MMT对汽油机催化前后微粒排放的影响

在一台自然吸气式PFI汽油机上,开展了甲基环戊二烯三羰基锰(MMT)汽油添加剂对发动机催化前后微粒数量浓度分布、粒径分布和质量浓度分布影响的试验,并研究了不同MMT含量对催化器催化效率的影响.结果表明,随着汽油添加剂MMT含量的增加,催化前后核态和积聚态的数量浓度均增加,MMT含量为12.5 mg·L-1和17.5 mg·L-1的燃油增加显著,相对于超细微粒,经催化器后细微粒和大微粒降幅比较明显.催化前后核膜态峰值粒径基本不变,催化后的积聚态峰值粒径明显大于催化前.随着MMT含量的增加,催化后积聚态峰值粒径向催化前移动.相比于基础油,随着MMT含量的增加,催化器对总数量浓度的催化效率有所降低,但MMT的增加大幅度提高了催化器对微粒总质量浓度的催化效率.     

MMT对GDI、PFI汽油机微粒排放的影响

为研究MMT对GDI、PFI汽油机微粒排放数量浓度以及质量浓度的影响,利用DMS500快速型微粒光谱仪,对一台增压缸内直喷(GDI)汽油机和一台自然吸气式气道喷射(PFI)汽油机燃用基础油以及在基础油中添加有机锰(MMT)的燃油的微粒排放特性进行了试验研究.结果表明:MMT的添加均会增加GDI、PFI汽油机的微粒排放,燃用不同含Mn量的燃油,各负荷下GDI汽油机的微粒数量浓度均明显高于PFI汽油机.中小负荷下GDI、PFI汽油机微粒排放数量浓度以及质量浓度均随着Mn含量的增加而上升.大负荷下,PFI汽油机微粒数量浓度随着Mn含量的增加而上升,但GDI汽油机则是在燃用不含Mn的燃油时微粒数量浓度最低,而后随着燃油中Mn含量的增加,超细微粒数量浓度的峰值反而逐步降低.GDI、PFI汽油机核模态与积聚模态微粒数量变化的规律相似.     

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.     

国Ⅴ柴油机燃用丁醇-柴油混合燃料颗粒粒径分布特性试验研究

在一台不做任何改动的国Ⅴ共轨柴油机上,运用发动机排气颗粒数量和粒径分析仪EEPS,结合实测空燃比,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,对比研究了柴油机燃用不同体积分数(10%、15%、20%、30%、40%)的丁醇-柴油混合燃料(Bu10、Bu15、Bu20、Bu30、Bu40)和国Ⅴ柴油(D100)对排气颗粒数量浓度、质量浓度及颗粒数量浓度粒径分布特性的影响.结果表明,外特性下,随着转速的升高,丁醇-柴油混合燃料和纯柴油的颗粒数量浓度粒径分布都向单峰对数正态分布转变.随丁醇掺混比例的增加,核模态颗粒和小粒径聚集态颗粒排放数量浓度在各工况下都有不同程度的降低;大粒径聚集态颗粒数量排放在低速低负荷时会略有增加,而在高速高负荷时会略有降低或基本不变.掺混丁醇后,各工况的颗粒总数量浓度和总质量浓度都会降低,在高速高负荷时最明显.     

车用柴油机燃用棕榈生物柴油的颗粒物排放特性研究

在满足国Ⅳ排放法规的车用柴油机上研究了燃用不同掺混体积比例的棕榈油生物柴油的颗粒物排放特性.试验中棕榈油生物柴油的掺混比例分别为0%、10%、20%、50%和100%,采用DMS500型快速颗粒光谱仪测试分析了发动机在外特性和负荷特性时的颗粒物数量浓度、质量浓度及粒径分布.研究结果表明:随生物柴油掺混比例的增加,颗粒物质量浓度降低.燃用生物柴油后颗粒物的数量浓度在大负荷明显降低,中小负荷呈升高趋势.生物柴油的排气颗粒物呈核态和凝聚态的双峰分布特征,核态数量浓度所占比例高于柴油,凝聚态的质量浓度所占比例略低于柴油.生物柴油颗粒物的几何平均直径小于柴油.     

柴油机排气微粒冷却演变特性的实验研究

对柴油机排气微粒在冷却条件下的演变特性进行了实验研究.结果表明,排气的冷却作用对微粒的质量浓度具有重要的影响.引起微粒质量浓度变化的主要原因是排气中气态碳氢的冷凝,从而增加了微粒的质量浓度.排气的冷却促使柴油机微粒增大,分布在0.01～1.0 μm粒径范围内的微粒数量有所减少,特别是小于0.1 μm以下的小微粒,微粒数量下降的幅度相对较大,并且冷却温度越低,变化越明显.排气冷却后,0.1-1.0 μm粒径范围内的微粒体积浓度呈减少的趋势.此外,流速对排气冷却条件下的微粒演变特性亦有一定的影响,随排气流速的降低,0.01～1.0 μm粒径范围内的微粒数量浓度和体积浓度减小.     

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.     

醇类汽油混合燃料EGR氛围下颗粒物排放特性研究

在一台缸内直喷(GDI)汽油机上,研究了部分负荷工况下引入EGR和添加醇类燃料对发动机颗粒物数量浓度和体积浓度排放特性的影响.实验结果表明,对于汽油、E20(乙醇在混合燃料中的体积比例为20%)、Bu20(正丁醇在混合燃料中的体积比例为20%)3种燃料而言,随着EGR率从0增加到20%,核态颗粒物数量浓度最大升幅为31.6%、110.0%、55.0%,积聚态颗粒物数量浓度最高降幅分别达21.9%、29.2%、40.9%,体积浓度最高降幅分别达45.0%、55.0%、36.6%.在EGR率为0工况下,相对于汽油燃料,E20与Bu20燃料核态颗粒物排放数量浓度降幅分别达82.4%、64.9%,积聚态颗粒物排放数量浓度降幅分别达77.0%、56.0%,体积浓度降幅分别达78.4%、52.0%,在降低颗粒物排放方面,乙醇要优于正丁醇.     

柴油机排气微粒特性的试验研究

通过试验对柴油机排气微粒特性进行了系统的研究，分析了柴油机微粒的组成、排放质量浓度、微粒粒径分布以及微粒的形态特征等，研究了柴油机工况对排气微粒特性的影响。研究结果表明，除柴油机工况影响微粒组成外，排气温度亦对微粒的组成及分布有重要的影响；柴油机微粒数量分布峰值在0．02μm—0.10μm之间，球形度以0．6—0.7之间的微粒居多；随着柴油机负荷或转速的增加，微粒平均粒径的变化趋势向大尺度方向发展。     

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.     

基于燃料特性的汽油机颗粒物排放预测关系式

汽油机的颗粒物排放与所用燃料的性能密切相关.为评价燃料特性对汽油机颗粒物排放的影响,建立了一个简化PN指数(SPNI)关系式并进行了统计学检验.该指数包含T70(70%蒸馏温度)、重芳烃(碳数≥9)含量、终馏点温度和烯烃含量4个关键的燃料参数.在试验和分析过程中配制了代表不同地区市场油的20种模型燃料,并对其燃料参数进行了相关性分析和多元线性回归.发动机试验结果表明,各种典型运行模式下的发动机实际颗粒物数量(PN)排放均与SPNI呈现高度的相关性.与已有的详细PM指数相比,该模型计算更为简便,可操作性强.该简化PN指数可用于工程上评价不同汽油燃料的颗粒物排放潜势.     

汽油加生物添加剂对发动机废气排放的影响研究

通过发动机的台架试验,系统研究了将一种热带植物提取物作为添加剂加入到不同成分的汽油中对汽油机废气排放特性的影响．结果表明：对于93^#高清洁汽油和93^#成分汽油,除了未燃碳氢(HC)略有上升外,其他排放物如氮氧化物NOx、一氧化碳等有所减少,CO2排放有明显的改善．对于乙醇汽油,则HC和CO2略有上升．     

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.     

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）.     

汽油车技术发展对尾气排放影响研究进展

近年来,汽油车尾气排放已成为城市大气污染的主要来源之一.为减少油耗、温室气体和大气污染物的排放,汽油直喷技术(GDI)、醇类燃料替代以及混合动力系统等新兴技术被应用到汽车产品中,该研究对GDI发动机汽车、醇类燃料车和混合动力车的颗粒物(PM)、氮氧化物(NO_x)、总碳氢化合物(THC)的排放研究进行梳理和总结,综合评估先进动力技术和醇类燃料的环境影响.结果表明:GDI汽油车的PM排放因子为进气道喷射(PFI)汽油车的1.2~5倍,加装汽油颗粒物捕集器(GPF)后GDI汽油车的PM排放大幅下降,同时具备催化能力的GPF可减少NO_x和THC排放.与汽油车相比,乙醇燃料车PM排放量减少了35%~56%,尾气THC排放减少了10%~44%,但挥发性有机物(VOCs)蒸发排放增加了20%~41%,其主要来自于日呼吸损失.各类型车辆的NO_x排放差异较小,比较结果存在一定的不确定性.混合动力车相比传统内燃机汽车污染物减排优势明显,可积极推广其在公共交通和私家车队中的应用.建议今后研究应着重关注以下几个方面:①GDI和混合动力车在实际条件下排放污染物的环境影响;②醇类燃料车VOCs蒸发排放控制技术及相关法规标准的完善;③新兴技术汽油车排放污染物的生成机理及其影响因素.      

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.