低温等离子体净化装置对降低汽油机尾气排放污染的实验研究

论文摘要

汽车工业的飞速发展带动了经济的发展,但同时也不可避免地对自然环境造成严重的污染。在排放法规日益严格的今天,治理汽车尾气排放已成为十分紧迫的任务。现今广泛使用的三元催化技术尽管能高效地控制汽车尾气污染,但由于制造三元催化器所需的贵金属的资源日趋紧张以及废弃的三元催化器会对环境造成二次污染等问题,使尽快找到三元催化器的替代产品成为各国研究的热点。本文提出的利用高压脉冲低温等离子体净化汽油机尾气的方法为治理汽车尾气排放提供了一种新的思路和方法。本文首先基于气体放电的基本理论对高压脉冲放电产生低温等离子体的机理进行了研究,分析了所产生的低温等离子体中有效成分如O3、O、OH等与汽油机的主要排放污染物NOX、CO、HC等发生化学反应的过程,弄清了等离子体净化汽油机尾气的机理,为低温等离子体净化汽油机尾气建立了理论基础。然后,我们通过对现有的各种等离子体反应器进行比较分析,同时结合实际条件设计了线筒式高压脉冲低温等离子体净化装置。在设计电源时,我们主要参考了目前常用的各种等离子体净化气体污染物所使用的电源电压形式、放电参数和电源方案,初步选择了所要使用的电源系统,同时结合已设计的等离子体净化装置和实验条件,最终决定采用间隙开关式高压脉冲电源。为了得到电源在等离子体净化装置上的最佳参数匹配,我们在常温常压下进行了标准气体的模拟试验。通过对实验结果的分析,我们得到了该电源在净化汽油机尾气时的最佳参数匹配。在此基础上,为了验证该等离子体净化装置在实际处理汽油机尾气时的效果,我们在重庆大学内燃机实验室做了汽油发动机台架实验。通过实验,我们发现该等离子体净化装置对汽油机排放的有害气体有较好的去除效果,同时也在对实验结果的分析中找出了净化效率随发动机工况变化的规律。最后,在长安汽车公司环境检测实验室做了整车排放实验,进一步证明了低温等离子体技术在净化汽车尾气方面能达到较好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 汽车尾气排放污染现状及危害
• 1.1.1 汽车尾气排放污染现状
• 1.1.2 尾气中主要成分的危害
• 1.2 汽车尾气排放法规和控制技术
• 1.2.1 汽车尾气排放法规
• 1.2.2 汽车尾气排放控制技术
• 1.3 等离子体的基本特性及其在汽车尾气治理中的应用
• 1.3.1 等离子体的基本概念、特性及其应用
• 1.3.2 等离子体技术应用于汽车尾气净化的现状与发展
• 1.4 本文研究的目的、意义和主要内容
• 1.4.1 研究的目的和意义
• 1.4.2 主要内容
• 2 低温等离子体净化汽油机尾气的机理研究
• 2.1 等离子体理论基础
• 2.1.1 产生低温等离子体的气体放电类型
• 2.1.2 气体放电的基本理论
• 2.2 低温等离子体净化汽油机尾气的机理分析
• 2.2.1 等离子体净化污染物的基本过程
• 2.2.2 自由基的产生
• 2.2.3 等离子体净化CO NO HC 的机理
• 2.3 本章小结
• 3 低温等离子体净化装置及电源设计
• 3.1 净化装置的设计
• 3.1.1 反应器的设计
• 3.1.2 净化装置的整体设计
• 3.2 电源设计
• 3.2.1 电源电压形式的选择
• 3.2.2 电源参数的选择
• 3.2.3 电源方案的确定
• 3.3 本章小结
• 4 模拟实验中放电参数对净化率的影响
• 4.1 实验装置
• 4.2 标准气体模拟实验
• 4.2.1 放电参数对NO 净化率的影响
• 4.2.2 放电参数对CO 净化率的影响
• 4.2.3 放电参数对HC 净化率的影响
• 4.2.4 综合
• 4.3 本章小结
• 5 实验研究及实验结果分析
• 5.1 发动机台架试验
• 5.1.1 实验仪器及设备
• 5.1.2 实验方法及步骤
• 5.1.3 转速对净化率的影响
• 5.1.4 负荷对净化率的影响
• 5.1.5 综合
• 5.2 整车循环工况实验
• 5.2.1 实验设备
• 5.2.2 实验方案及结果
• 5.2.3 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录