姚卫华++彭樟林++陈孟

摘要：根据不同活性炭气体通透性和尘埃吸附性，选用果壳活性炭、椰壳活性炭、木质活性炭，分析其对自然吸式车用直喷压燃式发动机TY2100IT的排气烟度吸附行为。结果表明，活性炭对排放烟度具有明显的吸附效果，但从吸附效果和经济性双重角度考虑，果壳活性炭为3种活性炭之最佳，可作为吸附材料之首选，且用量在200 g左右最理想。

关键词：压燃式发动机；排放烟度；活性炭；吸附行为

中图分类号：U464；X701 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）10-1857-02

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.10.014

Analysis on the Adsorption Behavior of Activated Carbon to the Smoke of Compression Ignition Engine

YAO Wei-hua1， PENG Zhang-lin2， CHEN Meng2

（1.Jiangxi Vocational College of Agricultural Engineering，Zhangshu 331200，Jiangxi，China；

2.Jiyang College，Zhejiang Agriculture and Forestry University，Zhuji 311800，Zhejiang，China）

Abstract： According to the gas permeability and dust absorption of different activated carbon， this experiment selected cashew nut shell activated carbon， coconut shell activated carbon， wood activated carbon， exhaust smoke adsorption behavior of the natural suction vehicle direct injection compression ignition engine TY2100IT was investigated. Results showed that the adsorption effect of activated carbon on the emission of smoke was obvious， but out of consideration for the adsorption effect and economy of double angle， cashew nut shell activated the best adsorption effect of three kinds of active carbon， as the adsorption material of preferred， and the amount in about 200 g was ideal.

Key words： compression ignition engine； discharge smoke； activated carbon； adsorption behavior

与同等功率的装配点燃式发动机相比，压燃式发动机由于形成混合气和燃烧的特点，其烟度微粒的排放为装配点燃式发动机的30～50倍[1]，因此减排压燃式发动机及汽车尾气中的烟度具有十分重要的意义。而活性炭具有微晶结构，微晶排列完全不规则，晶体中有微孔、过渡孔、大孔，且几乎95%以上的表面积都在微孔，微孔是决定活性炭吸附性能高低的重要因素，并且活性炭具有高的比表面积和外表面积，比表面积一般都在1 000 m2/g以上。独特而又丰富的微孔直接分布于固体表面，使吸附质分子不需穿过大孔、过渡而直接到达微孔的吸附部位，缩短了吸附行程，吸附速率很快，大量微孔得到充分利用，效率较高，是一种良好的吸附剂[2]。而且活性炭的结构稳定，吸附所需能量小，可以循环再生。

1 材料与方法

1.1 材料

选用果壳活性炭、椰壳活性炭、木质活性炭3种为吸附材料。压燃式发动机燃油为0#柴油。

仪器装备：NHT-1不透光度计、压燃式发动机（TY2100IT型）、自制发动机微粒捕集器。

1.2 方法

根据GB3847-2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》标准进行试验，即要求标准实施后的经型式核准批准生产的在用车，应按自由加速-不透光烟度法的要求进行试验，每种活性炭的用量为0～800 g，每次试验的阶梯量为200 g，共5次试验。

2 结果与分析

2.1 果壳活性炭对排放烟度的吸附行为

果壳活性炭对排放烟度的吸附行为见图1。由图1可知，在用量小于200 g时随着用量增加烟度排放急速降低，在用量大于200 g时趋于平稳并伴随少许向上波动，即用量在200 g左右时出现明显拐点，且光吸收系数（K）值最低，为2.0 m-1左右。表明果壳活性炭对排放烟度减排起着一定作用，使排放烟度降低60%，且在200 g时效果较明显。

2.2 椰壳活性炭对排放烟度的吸附行为

椰壳活性炭对排放烟度的吸附行为见图2。由图2可知，在用量小于200 g时随着用量增加使烟度排放急速降低，在用量大于200 g时趋于平稳，即用量在200 g左右时出现明显拐点，且光吸收系数（K）值最低，为2.7 m-1左右。表明椰壳活性炭对排放烟度减排有一定作用，使排放烟度降低46%，且在用量大于200 g時效果比较显著。椰壳活性炭对排放烟度的吸附行为规律与果壳活性炭类似，但吸附能力较果壳活性炭稍差。

2.3 木质活性炭对排放烟度的吸附行为

木质活性炭对排放烟度的吸附行为见图3。由图3可知，木质活性炭随着用量增加烟度排放逐渐降低，且没有出现明显拐点，在800 g用量时光吸收系数（K）值最低，为2.4 m-1左右。表明木质活性炭对排放烟度减排有一定作用，使排放烟度降低52%，但当用量为800 g时效果才比较明显。

2.4 3种活性炭对排放烟度吸附行为的比较

3种活性炭对压燃式发动机排放烟度的吸附行为对比结果见图4。由图4可知，3种不同的活性炭对于排放烟度的吸附效果也不同，用量从0～800 g每200 g阶梯增加时，果壳活性炭、椰壳活性炭对压燃式发动机排放烟度的吸附行为强于木质活性炭，且在200 g左右用量时效果较明显，其中果壳活性炭的吸附行为相对来说更强于椰壳活性炭，且相对木质活性炭经济性更为突出。

3 小结与讨论

根据活性炭對压燃式发动机排放烟度吸附行为的试验分析，可知活性炭对排放烟度具有明显的吸附效果，结果符合活性炭的较强吸附机理，但从吸附效果和经济性双重角度考虑，果壳活性炭为3种活性炭之最佳，可作为吸附材料之首选，且用量在200 g左右最理想。

试验结果中的个别回升现象可能因为操作不当，导致柴油燃烧不完全，从而排放烟度增加；也可能由于活性炭没有均匀分布在微粒捕集器当中，排放烟度没有与活性炭充分接触而未被吸附。

活性炭临界吸附的温度为45～50 ℃，在温度比临界吸附的温度低时活性炭所具有的吸附效力下降[3]，而一般来说柴油机的排气温度在500 ℃以下[4]，故使用活性炭作为吸附材料可行。

活性炭的活性会随着工作时间的增加而下降，最后会达到一定的平衡状态[5]，在过滤过程中，会导致排气背压升高，致使发动机性能开始恶化[1，6]。因此必须定期除去颗粒，使活性炭恢复到原来的工作状态，故活性炭的连续再生是必要的。

参考文献：

[1] 龚金科.汽车排放及控制技术[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2] 许 伟，刘军利，孙 康.活性炭吸附法在挥发性有机物治理中的应用研究进展[J].化工进展，2016（4）：1223-1229.

[3] 谭 斌.活性炭的吸附作用同吸附时间和用量的关系探讨[J].湖南中医学院学报，1980（3）：63-64.

[4] 周庆辉.现代汽车排放控制技术[M].北京：北京大学出版社，2010.

[5] 陈安良，陶 菲.活性炭吸附的应用研究[J].化学工程与装备，2011（11）：164-166.

[6] 王逢瑚，郭秀荣，马 岩，等.柴油车尾气微粒捕集器技术研究现状及发展趋势[J].小型内燃机与摩托车，2010，39（1）：92-96.