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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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·k W~(-1)·h~(-1),原机的比排放量为0.209 g·k W~(-1)·h~(-1),DMCC模式的非常规排放物要优于原机.     

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.     

高压共轨主喷射时刻对柴油/甲醇双燃料发动机燃烧和排放的影响

在一台四冲程六缸增压中冷的高压共轨柴油机上采用进气总管喷射无水甲醇的方式进行柴油/甲醇组合燃烧实验(DMCC).通过改变共轨柴油喷射的主喷射时刻以及甲醇的喷射量,对柴油机燃烧和尾气排放进行研究.试验发现,纯柴油模式下,压缩冲程缸压随着喷油提前角的减小而增大,推迟喷油,后燃期延长,排气压力增大.甲醇替代率为30%时,随着喷油提前角的增大,峰值缸压和峰值放热率均增大.在柴油/甲醇双燃料燃烧模式下主喷射时刻对减少柴油机氮氧化合物(NO_x)排放具有较好的作用,同一替代率情况下NO_x排放随着主喷射时刻的推后而减少;主喷射时刻对碳烟(Soot)排放的影响则比较复杂,纯柴油模式下碳烟的排放随着主喷射时刻的提前逐步减少,而柴油甲醇二元燃料燃烧(DMDF)模式下碳烟的排放则随着主喷射时刻的提前呈现出先上升后下降的趋势;DMDF模式下主喷射时刻提前CO、HC排放均降低,且替代率越大下降趋势越明显.     

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.     

高低压废气再循环系统(EGR)对进气道喷醇式柴油甲醇双燃料发动机的影响

以一台加装了进气道喷醇系统（MIIA）、高低压废气再循环系统（EGR）的2.8 L增压中冷高压共轨直喷柴油机为平台,在不同负荷下开展不同外部EGR循环方式对进气道喷醇式柴油甲醇双燃料发动机性能影响的试验研究.结果表明,柴油甲醇组合燃烧（DMCC）技术对EGR技术具有良好兼容性.在采用国VI排放法规标准规定的稳态试验循环（WHSC）测试条件下,借助EGR技术的DMCC发动机氮氧化物（NO_x）排放会显著降低且颗粒物（PM）保持在较低水平,打破了NO_x-PM的trade-off关系.此外,不同EGR方式对排放特性、进排气参数、燃烧特性和经济性能的影响存在显著差异,耦合排气背压阀（BPV）后的低压EGR策略可实现更高的EGR率,将NO_x排放降至国VI限值附近.但同等EGR率下发动机采用高压EGR更具优势,利于均质混合气的形成,增加预混燃烧占比,获得更高的燃烧效率和热效率.然而受限于高EGR率需求,采用单一型式EGR策略实现DMCC发动机满足国VI限值仍存在困难.     

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.     

Investigation to meet China II emission legislation for marine diesel engine with diesel methanol compound combustion technology

In order to reduce the pollutant emission and alleviate the pressure of petroleum resources shortage and greenhouse gas emission at the same time, the use of clean and renewable alternative fuel for marine engines is a promising option. In this study, a marine diesel engine, which was modified to run in diesel methanol compound combustion (DMCC) mode, was investigated. After the diesel injection parameters were calibrated, and combined with a sample after-treatment device DOC (diesel oxidation catalyst), the engine could meet the requirements of China II legislation. The overall MSP (methanol substitute percent) reached 54.1%. The value of each pollutant emission was much lower than that in China II emission legislation, and there was almost no methanol and formaldehyde emissions. When methanol was injected into the inlet manifold, the intake air temperature decreased a lot, as well as the exhaust gas temperature, which were beneficial to increase engine thermal efficiency and improve engine room environment. Compared with the engine running in pure diesel mode, when the engine ran in diesel/methanol dual fuel mode, the combustion phase was advanced, and the combustion duration became shorter. Therefore, the engine thermal efficiency increased, and fuel consumption decreased significantly.     

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%.     

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.     

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.