论文部分内容阅读
润滑油是柴油机颗粒物排放和颗粒捕集器中沉积灰分的主要来源之一，因此，深入研究润滑油不同组分对于柴油机颗粒物氧化反应性及氧化过程的影响，对于润滑油配方优化和降低柴油机颗粒物排放具有重要意义。本文研究了不同润滑油组分，包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类矿物基础油，IV类合成基础油、无灰分散剂、清净剂、抗氧抗腐剂、复合剂、抗磨剂参与燃烧对柴油机颗粒物基本碳粒子粒径分布、纳观参数、石墨化程度、表面官能团的影响规律。然后，利用热重分析仪研究了颗粒物氧化特征温度和表观活化能，并将其与颗粒物理化性质进行了相关性分析。此外，通过分析不同氧化程度下碳烟颗粒微观结构的变化，研究了基础油及添加剂衍生灰分对碳烟氧化模式的影响。主要研究结论如下：
基础油和无灰添加剂参与燃烧后，颗粒物微晶长度减小，曲率增加，石墨化程度降低，表面脂肪族C-H官能团含量增加，氧化特征温度降低，表观活化能减小，说明其氧化反应性增加。金属类添加剂参与燃烧后，既改变了碳烟的理化性质，同时又增加了颗粒物中的灰分含量，排气颗粒物的氧化特性受碳烟理化性质和灰分含量两方面因素影响。
通过颗粒物氧化反应性与理化性质的相关性分析发现，颗粒物氧化表观活化能与石墨化程度和表面官能团含量相关性较大，而与颗粒物初级粒子粒径大小相关性较小。碳烟颗粒的石墨化程度越高，表面官能团含量越少，说明颗粒物碳层分布更均匀，表面缺陷及活性位密度小，从而降低了其氧化反应性。
关于碳烟氧化过程的研究结果表明，柴油机颗粒物在氧化初期，基本碳粒子多呈现出壳核结构。20%氧化转化率时，颗粒物多呈洋葱状结构，基本碳粒子粒径减小，微晶进一步伸长，排列更加规则，说明碳烟粒子发生表面氧化，同时碳烟微晶重组，内部结构越来越石墨化。在40%氧化转化率下可以观察到许多中空结构的碳烟颗粒，说明颗粒物发生内部氧化。在60%氧化转化率下观察到部分碳质碎片，其可能来自于基本碳粒子破碎现象。
柴油机碳烟颗粒氧化过程中同时存在内部氧化模式和表面氧化模式，初始时表面氧化占主导，随着氧化的进行，逐渐向内部氧化模式转变。在相同氧化转化率下，与纯柴油相比，基础油参与燃烧后生成的碳烟颗粒的内部氧化倾向更高。添加剂衍生的金属灰分，起到了催化剂的作用，促进了碳烟微粒的表面氧化。
基础油和无灰添加剂参与燃烧后，颗粒物微晶长度减小，曲率增加，石墨化程度降低，表面脂肪族C-H官能团含量增加，氧化特征温度降低，表观活化能减小，说明其氧化反应性增加。金属类添加剂参与燃烧后，既改变了碳烟的理化性质，同时又增加了颗粒物中的灰分含量，排气颗粒物的氧化特性受碳烟理化性质和灰分含量两方面因素影响。
通过颗粒物氧化反应性与理化性质的相关性分析发现，颗粒物氧化表观活化能与石墨化程度和表面官能团含量相关性较大，而与颗粒物初级粒子粒径大小相关性较小。碳烟颗粒的石墨化程度越高，表面官能团含量越少，说明颗粒物碳层分布更均匀，表面缺陷及活性位密度小，从而降低了其氧化反应性。
关于碳烟氧化过程的研究结果表明，柴油机颗粒物在氧化初期，基本碳粒子多呈现出壳核结构。20%氧化转化率时，颗粒物多呈洋葱状结构，基本碳粒子粒径减小，微晶进一步伸长，排列更加规则，说明碳烟粒子发生表面氧化，同时碳烟微晶重组，内部结构越来越石墨化。在40%氧化转化率下可以观察到许多中空结构的碳烟颗粒，说明颗粒物发生内部氧化。在60%氧化转化率下观察到部分碳质碎片，其可能来自于基本碳粒子破碎现象。
柴油机碳烟颗粒氧化过程中同时存在内部氧化模式和表面氧化模式，初始时表面氧化占主导，随着氧化的进行，逐渐向内部氧化模式转变。在相同氧化转化率下，与纯柴油相比，基础油参与燃烧后生成的碳烟颗粒的内部氧化倾向更高。添加剂衍生的金属灰分，起到了催化剂的作用，促进了碳烟微粒的表面氧化。