甲醇燃料发动机排气催化净化——小型二冲程机排气净化

近年来,我国开展了用纯甲醇为汽车燃料的试验研究。发动机台架试验中的排气成分测定表明,排气中NO_x,HC和CO的排放量虽比汽油机低,但未燃甲醇和甲醛的排放量则较高。甲醇和甲醛是甲醇燃料发动机排气中有机物质的主要成分。在大气中,甲醇反应活性低,但甲醛是刺激性强、光化学反应活性高、生物活性影响大的物质。因此,在纯甲醇燃料的应用研究计划中,必须与发动机试验同步考虑其排气中有害物质的净化措施。 在机外净化方面,目前常用的方法是采用氧化催化剂将甲醇和甲醛氧化成CO_2和     

氧化催化转化器对甲醇压燃尾气中甲醛排放的影响

在一台经过改装的压燃式发动机上,采用柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)模式进行了台架实验,利用气相色谱分析技术检测了1800r·min<'-1时发动机尾气中甲醛的排放特性,对比研究了负荷、甲醇掺烧比、排气温度.催化转化器对甲醛排放的影响.研究结果表明,在压燃式发动机上采用DMCC模式,低负荷运行时,尾气中甲醛含量随甲醇掺烧比的增加而增多,在甲醇掺烧比为46%时.甲醛排放量达到180 x 10<'-6(体积分数),催化后可以减少25%～45%;在中,高负荷运行时.甲醛排放量随甲醇掺烧比的变化基本不变,高负荷比中负荷运行时甲醛排放稍高.但尾气经催化处理后,甲醛排放反而增加,最高增加1倍.催化转化器的转化效果与排气温度密切相关,当排气温度在大约300°C以下时,催化转化器可以降低甲醛排放量;当温度为300°C～410°C时,催化后尾气中的甲醛排放较催化前有所增加;当排气温度高于425°C时.催化后尾气中甲醛排放显著减少.     

三效汽车净化催化剂性能研究

以汽车尾气模拟装置中产生的气体作为模拟废气,对JFG型催化剂处理汽车排气中CO、HC和NO_x的三效性能进行了研究。结果表明,该催化剂具有低起燃温度,良好的三效性能和热稳定性。利用TPD-MS测定了催化剂表面氧数目及脱附性能。通过汽车发动机怠速试验和初步行车30000km,证明该催化剂具有较好的应用开发前景。     

甲醇柴油双燃料燃烧结合DOC/POC耦合大幅度减少发动机微粒排放的研究

对一台四缸增压中冷柴油机采用甲醇柴油双燃料模式,研究了甲醇替代率和柴油机氧化催化转化器耦合微粒催化转化器(DOC+POC)后处理装置对该发动机烟度和微粒数量、质量浓度的粒径分布特性的影响.试验结果表明,随甲醇替代率的增加,发动机烟度和微粒数浓度、质量浓度均有不同程度的降低,核态微粒浓度显著降低,聚集态微粒浓度基本保持不变.相比于DOC+POC对纯柴油发动机排气烟度25%左右的净化效率,在甲醇柴油双燃料模式下DOC+POC对排气烟度的平均净化效率在60%以上,最大达到96%,显示了该后处理技术在甲醇柴油双燃料模式下清洁排放的良好应用前景.     

汽车排气净化的蜂窝型多孔陶瓷载体的研制

催化燃烧是五十年代以后发展起来的新技术。由于反应是在催化剂存在的条件下进行,它与直接燃烧相比,具有起燃温度低,效能高,燃烧速度快等优点。 最近国外催化燃烧已广泛用于汽车排气的净化。汽车尾气中烃类和一氧化碳通过装在排气管道中催化净化装置进行燃烧而成为     

汽车排气净化初探

本文通过试验,探讨了在怠速工况时减少汽车一氧化碳排放浓度的原理和方法。文中,从理论上进行分析,证明按传统的“最佳调整法”调整怠速并不能控制一氧化碳的排放浓度。文章提出“最低稳定浓度”法的概念,认为应按此法调整怠速才能最大限度地降低汽车怠速时一氧化碳的排放量。文章还根据我国目前的具体情况,提出了关于我国汽车排气净化的若干建议。     

美国的汽车催化转化技术

一、前言 1974年以来,美国广泛使用催化剂降低汽车排气中一氧化碳和烃类的排放量。装有催化剂的转化器安装在汽车排气系统上,在氧化条件下(空气与燃油之比A/F>14.6),一氧化碳和烃类氧化生成二氧化碳和水。1977年加利福尼亚州开始对汽油发动机排出的氮氧化物实行催化控制,这种催化剂的作用是通过氮氧化物与氢或一氧化碳的反应,促使其还原生成氮。然而,减少氮氧化物的催化系统比较复杂。例如通用汽车公司1978年车型介绍     

甲醇燃料发动机排气中的亚硝酸甲酯和硝酸甲酯的分析

为了测定使用甲醇燃料的发动机排气里的亚硝酸甲酯(MeONO)和硝酸甲酯(MeONO_2)含量,建立了色谱分析方法。本方法的最小检测限MeONO为20ppb,MeONO_2为50ppb。对自制的MeONO和MeONO_2进行了质谱鉴定,并对所制备的一定浓度的样品进行了稳定性考察。应用本方法测定了甲醇机排气中的MeONO含量为5ppm—250ppm,MeONO_2含量为<50ppb。     

La1-xAlxFeO3催化剂降低甲醇/柴油二元燃料发动机非常规排放研究

采用喷雾热分解法制备了一系列钙钛矿型催化剂La_(1-x)Al_xFeO_3(x=0、0.3、0.5、0.7),采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜,表征了La_(1-x)Al_xFeO_3相组成和微观形貌,评价了催化剂表面化学形态和催化活性指标.在发动机试验台架上,对甲醇/柴油发动机尾气中的甲醛、甲醇、1,3-丁二烯和N_2O进行了催化降解试验.结果表明:在La_(1-x)Al_xFeO_3中掺杂适宜量的Al有助于提高催化剂活性,改善催化剂比表面积和孔容积.当Al掺杂量为0.5时,所制备的La_(0.5)Al_(0.5)Fe O_3催化剂对甲醇、甲醛、丁二烯和N_2O的起燃温度(T50)分别为192、172、180和212℃,完全转化温度(T90)分别为227、205、240和324℃,呈现了良好的低温催化活性.对甲醇、甲醛、1,3-丁二烯和N_2O最大比排放分别为5.2×10~3、0.6×10~3、0.02和11.23 mg·k W~(-1)·h~(-1).与原发动机比排放相比,转化率达到了92%以上.表明La0.5Al0.5Fe O_3为适宜用于甲醇/柴油发动机尾气中非常规排放物低温催化降解的催化剂.     

铁、锰、铜氧化物催化剂高温失活原因剖析

浸渍于载体上的铁、锰、铜氧化物是一种氧化催化剂,可作为碳氢化合物及一氧化碳净化催化剂使用。该催化剂用于甲醇燃料的尾气处理实验中,由于反应器温度的瞬时突变(这种现象在净化汽车排气中时有发生),使催化剂的活性完全丧失,针对这种情况,本文对失活原因进行了探讨。     

掺甲醇汽油对国III汽油机排放性能影响

在一台整车试验满足国III排放法规要求的多点电喷汽油机上,采用甲醇掺入汽油的混合燃料（甲醇的体积分数分别为0%、15%和50%）进行台架试验,使用傅里叶变换红外光谱分析仪（FTIR）在线检测了常规车用三效催化转化器前后的常规和非常规排放.研究结果表明：怠速工况下,掺醇燃料对NOx排放基本没有影响,但CO和HC随掺醇比增加而普遍降低,非常规排放中乙醛排放有所降低,甲醇和甲醛则随掺醇比的增加有较大幅度升高,热怠速时经催化后掺醇燃料对各种排放均无影响,可被控制在极低的水平;其它工况下,随掺醇比增加,CO和HC减少,NOx在高掺醇比下低速低负荷和高速高负荷时有较为明显的改善,非常规排放甲醛和甲醇排放随掺醇比增大而急剧增加,乙醛排放则随之减少.经三效催化转化器作用,无论常规排放NOx、CO和HC,还是非常规排放甲醛、甲醇和乙醛基本上能够实现零排放.     

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.     

芳香烃含量对直喷汽油机颗粒物排放影响的试验研究

在一台增压中冷缸内直喷(GDI)汽油机上,开展了不同芳香烃含量的汽油对发动机颗粒物粒径分布和数量浓度影响的研究.结果表明,在正常热机工况下,随着负荷增加,核态颗粒物增加明显,颗粒物排放逐渐由三峰分布演变为双峰分布,并且芳烃含量高时,颗粒物排放明显增多.冷机工况及冷怠速时,芳烃含量对颗粒物的排放影响较小.和冷怠速相比,热怠速时颗粒物向小粒径方向移动,且颗粒物数量减少.热怠速时高芳烃含量的汽油排气中颗粒物相对较多.不同芳烃含量下,发动机参数对颗粒物排放会有一定影响,重芳烃含量高的汽油其颗粒物排放也高.     

满足国五排放标准的柴油甲醇双燃料发动机非常规排放研究

在一台装备有电控单体泵增压中冷系统柴油机的进气管上,加装甲醇喷射装置并向进气道喷入定量的纯甲醇,结合废气再循环(EGR)技术并使用氧化催化转化器(DOC)组合微粒氧化催化器(POC)后处理系统,使其常规排放能满足国五排放法规基础上,全面研究了柴油甲醇双燃料(Diesel Methanol Dual Fuel,DMDF)发动机的非常规排放特性.在采用国五排放法规标准规定的ESC(稳态13点工况)测试方法条件下,利用FTIR(傅里叶变换红外检测法)对DMDF发动机的检测结果表明:该机非常规排放物主要为甲醇、甲醛、1,3-丁二烯、苯、甲苯和SO2,非常规排放物的全工况加权比排放为19.532 g·kW~(-1)·h~(-1),其中,甲醇的全工况加权比排放为11.395 g·kW~(-1)·h~(-1),甲醛的全工况加权比排放为5.927g·kW~(-1)·h~(-1),SO2的全工况加权比排放为0.053 g·kW~(-1)·h~(-1),其余排放物为痕量水平.在催化氧化装置处理后非常规排放物全工况加权比排放为0.115 g·kW~(-1)·h~(-1),降幅为99.41%.催化氧化装置对甲醇、1,3-丁二烯、苯和甲苯的消除率为100%,对甲醛的消除率为99.04%.     

广州机动车尾气中乙醛稳定碳同位素特征和排放因子

为了获得机动车排放源中乙醛的δ13C(稳定碳同位素丰度)特征及其影响因素,进行不同负荷下的发动机台架试验,采集不同怠速下的机动车尾气样品. 利用气相色谱-燃烧-同位素比值质谱(GC-C-IRMS)分析乙醛δ13C值,并与ρ(乙醛)进行分析. 结果显示:①在发动机燃烧过程中,乙醛的生成和消除反应同时存在. 在发动机低负荷运行时,乙醛的δ13C分馏值为负(-1.4‰~-0.4‰),表明生成反应占主导;而在高负荷运行时,分馏值为正(0.5‰~1.3‰),表明消除反应占主导. ②乙醛的δ13C值与其质量浓度无明显相关性,主要受发动机燃烧温度和尾气净化装置的影响. 整车尾气中乙醛的δ13C值在-29.1‰～-24.4‰之间,平均值为-26.5‰±1.6‰. 其中,汽油车为-25.9‰~-24.4‰,平均值为-24.9‰±0.5‰;柴油车为-29.1‰~-27.0‰,平均值为-28.0‰±0.6‰. ③南方机动车尾气排放源与植物排放源中的乙醛的δ13C值范围不同,表明δ13C值可用于大气乙醛的源解析. 通过机动车尾气中c(乙醛)/c(CO₂)估算广州汽油车和轻型柴油车乙醛的排放因子,二者分别为(13±16)和(169±106)mg/L.      

FBC-DPF在柴油机颗粒物控制中的应用研究

目前针对加装FBC-DPF(燃油添加剂-柴油机颗粒捕集器)后的柴油机放特性研究较少,并且缺乏FBC-DPF对颗粒物中PAHs排放量的影响效果研究. 为全面评估加装FBC-DPF后柴油机颗粒物排放特性和FBC-DPF对柴油机尾气中的颗粒物排放污染控制效果,在发动机台架上对装有FBC-DPF的重型柴油机进行了颗粒物排放特性试验. 利用电子低压撞击仪(ELPI)测量加装FBC-DPF前、后柴油机颗粒物的数浓度与粒径分布,用玻璃纤维滤膜采集加装FBC-DPF前、后尾气中的固相PAHs,利用色谱质谱联用仪对加装FBC-DPF前、后尾气中的固相PAHs进行定量分析. 结果表明:①加装FBC-DPF后柴油机排放的颗粒物数浓度大幅降低,FBC-DPF对尾气中颗粒物的捕集效率平均值在95%左右;②加装FBC-DPF后柴油机固相PAHs总比排放量有所降低,在大负荷区域降幅在25.0%~88.0%之间;③加装FBC-DPF前的颗粒物中位直径为30~89nm,而加装FBC-DPF后的颗粒物中位直径为41~98nm,平均增幅为38.2%. 对于国Ⅳ及未来国Ⅴ柴油机排放法规,FBC-DPF是解决柴油机颗粒物排放的有效手段;此外,FBC-DPF可以大幅降低柴油机尾气中的有毒成分,并且能够适应高含硫量的燃油环境.      

Combination of biodiesel-ethanol-diesel fuel blend and SCR catalyst assembly to reduce emissions from a heavy-duty diesel engine

In this study, the efforts to reduce NOx and particulate matter （PM） emissions from a diesel engine using both ethanol-selective catalytic reduction （SCR） of NOx over an Ag/Al2O3 catalyst and a biodiesel-ethanol-diesel fuel blend （BE-diesel） on an engine bench test are discussed. Compared with diesel fuel, use of BE-diesel increased PM emissions by 14% due to the increase in the soluble organic fraction （SOF） of PM, but it greatly reduced the Bosch smoke number by 60%-80% according to the results from 13-mode test of European Stationary Cycle （ESC） test. The SCR catalyst was effective in NOx reduction by ethanol, and the NOx conversion was approximately 73%. Total hydrocarbons （THC） and CO emissions increased significantly during the SCR of NOx process. Two diesel oxidation catalyst （DOC） assemblies were used after Ag/Al2O3 converter to remove CO and HC. Different oxidation catalyst showed opposite effect on PM emission. The PM composition analysis revealed that the net effect of oxidation catalyst on total PM was an integrative effect on SOF reduction and sulfate formation of PM. The engine bench test results indicated that the combination of BE-diesel and a SCR catalyst assembly could provide benefits for NOx and PM emissions control even without using diesel particle filters （DPFs）.     

Effect of catalyzed diesel particulate filter and its catalyst loading on emission characteristics of a non-road diesel engine

In this study, the effects of a diesel oxidation catalyst (DOC) coupled with a catalyzed diesel particulate filter (CDPF) with different catalyst loadings on the power, fuel consumption, gaseous and particulate emissions from a non-road diesel engine were investigated. Results showed that the after-treatment had a negligible effect on the power and fuel consumption. The reduction effect of the DOC on the CO and hydrocarbon (HC) increased with the engine load. Further reductions occurred coupling with the CDPF. Increasing the catalyst loading resulted in a more significant reduction in the HC emissions than CO emissions. The DOC could increase the NO₂ proportion to 37.9%, and more NO₂ was produced when coupled with the CDPF below 250°C; above 250°C, more NO₂ was consumed. The after-treatment could reduce more than 99% of the particle number (PN) and 98% of the particle mass (PM). Further reductions in the PN and PM occurred with a higher CDPF catalyst loading. The DOC had a better reduction effect on the nucleation particles than the accumulation ones, but the trend reversed with the CDPF. The DOC shifted the particle size distribution (PSD) to larger particles with an accumulation particle proportion increasing from 13% to 20%, and the geometric mean diameter (GMD) increased from 18.2 to 26.0 nm. The trend reversed with the CDPF and the accumulation particle proportion declined to less than 10%. A lower catalyst loading on the CDPF led to a higher proportion of nucleation particles and a smaller GMD.     

重型柴油车实际道路油耗与排放模拟及其应用研究

基于实际行驶状态下重型车动力需求和传动系统变化规律,建立了重型柴油车整车的瞬态油耗和排放模拟方法,可实现整车发动机工况及油耗与排放的实时模拟.为验证模型的有效性,利用重型车车载排放测试手段,以柴油公交车为研究案例,模拟并验证了车辆在实际运营线路上的油耗与排放水平.公交车综合线路实测百公里油耗为16.38L,NOx、CO和THC排放因子分别为4.44、3.35、1.96g·km-1,模拟结果与实测值基本吻合,其油耗与排放因子与实测值之比均在1.06倍左右.模拟结果显示,实测公交车怠速、NOx控制区及其它区域工况点分别占32.6%、7.1%和60.4%,增加10t负载或提高1.5倍车速可使发动机负荷利用率上升,控制区比例上升至18.4%和18.8%,同时增加负载和提高车速,控制区工况可提高至33.9%.相应地,增加负载或提高车速情景分别使车辆油耗与排放上升至1.5～1.7倍和1.6～1.8倍,同时增加负载和提高车速,油耗与排放可增至2.5倍～3.0倍,控制区油耗与排放比例均有大幅度上升.总体上,该模型方法可以为评价和研究重型柴油车在实际道路上的能耗及其排放状况提供新的模拟方法和分析手段.