拉曼积分球原位检测燃油发动机尾气成分

摘要：

燃油发动机的尾气成分检测对于发动机的状态判断、环境污染监测等具有重要参考价值.选择以95 号汽油为燃料的除草机的发动机作为实验样机,将发动机排出的尾气直接吹向拉曼积分球光谱仪信号采集焦点,利用拉曼积分球光谱仪较高的气体检测限和定性、定量检测所有分子类气体的特点,对尾气中的气体分子成分进行检测.探测到尾气的气体成分主要包括 N2、O2、CO2、CO、未燃烧的汽油等.以氮气振动(2331 cm-1)的拉曼特征峰强度作为标准,对 O2(1553 cm-1)、CO2(1285 和 1388 cm-1)、CO(2144 cm-1)、未燃烧的汽油(2894 cm-1)的拉曼光谱强度进行归一化处理,获得其相对拉曼特征峰强度.对比发现,空气和汽油挥发混合气的光谱中均未出现 CO 的特征峰,汽油挥发混合气中的 O2、CO2 含量与空气相比也没有明显变化,而CO2 费米共振峰 1388 和 1285 cm-1 拉曼特征峰的相对强度比发生变化.除草机工作状态分为怠速、一档和二档,处于工作状态时,尾气成分中的 O2 含量均比空气中含量低,可以定量分析发动机工作过程中消耗的 O2 量.而燃油发动机从怠速加速到一档和二档的过程中,尾气中 O2 含量相对增加.这是由于发动机档位的提升伴随着空气的进气量增大,则参与发动机燃烧的氧气比例相对减少.与此同时,尾气中CO2 含量相比于空气中的含量急剧增加,说明燃油发动机工作过程会产生大量的 CO2,且随着档位的提升,发动机的动力增加,尾气中CO2 比例也逐渐增高.CO2 作为导致温室效应的主要原因,化石燃料的使用也是其主要来源之一.数据显示尾气中CO的含量与尾气中汽油的含量成正相关,说明燃烧不充分的时候,汽油剩余较多,CO作为不充分燃烧的产物,其含量也会增加.随着发动机档位的增加,N2 特征峰的绝对强度降低,这是因为发动机尾气温度升高,造成氮气的斯托克斯散射强度降低.利用拉曼积分球光谱仪对不同状态下发动机尾气成分的变化进行分析,并初步建立发动机状态与气体浓度变化的关系.对拉曼积分球技术应用于燃油发动机尾气检测进行了初步探索并验证了其可行性.

关键词：发动机尾气、拉曼积分球、光谱仪、原位检测

所属期刊栏目：43

分类号：X851(环境监测仪器设备)

资助基金：国家重大科研仪器研制项目42127806

在线出版日期：2023-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共4页

页码：3310-3313