高压共轨柴油机燃用煤制柴油的性能和排放研究

基于一台未经任何改动的高压共轨柴油机,对间接液化煤制柴油(Fischer-Tropsch diesel,简称FT柴油)、直接液化煤制柴油(diesel from direct coal liquefaction,DDCL)和国-Ⅳ石化柴油进行性能和排放的对比研究。对三种油样进行了外特性试验、欧洲稳态循环(European steady state cycle,ESC)和欧洲瞬态循环(European transient cycle,ETC)试验。研究结果表明:相比于国-Ⅳ柴油,FT柴油的动力性有所下降,但燃油经济性有所提高;稳态和瞬态循环下,FT柴油对颗粒物(PM)减排水平均达到50%左右,二氧化碳(CO2)有所降低,氮氧化物(NOx)在稳态下有所降低,一氧化碳(CO)在瞬态下大幅度降低。相比于国-Ⅳ柴油,DDCL对发动机动力性、经济性和排放的影响较小。     

柴油机DPF后颗粒物排放研究

在一台满足欧Ⅵ排放标准的柴油机上燃用国Ⅴ柴油,带柴油机颗粒捕集器(DPF)进行了欧洲稳态循环(ESC)、欧洲瞬态循环(ETC)、全球统一稳态循环(WHSC)和全球统一瞬态循环(WHTC)试验。试验结果表明:在试验循环的瞬态过程中,发动机排气经过DPF后,较大的排气背压变化率绝对值峰值仍会导致排气中出现颗粒物数量浓度瞬时峰值。ESC循环试验中平均粒径[50nm,80nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的90%,WHSC中平均粒径[60nm,110nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的87%,ETC在平均粒径[10nm,70nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的80%,WHTC在平均粒径[10nm,40nm]和[50nm,60nm]区间内总颗粒物数量排放占全部颗粒物的85%。     

双级串联DOC+POC柴油机排放特性研究

为了应对"特京五"对颗粒物数目的要求,在一台满足国Ⅳ标准柴油机上,以国Ⅴ柴油原排试验结果为基准,对一组氧化型催化器(DOC)+微粒氧化催化转化器(POC)后处理和两组DOC+POC后处理串联时热态全球统一瞬态循环(WHTC)的气态污染物和颗粒物排放结果进行了对比研究。结果表明:单组DOC+POC的净化能力为颗粒物质量降低63%,颗粒物数目降低23%;两组DOC+POC串联可使颗粒物质量降低74%,颗粒物数目降低79%,并可以避免一组DOC+POC方案时颗粒物数量浓度瞬时排放超过原排的现象。采用两组DOC+POC串联方案时,燃用国Ⅲ柴油的排放结果与国Ⅴ柴油的排放结果基本持平,表明两组DOC+POC串联后处理方案可以克服燃油品质变差对颗粒物排放带来的不利影响。     

不同标准柴油对柴油机性能和排放的影响

为研究不同柴油燃料对发动机燃烧和排放特性的影响,选取国Ⅱ~国Ⅴ不同标准柴油及加油站购得的4种国Ⅳ、国Ⅴ标准柴油,在一台满足国Ⅳ排放法规的电控高压共轨柴油机上开展实验研究.结果表明,市售满足国Ⅳ、国Ⅴ标准柴油对满足国Ⅳ排放标准的柴油机有效燃油消耗率(BSFC)影响差异在2%,以内,NO_x排放加权值差异在10%,以内,HC、CO排放差异在20%,以内,碳烟排放整体很低.燃用国Ⅱ~国Ⅴ这4种不同标准的柴油后,共轨柴油机外特性转矩及功率差异在2.4%,以内,在欧洲稳态测试循环(ESC)工况下燃油消耗率差异小于2%,;在不同转速和负荷下,随着燃料十六烷值的降低,NO_x排放略有增大,燃用4种不同标准的柴油后,ESC循环NO_x排放加权结果变化在7%,以内;4种燃油对国Ⅳ排放共轨柴油机动力性、经济性影响很小,燃用不同燃料时碳烟、HC和CO排放均低于国Ⅳ排放限值.     

基于国五发动机满足国六排放标准的技术措施探讨

为了研究现有排放控制技术发动机在国六排放标准下的排放特性,基于一台满足国五排放采用选择性催化还原(SCR)技术路线的发动机,分别进行了国五标准的欧洲稳态测试循环(ESC)、欧洲瞬态测试循环(ETC)和国六标准的世界统一稳态测试循环(WHSC)、世界统一瞬态测试循环(WHTC)测试。结果表明:采用SCR路线的国五发动机颗粒物(PM)、粒子数量(PN)排放均远远超出国六限值,因此,对于国六发动机开发来说,加装柴油颗粒捕集器(DPF)是必要的。与此同时,对于较为苛刻的国六限值,该发动机NO_x排放较高,需进一步改善后处理系统,做好热管理,保证SCR较高的转化效率和反应速率。对于所有的测试循环,总碳氢(THC),CO等排放较低,满足要求。     

柴油油品对发动机颗粒物中SOF及PAHs排放的影响研究

使用AVL全流采样(CVS)系统,在1台国Ⅴ车用重型柴油机上通过ESC循环试验研究了国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ车用柴油对发动机排放的影响,并利用气相色谱-质谱联用仪等设备对颗粒物中的可溶性有机物(SOF)和多环芳烃(PAHs)进行了对比分析.研究发现,在稳态工况下,改善燃油油品,PM排放大幅减少,PM中SOF比重明显升高,但PAHs排放总浓度明显下降;3种燃油的16种PAHs规律相近,只是芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并(a)蒽、屈7种芳烃浓度基本上都呈减小趋势,尤其是浓度贡献率较大的芘,降幅达95.8％.     

不同标准柴油对柴油机性能和排放特性的影响

在全流定容稀释采样系统台架上,对一台国-V发动机进行了燃用不同标准柴油的ESC、ETC循环测试。研究结果表明:燃用国-Ⅴ柴油时在外特性下的最大功率和扭矩均小于国-Ⅳ和国-Ⅲ柴油;随着柴油质量的下降,ESC和ETC试验的NOx和PM排放值呈增大趋势。对ESC和ETC试验中的PM进行了萃取和化学分析,发现ETC循环下的多环芳烃总含量是ESC循环下的2~3倍,任意工况下国-Ⅲ柴油排放的多环芳烃总含量远远大于国-Ⅳ和国-Ⅴ柴油排放。     

国六动态循环试验颗粒物排放结果不确定度分析

国六排放标准中采用了世界统一瞬态测试循环对发动机进行动态排放测试。针对被测污染物中的颗粒物,根据试验程序建立颗粒物比排放量不确定度分析的数学模型。国六排放试验中,由于滤纸荷重较低,增加了浮力校正等计算模型;再结合稀释排气量,发动机循环功等计算模型,最终得出颗粒物比排放结果的不确定度分析结果。     

EGR对生物柴油/异丁醇混合燃料燃烧与排放的影响

在一台四缸四冲程水冷高压共轨柴油机上研究了生物柴油/异丁醇混合燃料在不同EGR率下的燃烧及排放特性.试验结果表明:随EGR率的升高,缸内压力和放热率峰值降低,燃料滞燃期延长,燃烧持续期先缩短后延长,NO排放与核模态颗粒物数密度降低;当EGR率小于6%时,CO和HC污染物的排放都保持在较低水平.相较于生物柴油,燃用混合燃料降低CO污染物的排放;随异丁醇掺混比例的增加,缸内压力与放热率峰值逐渐升高,CO排放降低,但HC与NO的排放逐渐升高,核模态颗粒物数密度升高,积聚态颗粒物数密度和颗粒物质量浓度有不同程度的下降.     

不同海拔下VGT对含氧燃料柴油机性能的影响

利用大气压力模拟装置,试验研究了可变几何截面涡轮增压器(VGT)对高压共轨柴油机分别燃用纯柴油和生物柴油-乙醇-柴油(BED)含氧燃料的经济性、排放特性及燃烧特性的影响。结果表明:随着海拔的升高,柴油机经济性恶化,氮氧化物(NO_x)排放降低,而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放及烟度升高。燃用纯柴油与含氧燃料,随着VGT喷嘴环开度的增大,柴油机的经济性均有不同程度的恶化,而CO、HC排放及排气烟度也都有不同程度的升高。在高海拔地区,燃用纯柴油的经济性优于含氧燃料,但使用含氧燃料有助于改善柴油机的CO、HC排放及烟度。在中等负荷工况下,NO_x排放随着VGT喷嘴环开度的增大呈现先减小后增大的趋势;在高负荷工况下,放热率峰值和最高气缸压力均随着VGT喷嘴环开度的增大而降低,从而降低了NO_x排放。     

喷油策略对柴油机燃用正丁醇、聚甲氧基二甲醚、柴油混合燃料燃烧和排放特性的影响北大核心CSCD

以柴油(B0)为基础燃料,分别配制掺混体积比20%的正丁醇(B20)及掺混体积比20%的正丁醇+20%的聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ethers,PODE)(BP20)的混合燃料。对比研究不同喷油策略下柴油机燃用B0、B20、BP20的燃烧和排放特性。结果表明:单次喷射策略下,随喷油定时的延迟,燃用B0、B20、BP20时的放热率先升高后降低,氮氧化物(nitrogen oxides,NO_(x))排放减少,碳氢化合物(hydrocarbon,HC)和CO排放增加,燃用B0、BP20的颗粒物总质量浓度先增加后减小,燃用B0、B20、BP20的颗粒物几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)先增加后减少。两次喷射策略下,随预喷定时的延迟,NO_(x)排放增加,HC和CO排放减少,颗粒物总质量浓度和GMD增加。柴油中加入正丁醇后,NO_(x)排放降低,HC和CO排放增加,颗粒物总质量浓度和GMD减小。正丁醇/柴油燃料添加PODE后HC和CO排放降低,但NO_(x)排放、颗粒物总质量浓度和GMD略微增加。     

直喷式轿车柴油机燃用生物柴油的排放特性

在直喷式柴油机和装有该型号柴油机的轿车上燃用柴油/生物柴油混合燃料,未对原机作任何调整,研究了不同生物柴油掺混比例的混合燃料对烟度、CO、THC、NOx和CO2排放的影响.结果表明,直喷式柴油机和轿车燃用生物柴油后,烟度大幅下降,THC排放明显减少;烟度和THC的变化均与生物柴油掺混比例呈线性关系.柴油机CO排放在小于20%负荷下,随着生物柴油的比例增高逐渐增加;在大于20%负荷时,CO排放随着混合燃料中生物柴油的比例增高而减少;在轿车上,只有低比例掺烧(10%)的CO排放有所下降.柴油机上的NOx排放在低比例掺烧(10%)时下降,而在较高比例掺烧(30%)时,NOx排放升高;在轿车上,NOx排放都有所升高.在柴油机上,燃用生物柴油混合燃料后,CO2排放的总体趋势在减少,但减少比例随生物柴油掺混比例的不同而不同;在整车上,只有低比例掺烧(10%)时CO2排放降低,而较高比例掺烧(30%)时CO2排放升高.     

代用燃料在柴油机中的应用研究

本文对植物油,生物柴油,乳化油,乙醇/柴油等的制备和理化特性进行了研究.通过柴油机台架试验,研究了柴油机燃用生物柴油、乙醇/柴油、微乳燃油的排放特性.对比试验表明:生物柴油CO,碳氢(HC)和颗粒物(PM)的比排放下降幅度分别为34.6％,40.2％和28.9％,但NOx比排放增加了6.63％;柴油机燃用乙醇/柴油时,...     

掺混含氧燃料对柴油机氧化催化器+催化型柴油机颗粒捕集器氧化及再生特性的影响

为了研究掺烧含氧燃料对柴油机排放及柴油机氧化催化器(DOC)耦合催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)后处理系统低温氧化特性与再生特性的影响,基于一台4缸高压共轨柴油机,选取国五柴油、15%生物柴油-柴油(D85B15)、15%正戊醇-柴油(D85P15)、20%正戊醇-柴油(D80P20)作为燃料,在1 900m海拔环境下进行了试验。研究表明:在外特性工况下,与柴油相比,燃用D85B15和D85P15的柴油机动力性略有下降,燃用D85P15的柴油机有效热效率最高。燃用D85B15的NO_x排放略低于柴油,最高降低3.33%;而D85P15的NO_x排放有所增加,最高增加2.85%。在低负荷工况下燃用国五柴油时DOC+CDPF对CO的转化效率明显高于燃用D80P20时,2 000r/min时燃用柴油时CO转化效率高达96.8%,而D80P20只有36.9%。低速高负荷工况下燃用国五柴油与D80P20时,DOC对排气温度的提升作用均比较明显,平均提升41.8℃和42.5℃。燃用D80P20时DOC+CDPF压差升高较慢,压差最高比燃用国五柴油低6kPa,DOC后端平均温度比燃用国五柴油高10℃。柴油机燃用D80P20在高负荷尤其是低转速高负荷时可有效降低颗粒物排放,降低DOC+CDPF压差。     

甲醇汽油混合燃料发动机颗粒物排放特性的研究

在一台整车排放试验可达到国-Ⅲ排放标准的多点进气道喷射汽油机上,采用甲醇汽油混合燃烧的方式进行台架试验,使用DMS 500快速颗粒物光谱仪研究了甲醇汽油混合燃料对发动机颗粒物粒径分布特性的影响。试验中掺入汽油的甲醇体积分数分别为0%、15%、45%,分别简称为汽油、M15和M45,基础油为京Ⅴ汽油。试验结果表明:相比于基础油,掺入M15后,颗粒物排放的数量浓度和质量浓度都呈降低趋势;而M45的颗粒物数量浓度和质量浓度排放要高于基础油。针对转速和负荷对M15燃料颗粒物粒径分布的试验结果表明:转速一定时,随着负荷的增加,核态颗粒物数量浓度增加明显,积聚态颗粒物数量浓度有所减少,质量浓度主要在积聚态有所体现,且随负荷增加呈现先减少后增加的趋势;在负荷一定时,颗粒物数量浓度和质量浓度随着转速的增加而呈现增多的趋势。     

公交车燃用不同比例生物柴油的道路排放特性

本文基于车载排放测试系统对一辆国Ⅳ柴油公交车燃用不同比例生物柴油混合燃料的道路排放特性进行了研究,研究结果表明:从市内典型道路到市郊公路再到高速路,公交车的气态物及颗粒物排放率依次升高;不同道路条件下,生物柴油混合燃料的CO、THC、PN及PM平均排放率低于纯柴油,CO_2及NOx平均排放率略高于纯柴油,并且生物柴油掺混比例越大,对应降幅及增幅越显著。全路况条件下B5(生物柴油体积占比5%)、B10(生物柴油体积占比10%)的CO平均排放率较D100(纯柴油)分别低14.84%、20.60%,THC平均排放率较D100分别低6.12%、13.98%,PN平均排放率较D100分别低17.35%、23.75%,PM平均排放率较D100分别低22.19%、26.60%,CO_2平均排放率较D100分别高5.07%、8.08%,NOx平均排放率较D100分别高6.44%、15.69%。     

国Ⅴ公交车燃用生物柴油的实际道路排放特性研究

采用OBS-2200车载排放测试系统及ELPI电子低压冲击仪,对国Ⅴ公交车燃用不同比例生物柴油的实际道路排放特性进行了研究。燃料分别为国Ⅴ纯柴油及其与纯生物柴油按一定体积比例调和后的混合燃料。研究结果表明:实际道路排放随车速的跟随性良好,且基本随车速增大而增加。随着调和比例的升高,CO、THC排放降低,CO_2、NO_x排放升高。PN及PM排放均降低,PN对数数量浓度分布峰值区域由小粒径中高速范围向小粒径中低速范围移动,极低值区域由大粒径中低速范围扩大到大粒径全速范围;PM对数质量浓度分布呈双峰带分布,分别在0.1~0.2μm及大于约6μm的范围内,随调和比例升高,前者逐步缩小,后者由中高速范围移向中低速范围,但两波峰的粒径范围位置没有发生明显偏移。     

PODE掺混和喷油参数对柴油机燃烧排放特性影响

在一台增压4缸直喷柴油机上开展了不同聚甲基二甲醚(PODE)掺混比例和喷油参数对柴油机燃烧和排放特性影响的试验.测试燃料包括纯柴油(PD0)、两种柴油/PODE混合燃料分别为PD20(PODE体积分数为20%)和PD30(PODE体积分数为30%).结果表明:随着喷油时刻的推迟,3种燃料缸内压力峰值降低,放热率峰值增加,燃油消耗率增加,热效率下降,CO和HC排放增加,NOx排放减小,颗粒物质量浓度降低,数量浓度先降低后升高;随喷油压力的增加,3种燃料缸内压力和放热率峰值增加,CO和HC排放减小,NOx排放增加,颗粒物数浓度和质量浓度下降.喷油时刻推迟和喷油压力增加都会使PD0的烟度排放明显减少,但对PD20和PD30的烟度排放影响比较小.随着PODE比例增加,热效率提高,但燃油消耗率上升,CO、HC和烟度排放下降,NOx排放小幅增加,颗粒物数浓度和质量浓度显著降低.     

共轨柴油机燃用煤直接液化柴油的燃烧与排放特性

在电控共轨柴油机上,试验研究了煤直接液化柴油(DDCL)、石化柴油及二者混合燃料的燃烧和排放特性.结果表明,与石化柴油相比,DDCL燃烧始点晚,预混合燃烧强,但在大平均有效压力时不明显.DDCL混合一定比例的石化柴油后燃烧始点接近于石化柴油.随DDCL掺混比例增加,在小平均有效压力时的NOx、CO和HC排放增加较显著,而碳烟降低.对于颗粒物排放,纯DDCL较石化柴油略高,而石化柴油掺混小比例DDCL时颗粒物排放降低.     

含水乙醇与柴油混合互溶性及对柴油机性能的影响

在研究不同温度、含水量和高碳醇对乙醇/柴油互溶性影响的基础上,将柴油、乙醇和正己醇以20∶60∶20体积比混合作为测试燃料,开展了不同含水乙醇及喷油压力下的柴油机燃烧和排放试验.结果表明:含水量的增加和温度的降低会引起乙醇/柴油互溶性变差,利用不同高碳醇助溶剂均可解决混合燃料相分离现象.乙醇中含水量的小幅升高会使滞燃期延长,缸内压力和放热率峰值升高,同时能降低氮氧化物(NOx)和总碳氢化合物(THC)排放,CO排放基本保持不变,但负荷较低时会使CO排放升高.在含水乙醇/柴油燃料应用过程中,理想的喷油压力边界范围将会缩窄:低喷油压力易使燃烧恶化,而高喷油压力容易导致柴油机工作粗暴,且NO_x与CO排放也呈上升趋势.