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技术

本发明专利技术公开了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，步骤一、通过缸内实时压力P随曲轴转角

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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柴油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法。
技术介绍
目前针对柴油机颗粒物，从燃烧控制和排气后处理两个方面，分别提出了如低温燃烧(LTC)和颗粒捕集器(DPF)等降低颗粒物排放的方法。新型燃烧方式(如LTC)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。颗粒捕集器(DPF)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。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺陷，本专利技术提供了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，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。本专利技术技术方案如下：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，包括以下步骤：步骤一、通过缸内实时压力P随曲轴转角的变化曲线及缸内实时温度T随曲轴转角的变化曲线判断柴油机缸内燃烧状态，燃烧处于速燃期时且缸内压力升高率超过第一压力升高率阈值时，提高ERG率；燃烧处于缓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；燃烧处于补燃期且缸内温度不低于第一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随曲轴转角的变化曲线脱离柴油机不燃烧情况下的缸压曲线时为速燃期，所述燃烧处于速燃期后缸内实时压力P的升高出现拐点时为缓燃期，所述燃烧处于缓燃期后缸内温度T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72-76％、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65-68％、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58-62％、壁厚14-16mil、长度直径比1.3-1.5。本专利技术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柴油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质的含量。附图说明图1为本专利技术方法步骤一流程示意图。图2为本专利技术方法步骤二流程示意图。图3为本专利技术方法步骤二的排气路径示意图。图4为本专利技术方法步骤三流程示意图。图5为本专利技术方法步骤三的排气路径示意图。。图6为本专利技术及对比实施方式的苯排放浓度图。图7为本专利技术及对比实施方式的甲苯排放浓度图。图8为本专利技术及对比实施方式的乙苯排放浓度图。图9为本专利技术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专利技术作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术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柴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随曲轴转角的变化曲线及缸内实时温度T随曲轴转角的变化曲线判断柴油机缸内燃烧状态，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，柴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，则确定燃烧处于滞燃期，返回“步骤3”。5.确定“燃烧进入/处于速燃期”，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.检测缸内压力升高率并判断是否大于0.25MPa/℃A：a)如果是，则进行“步骤8”。b)如果否，则“无操作”。8.设置EGR率在原有基础上增加5％(比如原来EGR率是10％，增加后就是15％)(速燃期内直接干预，采用EGR降低燃烧速度)，然后返回“步骤7”。9.确定“燃烧进入/处于缓燃期”，然后同时执行“步骤10”和“步骤11”。10.等待温度曲线出现拐点(达到最大之后，开始下降)后进入“步骤15”。11.采用氧传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低柴油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、通过缸内实时压力P随曲轴转角

【技术特征摘要】
1.一种降低柴油机纳米级颗粒物单环芳香烃物质含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、通过缸内实时压力P随曲轴转角的变化曲线及缸内实时温度T随曲轴转角的变化曲线判断柴油机缸内燃烧状态，燃烧处于速燃期时且缸内压力升高率超过第一压力升高率阈值时，提高ERG率；燃烧处于缓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；燃烧处于补燃期且缸内温度不低于第一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所述的降低柴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随曲轴转角的变化曲线脱离柴油机不燃烧情况下的缸压曲线时为速燃期，所述燃烧处于速燃期后缸内实时压力P的升高出现拐点时为缓燃期，所述燃烧处于缓燃期后缸内温度T的升高出现拐点时为补燃期。


3.根据权利要求1所述的降低柴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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铭迪，赵洋，许广举，胡焰彬，林玲，冯是全，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32