汽油芳香烃含量对颗粒物排放及其微观理化特性的影响

基于国Ⅴ标准汽油,通过添加均三甲苯改变汽油中芳香烃的含量,在一台缸内直喷(GDI)汽油机台架上研究了汽油芳香烃含量对于GDI颗粒物(PM)排放及其微观理化特性的影响。研究结果表明:GDI PM排放随负荷增加而增加,在中低转速范围内随转速增加而降低;在高负荷下,芳香烃含量的增加会显著增加PM的排放并降低PM的氧化活性;芳香烃含量的增加促使PM前驱物增加,同时使碳层结构石墨化程度更高,阻止PM的二次氧化,从而增加了PM的排放。     

气道燃油喷射汽油机颗粒数排放光学试验研究

中国GB6b排放法规新增加了对汽油机颗粒物排放的相关要求。尽管直喷(direct injection,DI)汽油发动机具有众所周知的许多优点,但气道燃油喷射(port fuel injection,PFI)汽油发动机由于其突出的性价比优势在市场上仍然占据了相当的份额,而此前业界对PFI发动机颗粒数(particulate number,PN)排放的关注和研究相对较少。采用AVL VisioScope及VisioKnock光学燃烧分析系统对某国产PFI增压汽油发动机进行试验,重点探讨PFI汽油发动机PN的生成机理及改进方法。试验结果表明,PN排放与气道油膜生成、缸内碳烟火焰相关联;优化气道和喷油器的设计可以降低PFI发动机PN排放。     

后处理技术与生物柴油耦合作用对公交车排放特性的影响

基于车载排放测试系统对一辆国Ⅲ柴油公交车耦合使用后处理技术与生物柴油的排放特性进行了研究,研究结果表明:单独使用柴油机氧化催化转化器(DOC)的CO、THC的减排尚可,分别达40.4%和42.4%,PN和PM的减排效果较差,仅为53.2%和51.0%;单独使用催化型连续再生颗粒捕集器(DOC+CDPF),CO和THC分别降低58.7%和72.0%,PN和PM分别降低96.7%和96.9%;DOC及DOC+CDPF对公交车CO_2和NOx影响不显著。DOC以及DOC+CDPF与生物柴油混合燃料B20(生物柴油体积占比20%)耦合使用后,对CO、THC、PN和PM的减排效果进一步提升,前者分别达53.9%、50.6%、60.1%和59.6%,后者分别高达71.0%、82.0%、98.6%和97.3%。两者对CO_2和NO_x影响仍不显著。     

车用汽油机颗粒物生成机理及排放特性研究进展

汽油机是中国、美国和日本等国家乘用车和轻型货车的主流动力.随着汽车排放法规加严,汽油机颗粒物(PM)和可挥发性有机物(VOCs)排放以及在大气中形成雾霾等问题广受关注.围绕直喷(GDI)汽油机缸内碳烟生成机理、GDI汽油机和进气道喷射(PFI)汽油机的一次颗粒物排放特性以及汽油机尾气排放生成二次颗粒物机理等的国内外研究进展进行综述.已有研究表明:GDI汽油机碳烟排放主要来源于附壁油膜的池火燃烧和缸内局部浓区的燃烧,燃油喷射策略和混合气组织方式对缸内碳烟生成有重要影响;GDI汽油机颗粒物的排放水平要远高于PFI汽油机以及装有颗粒过滤器(DPF)的柴油机,但GDI和PFI汽油机排放颗粒物粒径分布特征总体相近;汽油机排放生成二次颗粒物质量要远高于其生成的一次颗粒物,二次颗粒物有相当一部分来源于汽油机尾气中VOCs生成的二次有机气溶胶(SOA).     

MMT对轻型GDI车辆PM/PN/PAHs排放的影响

在底盘测功机上利用ELPI等设备就甲基环戊二烯三羟基锰(MMT)对轻型汽油缸内直喷(GDI)车辆颗粒(PM)质量/颗粒数量(PN)/多环芳烃(PAHs)等排放的影响进行了研究,试验用油为一种不含MMT的基础油和两种调和油(MMT+基础油),试验车辆为国内外不同厂家生产的三辆轻型GDI车辆。研究发现:汽油中锰浓度由0提高到21.7mg/L,GDI车辆尾气中PN排放呈增加趋势,最大增幅超过一倍;PM中PAHs含量和排放质量显著下降,其中菲排放呈下降趋势,荧蒽排放呈升高趋势。     

不同含氧调合汽油燃料的整车及排放性能试验研究

将甲醇、乙醇、正丁醇和2,5-二甲基呋喃(DMF)分别与市售编号为92号汽油按照体积比为1∶9的比例混合,连同纯汽油组成M10、E10、B10、F10、G100 5种燃料,在一辆缸内直喷(GDI)乘用车上研究不同燃料对整车性能的影响。试验结果表明,在新欧洲驾驶循环(NEDC)下,丁醇混合燃料的百公里体积油耗和去除热值影响的当量油耗均是被测5种燃料中最低的,其余3种含氧燃料掺混后的百公里体积油耗和当量油耗均高于纯汽油燃料;除M10的CO排放比汽油低外,含氧汽油的CO和THC排放均高于汽油;掺混3种醇类燃料均能够降低NO_x排放,F10的NO_x排放与纯汽油相当;4种含氧汽油大幅降低了颗粒物质量和数量排放。向汽油中添加含氧燃料能够降低汽车在中高车速稳定运行时的油耗和排放,但添加含氧燃料后的汽油比纯汽油更加不适应低车速和起动工况。在动力性方面,4种含氧汽油均缩短了汽车的加速时间。     

低压EGR对GDI增压汽油机外特性下性能和排放影响

通过一款涡轮增压汽油直喷(gasoline direct injection,GDI)发动机低压废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)的试验,研究了EGR率和点火提前角的综合作用对增压GDI发动机的燃烧、缸压、排放和油耗等方面的影响。结果表明,在GDI增压发动机中加入EGR后,由于废气的稀释和热容作用,使缸内燃烧持续期增大,排气温度下降,燃烧相位也发生了改变。这对发动机外特性的有利影响是油耗减少,CO和NO_x排放也明显减少;不利影响是EGR的加入提高了增压发动机的排气压力,导致泵气损失增加。此外,总碳氢(total hydro carbons,THC)排放也有所增加。在GDI增压汽油机中使用EGR系统并配合点火角的调节能够有效提高热效率,降低NO_x排放。     

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%。     

某柴油乘用车排放性能试验研究

为了解国Ⅴ柴油乘用车使用国Ⅴ标准柴油的排放情况,对某柴油乘用车进行了瞬态气态物、颗粒物排放分析,以及160 000 km耐久排放试验研究。试验结果表明,瞬态排放试验中,除一氧化碳(CO)排放外,二氧化碳(CO_2)、总碳氢化合物(THC)、氮氧化物(NO_x)、颗粒物质量(PM,冷车)、颗粒物数量(PN,冷车)排放均与车辆工况有关联。耐久排放试验中,CO排放随里程出现升高趋势,其它排放物无明显升高趋势;且耐久排放试验中,所有污染物排放量均符合中国第五阶段排放法规要求。     

电喷汽油机燃用醇汽油混合燃料的试验研究

研究了多点电喷汽油机燃用醇汽油混合燃料的性能。研究结果表明:在汽油机参数未做任何调整的情况下,醇汽油混合燃料发动机的动力性与汽油机相比有所降低,燃料经济性改善,有效热效率提高。随醇类燃料体积分数的增大,CO排放明显改善,THC排放略有升高,NOx排放的变化不明显。醇汽油混合燃料发动机的醛类排放物明显升高,汽油机的未燃甲醇排放较高,未燃乙醇排放变化不明显。     

直喷汽油对反应活性控制压燃负荷拓展影响的数值模拟研究

基于三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,基于不同的燃油总量、直喷汽油量、预混汽油油量和汽柴油喷射时刻等参数,展开了缸内直喷汽油对反应活性控制压燃(RCCI)燃烧模式高负荷拓展影响的研究。结果表明:进气压力及柴油喷射时刻会影响缸内浓度分层进而影响燃烧过程,而汽油喷射时刻影响不明显;在汽油采用进气道结合缸内直喷的混合喷射策略下,增加缸内直喷汽油量可以进一步增强缸内的混合气浓度分层,延长燃烧持续期,降低缸内的最高燃烧压力和压力升高率,实现更低的燃烧温度。仿真计算结果显示:若保证碳烟和NOx排放在限值内且油耗有所降低,可将平均有效指示压力(IMEP)拓展至1.6MPa;将IMEP拓展到1.7MPa后,增加汽油的预混比例并不能提高IMEP,但对排放略有改善,相应的压力升高率和燃烧压力提高。     

Effect of addition of hydrogen and exhaust gas recirculation on characteristics of hydrogen gasoline engine

The effects of exhaust gas recirculation (EGR) on combustion and emissions under different hydrogen ratios were studied based on an engine with a gasoline intake port injection and hydrogen direct injection. The peak cylinder pressure increases by 9.8% in the presence of a small amount of hydrogen. The heat release from combustion is more concentrated, and the engine torque can increase by 11% with a small amount of hydrogen addition. Nitrogen oxide (NOx) emissions can be reduced by EGR dilution. Hydrogen addition offsets the blocking effect of EGR on combustion partially, therefore, hydrogen addition permits a higher original engine EGR rate, and yields a larger throttle opening, which improves the mechanical efficiency and decreases NOx emissions by 54.8% compared with the original engine. The effects of EGR on carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) emissions are not obvious and CO and HC emissions can be reduced sharply with hydrogen addition. CO, HC, and NOx emissions can be controlled at a lower level, engine output torque can be increased, and fuel consumption can be reduced significantly with the co-control of hydrogen addition and EGR in a hydrogen gasoline engine.     

缸内直喷混合燃料发动机的性能研究

采用了一套定压配比燃料供给系统,通过向缸内直接喷射混合气,经电控系统精确控制喷射量,对天然气掺氢的发动机性能进行分析研究。结果表明,发动机燃用天然气掺氢燃料通过定压配比直喷技术,可以提高充气效率,与纯天然气发动机相比能够提高发动机动力和排放性能。     

代理汽油在均质压燃内燃机中燃烧特性的模拟研究

在均质压燃（HCCI）内燃机中,燃烧主要由化学动力学控制。研究燃料的化学动力学反应机理对了解和控制HCCI具有重要意义。本文利用CHEMKIN多区模型,研究了由正庚烷、异辛烷和甲苯混合而成的代理汽油的燃烧特性。计算结果显示,多区模型弥补了单区模型中出现的温度压强陡升缺点,能更好地反映缸内真实燃烧过程。多区温度分布区间越广,则燃烧提前,燃烧持续期长。各区NOx排放和温度分布趋势类似。HC和CO排放主要集中在燃烧不完全的第1区。     

基于双直喷策略的低负荷下活性控制压燃燃烧特性的数值研究

采用流体仿真软件CONVERGE开展了基于双直喷策略的低负荷工况下二代生物柴油/汽油活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧模式的数值模拟研究,对比了常规进气道喷射汽油RCCI和双直喷RCCI的燃烧特性,并探讨了双燃料喷射时刻对双直喷RCCI燃烧的影响。结果表明:相比常规进气道喷射汽油RCCI,双直喷RCCI能够有效控制缸内汽油混合气分布,改善不完全燃烧现象;随着汽油直喷时刻的推迟,分层燃烧减弱,燃烧持续期缩短,燃烧效率降低,热效率先减小再增大后又减小,NO_x排放减少而碳烟排放增加;随着二代生物柴油喷射时刻的推迟,分层燃烧加剧,燃烧持续期延长,燃烧效率升高,热效率先增大而后减小,NO_x排放增加而碳烟排放减少。     

柴油/汽油反应活性控制压燃发动机喷油协调控制与排放特性研究

对某4缸高压共轨柴油机进气道进行改造,搭建了柴油/汽油双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机专用试验台架,设计了柴油/汽油双燃料RCCI燃烧汽油喷射控制策略,实现了全工况下汽油与柴油的协调喷射控制,系统地研究了不同运行工况下,不同汽油替代率对柴油机燃烧与排放性能的影响规律。结果表明:采用柴油/汽油双燃料RCCI燃烧控制策略,发动机可在其运行工况范围内实现高效清洁燃烧,随着汽油替代率的增加,发动机缸内最高压力逐渐增大,缸压峰值出现时刻推迟,放热率峰值降低,燃烧持续期延长,燃油消耗率降低,有效热效率升高,全碳氢、CO排放增加,NOx和碳烟排放降低。     

汽油/乙醇双燃料复合喷射对发动机排放性能的影响

通过在一台汽油气道喷射(GPI)的单缸、四冲程发动机上增加一套乙醇缸内直喷(EDI)系统,将其改装成为双喷射发动机,研究了汽油/乙醇复合喷射对发动机排放性能的影响,并建立了发动机计算流体动力学(CFD)模型,详细分析了缸内各区域的温度和组分分布特点.结果表明:加入乙醇直喷可以有效降低CO、NO_x和soot排放,提高乙醇能量占比后,CO、HC和soot排放又有所增加;点火时刻提前,缸内整体温度和压力逐渐增加,NO_x排放显著上升,soot排放有所下降,由于局部混合气质量变差,燃料不完全燃烧导致CO和HC排放有所增加,同时受过冷壁面淬熄效应的影响,作为未燃碳氢(UHC)排出的燃料也会提高HC排放;乙醇喷射时刻提前,燃料有更充分的时间进行蒸发混合,缸内燃烧状况得到优化,CO和soot排放减少,NO_x排放呈上升趋势,间隙效应和壁面油膜吸附作用的增强导致HC排放呈上升趋势.     

Engine combustion and emission fuelled with natural gas: A review

Natural gas (NG) is one of the most important and successful alternative fuels for vehicles. Engine combustion and emission fuelled with natural gas have been reviewed by NG/gasoline bi-fuel engine, pure NG engine, NG/diesel dual fuel engine and HCNG engine. Compared to using gasoline, bi-fuel engine using NG exhibits higher thermal efficiency; produces lower HC, CO and PM emissions and higher NOx emission. The bi-fuel mode can not fully exert the advantages of NG. Optimization of structure design for engine chamber, injection parameters including injection timing, injection pressure and multi injection, and lean burn provides a technological route to achieve high efficiency, low emissions and balance between HC and NOx. Compared to diesel, NG/diesel dual fuel engine exhibits longer ignition delay; has lower thermal efficiency at low and partial loads and higher at medium and high loads; emits higher HC and CO emissions and lower PM and NOx emissions. The addition of hydrogen can further improve the thermal efficiency and decrease the HC, CO and PM emissions of NG engine, while significantly increase the NOx emission. In each mode, methane is the major composition of THC emission and it has great warming potential. Methane emission can be decreased by hydrogen addition and after-treatment technology.     

基于缸内直喷的甲醇汽油混合燃料HCCI燃烧排放特性研究

在缸内直喷发动机上研究甲醇汽油混合燃料的HCCI燃烧排放特性,分析了其非常规排放的性能。试验中选用汽油、M10(甲醇体积分数10%)、M20(甲醇体积分数20%)3种燃料,并通过FTIR方法测量甲醇及甲醛等非常规排放。研究结果表明:在汽油中添加甲醇可以有效拓展HCCI燃烧的高负荷范围,M20燃料的高负荷范围比汽油提高近9%,指示燃油消耗率比汽油高5%～10%,但指示能量消耗率比汽油低2%～6%。CO、THC、NOx等常规排放随甲醇添加比例的增加而降低,而甲醇和甲醛等非常规排放随甲醇添加比例的增加而增加,并随负荷增高呈先增加后减少的趋势。