DOC/SCR对聚甲氧基二甲醚/甲醇双燃料发动机NOx排放的影响

为了控制双燃料发动机的NO_x排放,采用电控共轨柴油机在缸内直喷聚甲氧基二甲醚(PODE)引燃甲醇预混气,实现双燃料燃烧模式。采用傅里叶变换红外光谱多组分测量技术,研究了柴油机氧化催化转化器(DOC)和选择性催化还原(SCR)催化转化器对PODE/甲醇双燃料发动机燃烧NO_x排放的影响规律。结果表明：随着甲醇比例的增加,低负荷时的缸内最高温度降低,高负荷时的缸内高温持续时间缩短,并且甲醇的加入使得发动机排气温度降低,最终导致双燃料燃烧生成的NO_x量降低,而m(NO₂)/m(NO_x)却显著提高。经过DOC催化后,PODE/甲醇双燃料和纯PODE压燃2种模式下的NO_x排放量均有所增加,PODE/甲醇双燃料模式的NO₂与NO_x的质量比(m(NO₂)/m(NO_x))明显降低,而纯PODE压燃模式的m(NO₂)/m(NO_x)升高。PODE/甲醇双燃料和纯PODE压燃2种模式下,当NH₃与NO_x的摩尔比(n(NH₃)/n(NO_x))为1.2时,SCR催化转化器对NO_x的转化效率达到最高(57.3%),进一步增加尿素喷射量会导致NH₃排放量明显提高。     

PODE/柴油混合燃料对共轨柴油机燃烧与排放特性的影响

按聚甲氧基二甲醚(PODE)占混合燃料体积分数为10%、20%和30%的掺混比,配制了PODE/柴油混合 燃料。在共轨柴油机上研究了PODE掺混比对PODE/柴油混合燃料燃烧和排放特性的影响。结果表明,在 额定转速100%负荷时,与柴油相比,不同PODE掺混比PODE/柴油混合燃料的滞燃期缩短,缸内最大爆发 压力升高,放热率峰值降低;一氧化碳（CO）体积分数分别降低了13.1%、16.6%和21.3%,未燃碳氢 （HC）体积分数分别降低了17.7%、24.1%和26.2%,排气烟度分别降低了29.6%、44.8% 和75.8% ;但是碳氧化物（NOx）体积分数分别增加了2.0%、7.4%和9.5%;颗粒物数量峰值依次分别增加了16 .8%、30.8%和55.1%。在额定转速25%负荷时,不同PODE掺混比PODE/柴油混合燃料与柴油相比,CO体 积分数分别降低了12.4%、16.3%和20.8%,HC体积分数分别降低了14.5%、21.6%和24.1%,排气烟 度分别降低了28.0%、44.0% 和76.0%,但NOx体积分数分别增加了7.7%、10.4%和16.2%。核模态 颗粒物数量峰值分别增加了143%、269%和335%;而积聚态颗粒物数量峰值分别降低了15.4%、24 .0%和44.5%。     

铁基燃油添加剂对共轨柴油机燃烧与排放特性的影响

按Fe元素质量分数分别为200、400和600 mg/kg的比例将Fe基燃油添加剂(Fe FBC)添加到柴油中,制备得到分别命名为Fe200、Fe400和Fe600的3种Fe-FBC燃油样品。基于热重实验平台在氧化氛围下对Fe-FBC燃油及其燃油颗粒进行热重特性研究,分析燃油中Fe含量与燃油特征温度的关系,研究Fe-FBC燃油的蒸发特性;探究Fe含量对颗粒氧化特性的影响,并计算颗粒反应活化能。基于发动机台架试验分析Fe含量对燃油缸内燃烧与排放性能的影响规律。结果表明：随着Fe-FBC燃油中Fe含量的增加,燃油起始燃烧温度降低,质量损失率峰值温度向低温区域偏移;与纯柴油相比,柴油机在额定工况燃用Fe-FBC燃油时,滞燃期缩短,缸内最大燃烧压力略有上升,放热始点提前,燃烧持续期缩短,HC与CO排放均呈下降趋势,NOx排放变化不明显,3种Fe-FBC燃油的烟度排放分别降低了13.7%、20.4%和24.0%。颗粒热重实验中,随着Fe-FBC燃油中Fe含量的增加,氧化初始反应温度分别降低了75.1、107.3和128.4 ℃,质量损失峰值温度分别降低了80.3、112.0和122.7 ℃,颗粒的反应活化能分别降低了45.2%、63.3%和65.5%。     

甲醇/柴油双燃料发动机超低排放集成控制试验研究

在一台非道路共轨柴油机上增设一套甲醇喷射系统,实现了甲醇/柴油双燃料燃烧模式,在非道路国Ⅳ排放法规稳态八工况（NRSC）测试条件下,利用尾气分析仪和FTIR对比研究了纯柴油模式和双燃料模式的排放特性,并系统分析了DOC+DPF+SCR后处理系统对双燃料发动机尾气排放的转化效率。试验结果表明:甲醇/柴油双燃料燃烧模式的NO_x和Soot排放明显低于纯柴油模式,而CO、HC、甲醇和甲醛排放却高于纯柴油模式;经过后处理系统后,对CO和HC排放的转化效率高于99%,同时NO_x和Soot的平均降幅分别为84%和90%,而双燃料模式的甲醇和甲醛排放能够被高效氧化,平均净化效率在90%以上。NRSC测试结果表明双燃料发动机加装DOC+DPF+SCR后CO、HC、NO_x和PM比排放指标均低于非道路国Ⅳ和欧Ⅴ排放法规限值。     

铁基燃油添加剂对柴油机碳烟生成特性的影响

采用负压沉积-沉淀法制备了负载型Au/HZSM-5催化剂,在此基础上负载了第二金属Na制得Na-Au/HZSM-5催化剂,采用XRD、ICP-AES、氮气吸附 脱附、NH₃-TPD、OH-IR、Py-FT-IR等方法对Na/HZSM-5、Au/HZSM-5、Na-Au/HZSM-5物性进行分析,并考察酸中心对其催化合成气羰基化反应性能的影响。结果表明：2.0%Au/HZSM-5催化剂上加入少量Na离子后,催化剂的酸性变化较大,Na负载质量分数为0.4%时大幅度减弱了强酸中心,并产生了一定量的中强酸;对不同Au/HZSM-5催化剂的性能进行对比,当Au离子负载质量分数为2.0%时,2.0%Au/HZSM-5催化剂上CO转化率为81.01%,甲酸甲酯+乙酸甲酯的选择性之和为62.12%;而0.4%Na-2.0%Au/HZSM-5催化剂上CO转化率最高,为88.51%,甲酸甲酯+乙酸甲酯的选择性之和为68.56%。Na离子改性后中强酸中心的增加和强酸中心的减弱可提高Au/HZSM-5催化合成气羰基化反应中CO转化率和目的产物的选择性。     

铁基燃油添加剂对柴油机排气颗粒物理化特性的影响

在国Ⅴ标准0#车用柴油中分别添加质量分数为150 μg/g、300 μg/g的铁基添加剂(Fe FBC),制备Fe150和Fe300两种燃油,并基于发动机台架试验,采用颗粒采样分析仪进行排气颗粒采集。运用热重分析仪和扫描电镜研究颗粒物热解性质与微观形貌结构,采用傅里叶红外光谱仪和光电子能谱仪对颗粒表面官能团进行半定量分析。结果表明：在发动机额定工况下,加入Fe FBC后排气颗粒干碳烟质量分数降低,氧化温度与表观活化能均有显著下降;相比于纯柴油燃烧颗粒物的积聚体形态,Fe300燃烧颗粒物的团聚程度变弱,存在较多的链状结构;颗粒表面官能团拥有较多的-OH键与C-H键,C-H键为饱和烃CH3结构;颗粒微晶边缘碳原子更加混乱,石墨化程度降低,容易被氧化;Fe300燃烧颗粒物中C元素含量降低,O元素含量增加,Fe元素价态为+2和+3价,颗粒表面吸附有更多能与Fe元素相结合的含氧基团。     

喷油参数对PODE/柴油混合燃料燃烧污染物排放的影响

以柴油(P0)、聚甲氧基二甲醚(PODE)/柴油混合燃料(P10和P20)为对象,在高压共轨柴油机上,考察其在不同喷油压力和喷油正时下的燃烧排放特性及颗粒物排放规律。结果表明：随混合燃料中PODE体积分数的增加,燃料燃烧缸内压力和放热率峰值有所降低;随着喷油压力的提高,3种燃料的CO、碳氢化合物(HC)和烟度排放均明显下降,NO_x排放有所上升,排气颗粒的峰值数量浓度不断降低,其中积聚态颗粒占比降低,核态颗粒占比增加;推迟喷油可以降低NO_x排放,但会增加CO、HC和烟度排放,颗粒的数量浓度有所增加;3种燃料中,P10燃料NO_x生成量和排气颗粒的几何平均直径受喷油压力和喷油正时影响最小。     

PODE/柴油混合燃料燃烧颗粒的粒径分布及微观结构

以高压共轨柴油机为样机,采用发动机排气粒径谱仪(EEPS)和高分辨率透射电镜(HRTEM),考察了聚甲氧基二甲醚(PODE)/柴油混合燃料燃烧颗粒的粒径分布规律及微观结构特征。所用燃油为纯柴油、PODE体积分数(掺混比)分别为10%、20%和30%的PODE/柴油混合燃料。结果表明,在最大扭矩转速100%负荷时,与柴油相比,混合燃料燃烧颗粒的核模态颗粒数量增加,积聚态颗粒数量降低。随掺混比的提高,排气颗粒的数量浓度分布、质量密度分布、质量累积分布和质量中位径均向小粒径方向偏移。掺混PODE后燃烧颗粒的微观结构主要呈团状分布;与柴油相比,混合燃料颗粒的层面间距和微晶曲率增大,微晶尺寸减小,而颗粒的盒维数增加,团聚程度也有所提高。     

聚甲氧基二甲醚-甲醇混合燃料的燃烧与排放特性研究

将甲醇按体积比0、10%、20%、30%分别掺混到聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ethers,PODE)中制备出PODE-甲醇混合燃料,并依次标记为M0、M10、M20和M30,在一台高压共轨发动机上研究了最大转矩转速不同负荷下混合燃料的缸内燃烧过程和排放性能。结果表明:在PODE中添加甲醇后,各负荷下缸内压力降低,滞燃期逐渐延长,放热始点推迟。低负荷和中负荷时甲醇体积比的增加会使放热率峰值先增加后减小,而高负荷下放热率峰值却逐渐升高。甲醇体积比较低时,各负荷下燃烧持续期缩短;当甲醇体积比为30%时,中低负荷下燃烧持续期延长,各负荷下燃烧重心(CA50)推迟。掺烧甲醇可以降低NO_x浓度,M30较M0降低幅度为28.1%;而随甲醇体积比的增加,各负荷下HC和CO排放量均呈上升趋势,烟度则先减小后增大。甲醇的低温氧化使混合燃料的甲醛排放量上升,同时NO_2排放量及NO_2占NO_x比例随甲醇体积比的升高而增加,与纯PODE相比,低负荷下M30的NO_2排放量和NO_2占NO_x比例增幅分别为65%和107%。