燃气发动机瞬态工况下NOx排放特征

NO_x排放控制是发展燃气汽车的核心问题.为获得增压中冷燃气发动机瞬态工况NO_x的排放特征,实验选取了6MK375N-50增压中冷燃气发动机,研究了不同转速、转矩、进气流量、进气温度及湿度对NO_x排放的影响.试验结果表明NO_x的排放随着转速的增加先升高后减缓,转速为1400 r·min-1时NO_x排放最高,转矩的增加也会使NO_x排放增加,随着进气流量的增加,NO_x排放量先增加后稳定,进气流量为180 kg·h~(-1)时NO_x排放最高,进气温度对NO_x排放也有直接影响,进气温度为31℃时NO_x排放最高,随着进气湿度的增加,NO_x排放水平降低,对试验结果的双因素方差分析得到,各影响因素对NO_x的排放影响均非常显著.对1400 r·min-1下各个工况对应NO_x进行拟合,变化规律符合公式y=a-b×ln(x+c).     

混燃甲醇和乙醇改善柴油机碳烟排放

以柴油机为基础，以乙醇或甲醇作为预混合燃料，与喷入的柴油组成部分预混的复合燃烧，大幅度降低了发动机排气烟度，同时使氮氧化物排放得到一定改善，发动机的燃油消耗率优于原柴油机，而HC排放，尤其是在低负荷时有所增加，甲醇比乙醇具有降低烟度效果更好、氮氧化物降低更多和HC及CO排入增加较少的优越性。     

电动增压补气消除柴油机瞬态加速冒烟的试验

将自行开发的、适用车载24V电源的电动增压补气系统在一台490QDI柴油机上进行了实验研究.实验工况包括起始负荷分别为0和40N.m的加载加速的瞬态工况以及1400r·min-1、60N·m,1600 r·min-1、90N-m和1800 r.min-1、120N·m 3种低转速、大扭矩稳态工况,针对以上工况分别进行了有无电动增压补气的实验.试验结果表明,有电动增压补气的柴油机同原机相比,零负荷加载加速时的微粒排放降低达70%以上,瞬间输出功率最大可提高54.5%;在稳态工况时,HC、CO排放都随着电机转速的升高而降低,最大减少量分别达到66.7%和75.O%;波许烟度平均减小50%以上.此外,加速补气对提高燃油经济性也有一定效果,比油耗最大能降低7.46%.     

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.     

DMCC发动机实车工况下实现国Ⅳ排放的试验研究

本试验在一台满足国三排放的增压中冷四缸柴油机上,在不改变原机柴油ECU(甲醇控制单元)标定MAP的条件下,对其实施柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)技术改造,按照重型柴油机十三点工况(ESC)循环进行试验.对比了原机基础上加装DMCC(Diesel and Methanol Compound Combustion)及简单的后处理器(DOC+POC)的效果,并探讨了其满足国IV排放标准的可行性.结果表明:与原机(无后处理)相比,DMCC燃烧模式下的NO_x和碳烟(soot)比排放均有了较大的降幅,且均能满足国IV排放标准;但在未加装后处理器时,碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)的比排放明显高于国IV排放限值;非常规排放物中甲醇(CH_3OH)及甲醛(HCHO)的比排放也有较大幅度增加.在加装了后处理器DOC+POC之后,碳烟比排放进一步降低,仅为国IV排放限值的60%,NO_x比排放小幅度增加,但其增幅范围不超过国IV排放限值的2.57%;在经过后处理之后HC和CO的比排放分别是国IV排放限值的36.9%、1.24%,CH_3OH、HCHO比排放分别是原机水平的1.49%、59.55%.研究结果为采用甲醇辅助燃烧提升原柴油机的排放性能提供了可行的技术途径.     

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.     

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.     

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.     

基于台架测试的我国船用柴油机废气排放因子

基于燃油消耗和基于船舶活动两种方法准确测算我国水路运输行业的废气排放量,对我国生产的分别满足国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)NO_xTierⅠ、TierⅡ标准的76台和113台船用柴油机母型机排放测试报告进行了统计分析,研究确定了二冲程主机、四冲程主机和四冲程副机NO_x、CO、HC和CO_2基于燃油的排放因子和基于做功的排放因子.结果表明,不同类型柴油机NO_x、CO、HC和CO_2基于燃油的排放因子分别为30.67~76.55、3.01~6.13、1.25~2.24和3 141.15~3 165.63 kg·t~(-1);不同类型柴油机NO_x、CO、HC和CO_2基于做功的排放因子分别为6.83~13.64、0.61~1.35、0.21~0.50和534.04~745.18 g·(k W·h)~(-1).不同类型柴油机基于做功的排放因子与柴油机负荷密切相关,并可用幂函数或二次多项式来表达其关系;另外,通过对国外机构采用的排放因子进行简单的修正难以真实反映我国船用柴油机排放技术水平.相关研究结果为我国船舶排放清单的测算提供了具有适用性的基础数据.     

乙醇柴油混合燃料的制备工艺和废气的排放特性

为降低柴油机排放对环境造成的污染,用乙醇部分替代柴油,探索了乙醇柴油混合燃料的制备方法,研究了掺混乙醇及助溶剂对柴油机排放的影响.结果表明:无水乙醇可以和柴油以任意比例混溶,但痕量水(0.2%)的添加即导致混合物分层,合成的有机助溶剂可保证乙醇-柴油-痕量水体系的稳定性基于台架实验,考察了掺混10%、20%、30%乙醇对燃料排放性能的影响乙醇的最佳掺混比为20%在额定工况点(功率为13kW,转速为1540r/min)时,掺混20%乙醇的混合燃料可降低烟度55%,降低HC排放70%,降低CO排放45%.不添加助溶剂时,乙醇的掺混导致排放尾气中产生乙醇、微量乙醛等有机物.而添加非金属离子助溶剂可使HC、乙醇、乙醛排放的浓度明显降低.     

重型柴油车区域达标法和窗口平均值法对中国典型路况的适应性

选择2台重型柴油车发动机,在测功机台架上复现其在中国典型道路工况下的运行过程,并测取发动机的外特性曲线、特征转速和ETC（European Transient Cycle,欧洲瞬态循环）做功量;在此基础上,基于美国和欧洲2种典型的重型在用车符合性检测方法,即NTE(Not To Exceed,区域达标)法和AWM(Averaging Window Method,窗口平均值法),对比研究了这2种方法对中国重型柴油车典型道路工况的适应性. 结果发现:NTE法对在重庆国道高速公路下运行的重型柴油车工况具有较好的覆盖性,但对北京通州的公交车运行工况的覆盖性较差;改变NTE事件的采样时间准则和控制区域定义,对NOx比排放的数值影响不大. AWM能够利用全部的道路工况数据,但是由于怠速工况的存在,使得用该方法计算出的平均NOx比排放值比NTE法得出的数值偏高;而基于ETC循环做功量的窗口平均NOx比排放值具有较为合理的离散度.      

汽油机燃用乙醇和汽油的混合燃料的试验研究

对摩托车汽油机进行了燃用乙醇 汽油混合燃料的试验,并与燃用汽油时的结果进行了对比分析.结果显示,汽油机燃用乙醇和汽油的混合燃料,当混合燃料中乙醇比例为10%和15%时,即使发动机的结构不变、燃油系统和点火系统不作任何调整的时候,发动机的全负荷输出不受影响,发动机的能耗率得到改善,HC和CO排放有所降低,但是NOx排放会有显著增加.     

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.     

Control of diesel soot and NOx emissions with a particulate trap and EGR

The exhaust gas recirculation(EGR), coupled with a high-collection efficiency particulate trap to simultaneously control smoke and NOx emissions from diesel engines were studied. This ceramic trap developed previously provided the soot cleaning efficiency of 99%, the regeneration efficiency reaches 80% and the ratio of success reaches 97%, which make EGR used in diesel possible. At the presence of EGR, opening of the regeneration control valve of the trap was over again optimized to compensate for the decrease of the oxygen concentration in the exhaust gas resulted from EGR. The results indicated the cleaning efficiency and regeneration performance of the trap were maintained at the same level except that the back pressure increased faster. A new EGR system was developed, which is based on a wide range oxygen(UEGO) sensor. Experiments were carded out under steady state conditions while maintaining the engine speed at 1600 r/min, setting the engine loads at 0%, 25%, 50%, 75% and 100%respectively. Throughout each test the EGR rate was kept at nine different settings and data were taken with the gas analyzer and UEGO sensor. Then, the EGR rate and engine load maps, which showed the tendencies of NOx, CO and HC emissions from diesel engine,were made using the measured data. Using the maps, the author set up the EGR regulation, the relationship between the optimal amounts of EGR flow and the equivalence ratio, σ, where σ = 14.5/AFR.     

On-road pollutant emission and fuel consumption characteristics of buses in Beijing

On-road emission and fuel consumption (FC) levels for Euro III and IV buses fueled on diesel and compressed natural gas (CNG) were compared, and emission and FC characteristics of buses were analyzed based on approximately 28,700 groups of instantaneous data obtained in Beijing using a portable emissions measurement system (PEMS). The experimental results revealed that NOx and PM emissions from CNG buses were decreased by 72.0% and 82.3% respectively, compared with Euro IV diesel buses. Similarly, these emissions were reduced by 75.2% and 96.3% respectively, compared with Euro III diesel buses. In addition, CO2, CO, HC, NOx, PM emissions and FC of Euro IV diesel buses were reduced by 26.4%, 75.2%, 73.6%, 11.4%, 79.1%, and 26.0%, respectively, relative to Euro III diesel buses. The CO2, CO, HC, NOx, PM emissions and FC factors all decreased with bus speed increased, while increased as bus acceleration increased. At the same time, the emission/FC rates as well as the emission/FC factors exhibited a strong positive correlation with the vehicle specific power (VSP). They all were the lowest when VSP < 0, and then rapidly increased as VSP increased. Furthermore, both the emission/FC rates and emission/FC factors were the highest at accelerations, higher at cruise speeds, and the lowest at decelerations for non-idling buses. These results can provide a base reference to further estimate bus emission and FC inventories in Beijing.     

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.     

海拨高度对柴油机起动污染物排放的影响

以某大功率低压缩比柴油机为研究对象,进行了0,1000,2000,3000,3750,4500m 6个海拨高度的起动排放试验,研究了该柴油机不同海拨高度下起动过程中的HC,CO,NO_x和颗粒物排放特性.结果表明：海拨升高,柴油机起动过程的HC,CO和颗粒物排放增加,NO_x排放降低;与平原（0m海拨）比较,该柴油机高原（4500m海拨）冷起动排放的HC,CO和颗粒物分别增加7.1,2.6和2.1倍,NO_x降低53.8%;0~4500m海拨,该柴油机起动过程排放的颗粒物中聚集态颗粒物质量占94%~99%,颗粒物数量呈单峰对数分布,峰值粒径随着海拨的升高向大粒径方向移动,几何平均粒径增大.     

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）.