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.     

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.      

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.     

公交车燃用生物柴油的颗粒物排放特性

采用美国TSI公司的EEPS颗粒数量及粒径分析仪,对国Ⅳ排放柴油公交车燃用纯国Ⅳ柴油BD0,纯餐饮废油制生物柴油BD100及国Ⅳ柴油和生物柴油掺混体积比分别为5%、10%、20%、50%的混合燃料(BD5、BD10、BD20、BD50)的颗粒物排放特性进行了试验研究.结果表明,颗粒物数量及质量排放随车速加速度的增加均呈逐渐增加趋势,而随生物柴油掺混比例的增加而降低;不同车速区间下,颗粒物数量排放的粒径分布均呈双峰分布;不同加速度区间下,颗粒物数量排放的粒径分布由减速时的双峰分布逐渐过渡到加速时的单峰分布;随生物柴油掺混比例的增加,聚集态颗粒物数量下降显著,且峰值向小粒径方向移动,核态颗粒物数量变化不大,颗粒物几何平均粒径Dg变小.     

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.     

不同排放标准公交车燃用生物柴油颗粒物排放特性

基于重型底盘测功机,对比研究了满足国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ排放标准的柴油公交车分别燃用生物柴油与柴油混合燃料B0/B5/B10在中国典型城市公交车循环下的颗粒物排放特性.结果表明燃用B0/B5/B10时,国Ⅴ车相对国Ⅲ车总颗粒数量和质量排放分别降低约68.1%、56.2%、57.5%和52.7%、64.8%、88.5%,相对国Ⅳ车,总颗粒质量排放分别降低了约43.0%、47.3%和42.1%,但数量排放分别上升了约4.0%、7.6%和14.7%.国Ⅲ车核态颗粒排放主要来自高速行驶工况,而国Ⅳ、国Ⅴ车主要来自中低速行驶工况;国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ车聚集态颗粒排放主要都来自中低速行驶工况.其中在车速较低时,国Ⅴ、国Ⅳ车相对国Ⅲ车核态颗粒数量和质量排放明显降低,聚积态颗粒也有降低,但国Ⅴ车相对国Ⅳ车改善不明显,核态颗粒数量和质量排放反而增加,且随着生物柴油掺混比例的上升,增幅越明显.在高速时,国Ⅲ车核态颗粒数量和质量排放急剧增加,国Ⅴ、国Ⅳ车略有增加,且国Ⅳ车聚集态颗粒数量和质量排放明显大于国Ⅴ车和国Ⅲ车.燃用生物柴油掺混比例较大的B10时,国Ⅲ车较大粒径颗粒排放急剧恶化,聚集态颗粒数量和质量排放大幅增加,不适合推广应用较大生物柴油掺混比燃油.     

掺混聚甲氧基二甲醚对柴油机排放的影响

为研究聚甲氧基二甲醚（PODE）/柴油混合燃料对柴油机颗粒物（PM）粒径分布和各模态颗粒捕集效率的影响,将PODE按照体积百分比0%、10%、20%和30%与柴油混合,在不对柴油机做任何改动的情况下,进行排放测试,测量NO_x排放和DPF前后的颗粒粒径分布.结果表明：随着PODE掺混比提高,NO_x排放在10%~50%负荷工况下呈上升趋势,75%~100%负荷工况下呈先上升后下降的趋势;NO₂/NO_x随着PODE掺混比的提高呈上升趋势.PODE的添加可有效降低PM排放.与柴油相比,燃用PODE掺混比20%的混合燃料时,降低PM效果最好;100%负荷工况下,PM总数量浓度降低了18.93%,总体积浓度降低了31.27%.掺混PODE,使DPF对PM的捕集效果减弱,10%~50%负荷工况下较为明显,但捕集率依然可以达到95%以上.     

CCRT对公交车燃用生物柴油混合燃料的颗粒排放影响研究

以某在用国Ⅲ柴油公交车为试验对象,在重型底盘测功机上研究试验样车燃用B10生物柴油时,催化型连续再生颗粒捕集器(Catalyzed Continuously Regeneration Trap,简称"CCRT")对其运行在中国典型城市公交循环(CCBC)下颗粒排放的影响。试验结果表明:试验样车连接CCRT后,CCBC循环的总颗粒数量排放因子数量级由连接前的1014下降到了1011;连接CCRT前,不同工况段内的颗粒粒径分布均呈现一个核态与两个聚集态峰值,而连接后只有一个明显的核态峰值,且CCRT对聚集态颗粒的降低效果要优于核态颗粒。此外,连接CCRT后,不同工况产生的污染物排放对CCBC循环整体排放的贡献率差异减小。     

汽油轿车NEDC循环超细颗粒物排放特性

以一辆采用电控燃油进气道多点喷射系统的桑塔纳汽油轿车为试验样车,采用排气颗粒数量及粒径分析仪EEPS,对该车NEDC循环的超细颗粒排放数量及颗粒粒径分布特性进行了试验研究.结果表明,NEDC循环中,车辆加速时排放的核模态颗粒、聚集态颗粒数量浓度均增加;车辆启动后40 s及EUDC循环高速工况（≥90 km.h-1）排放的超细颗粒数量浓度较高;NEDC循环的颗粒数量排放呈单峰对数分布,颗粒数量排放峰值的颗粒粒径集中于10～30 nm,几何平均粒径为24 nm;ECEⅠ、ECEⅡ～Ⅳ和EUDC循环,加速、减速、怠速及匀速驾驶工况的颗粒数量排放基本上呈单峰对数分布,颗粒数量排放峰值的颗粒粒径主要集中于10～30 nm,几何平均粒径集中于14～42 nm.该汽油车NEDC循环排放的超细颗粒主要以粒径小于50 nm的核模态颗粒为主.     

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.     

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.     

A comparative study of particle size distribution from two oxygenated fuels and diesel fuel

Oxygenated fuels are known to reduce particulate matter (PM) emissions from diesel engines. In this study, 100% soy methyl ester (SME) biodiesel fuel (B100) and a blend of 10% acetal denoted by A-diesel with diesel fuel were tested as oxygenated fuels. Particle size and number distributions from a diesel engine fueled with oxygenated fuels and base diesel fuel were measured using an Electrical Low Pressure Impactor (ELPI). Measurements were made at ten steady-state operational modes of various loads at two engine speeds. It was found that the geometric mean diameters of particles from SME and Adiesel were lower than that from base diesel fuel. Compared to diesel fuel, SME emitted more ultra-fine particles at rated speed while emitting less ultra-fine particles at maximum speed. Ultra-fine particle number concentrations of A-diesel were much higher than those of base diesel fuel at most test modes.     

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.     

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.     

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.