臭氧助燃技术在柴油发动机中的应用研究

资料介绍

柴油发动机具有热效率高、排放性能好、低速启动扭矩大等优点，在施工机械中广泛使用。它的经济性能指标，即燃油消耗率是广大用户和厂家重点关注的问题。同时，由于柴油发动机燃烧时油气混合的不均匀现象，导致微粒排放较高，对人类和环境产生严重的危害。因此，提高柴油发动机燃烧效率，降低有害气体排放，成为当今科学界共同关注和重点研究的课题。

为了达到助燃节油、降低排放的目的和防止柴油发动机“爆震”现象发生，本文应用化学、物理、电子方面的综合知识，设计了臭氧发生器装置，在发动机进气道中，通过高压放电产生氧化能力远远高于氧气的臭氧，吸入气缸参加柴油发动机燃烧，缩短着火滞后期，从而达到改善柴油机燃烧性能和降低排放的目的。实验证明：效果良好。

臭氧是氧气的同素异形体，常温下为淡蓝色气体，它的氧化能力仅次于氟，远远高于氧气，是已知最强的氧化剂之一。标准状况下，氧气分子的分解能量为5.11eV,而臭氧仅为1.09eV，因此臭氧分子很不稳定，容易分解。当温度高于473k时，臭氧会立即分解为氧气和氧原子^[1]，同时放出大量的热量，这种新生态的氧原子除具有极强的氧化能力外，还是诱发燃油进行链式反应的新生态活化中心，促进烃类燃料燃烧的链反应传播过程^[2-3]。如果烯烃类化合物与臭氧发生反应时，臭氧氧化分解生成酸和荃，同时臭氧分解生成的单原子氧极容易与羟基、荃基发生连锁反应，直到最终生成稳定的化合物。所以，臭氧参加燃烧起到了催化助燃的作用。

臭氧助燃机理可从化学反应热力学的角度来分析。根据瑞典化学家阿累尼乌斯方程式：                            (1)                                                      

式中：K          化学反应速度，cm³ ·mol^-1·s^-1；

A          频率因子，cm³ ·mol^-1·s^-1；

E          系统的活化能，J·mol；

R          气体常数，8.315J·mol^-1·K^-1；

T          绝对温度，K；

         能量概率因子；

由于臭氧的加入降低了系统总的活化能E，从而提高了能量概率因子，在频率因子A不变的情况下，反应速度K进一步加快，从而改善了燃烧过程，缩短了着火滞后期，提高了燃烧效率，降低了排放，防止了柴油机“爆震”。