000031
的变化曲线判断汽油机缸内燃烧状态，在不同的燃烧阶段进行干预，目的主要是减少燃烧过程中形成的单环芳香烃；步骤二、对排气采用等离子体处理、OH自由基加热处理及活性碳吸附；步骤三、判断排气过程中粒径小于100nm的纳米级颗粒浓度对纳米级颗粒物中单环芳香烃进行控制。
具体的请结合图1所示，汽油机不燃烧情况下的缸压曲线(纯压缩线)为已知参数，步骤一包括以下步骤：
1.检测是否喷油
a)如果是，则执行“步骤2”。
b)如果否，则“无操作”。
2.记录喷油量，然后行“步骤3”。
3.记录缸内实时压力P随曲轴转角
Figure BDA0002681713210000034
的变化曲线(通过缸内安装的压力传感器实现)，然后执行“步骤4”。
4.判断压力曲线
Figure BDA0002681713210000035
是否脱离纯压缩线
a)如果是，则执行“步骤5”，并记录此时缸内压力P1。
b)如果否，则确定燃烧处于着火落后期，返回“步骤3”。
5.确定“燃烧进入/处于明显燃烧期”，然后同时执行“步骤6”和“步骤7”。
6.等待压力曲线出现拐点(达到最大值后，开始下降)后进入“步骤9”。
7.检测缸内温度，并判断缸内温度是否高于1700K：
a)如果是，则进行“步骤8”。
b)如果否，则“无操作”。
8.喷射醇类含氧燃料甲醇或乙醇，喷射量为初始燃油体积喷射量的3％，然后返回“步骤7”。
9.确定“燃烧进入/处于补燃期”，然后同时执行“步骤10”和“步骤11”。
10.等待温度曲线
Figure BDA0002681713210000032
出现拐点(达到最大之后，开始下降)后进入“步骤15”。
11.采用氧传感器检测缸内氧浓度，判断氧浓度是否高于19％
a)如果是，则“无操作”；
b)如果否，则进行“步骤12”。
12.判断氧浓度是否高于17％
a)如果是，则进行“步骤13”；
b)如果否，则进行“步骤14”。
13.喷射含氧燃料乙醇或正丁醇，喷射量为初始燃油体积喷射量的10％。
14.喷射含氧燃料碳酸二甲酯，喷射量为初始燃油体积喷射量的5％。
15.确定“燃烧进入/处于补燃期”，然后同时执行“步骤16”和“步骤17”。
16.等待缸内压力小于P1后表示“燃烧过程结束”，结束步骤一过程。
17.判断缸内温度是否低于2000K：
a)如果是，则“无操作”(温度过低，单环芳烃无法氧化)。
b)如果否，则进行“步骤18”。
18.喷射含氧燃料乙醇或正丁醇，喷射量为初始燃油体积喷射量的3％。
请结合图2及图3所示，步骤二、根据排气中的气态芳香烃浓对排气采用等离子体处理、OH自由基加热处理及活性碳吸附达到对排气过程中气态单环芳香烃的控制，具体包括以下步骤：
1.采用色谱质谱联用的方法，检测排气中的气态芳香烃浓度m，判断浓度m是否大于300mg/L：
a)如果是，则进行“步骤2”。
b)如果否，则“判断浓度m是否大于200mg/L”：
如果是，则进行“步骤3”。
如果否，则进行“步骤4”。
2.“第一流量控制阀1”将排气引入“第一排气通路2”，通过等离子体对排气中气态单环芳香烃进行处理，然后进行“步骤5”。
3.“第一流量控制阀1”将排气引入“第二排气通路3”，通过OH自由基加热处理对排气中气态单环芳香烃进行处理，然后进行“步骤5”。
4.“第一流量控制阀1”将排气引入“第三排气通路4”，通过活性碳吸附对排气中气态单环芳香烃进行处理，然后进行“步骤5”。
5.检测并判断气态芳香烃浓度m是否大于100mg/L：
a)如果是，则进行“步骤6”。
b)如果否，则进行“步骤7”。
6.“第二流量控制阀5”将排气引入“返回通路6”，将排气返回到初始排气口。
7.排气继续排出。
请结合图4及图5所示，步骤三、判断排气过程中粒径小于100nm的纳米级颗粒浓度对纳米级颗粒物中单环芳香烃进行控制
1.采用“颗粒粒径谱仪7”(粒径检测范围5nm～10μm)，检测排气中颗粒物的粒径浓度分布情况，判断“粒径小于100nm的纳米级颗粒浓度是否大于1.0×106个/cm3”：
a)如果是，则通过第三流量控制阀8，将排气引入“第四排气通路9”，进行“步骤2”。
b)如果否，则通过第三流量控制阀8，将排气引入“第九排气通路10”，进行“步骤3”。
2.颗粒加载电荷。排气通过“颗粒物静电加载装置”(荷电装置)，对排气中的颗粒物加载电荷。(由于不同粒径颗粒物的质量不同，能够加载的电荷大小也不同。颗粒物的粒径越大，加载的电荷较多。)然后进行“步骤4”。
3.排气经过“第一颗粒捕集器11”，第一颗粒捕集器11采用蜂窝陶瓷，具体结构参数为：平均孔径22-25μm、孔隙率62-68％、壁厚7-8mil、长度直径比0.5-0.7。然后进行“步骤9”。
4.采用“静电吸附”(电场加载装置)，静电电压范围为5-100V，对排气中的纳米级颗粒进行静电吸附，然后进行“步骤5”。
5.检测第四排气通路9中的实际电压，与静电吸附(电场加载装置)电压相比，判断电压下降幅度是否大于15％：
a)如果是，则进行“步骤6”。
b)如果否，则进行“步骤7”。
6.在静电吸附上加载反向电压，电压范围为5-100V，此时，第四流量控制阀12控制排气流向第五排气通路13，然后进行“步骤8”。
7.第四流量控制阀12控制排气流向第六排气通路14，然后进行“步骤9”。
8.采用“X射线散射”的检测方法，检测排气颗粒物的散射强度，通过散射强度计算得到颗粒的分形维数，判断“分形维数是否大于2.5”：
a)如果是，(说明表面不规则程度高，容易吸附PAH，需要接着进行氧化)进行“步骤10”。
b)如果否，(直接进行捕集)进行“步骤11”。
9.排气经过“第二颗粒捕集器15”，第二颗粒捕集器15采用蜂窝陶瓷，具体结构参数为：平均孔径15-18μm、孔隙率50-56％、壁厚10-12mil、长度直径比0.9-1.1。然后进行“步骤14”。
10.第五流量控制阀16控制排气流向第七排气通路17，然后进行“步骤12”。
11.第五流量控制阀16控制排气流向第八排气通路18，然后进行“步骤13”。
12.在尾气中喷入雾化后的甲醇和二甲醚含氧混合燃料，然后进行“步骤13”。
13.采用电加热的方法，对尾气加热到400℃，对排气颗粒物进行“高温氧化”，然后进行“步骤14”。
14.排气经过“第三颗粒捕集器19”，第三颗粒捕集器19采用蜂窝陶瓷，具体结构参数为：平均孔径10-12μm、孔隙率36-42％、壁厚14-16mil、长度直径比1.3-1.5。然后进行“步骤15”。
15.排气排出。
以某汽油机为例，分别测量未使用任何技术措施、采用均质充量压燃(HCCI)、采用颗粒捕集器(GPF)、以及采用本发明设计的降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法后，排气中纳米级颗粒物中苯、甲苯、乙苯、二甲苯等单环芳香烃的含量，结果如图6-9所示。汽油机采用均质充量压燃(HCCI)和颗粒捕集器(GPF)对于降低纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量有一定的作用，采用本发明设计降低纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方案后，相比于均质充量压燃(HCCI)和颗粒捕集器(GPF)，纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量又进一步下降。本发明的方案对于降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质的含量，有明显的降低效果。

Claims (6)

1.一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、通过缸内实时压力P随曲轴转角
Figure FDA0002681713200000011
的变化曲线及缸内实时温度T随曲轴转角
Figure FDA0002681713200000012
的变化曲线判断汽油机缸内燃烧状态，燃烧处于明显燃烧期时且缸内温度超过第一温度阈值时，喷入醇类含氧燃料；燃烧处于补燃期时且缸内氧浓度低于第一氧浓度阈值时喷入含氧燃料乙醇、正丁醇或碳酸二甲酯；燃烧处于补燃期、缸内温度T的升高出现拐点后缸内温度不低于第二温度阈值时喷入含氧燃料乙醇或正丁醇；
步骤二、根据发动机排气中的气态芳香烃浓度，当气态芳香烃浓大于第一芳香烃浓度阈值时，对排气采用等离子体处理、OH自由基加热处理及活性碳吸附；
步骤三、判断步骤二得到的排气中粒径小于100nm的纳米级颗粒浓度，当纳米级颗粒浓度超过第一颗粒浓度阈值时，对排气进行静电吸附处理，否则由第一颗粒捕集器捕集、第二颗粒捕集器和第三颗粒捕集器依次捕集过滤；对静电吸附处理后的排气再判断颗粒的分形维数，当分形维数超过第一阈值时，对排气喷入雾化后的甲醇和二甲醚含氧混合燃料再进行高温氧化，否则直接进行高温氧化，然后由第三颗粒捕集器捕集过滤。
2.根据权利要求1所述的降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法，其特征在于，所述缸内实时压力P随曲轴转角
Figure FDA0002681713200000013
的变化曲线脱离汽油机不燃烧情况下的缸压曲线时为明显燃烧期，所述燃烧处于明显燃烧期后缸内实时压力P的升高出现拐点时为补燃期。
3.根据权利要求1所述的降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法，其特征在于，所述缸内氧浓度不高于第一氧浓度阈值且高于第二氧浓度阈值时，喷入含氧燃料乙醇或正丁醇，所述缸内氧浓度不高于第二氧浓度阈值时，喷入含氧燃料碳酸二甲酯，所述第一氧浓度阈值大于所述第二氧浓度阈值。
4.根据权利要求1所述的降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法，其特征在于，所述步骤二包括根据发动机排气中的气态芳香烃浓度，当气态芳香烃浓度大于第一芳香烃浓度阈值时，对排气进行等离子体处理；当气态芳香烃浓不大于第一芳香烃浓度阈值但大于第二芳香烃浓度阈值时，对排气进行OH自由基加热处理；当气态芳香烃浓不大于第二芳香烃浓度阈值时，对排气进行活性碳吸附；对排气进行处理后当气态芳香烃浓度大于第三芳香烃浓度阈值时重新进行步骤二，所述第一芳香烃浓度阈值大于第二芳香烃浓度阈值，所述第二芳香烃浓度阈值大于第三芳香烃浓度阈值。
5.根据权利要求1所述的降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法，其特征在于，所述对排气进行静电吸附处理后判断静电吸附电压下降是否大于压降阈值，如为是则加载反向电压后进入判断颗粒的分形维数的步骤，如为否则依次通过第二颗粒捕集器和第三颗粒捕集器捕集过滤。
6.根据权利要求1所述的降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法，其特征在于，所述第一颗粒捕集器采用蜂窝陶瓷，结构参数为：平均孔径22-25μm、孔隙率62-68％、壁厚7-8mil、长度直径比0.5-0.7；所述第二颗粒捕集器采用蜂窝陶瓷，结构参数为：平均孔径15-18μm、孔隙率50-56％、壁厚10-12mil、长度直径比0.9-1.1；所述第三颗粒捕集器采用蜂窝陶瓷，结构参数为：平均孔径10-12μm、孔隙率36-42％、壁厚14-16mil、长度直径比1.3-1.5。
CN202010964424.5A 2020-09-15 2020-09-15 一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法 Withdrawn CN112065548A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010964424.5A CN112065548A (zh) 2020-09-15 2020-09-15 一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010964424.5A CN112065548A (zh) 2020-09-15 2020-09-15 一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112065548A true CN112065548A (zh) 2020-12-11

Family

ID=73695343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010964424.5A Withdrawn CN112065548A (zh) 2020-09-15 2020-09-15 一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112065548A (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1158940A (zh) * 1997-03-06 1997-09-10 朱荣辉 内燃机的循环工作方法及实施该方法的装置
JP2000145511A (ja) * 1996-10-24 2000-05-26 Mitsubishi Motors Corp 排気昇温装置
EP1384879A2 (en) * 2002-07-24 2004-01-28 Mazda Motor Corporation Engine exhaust gas purification apparatus
US20100077834A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-01 Chao Fu Daniels Virtual flex fuel sensor for spark ignition engines using ionization signal
CN101855537A (zh) * 2007-11-07 2010-10-06 丰田自动车株式会社 烃浓度测定装置及烃浓度测定方法
WO2011061851A1 (ja) * 2009-11-20 2011-05-26 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料種類判別装置及び燃料噴射制御装置
JP2015007376A (ja) * 2013-06-24 2015-01-15 トヨタ自動車株式会社 機関制御装置
US20150083075A1 (en) * 2010-10-08 2015-03-26 Ford Global Technologies, Llc System and method for compensating cetane
CN104514643A (zh) * 2013-09-30 2015-04-15 株式会社丰田自动织机 燃料喷射装置和压缩点火式内燃机
JP2018091267A (ja) * 2016-12-06 2018-06-14 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置
CN108625977A (zh) * 2018-06-08 2018-10-09 长春工程学院 一种柴油机废气重整分层燃烧系统及控制方法
CN108930570A (zh) * 2018-06-28 2018-12-04 常熟理工学院 一种降低发动机颗粒物数量排放的方法
CN110360019A (zh) * 2018-04-09 2019-10-22 丰田自动车株式会社 内燃机的控制装置

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000145511A (ja) * 1996-10-24 2000-05-26 Mitsubishi Motors Corp 排気昇温装置
CN1158940A (zh) * 1997-03-06 1997-09-10 朱荣辉 内燃机的循环工作方法及实施该方法的装置
EP1384879A2 (en) * 2002-07-24 2004-01-28 Mazda Motor Corporation Engine exhaust gas purification apparatus
CN101855537A (zh) * 2007-11-07 2010-10-06 丰田自动车株式会社 烃浓度测定装置及烃浓度测定方法
US20100077834A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-01 Chao Fu Daniels Virtual flex fuel sensor for spark ignition engines using ionization signal
WO2011061851A1 (ja) * 2009-11-20 2011-05-26 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料種類判別装置及び燃料噴射制御装置
US20150083075A1 (en) * 2010-10-08 2015-03-26 Ford Global Technologies, Llc System and method for compensating cetane
JP2015007376A (ja) * 2013-06-24 2015-01-15 トヨタ自動車株式会社 機関制御装置
CN104514643A (zh) * 2013-09-30 2015-04-15 株式会社丰田自动织机 燃料喷射装置和压缩点火式内燃机
JP2018091267A (ja) * 2016-12-06 2018-06-14 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置
CN110360019A (zh) * 2018-04-09 2019-10-22 丰田自动车株式会社 内燃机的控制装置
CN108625977A (zh) * 2018-06-08 2018-10-09 长春工程学院 一种柴油机废气重整分层燃烧系统及控制方法
CN108930570A (zh) * 2018-06-28 2018-12-04 常熟理工学院 一种降低发动机颗粒物数量排放的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1243183C (zh) 废气排放控制装置
CN1598257A (zh) 发动机废气净化设备中的过滤器再生
US8434299B2 (en) Strategy employing exhaust back-pressure for burning soot trapped by a diesel particulate filter
JP2004019651A (ja) ディーゼルエンジンの粒子状物質除去用フィルタの再生装置
EP3199220B1 (en) Exhaust gas control system for internal combustion engine
JP2020509284A (ja) 排気ガス中間冷却およびチャージャ駆動式空気噴出装置を使用する２段内燃エンジン後処理システム
Wang et al. Investigation of particle emission characteristics from a diesel engine with a diesel particulate filter for alternative fuels
Rossomando et al. Experimental testing of a low temperature regenerating catalytic DPF at the exhaust of a light-duty diesel engine
CN112065547A (zh) 一种降低柴油机纳米级颗粒物多环芳香烃物质含量的方法
CN103511042A (zh) 一种柴油机过滤器主动再生控制方法及系统
WO2006098512A1 (ja) 内燃機関の制御装置及び排気浄化方法
Zhang et al. Emission characteristic of non-road mobile machinery using a catalysed diesel particle filter with different catalyst loadings under actual operating conditions
KR101076156B1 (ko) 디젤 매연여과장치의 제어방법
CN112065548A (zh) 一种降低汽油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法
FR2796986A1 (fr) Systeme et procede de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion
CN112065545A (zh) 一种降低柴油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法
CN112065551A (zh) 一种降低汽油机微米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法
CN112065550A (zh) 一种降低汽油机纳米级颗粒物多环芳香烃物质含量的方法
CN112065549A (zh) 一种降低汽油机微米级颗粒物多环芳香烃物质含量的方法
KR20220003713A (ko) 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법
CN112065544A (zh) 一种降低柴油机微米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法
CN112065546A (zh) 一种降低柴油机微米级颗粒物多环芳香烃物质含量的方法
EP3473840B1 (fr) Procédé de régénération d'un filtre à particules et dispositif de mise en oeuvre
CN1948724A (zh) 内燃机燃料喷射控制装置
KR100570049B1 (ko) 디젤 엔진의 디젤 입자상 물질 제거 시스템의 제어 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20201211