含氧柴油对柴油机排放及细颗粒物碳质组分的影响

乙缩醛(1,1-diethoxyethane)与柴油互溶性好, 可替代乙醇作为生物质来源的柴油含氧添加成分. 生物柴油掺混可以提高乙缩醛和柴油混合燃料的闪点及含氧量. 在柴油发动机台架上, 考察柴油和2种含氧柴油(10%乙缩醛+90%柴油和10%乙缩醛＋10%生物柴油＋80%柴油)在2个固定转速不同负荷的5个工况点的排放特性, 分析了NO_x、HC、CO和PM_2.5排放情况, 并用DRI的碳分析仪分析了PM_2.5中的碳质组分.结果表明, 与普通柴油排放相比, 含氧柴油对NO_x排放速率的影响不大, 在某些工况点HC排放速率有较显著的增加. 含氧柴油降低了柴油机PM_2.5排放速率, 最大降低幅度29%. 从碳质组成上看, 含氧燃料降低了PM_2.5中总碳 (total carbon,TC) 的排放速率, 最大降低幅度24%. 含氧柴油的元素碳(elemental carbon,EC)排放速率普遍低于普通柴油; 有机碳(organic carbon,OC)的排放速率在发动机高转速工况时明显低于普通柴油; PM_2.5的OC/EC值在大多数工况下高于普通柴油. 3种燃料排放PM_2.5的碳质组成百分比相似, OC和EC主要为OC1和EC1. 含氧柴油降低了柴油机PM_2.5的排放速率, 颗粒物中OC的比例有所增加, 但对颗粒物的碳质组分组成没有明显的影响.     

发动机燃用GTL柴油的排气颗粒数量及粒径分布规律

以一台汽车电控高压共轨柴油机为样机,采用发动机尾气颗粒粒径谱仪EEPS研究了发动机燃用天然气制油(GTL柴油)的排气颗粒数量及粒径分布规律.所用燃油分别为纯柴油(G0)、纯GTL柴油(G100)及GTL柴油掺混比为10%、20%的燃料(分别表示为G10、G20).试验工况为最大转矩转速1500r.min-1和标定转速2300r.min-1的负荷特性试验,负荷百分比分别为10%、25%、50%、75%和100%.结果表明:无论燃用柴油,还是GTL柴油或混合燃料,该机排气颗粒数量随粒径变化大都呈现明显的双峰对数分布状态,其排气核态颗粒的峰值粒径在10nm附近,聚集态颗粒峰值集中出现在40～50nm之间.随着GTL柴油配比的增加,各工况下不同粒径的颗粒数量大都持续下降,其中,排气核态颗粒数量明显下降,在高速高负荷下更为显著;而聚集态颗粒也较纯柴油有一定的降幅,其中,G20和G100柴油更为明显.     

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.     

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.     

不同品质燃油对公交车道路颗粒排放特征的影响

以国Ⅳ排放柴油公交车为样车,研究了3种燃油公交车的颗粒数量排放特性. 3种燃油分别为纯柴油、B20燃油〔V(生物柴油)∶V(纯柴油)=2∶8〕和G20燃油〔V(天然气制油)∶V(纯柴油)=2∶8〕. 结果表明:公交车燃用3种燃油的排气颗粒数量随粒径变化均呈双峰对数分布,其中核态颗粒数量峰值粒径均为10.8 nm;聚集态颗粒数量峰值粒径则因燃料差异而不同,其中纯柴油、B20燃油和G20燃油分别为80.6、69.8和60.4 nm. 对于不同类型道路,在公交车燃用纯柴油时,其快速路下的排气颗粒数量(7.35×1015 km-1)最低,分别比主干道和次干道低47.7%和55.1%. 对于不同品质燃油而言,在全程测试线路内,燃用G20燃油的公交车排气颗粒总数量(6.92×1015 km-1)最低,较纯柴油和B20燃油分别降低了42.5%和32.4%. 其中,G20燃油排气中核态颗粒数量为1.81×1015 km-1,较纯柴油和B20燃油分别降低了3.1%和15.4%,而聚集态颗粒数量则分别降低了49.7%和37.0%. 表明公交车燃用天然气制油可有效降低颗粒排放.      

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.     

生物柴油发动机颗粒排放物粒径及其分布试验研究

为获取燃用不同比例生物柴油的发动机排放颗粒物粒径及其分布特性,对1台增压直喷式车用柴油机进行了台架测试.用80 L/min定量泵和装有直径90 mm的玻纤滤膜采样器在排气管内采样10 min,用激光粒度仪测量与分析颗粒粒径和分布.结果表明,随着发动机转速提高,排放颗粒粒径变小且分布更集中.干法众数对应的粒径级较大（约10～12 μm）且较集中,湿法众数的较小（约4～10 μm）且分散.用干法分析,发动机低速时,B100的Sauter平均直径d₃₂最大,纯柴油最小,而B20的结果介于二者之间.而高速时B20的粒径最大,纯柴油次之,B100最小.中数粒径d(0.5)的结果也反映这一趋势.用湿法分析,除了2?000 r/min点外, B20的d₃₂最大,B100次之,柴油最小.湿法众数比干法分散,因而d₃₂也较大.     

生物柴油对柴油机排放细颗粒物及其中多环芳烃的影响

在柴油发动机台架上,考察普通柴油和2种原料不同的生物柴油(B100-1,大豆油为原料;B100-2,废油为原料)在2个固定转速不同负荷的4个工况点的细颗粒物PM2.5及其中多环芳烃(PAHs)的排放特性.用石英滤膜采集了尾气中的细颗粒物,并用GC/MS分析了颗粒物中的PAHs.生物柴油在高负荷时降低了柴油机PM2.5的排放速率,最大降幅达到了37.3%,在低负荷情况下增加了PM2.5排放速率.在所测试的工况下,生物柴油的颗粒相PAHs的排放速率较普通柴油均有不同程度的降低,最大降幅达到77.6%.生物柴油不但降低了PAHs的排放速率,还降低了PAHs在PM2.5中的质量百分比.B100-2的PM2.5和PAHs的平均排放速率比B100-1分别增加14.7%和17.8%.3种燃料排放PM2.5中的PAHs的主要化合物相似,均以小分子量为主,其中以菲的含量最高,2~3环PAHs超过总排放50%.生物柴油排放的PAHs毒性当量与柴油相比有较大程度地下降.     

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.     

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.     

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.     

柴油/碳酸二甲酯燃烧颗粒的微观结构和分形特征

为降低柴油机颗粒物排放,探讨了柴油机燃用柴油/碳酸二甲酯混合燃料燃烧颗粒微观结构和分形特征的变化规律. 采用扫描电镜、透射电镜和SAXS(同步辐射小角X射线散射)相结合的方法,针对DMC(碳酸二甲酯)添加量(以w计)对柴油机燃烧颗粒微观结构和分形特征参数的影响规律进行了研究. 结果表明:与柴油燃烧颗粒相比,D10〔w(DMC)为10%〕、D20〔w(DMC)为10%〕燃烧颗粒的碳粒子平均层面间距分别增加了5.3%、15.1%,弯曲度平均值分别增加了4.0%和10.3%,表明燃烧颗粒的氧化活性增加;与柴油相比,D10、D20燃烧颗粒的质量分形维数分别增加了0.44和0.52,下限均升高了0.2,SAXS与电镜图像对燃烧颗粒的质量分形维数的分析结果相一致,即质量分形维数随DMC添加量的增加而升高,表明燃烧颗粒的团聚程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒表面分形维数的下限分别升高了0.1和0.2,表明其燃烧颗粒表面的粗糙程度和不规则程度提高;与柴油燃烧颗粒相比,D10、D20燃烧颗粒的活化能分别降低了3.9和7.9 kJ/mol,表明燃烧颗粒的氧化活性随着DMC添加量的增加而增强,验证了燃烧颗粒微观尺寸结构和分形特征的研究结果. 研究显示,柴油中添加DMC能够提高燃烧颗粒的氧化活性,燃烧颗粒的氧化活性越强,其在后处理过程中就越易被氧化,有助于降低柴油机的颗粒物排放.      

Effects of continuously regenerating diesel particulate filters on regulated emissions and number-size distribution of particles emitted from a diesel engine

The effects of continuously regenerating diesel particulate filter (CRDPF) systems on regulated gaseous emissions, and number-size distribution and mass of particles emanated from a diesel engine have been investigated in this study. Two CRDPF units (CRDPF-1 and CRDPF-2) with di erent specifications were separately retrofitted to the engine running with European steady-state cycle (ESC). An electrical low pressure impactor (ELPI) was used for particle number-size distribution measurement and mass estimation. The conversion/reduction rate (RCR) of hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) across CRDPF-1 was 83% and 96.3%, respectively. Similarly, the RCR of HC and CO and across CRDPF-2 was 91.8% and 99.1%, respectively. The number concentration of particles and their concentration peaks; nuclei mode, accumulation mode and total particles; and particle mass were highly reduced with the CRDPF units. The nuclei mode particles at downstream of CRDPF-1 and CRDPF-2 decreased by 99.9% to 100% and 97.8% to 99.8% respectively; and the particle mass reduced by 73% to 92.2% and 35.3% to 72.4%, respectively, depending on the engine conditions. In addition, nuclei mode particles increased with the increasing of engine speed due to the heterogeneous nucleation initiated by the higher exhaust temperature, while accumulation mode particles were higher at higher loads due to the decrease in the air-to-fuel ratio (A/F) at higher loads.     

Experimental investigation into the oxidation reactivity, morphology and graphitization of soot particles from diesel/n-octanol mixtures

Aiming to investigate the impacts of n-octanol addition on the oxidation reactivity, morphology and graphitization of diesel exhaust particles, soot samples were collected from a four-cylinder turbocharged diesel engine fueled with D100（neat diesel fuel）, DO15（85% diesel and 15% n-octanol, V/V） and DO30（70% diesel and 30% n-octanol, V/V）. All tests were conducted at two engine speeds of 1370 and 2150 r/min under a fixed torque of 125 N ·m. The soot properties were characterized by thermogravimet...     

不同燃料柴油机多环芳烃排放特征的试验研究

在一台直喷式柴油机上,采用玻璃纤维滤纸及XAD-2吸附管采集、超声和索氏提取、气质联用分析等技术,测量了燃用柴油、生物柴油及其调合油B50排气中的多环芳烃类污染物（PAHs）.研究表明,柴油机颗粒相PAHs排放随着负荷的增大呈现降低的趋势,气相PAHs排放随着负荷呈现先降低后升高的趋势.与柴油相比,生物柴油的颗粒相和气...     

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.     

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.     

添加剂对柴油机燃用乙醇柴油时排放颗粒特性的影响

为研究十六烷值改进剂和消烟剂对柴油机燃用乙醇柴油时颗粒排放特性的影响,在乙醇柴油中加入0.1%(以w计)、0.3%和0.5%的十六烷值改进剂或消烟剂,并在YZ4DB3柴油机上分别对这些燃料的排气烟度、颗粒比排放和粒径分布等进行研究. 结果表明:含添加剂的乙醇柴油颗粒物排放远低于0#柴油,降幅在50%以上;与0#柴油相比,添加0.3%十六烷值改进剂的乙醇柴油降低颗粒排放效果较显著,降幅高达64.2%,而添加0.1%消烟剂的乙醇柴油颗粒物排放降幅更高达84.0%,表明消烟剂的降颗粒效果更加显著. 柴油机燃用柴油时,排放颗粒的粒径呈双峰分布,峰值分别在0.56和0.18μm左右;但燃用含添加剂的乙醇柴油时,排放颗粒的粒径则呈单峰分布,其峰值均在>0.56~1.00μm粒径范围内. 柴油机燃用含添加剂的乙醇柴油后,0.18~0.32μm粒径范围内的排放颗粒显著减少,但在>0.32~1.00μm粒径范围内增加;同时,排放颗粒物中的积聚模态颗粒占排放颗粒总质量的比例降低,而粗粒子模态颗粒的所占比例相应增加. 排气烟度与积聚模态颗粒质量分布密切相关. 研究结果表明,柴油添加剂能够显著改善柴油机颗粒物排放特性,有利于改善大气质量.      

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.     

生物柴油排放微粒特性的试验研究

在1台直喷式增压柴油机上进行了生物柴油和柴油的排放微粒特性试验.用80 L/min定量泵和装有直径90　mm的玻纤滤膜采样器在排气管内采集微粒,利用激光粒度仪和色谱-质谱联用仪,分析了微粒的粒径分布和微粒中的可溶性有机物以及16种多环芳烃.结果表明,生物柴油排放微粒的体积粒径呈单峰分布,其平均直径d₃₂.和中位直径d(0.5)都随转速的增加而减少.高转速时生物柴油排放微粒的d₃₂和d(0.5)均高于柴油,而低转速时均低于柴油.生物柴油的SOF排放质量浓度为12.3～31.5 mg/m³,占微粒质量的38.2％～58.0％,均明显高于柴油.生物柴油排放微粒中的总多环芳烃排放浓度为2.9～4.7 μg/m³,与柴油相比下降29.1％～92.4%.