满足国IV排放的DMCC发动机非常规排放研究

在一台电控单体泵增压中冷柴油机上采用柴油/甲醇组合燃烧方式(DMCC),后处理采用氧化催化转化器(DOC)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:纯柴油模式时可挥发性有机物(VOCs)的排放体积分数在除怠速外的其它工况都小于5×10^-6,但甲醛在怠速工况时排放体积分数较高,为11.7×10^-6,苯系物的排放体积分数在各个工况下都小于6×10^-6;DMCC模式时,外特性时甲醇和甲醛排放均与柴油机相当,其它工况下甲醇和甲醛的排放体积分数大幅增加,都超过了250×10^-6,甲苯的排放体积分数要高于苯的排放体积分数;后处理器DOC+POC对甲醇和甲醛的催化效率均超过94%,对苯和甲苯的催化效率均超过75%.经过后处理器之后的柴油甲醇双燃料发动机的非常规排放物的比排放量为0.125 g·kW^-1·h^-1,原机的比排放量为0.209 g·kW^-1·h^-1,DMCC模式的非常规排放物要优于原机.     

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%.     

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.     

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.     

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.     

怠速工况下甲醇汽油甲醛排放特性研究

为了研究怠速工况下甲醇汽油非常规污染物甲醛的排放特性,在一辆比亚迪F6出租车上进行测试低怠速与高怠速的甲醛排放情况.研究结果表明:在0℃与2℃时,与93号汽油相比,M15及M25的甲醛排放相差不大,M85甲醛排放明显增加;在-6～-8℃时,与93号汽油相比,M15,M25及M85的甲醛排放完全一致;除了M15在0℃及M85在2℃时甲醛排放略有差别外,所有燃料在低怠速与高怠速时甲醛排放一致,可以认为怠速工况下转速对甲醛排放没有影响.     

柴油/甲醇组合燃烧发动机的氮氧化物排放研究

在增压共轨发动机上采用柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)方式进行了氮氧化物排放特性研究.对DMCC模式下NO x、NO、NO2等排放与纯柴油模式的对比分析表明:DMCC模式下的NO x排放比原机模式平均下降10%以上,NO平均下降幅度超过40%;采用DMCC模式后,NO2排放量都有明显大幅度的升高,并且NO2/NO比值呈现显著增大,平均高达100%以上.     

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.     

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.     

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.     

柴油/甲醇组合燃烧尾气中甲醛的检测

利用气相色谱分析技术检测了柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)尾气中的非常规排放物--甲醛.通过对不同采样方法和采样条件的比较,设计了采样系统,确定了用吸收液吸收的方法采集尾气中的甲醛.利用尾气中的甲醛与2,4-二硝基苯肼(DNPH)酸性饱和溶液反应生成甲醛腙的特性,通过检测甲醛腙的浓度来检测尾气中的甲醛含量.应用本方法检测一台采用DMCC燃烧模式的发动机尾气,结果表明,该方法可准确测量其尾气中的甲醛浓度.检测数据显示,当发动机运行DMCC燃烧模式时,相同转速下同一负荷时喷醇量越大,尾气中甲醛浓度越多;在相同的甲醇对柴油的替代率条件下,负荷越低尾气中甲醛浓度越高.     

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.     

乙醇汽油与普通汽油非常规污染物排放特性对比研究

在一台满足国Ⅴ排放标准的双喷射(气口喷射+缸内直喷)汽油机上开展了燃用E10乙醇汽油(乙醇体积比为10%)对发动机非常规排放特性影响的试验研究.使用傅里叶变换红外分析仪(FTIR)测量了饱和烃、不饱和烃、芳香烃及醇、醛等非常规污染物排放量,对比分析了双喷射模式时各工况下E0和E10两种燃料的非常规排放水平.结果表明,双喷射模式下,加入乙醇有效降低了乙烯、1,3-丁二烯、苯和甲苯的排放量,但会导致乙醛排放升高.双喷射模式下,随着负荷增加,两种燃料下的1,3-丁二烯和甲苯排放呈现先升高后降低的趋势,乙烯、甲醛和苯排放则先降低后升高.乙醇能抑制1,3-丁二烯、乙烯生成,抑制效果为PFI模式优于双喷射模式,GDI模式抑制量最低.PFI和GDI模式下E10的甲醛排放均显著升高,但双喷射模式有效抑制了甲醛排放的增加.     

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.     

DMDF电控单体泵柴油机结合简单后处理装置实现国Ⅴ排放的研究

在一台原机为满足国Ⅲ排放法规的增压中冷电控单体泵四缸发动机上采用柴油/甲醇双燃料(DMDF)燃烧方式,结合废气再循环(EGR)技术及不同后处理装置进行台架试验.结果表明:加装DMDF系统并经过精细标定,在不添加任何后处理器的情况下,仅结合EGR,氮氧化物(NO_x)和颗粒物(PM)的排放即可满足国V规定法规,但总碳氢化合物(THC)和一氧化碳(CO)排放高于法规限值;增加采用氧化催化转化器(DOC)或DOC+颗粒氧化催化转化器(POC)简单的后处理装置可以使电控单体泵DMDF发动机排放全面满足国V排放标准要求.其中,仅采用DOC的方式,THC和CO十三点加权比排放与后处理之前相比的降幅可分别达98.0%和99.8%,且分别仅为国V限值的35.2%和2.4%,采用DOC+POC的方式,HC和CO十三点比排放较原机的降幅分别达99.2%和99.9%,且分别仅为国V限值的13.5%和1.2%.     

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.     

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.     

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.     

家具板材排放VOCs成分谱及排放因子研究

随着目前人们对室内空气质量要求的不断提高,家具板材作为影响室内空气质量的VOCs（挥发性有机物）排放源,也逐渐受到重视.采用500 L静态箱,使用PTR-TOF-MS（质子转移反应-飞行时间质谱）对市售六类家具板材排放的VOCs进行测定,分别进行排放速率与排放平衡试验得到板材的排放特征与排放成分谱,并估算其排放因子.结果表明:①集成材、胶合板、细木工板、刨花板、密度板、实木地板8 h排放的ρ（TVOC）（TVOC为总挥发性有机物,total volatile organic compound）平均值分别为0.76、0.39、0.42、0.68、0.17、0.23 mg/m3,各类板材主要排放物种分别为甲苯、甲醛、甲醛、正壬烷、甲醇、甲醛,其质量浓度平均值分别为0.23、0.23、0.13、0.35、0.04、0.06 mg/m3.②排放平衡试验中焕城胶合板、吉林松木集成材、凯越密度板及时代刨花板TVOC的排放因子分别为3.63、10.63、0.51、2.07 g/m3.③板材排放VOCs成分谱中,焕城胶合板主要排放物种为丙烷、乙烷、甲醛、甲醇,其排放占比分别为18.57%、4.73%、19.74%、17.83%;吉林松木集成材主要排放物种为甲苯,其排放占比为43.27%;凯越密度板主要排放物种为乙烷与甲醛,其排放占比分别为26.44%、19.42%;时代刨花板主要排放物种为甲醛与甲醇,其排放占比分别为40.16%、31.55%.研究显示,各类板材VOCs排放特征、排放成分谱及排放因子均存在较大差异,部分板材VOCs排放量较大,需加强行业标准的规范化.      

DMDF电控单体泵柴油机结合简单后处理装置实现国V排放的研究

在一台原机为满足国Ⅲ排放法规的增压中冷电控单体泵四缸发动机上采用柴油/甲醇双燃料（DMDF）燃烧方式,结合废气再循环（EGR）技术及不同后处理装置进行台架试验.结果表明：加装DMDF系统并经过精细标定,在不添加任何后处理器的情况下,仅结合EGR,氮氧化物（NO_x）和颗粒物（PM）的排放即可满足国V规定法规,但总碳氢化合物（THC）和一氧化碳（CO）排放高于法规限值;增加采用氧化催化转化器（DOC）或DOC+颗粒氧化催化转化器（POC）简单的后处理装置可以使电控单体泵DMDF发动机排放全面满足国V排放标准要求.其中,仅采用DOC的方式,THC和CO十三点加权比排放与后处理之前相比的降幅可分别达98.0%和99.8%,且分别仅为国V限值的35.2%和2.4%,采用DOC+POC的方式,HC和CO十三点比排放较原机的降幅分别达99.2%和99.9%,且分别仅为国V限值的13.5%和1.2%.