乙醇/PODE/柴油燃料及喷油参数对柴油机燃烧和排放影响

在一台六缸四冲程高压共轨柴油机上开展了乙醇/聚甲氧基二甲醚（PODE）/柴油混合燃料对内燃机燃烧和排放影响的试验研究.结果表明,在转速为1137 r·min^-1,转矩为735 N·m的工况条件下,随着掺混PODE和乙醇比例的增大,双峰放热越来越明显,扩散燃烧速率增大,有效燃油消耗率增大,有效热效率降低,但降低幅度小于1%,其中,DPE5（PODE体积分数为20%,乙醇体积分数为5%）的有效热效率与D100（纯柴油）基本相当.提前主喷时刻、增大喷油压力均使有效热效率增大,CO和碳烟排放降低,NO_x排放增大,而对降低HC排放的影响较小.相比D100,混合燃料可降低CO、HC、碳烟排放,在低喷油压力和较晚主喷时刻下,对碳烟的减排效果更为显著,最大降幅分别为85.5%（主喷时刻-1℃ A ATDC、喷油压力900 bar）和82.9%（主喷时刻-3℃ A ATDC、喷油压力600 bar）,但不同混合燃料间的排放差异较小.综上所述,重型柴油机使用乙醇/PODE/柴油混合燃料可在热效率相当的前提下对排放有较大改善.     

掺混聚甲氧基二甲醚对柴油机排放的影响

为研究聚甲氧基二甲醚（PODE）/柴油混合燃料对柴油机颗粒物（PM）粒径分布和各模态颗粒捕集效率的影响,将PODE按照体积百分比0%、10%、20%和30%与柴油混合,在不对柴油机做任何改动的情况下,进行排放测试,测量NO_x排放和DPF前后的颗粒粒径分布.结果表明：随着PODE掺混比提高,NO_x排放在10%~50%负荷工况下呈上升趋势,75%~100%负荷工况下呈先上升后下降的趋势;NO₂/NO_x随着PODE掺混比的提高呈上升趋势.PODE的添加可有效降低PM排放.与柴油相比,燃用PODE掺混比20%的混合燃料时,降低PM效果最好;100%负荷工况下,PM总数量浓度降低了18.93%,总体积浓度降低了31.27%.掺混PODE,使DPF对PM的捕集效果减弱,10%~50%负荷工况下较为明显,但捕集率依然可以达到95%以上.     

用柴油/醇组合燃烧法在城市车用柴油机上实现同时降低碳烟与NOx排放的研究

柴油机在部分工况采用柴油扩散燃烧 ,另一部分工况则采用柴油引燃醇燃料形成的均质混合气压燃燃烧 .这种组合燃烧利用醇的高汽化潜热和含氧特性 ,达到同时降低柴油机碳烟及氮氧化物 (NOx)排放的目的 ,并可以避免小负荷燃烧醇燃料带来的高醛类排放问题 .在一台 4 85QDI直喷式柴油机上采用上述组合燃烧法进行了试验 ,醇均质混合气经进气管处喷射形成 ,用电控装置控制醇燃料喷入量及其喷入时刻 .试验结果表明 ,与原机相比 ,碳烟和NOx 排放分别可以减少 5 0 %和 30 %以上 ,同时燃料的消耗率也有大幅度降低 .该方法为降低城市车用柴油机的碳烟排放提出一个新的解决途径     

不同喷油策略对柴油-四氢呋喃混合燃料燃烧和排放的影响

为了解决环境污染和能源短缺等问题,本研究针对四氢呋喃作为一种含氧替代燃料展开研究.在一台六缸增压柴油机上开展了不同喷油策略下四氢呋喃和柴油混合燃料对柴油机燃烧和排放的影响研究,所用3种燃料分别为：纯柴油、5%四氢呋喃和95%柴油、15%四氢呋喃和85%柴油混合燃料（混合比例均为体积比）,以原机国六脉谱图为基准调节主喷时刻和喷油压力.结果表明,添加5%四氢呋喃使燃油消耗率增加,有效热效率降低,当加入15%四氢呋喃后燃油消耗率进一步升高,有效热效率相比于添加5%四氢呋喃有一定程度改善,但仍低于纯柴油燃料;当喷油压力高于100 MPa时,混合燃料的燃油消耗率和有效热效率随喷油压力的提高基本保持不变.四氢呋喃加入使小负荷下NO_x、CO和HC排放增加;大负荷下使NO_x排放增加,CO和HC排放逐渐降低,各工况下的碳烟排放均降低.由此可见,柴油-四氢呋喃混合燃料的有效热效率相比于纯柴油降低了1%~2%,加入四氢呋喃可有效降低碳烟排放和改善部分工况下的气体污染物排放.     

高压共轨主喷射时刻对柴油/甲醇双燃料发动机燃烧和排放的影响

在一台四冲程六缸增压中冷的高压共轨柴油机上采用进气总管喷射无水甲醇的方式进行柴油/甲醇组合燃烧实验(DMCC).通过改变共轨柴油喷射的主喷射时刻以及甲醇的喷射量,对柴油机燃烧和尾气排放进行研究.试验发现,纯柴油模式下,压缩冲程缸压随着喷油提前角的减小而增大,推迟喷油,后燃期延长,排气压力增大.甲醇替代率为30%时,随着喷油提前角的增大,峰值缸压和峰值放热率均增大.在柴油/甲醇双燃料燃烧模式下主喷射时刻对减少柴油机氮氧化合物(NO_x)排放具有较好的作用,同一替代率情况下NO_x排放随着主喷射时刻的推后而减少;主喷射时刻对碳烟(Soot)排放的影响则比较复杂,纯柴油模式下碳烟的排放随着主喷射时刻的提前逐步减少,而柴油甲醇二元燃料燃烧(DMDF)模式下碳烟的排放则随着主喷射时刻的提前呈现出先上升后下降的趋势;DMDF模式下主喷射时刻提前CO、HC排放均降低,且替代率越大下降趋势越明显.     

公交车燃用生物柴油的颗粒物排放特性

采用美国TSI公司的EEPS颗粒数量及粒径分析仪,对国Ⅳ排放柴油公交车燃用纯国Ⅳ柴油BD0,纯餐饮废油制生物柴油BD100及国Ⅳ柴油和生物柴油掺混体积比分别为5%、10%、20%、50%的混合燃料(BD5、BD10、BD20、BD50)的颗粒物排放特性进行了试验研究.结果表明,颗粒物数量及质量排放随车速加速度的增加均呈逐渐增加趋势,而随生物柴油掺混比例的增加而降低;不同车速区间下,颗粒物数量排放的粒径分布均呈双峰分布;不同加速度区间下,颗粒物数量排放的粒径分布由减速时的双峰分布逐渐过渡到加速时的单峰分布;随生物柴油掺混比例的增加,聚集态颗粒物数量下降显著,且峰值向小粒径方向移动,核态颗粒物数量变化不大,颗粒物几何平均粒径Dg变小.     

车用柴油机燃用棕榈生物柴油的颗粒物排放特性研究

在满足国Ⅳ排放法规的车用柴油机上研究了燃用不同掺混体积比例的棕榈油生物柴油的颗粒物排放特性.试验中棕榈油生物柴油的掺混比例分别为0%、10%、20%、50%和100%,采用DMS500型快速颗粒光谱仪测试分析了发动机在外特性和负荷特性时的颗粒物数量浓度、质量浓度及粒径分布.研究结果表明:随生物柴油掺混比例的增加,颗粒物质量浓度降低.燃用生物柴油后颗粒物的数量浓度在大负荷明显降低,中小负荷呈升高趋势.生物柴油的排气颗粒物呈核态和凝聚态的双峰分布特征,核态数量浓度所占比例高于柴油,凝聚态的质量浓度所占比例略低于柴油.生物柴油颗粒物的几何平均直径小于柴油.     

DOC+CDPF对生物柴油燃烧颗粒排放特性的影响

以一台满足国五排放法规的车用柴油机为样机,研究加装氧化催化转化器DOC与催化型颗粒捕集器CDPF(DOC+CDPF后处理装置)前后,柴油机燃用B20燃料(燃料含20%体积掺混比的生物柴油)的颗粒排放特性.结果表明,在未加装该后处理装置时,该机排气颗粒数量浓度的粒径分布呈双峰形态,B20燃料的排气颗粒数量浓度的峰值粒径在10nm和50nm附近,纯柴油的排气颗粒数量浓度的峰值粒径在50nm和200nm附近.在颗粒粒径小于120nm的区域,该机燃用B20燃料的排气颗粒数量浓度大于纯柴油.加装该后处理装置后,该机排气颗粒数量浓度的粒径分布呈多峰形态,峰值粒径在10nm、20nm和60nm附近.加装DOC+CDPF后,不论是柴油还是B20燃料,与原机相比,柴油机排气颗粒总数量下降明显,其中60~200nm粒径范围的颗粒数量浓度降幅更为显著.在相同工况下,DOC+CDPF对柴油机燃用B20燃料的颗粒总数量净化效率高于纯柴油.     

柴油/碳酸二甲酯燃烧颗粒的微观结构和分形特征

为降低柴油机颗粒物排放,探讨了柴油机燃用柴油/碳酸二甲酯混合燃料燃烧颗粒微观结构和分形特征的变化规律. 采用扫描电镜、透射电镜和SAXS(同步辐射小角X射线散射)相结合的方法,针对DMC(碳酸二甲酯)添加量(以w计)对柴油机燃烧颗粒微观结构和分形特征参数的影响规律进行了研究. 结果表明:与柴油燃烧颗粒相比,D10〔w(DMC)为10%〕、D20〔w(DMC)为10%〕燃烧颗粒的碳粒子平均层面间距分别增加了5.3%、15.1%,弯曲度平均值分别增加了4.0%和10.3%,表明燃烧颗粒的氧化活性增加;与柴油相比,D10、D20燃烧颗粒的质量分形维数分别增加了0.44和0.52,下限均升高了0.2,SAXS与电镜图像对燃烧颗粒的质量分形维数的分析结果相一致,即质量分形维数随DMC添加量的增加而升高,表明燃烧颗粒的团聚程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒表面分形维数的下限分别升高了0.1和0.2,表明其燃烧颗粒表面的粗糙程度和不规则程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒的活化能分别降低了3.9和7.9 kJ/mol,表明燃烧颗粒的氧化活性随着DMC添加量的增加而增强,验证了燃烧颗粒微观尺寸结构和分形特征的研究结果. 研究显示,柴油中添加DMC能够提高燃烧颗粒的氧化活性,燃烧颗粒的氧化活性越强,其在后处理过程中就越易被氧化,有助于降低柴油机的颗粒物排放.      

BED含氧燃料在不同海拔下对柴油机PM和NOx排放的影响

为研究生物柴油-乙醇-柴油(简称为BED)含氧燃料在不同海拔下对柴油机微粒(PM)和氮氧化物(NO_x)排放的影响,在一台高压共轨柴油机上分别燃用纯柴油和BED含氧燃料,在两种大气压力(81和100 k Pa)下进行了排放试验研究.结果表明,燃用纯柴油和B15E5(15%生物柴油+5%乙醇+80%柴油,体积比)燃料后,在中、低负荷时的PM排放在高气压下基本高于低气压下,最高增幅分别达到26.2%和19.0%;在全负荷时的PM排放在高气压下降低,最高降幅分别达到6.1%和17.0%.燃用B25E5(25%生物柴油+5%乙醇+70%柴油,体积比)燃料后,PM排放在高气压下降低.燃用纯柴油后,柴油机在高气压下的NO_x排放低于低气压下;燃用B15E5和B25E5含氧燃料后,在中、低负荷下的NO_x排放在高气压下降低,在全负荷下的NO_x排放在高气压下升高.在中、低负荷下NO_x排放最高降幅分别达到12.1%和15.3%;在全负荷下,NO_x排放最高增幅分别达到6.5%和5.8%.在不同大气压力下,柴油机燃用纯柴油和BED含氧燃料后,PM与NO_x排放均呈现明显的trade-off关系.相比于在低气压下,随负荷增加引起的PM排放降幅和NO_x排放增幅在高气压下增加.     

国Ⅴ公交车燃用生物柴油的颗粒物碳质组分排放特性

以一辆国Ⅴ柴油公交车为研究对象,在重型底盘测功机上运行中国典型城市公交循环,研究了纯柴油（D100）,体积混合比例分别为5%,10%和20%餐厨废弃油脂制生物柴油-柴油混合燃料（即B5,B10,B20）的颗粒物（PM）碳质组分排放特性.结果表明：国Ⅴ柴油公交车尾气颗粒物碳质组分包括有机碳（OC）和元素碳（EC）,OC占73%~82%,OC的主要组分是OC2和OC3,生物柴油对车辆尾气颗粒物OC组成比例没有影响;随着生物柴油混合比例的增加,公交车尾气颗粒物OC和OC+EC排放呈降低的趋势,EC排放增加,且B10的OC排放较高;PM_0.05~0.1,PM_0.1~0.5,PM_0.5~2.5,PM_2.5~18 4个粒径段颗粒物中,PM_0.1~0.5的OC和EC排放最高,PM_2.5~18的EC排放几乎为零,生物柴油可改善公交车尾气超细颗粒（PM_0.05~0.1）的OC排放,对公交尾气颗粒物EC排放基本没有影响;公交使用生物柴油混合燃料尾气颗粒物OC/EC减小,且PM_0.05~0.1和PM_0.5~2.5OC/EC降低幅度明显,对大气二次气溶胶的影响减弱.     

含氧柴油对柴油机排放及细颗粒物碳质组分的影响

乙缩醛(1,1-diethoxyethane)与柴油互溶性好, 可替代乙醇作为生物质来源的柴油含氧添加成分. 生物柴油掺混可以提高乙缩醛和柴油混合燃料的闪点及含氧量. 在柴油发动机台架上, 考察柴油和2种含氧柴油(10%乙缩醛+90%柴油和10%乙缩醛＋10%生物柴油＋80%柴油)在2个固定转速不同负荷的5个工况点的排放特性, 分析了NO_x、HC、CO和PM_2.5排放情况, 并用DRI的碳分析仪分析了PM_2.5中的碳质组分.结果表明, 与普通柴油排放相比, 含氧柴油对NO_x排放速率的影响不大, 在某些工况点HC排放速率有较显著的增加. 含氧柴油降低了柴油机PM_2.5排放速率, 最大降低幅度29%. 从碳质组成上看, 含氧燃料降低了PM_2.5中总碳 (total carbon,TC) 的排放速率, 最大降低幅度24%. 含氧柴油的元素碳(elemental carbon,EC)排放速率普遍低于普通柴油; 有机碳(organic carbon,OC)的排放速率在发动机高转速工况时明显低于普通柴油; PM_2.5的OC/EC值在大多数工况下高于普通柴油. 3种燃料排放PM_2.5的碳质组成百分比相似, OC和EC主要为OC1和EC1. 含氧柴油降低了柴油机PM_2.5的排放速率, 颗粒物中OC的比例有所增加, 但对颗粒物的碳质组分组成没有明显的影响.     

正丁醇/柴油复合燃烧对轻型柴油机排放的影响

通过在一台轻型柴油机上加装低压共轨实现在进气歧管上的正丁醇喷射,喷射压力恒定为0.35 MPa;柴油采用缸内直喷,喷射压力恒定为120 MPa;采用自主开发的电控单元(ECU)分别控制柴油与正丁醇的喷射,实现正丁醇/柴油复合燃烧.试验研究了在2800 r·min~(-1)不同负荷下正丁醇喷射量对排放量及颗粒物粒径分布的影响.结果表明:随正丁醇喷射量增加,NO_x和碳烟排放减少,高负荷时降低幅度较大;HC和CO排放增加,低负荷时增加幅度较大;颗粒物生成总量降低且粒径分布重心左移;低负荷时相比于大粒径颗粒物,正丁醇对小粒径颗粒物数浓度的减少更明显;大粒径颗粒物减少比例与小粒径颗粒物减少比例的差距随正丁醇喷射量的增加而减小.     

乙醇柴油车辆排放对空气质量影响分析

为了明晰车用乙醇柴油对空气质量的影响,在乙醇柴油混合燃料理化特性的基础上,分析了乙醇柴油混合燃料常规和非常规污染物的排放特性,并探讨了其应用对空气质量的影响。分析结果表明:与纯柴油相比,乙醇柴油混合燃料改善了碳烟排放,有助于降低大气中的颗粒物含量,但HC排放量增加,且CO和NOX排放结果存在争议,有待进一步研究;乙醛、乙醇等醛酮类非常规排放物增加,对空气质量和人体健康都有负面的影响。     

船舶燃用B10餐厨废弃油脂制生物柴油排放测试与分析

利用便携式排放测试系统（PEMS）,对一艘内河船舶燃用B10餐厨废弃油脂制生物柴油（生物柴油:柴油为1:9,体积比）进行实际工况排放测试。出港和进港工况下,CO、THC、NO_x和PM瞬态排放速率波动明显,巡航工况下,CO、THC和PM瞬态排放速率较稳定,NO_x排放随空气流量变化而在一定范围内波动;同燃用纯柴油时气态物和颗粒物排放相比,船舶燃用B10生物柴油时,在出港、巡航和进港工况,CO排放速率下降了20.37%、24.39%和6.05%,THC下降了8.2%、8.13%和25.23%,PM下降了53.11%、22.38%和36.55%,PN下降了14.17%、18.75%和46.47%;在出港和进港工况,NO_x排放速率下降了54.28%和40.39%,在巡航工况,NO_x上升了10.45%;燃用2种燃油排放颗粒物均随粒径呈双峰分布,峰值粒径大致相同,燃用B10生物柴油时核态颗粒物数量下降明显。试验表明,船舶燃用B10生物柴油能有效降低气态物和颗粒物排放。     

纳米TiO2添加剂对DMDF发动机大负荷燃烧及PM排放影响的试验研究

在一台电控增压中冷四缸柴油机的进气道上加装一套电控喷射装置,使其运行柴油/甲醇双燃料(DMDF)模式.研究了甲醇中Ti O_2添加剂的添加量及同一添加剂添加量在不同甲醇分散系喷射量时对发动机大负荷工况的燃烧和颗粒物(PM)排放的影响.结果表明,在甲醇中添加适量(30和100 mg·kg~(-1))的纳米Ti O_2能够使爆发压力升高,对燃烧有一定的促进作用,但添加过量(100 mg·kg~(-1))会对燃烧产生不利影响.加入纳米Ti O_2后,干炭烟烟度排放和积聚态颗粒数明显降低,在添加剂添加量为1000 mg·kg~(-1)时,最大降幅分别达到26.8%和29.4%,而核态颗粒物排放变化不大.在相同添加剂添加量下,增加甲醇分散系替代率R_m会使放热始点后移,放热更加集中,爆发压力增大,干炭烟烟度和颗粒物排放均大幅度降低.在添加剂添加量为100 mg·kg~(-1)时,与R_m=10%相比,R_m=40%时爆发压力增加0.94 MPa,放热率峰值增加53.5%,烟度、核态颗粒数、积聚态颗粒数和颗粒物总数的降幅分别达66.9%、42.3%、67.0%和58.0%.     

EGR率对农用单缸柴油机燃用生物柴油的NOx与PM排放特性影响分析

单缸柴油机作为小型农用机械不可或缺的动力源,在使用过程中会产生大量污染物.其中氮氧化合物（NO_x）和颗粒（PM）是气溶胶的主要组成部分,对大气环境造成了严重污染.为有效改善农用单缸柴油机NO_x和PM排放,本研究通过添加生物柴油对柴油进行改质以及采用机内EGR净化技术两种方案,测量了柴油机分别燃用柴油B0,生物柴油调合燃料B20、B50在不同EGR率下的NO_x和PM排放.结果表明,采用EGR技术能够明显改善柴油机的NO_x排放,但同时会引起碳烟排放的增加.通过在柴油中添加生物柴油能够在一定程度上降低碳烟排放,其中高负荷、大EGR率条件下的改善最为明显.在2000 r·min^-1、75%负荷,EGR率为30%时,燃用B50的碳烟排放与燃用B0相比降低了47.3%.总体上柴油中添加生物柴油与EGR技术共同作用能够有效降低柴油机高负荷工况时的颗粒排放总数量.     

生物柴油对柴油机排放细颗粒物及其中多环芳烃的影响

在柴油发动机台架上,考察普通柴油和2种原料不同的生物柴油(B100-1,大豆油为原料;B100-2,废油为原料)在2个固定转速不同负荷的4个工况点的细颗粒物PM2.5及其中多环芳烃(PAHs)的排放特性.用石英滤膜采集了尾气中的细颗粒物,并用GC/MS分析了颗粒物中的PAHs.生物柴油在高负荷时降低了柴油机PM2.5的排放速率,最大降幅达到了37.3%,在低负荷情况下增加了PM2.5排放速率.在所测试的工况下,生物柴油的颗粒相PAHs的排放速率较普通柴油均有不同程度的降低,最大降幅达到77.6%.生物柴油不但降低了PAHs的排放速率,还降低了PAHs在PM2.5中的质量百分比.B100-2的PM2.5和PAHs的平均排放速率比B100-1分别增加14.7%和17.8%.3种燃料排放PM2.5中的PAHs的主要化合物相似,均以小分子量为主,其中以菲的含量最高,2~3环PAHs超过总排放50%.生物柴油排放的PAHs毒性当量与柴油相比有较大程度地下降.     

公交车燃用生物柴油的颗粒物水溶性离子排放

以一辆国Ⅴ柴油公交车为研究对象,在重型底盘测功机上运行中国典型城市公交循环,试验研究了柴油（D100）,体积混合比例分别为5%（B5）、10%（B10）和20%（B20）的废食用油制生物柴油-柴油混合燃料的尾气颗粒物水溶性离子（Water soluble ions,WSI）排放特性.结果表明：国Ⅴ柴油公交车尾气颗粒物呈弱酸性;WSI约占颗粒物质量的3%,主要集中在PM_0.5~2.5和PM_2.5~18粒径段,阴离子占WSI总量的72%~79%;废食用油制生物柴油对公交车尾气颗粒WSI种类没有影响;随着废食用油制生物柴油混合比例的增加,公交车尾气颗粒物WSI阴、阳离子浓度、颗粒物酸性整体增大,WSI浓度峰值向小粒径段移动;CaCl₂和NaCl可能是柴油公交车尾气颗粒物Cl^-、Ca²⁺、Na⁺的主要存在形式;控制废食用油制生物柴油硫、Na⁺、Ca²⁺和Cl^-含量,优化缸内燃烧减少NO_x排放,对降低柴油公交车尾气颗粒物WSI排放具有重要意义.     

柴油/甲醇燃烧颗粒的碳结构参数分析

为探讨非道路柴油机燃用柴油/甲醇混合燃料排气颗粒中碳结构的演变规律,降低非道路柴油机的颗粒(PM)排放,采用激光拉曼光谱仪,结合分峰拟合方法,重点针对甲醇掺混比对非道路柴油机燃烧颗粒的碳结构参数和演变规律进行分析,并用颗粒氧化特性试验对拟合分析结果进行验证. 结果表明,随着燃料中甲醇掺混比(以w计)的增加:①NO_x、CO、HC比排放呈上升趋势,与柴油相比,甲醇掺混比为15%时,3种污染物比排放分别升高约12%、49%、62%;颗粒比排放降幅明显,约为59%. ②由于颗粒碳原子和碳键的伸缩振动,在1 350和1 590 cm-1附近出现2个较为强烈并有一定重合的拉曼振动峰;颗粒中C—C的伸缩振动以及弯曲振动加剧,在345 cm-1附近出现较为强烈的拉曼振动峰. ③表征颗粒中无定形成分的D3峰的相对强度(R3值)明显升高,表明颗粒中的碳团簇含量增加,石墨晶体结构的无序程度升高;表征颗粒中石墨化程度的D1~D4、G峰的FWHM(半宽度)和D/G相对强度整体呈上升趋势,说明颗粒的石墨化程度降低,颗粒较容易被氧化. ④颗粒的活化能逐渐降低,也说明掺混甲醇后,颗粒具有较好的氧化性能,有利于加速颗粒在缸内的氧化速度,缩短颗粒捕集器中过滤体的再生时间,降低柴油机的颗粒排放.