重载柴油机采用非SCR和DPF实现国Ⅳ排放研究

在1台电控高压共轨重载柴油机上采用柴油/甲醇二元燃料(DMDF)燃烧方式,后处理采用氧化催化转化器(DOC)紧耦合微粒氧化催化器(POC),对其排放特性开展了试验研究.结果表明:DMDF模式可以同时减少NOx和炭烟排放,且随着甲醇掺烧比例的增加降低效果更加显著;在80%负荷时当甲醇掺烧比例为50%时,NOx和炭烟排放分别减少了25.3%和69.3%;DOC+POC对HC、CO和甲醛排放的催化效率均超过了98%,优于原机水平;经ETC、ESC和ELR检测,柴油机采用DMDF模式结合后处理器DOC+POC可满足国Ⅳ排放要求.     

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.     

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.     

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.     

十六烷值对甲醇/生物柴油排放污染物影响的试验研究

在186F柴油机上进行了台架试验,测定了柴油机燃用十六烷值分别为46、50、55的甲醇/生物柴油的排放污染物及燃油消耗.考察了十六烷值对柴油机燃烧甲醇/生物柴油的排放污染物、经济性的影响.结果表明:在标定工况时,当甲醇/生物柴油的十六烷值为46、50、55时,NOx浓度分别为155×10-6、142×10-6、135×10-6;烟度分别为3.4、2.3、3.0;HC浓度分别为89×10-6、193×10-6、284×10-6;CO浓度分别为0.5%、0.8%、1.2%.随着甲醇/生物柴油十六烷值的增加,柴油机排放污染物中的NOx浓度和烟度降低,但HC和CO浓度增加.甲醇/生物柴油的十六烷值不能过高,否则会使柴油机排放污染物急剧增加.     

纯生物柴油掺PODE对船机燃烧及颗粒排放的影响

在一台船舶柴油机上对D100(纯柴油)、B100(纯生物柴油)和B90P10(纯生物柴油与PODE(聚甲氧基二甲醚)按9:1体积比掺混组成的混合燃料)3种燃料的燃烧过程和颗粒物排放进行了试验研究.结果表明,B100和B90P10的缸内最高压力相比D100依次升高,最高燃烧压力对应的曲轴转角依次提前;低负荷时,B100和B90P10的压力升高率峰值、放热率峰值及燃烧初期的燃烧温度与D100相比依次明显增加.B100可大幅降低船舶柴油机的碳烟,掺混PODE碳烟排放进一步降低;高负荷和低负荷时,B90P10的碳烟颗粒排放因子分别为11.80和17.77mg/(kW·h),与D100相比降幅分别达64.21%和76.34%.B100和B90P10的颗粒物排放总数量显著高于D100,且增加的颗粒以小粒径的核模态为主.     

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.     

提高柴油/甲醇组合燃烧尾气排放质量的研究

对原机、柴油/甲醇组合燃烧,以及带氧化催化转化器的柴油/甲醇组合燃烧3种情况下的尾气排放进行了比较和研究.针对柴油/甲醇组合燃烧可以使NOx、烟度大幅度下降,但同时PM、CO和HC的排放浓度与原机相比反而增加的现状,通过加装氧化催化转化器,对废气进行处理后,发现HC、CO和PM排放明显减少.与原机相比,不仅可以实现大幅度降低NOx,而且PM排放也有较大幅度下降.采用透射电子显微镜观察发现,与原机相比,柴油/甲醇组合燃烧的PM排放中干炭烟(DS)减少,但是可溶有机物(SOF)增加.经过氧化催化转化器处理后,尾气的PM中大量SOF和HC化合物被消除,致使PM的质量明显减少.     

不同喷射方式对柴油/甲醇组合燃烧尾气中甲醛排放的影响

在一台经过改装的压燃式柴油机上进行了柴油/甲醇组合燃烧试验,对比了甲醇的不同喷射方式(顺序喷射与连续喷射)对组合燃烧尾气中甲醛排放的影响.试验结果表明,顺序喷射方式下尾气中的甲醛浓度要低于连续喷射尾气中的结果,在低负荷工况时,顺序喷射最大降低量达32%,在中高负荷工况下,两种喷射方式的甲醛排放相差不大.对比甲醇对柴油相同替代率时,两种喷射方式均表现在低负荷时的甲醛排放最多,而且甲醛排放差值也较大.此外,试验结果还表明,顺序喷射的燃料经济性要优于连续喷射.     

柴油烃族组分对柴油机排放的影响

柴油烃族组分可影响柴油的理化特性,从而影响柴油机的燃烧过程,进而对排放产生重要影响.本研究针对烃族组分含量不同的14种柴油,开展了排放特性的试验研究,基于试验结果采用主成分分析法及回归分析法揭示影响柴油机排放性能的关键组分及作用规律,并得到了柴油机排放与关键组分的经验公式,可在一定程度上预测排放特性.分析结果表明,总芳烃是影响柴油机排放的关键组分,当其含量介于5%～17%时,可使NO_x、soot(碳烟)、CO、HC排放均处于较低水平.此外,多环芳烃对柴油机排放有重要影响,其中的苊类、苊烯类对NO_x、碳烟、CO排放的影响作用更为显著,而其他烃族组分与柴油机排放的规律性相对较差.不同工况下,柴油机排放规律有所不同,在低负荷下柴油机排放对总芳烃含量更加敏感.     

Investigation to meet China II emission legislation for marine diesel engine with diesel methanol compound combustion technology

In order to reduce the pollutant emission and alleviate the pressure of petroleum resources shortage and greenhouse gas emission at the same time, the use of clean and renewable alternative fuel for marine engines is a promising option. In this study, a marine diesel engine, which was modified to run in diesel methanol compound combustion (DMCC) mode, was investigated. After the diesel injection parameters were calibrated, and combined with a sample after-treatment device DOC (diesel oxidation catalyst), the engine could meet the requirements of China II legislation. The overall MSP (methanol substitute percent) reached 54.1%. The value of each pollutant emission was much lower than that in China II emission legislation, and there was almost no methanol and formaldehyde emissions. When methanol was injected into the inlet manifold, the intake air temperature decreased a lot, as well as the exhaust gas temperature, which were beneficial to increase engine thermal efficiency and improve engine room environment. Compared with the engine running in pure diesel mode, when the engine ran in diesel/methanol dual fuel mode, the combustion phase was advanced, and the combustion duration became shorter. Therefore, the engine thermal efficiency increased, and fuel consumption decreased significantly.     

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.     

喷射时刻对柴油甲醇组合燃烧发动机颗粒物排放的影响

为了进一步减少甲醇掺烧后的柴油机颗粒物排放,在一台由增压中冷的高压共轨柴油机改造成的柴油甲醇组合燃烧(DMCC—diesel/methanol compound combustion)发动机上详细研究了柴油喷射时刻对两种燃料共燃时的颗粒物生成及其排放的影响.试验工况选择重型柴油机常用的A50工况.试验结果表明,当柴油在上止点后喷射时,颗粒物排放的数量浓度随着甲醇替代率的增加而减少,当上止点前喷射时,颗粒物的数量浓度先减少后增加.随着喷射时刻的提前,颗粒中超细颗粒所占比例增大.随着喷射时刻的推迟,甲醇替代率降低颗粒物质量浓度的作用增强,同时甲醇替代率降低颗粒物几何平均直径的作用减弱.     

柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)减少重载柴油机烟度排放的试验研究

在一台满足国三排放法规要求的重载车用增压中冷电控单体泵柴油机上,将其改造成柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)发动机并进行台架试验.利用电控单元控制向进气歧管喷射的甲醇量及其喷射时刻,原柴油机供油系统保持不变.试验主要研究在稳定工况时,不同的负荷以及不同的甲醇对柴油的比例情况下,经催化转化后发动机干炭烟烟度(415烟度)和不透光烟度(439烟度)排放的情况.试验结果表明,在燃用现有市售的燃油条件下,与原机相比,相同工况下采用DMCC的干炭烟烟度和不透光烟度都有大幅度的减少.干炭烟的最大降幅达95%,平均降幅达到50%以上.在柴油喷射量不变的情况下,增加甲醇喷射量,干炭烟烟度会持续减小,而不透光烟度呈先减少后增加的趋势.同负荷时的甲醇对柴油替代率为44.88%到56.73%时,不透光烟度存在最低点,并且发动机的烟度排放存在最优值.在同一工况下,随着柴油对甲醇的比例增加,发动机的干炭烟烟度和不透光烟度排放都逐渐增加.     

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%.     

柴油/甲醇二元燃料发动机的非常规排放特性研究

在一台电控单体泵增压中冷柴油机上,利用FTIR研究柴油/甲醇二元燃料发动机不同甲醇替代率下的非常规排放特性.结果表明,柴油/甲醇二元燃料燃烧模式下的非常规排放物甲醛、未燃甲醇、1,3-丁二烯及N_2O的比排放与纯柴油模式相比均有不同程度的增加,且均随着甲醇替代率的增加而增加;甲醛、未燃甲醇及N_2O的比排放随着负荷的增加逐渐降低;随着转速的增加,未燃甲醇的比排放趋势相差不大,排放量也无明显差别;CO_2的比排放随着甲醇替代率的增加而下降.