DOC对燃用调合生物柴油发动机PM排放的影响

为研究氧化催化转化器(DOC)对柴油机燃用不同调合生物柴油(BO、B10、B20)后排气颗粒物粒径分布及组分的影响规律,利用MOUDI对颗粒物进行分级采样,对分级颗粒称重得到质量浓度分布,利用热重分析仪分析颗粒物热重特性及组分变化.结果表明:未加装DOC时,随着生物柴油比例的增加,各粒径级颗粒物质量浓度均降低,B20降幅最大;颗粒物质量浓度峰值范围内的粒径大小处于0.18~0.32μm,SOF质量分数依次升高,无机盐和Soot质量分数依次降低.加装DOC后,颗粒物质量浓度降低,DOC对粒径大于1μm颗粒转化效果不明显,聚集态颗粒质量浓度转化效率明显高于粗粒子态颗粒,B20聚集态转化效率最高,可达61.6%.随着转速的升高,转化效率明显降低,颗粒中SOF质量分数降低,H_2O、Soot,无机盐质量分数均增大.     

基于DOC+CDPF后处理技术的公交车实际道路颗粒物排放特性

利用车载排放测试系统,对柴油公交车安装氧化催化转化器(DOC)+催化型颗粒捕集器(CDPF)前后的实际道路工况颗粒物排放特性进行了研究。安装DOC+CDPF前后,稳态工况下,颗粒物数量排放(PN)、质量排放(PM)分别在车速为25,30 km/h降幅最大;瞬态工况下,随着加速度的增加,PN、PM排放率降幅逐渐增大;颗粒粒径分布规律不同,安装前呈单峰或双峰分布,而安装后呈三峰分布,粒径124.1 nm左右降幅最大。     

柴油机颗粒后处理技术对颗粒物排放的影响

本文利用一台满足国Ⅲ排放标准的电控共轨柴油发动机,研究了氧化型催化转化器(DOC)、燃油催化剂型的壁流式颗粒捕集器(FBC-DPF)和带有DOC的壁流式颗粒捕集器(DOC+DPF)三种不同的柴油机颗粒物净化装置对柴油机颗粒物排放的影响,定量研究了不同转速和负荷下,这三种后处理装置前后颗粒物数量和质量的变化。研究显示:DOC对颗粒物的净化效率大约在20%~30%之间,FBC-DPF对颗粒物的净化效率大约在90%~98%之间,DOC+DPF对颗粒物的净化效率也超过了90%。结果表明壁流式的颗粒捕集器对柴油机颗粒物有较高的净化效果。     

DOC+CDPF配方对柴油公交车颗粒物排放特性影响

为研究不同DOC+CDPF（催化型连续再生颗粒捕集器）配方对公交车颗粒物排放特性的影响,以一辆满足国Ⅲ排放的柴油公交车为试验样车,在重型底盘测功机上分别进行了加装3种不同DOC+CDPF的柴油机在中国典型城市公交车循环（CCBC）中的排放特性试验,分析了不同贵金属负载量对柴油机颗粒物排放特性的影响.结果表明：在相同贵金属配比情况下,当DOC+CDPF催化剂配方中贵金属负载量较高时,颗粒物浓度降幅较大.3种方案的颗粒物质量浓度综合减排率分别为99.3%、98.8%、96.4%,平均降幅达到98.2%;当使用DOC+CDPF后,柴油机颗粒物粒径分布由双峰对数分布变为三峰对数分布,但不同催化剂配方下对应的粒径最大峰值点会偏移;采用DOC+CDPF装置后,发动机排放背压略有增加.且当贵金属负载量越高时,装置压降增量越少,被动再生性能越优异.     

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.     

汽车排放超细微粒数浓度及粒径谱特征的实验研究

采用快速迁移率粒径谱仪(fast mobility particle sizer,FMPS)结合汽车尾气分析仪对3辆不同型号汽车排放超细颗粒数浓度进行测量,分析了空载情况不同转速下排气管附近超细颗粒数浓度及粒径谱特征.结果表明,在怠速800 r·min-1情况下,汽车排放的颗粒数浓度最低,随着空载转速的增加颗粒数浓度呈增高趋势.尾气颗粒以核模态和爱根核模态为主,峰值粒径集中在10 nm和50 nm.汽车加速过程排放颗粒数浓度有明显的急剧升高过程,在车速稳定后颗粒物浓度趋于稳定.在排气管尾部轴向距离0.4 m范围内颗粒稀释后数浓度衰减迅速,在0.4~1 m范围稀释不明显,均大于背景浓度.空载情况下随发动机转速增加,汽车排放尾气CO、HC和NO浓度呈减少趋势,与颗粒物数浓度排放趋势相反.     

DOC+POC对重型柴油机性能及常规气态物排放特性的影响研究

以某电控高压共轨重型柴油机为试验样机,在外特性以及最大转矩转速和额定转速两个不同转速的负荷特性下,对比研究了重型柴油机加装氧化催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)耦合颗粒氧化催化器(particle oxidation catalyst,POC)后处理装置前后的动力经济性和常规气态物排放特性。研究结果表明:加装DOC+POC装置后,排气温度基本在后处理装置的工作温度范围里,随着转速增大,排气背压迅速增大;动力性和经济性变化不大,扭矩降幅在2%以内,燃油消耗率上升幅度也在2%左右;而CO和THC体积排放量有大幅下降,NOx也有小幅下降,分别平均下降98%、94%和3%,CO2排放有小幅的增加,平均增幅为4.3%。     

DOC对柴油机燃用生物柴油颗粒物微观形貌及SOF组分的影响

为研究氧化催化转化器（DOC）对柴油机燃用调合生物柴油（B0,B20）后排放颗粒物微观形貌及可溶性有机组分（SOF）的影响规律,对DOC作用前后的排气颗粒物进行采样,利用透射电镜（TEM）和气相色谱-质谱仪（GC-MS）开展颗粒物理化特性研究.结果表明：未加装DOC时,与B0相比,B20排放颗粒物基本碳粒子粒径减小,分形维数增加,团聚堆积现象加剧;SOF组分中的脂类和酸类物质质量分数增加,烷烃类、芳香烃和酚类物质质量分数减少,C26~C35的质量分数降低.加装DOC后,B0和B20排气颗粒物团簇程度降低,分形维数降幅分别为10.1%和15.5%;SOF组分中芳香烃类和酚类物质质量分数增加,烷烃类、脂类、酸类质量分数减小,C15~C25质量分数下降;B0排放颗粒物SOF中C26~C35质量分数降低41.4%,而B20增加865.8%.     

催化型连续再生颗粒捕集器对生物柴油发动机排放颗粒理化特性的影响

以某重型柴油机为原机,研究氧化催化转化器(Diesel Oxidation Catalyst,简称"DOC")与催化型颗粒捕集器(Catalyzed Diesel Particulate Filter,简称"CDPF")结合而成的催化型连续再生颗粒捕集器(Catalyzed Continuously Regeneration Trap,简称"CCRT")对燃用B20混合燃料柴油机颗粒排放理化特性的影响.试验结果表明:生物柴油发动机安装CCRT装置后排放的颗粒质量和数量均显著低于原机.CCRT装置对不同粒径颗粒的捕集效率不同,对聚集态颗粒的捕集效果略优于核态颗粒.与原机相比,安装CCRT后PAHs总排放量下降,在检测到的20种PAHs中有17种排放量减少.按环数比较,原机及安装CCRT装置后PAHs均以三环和四环为主.CCRT装置的安装使生物柴油发动机排放颗粒中化学成分毒性降低.     

不同后处理器对DMCC发动机PM排放的影响

在一台整车排放达到国Ⅲ标准的YC4D140电控单体泵增压中冷柴油机上加装甲醇喷射系统,改成柴油甲醇组合燃烧(DMCC)发动机.使用AVL 415S烟度计和DMS 500快速颗粒物光谱仪研究不同后处理器对DMCC发动机颗粒物(PM)排放的影响.试验结果表明,各工况下单独CDPF、DOC+CDPF基本可以消除发动机产生的干炭烟.DOC+CDPF后处理方式与单独CDPF相比,颗粒物捕集效率明显提高,且前者对颗粒物中核态部分的捕集效果更加突出.甲醇掺烧后,炭烟和颗粒物几何平均直径降低.经CDPF和DOC+CDPF处理,415S烟度计测得的炭烟进一步降低;DMS颗粒物光谱仪显示的颗粒物粒径,因其中核态部分大部被氧化捕集而仅余较大几何平均直径的部分.小负荷时经CDPF和DOC+CDPF处理,颗粒物的几何平均直径会增大,大负荷时则相反.各工况下相比于CDPF,DOC+CDPF对核态颗粒物捕集更有效.     

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.     

Experimental study on filtration and continuous regeneration of a particulate filter system for heavy-duty diesel engines

This study investigated the filtration and continuous regeneration of a particulate filter system on an engine test bench, consisting of a diesel oxidation catalyst（DOC） and a catalyzed diesel particulate filter（CDPF）. Both the DOC and the CDPF led to a high conversion of NO to NO2 for continuous regeneration. The filtration efficiency on solid particle number（SPN） was close to100%. The post-CDPF particles were mainly in accumulation mode. The downstream SPN was sensitively influenced by the variation of the soot loading. This phenomenon provides a method for determining the balance point temperature by measuring the trend of SPN concentration.     

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.     

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.     

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.     

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.     

柴油甲醇组合燃烧发动机的甲醛排放特性

在一台加装独立的甲醇供给系统的自然吸气柴油机上,采用柴油甲醇组合燃烧模式(DMCC)进行台架试验.利用气相色谱仪分析技术,全面研究并总结了甲醛在不同的发动机工况如转速、负荷、排气温度(改变柴油氧化催化转化器DOC位置)和不同甲醇替代率的情况下的排放规律以及甲醛和未燃碳氢(HC)之间的相互关系.研究结果显示,DMCC模式下的甲醛排放主要受到负荷、甲醇替代率、排气温度3方面的共同影响.在中等负荷排温在240～380℃之间时,DOC促进甲醛的生成;在高负荷排温在400℃以上时,DOC减少甲醛排放.在同样工况下将DOC位置移近排气歧管对减少甲醛排放有显著的作用.在此情况下,当排气温度超过400℃,DOC后的甲醛排放体积分数降低到(10～15)×10-6左右,与燃用纯柴油的甲醛浓度相近.另外,未燃碳氢和甲醛的转化效率的规律有一定的关联.当排温高于320℃以后,尽管HC迅速下降到比原机还低的水平,但甲醛排放浓度却比较高.当排气温度超过380℃并将DOC位置移近排气歧管,此时,HC与甲醛的排放将同步减少直至接近零排放水平.     

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.