基于DOC+CDPF技术的公交车燃用生物柴油气态物道路排放特性

基于OBS-2200车载排放检测系统,试验研究并分析了催化型连续再生颗粒捕集器(DOC+CDPF)及生物柴油混合燃料B20(生物柴油体积占比20%)对国Ⅲ柴油公交车瞬态工况和稳态工况下气态物道路排放特性的影响.结果表明相较于B0(纯柴油),B20的一氧化碳(CO)、总碳氢化合物(THC)平均排放率偏低,其中,稳态工况下降幅分别为26.43%、10.44%,瞬态工况下降幅分别为22.78%、4.95%;二氧化碳(CO_2)和氮氧化物(NO_x)平均排放率偏高,其中,稳态工况下分别上升8.41%和8.26%,瞬态工况下分别上升7.15%、9.13%.相较于B0,DOC+CDPF对B20的CO和THC净化效果更为显著,其中,稳态工况下降幅分别达60.58%和79.92%,瞬态工况下,降幅分别达63.67%和82.57%.DOC+CDPF使用后,CO_2和NO_x的排放率略微下降.     

不同后处理装置对柴油车排放特性的影响——基于行驶里程的后处理装置对柴油公交车气态物排放特性的影响

三辆柴油公交车分别安装柴油机氧化催化器（DOC）,催化型颗粒捕集器（CDPF）与DOC+CDPF三种后处理装置,采用便携式排放测试系统PEMS进行测试,研究整车THC,CO与NO_x等气态物排放性能随行驶里程的变化规律.研究结果表明：对于加装了DOC的公交车,行驶里程达到8万km时DOC性能劣化,应进行保养,此前CO,THC与NO_x的平均转化效率分别为78%,43%和27%;CDPF有效工作时间短,需要定期进行高温保养,周期应为1万km左右,加装CDPF的公交车CO,THC与NO_x平均转化效率分别为74%,16%与15%;DOC+CDPF在行驶里程达12万km时才出现性能劣化现象,此前加装该后处理装置后的公交车CO,THC与NO_x平均转化效率分别为87%,76%与21%.DOC+CDPF的连续再生效果可有效延长后处理装置的工作寿命.     

DOC+CDPF对重型柴油车排放特性的影响

基于重型转毂试验平台对比研究国Ⅲ重型柴油车加装催化型连续再生颗粒捕集器(DOC+CDPF)前后的气态物及颗粒物排放性能,结果表明从市区循环、公路循环到高速循环,原车的CO、THC、CO_2及颗粒质量(PM)排放因子依次减小,NO_x及颗粒数量(PN)排放因子依次增大,颗粒数量浓度随粒径呈双峰分布并且以聚集态颗粒排放为主;加装DOC+CDPF后,各污染物排放因子均有所下降,且下降趋势从市区循环、公路循环到高速循环依次增大,从整个C-WTVC循环来看,CO排放因子下降70.36%,THC排放因子下降72.73%,CO_2排放因子下降17.00%,NO_x排放因子下降7.76%,PM、PN排放因子分别下降93.77%和98.91%,颗粒数量浓度随粒径仍呈双峰分布,但排放以核模态颗粒为主,并且聚集态峰值对应粒径减小.     

CDPF贵金属负载量对柴油公交车颗粒PAHS影响

基于装有氧化型催化器（DOC）和催化型颗粒捕集器（CDPF）后处理装置的柴油公交车,在中国典型公交车循环（CCBC）下研究了不同贵金属负载量分别为15g/ft³（A型）、25g/ft³（B型）、35g/ft³（C型）的新鲜及老化的CDPF对柴油发动机颗粒多环芳香烃（PAHs）排放特性的影响.结果表明：新鲜及老化的CDPF均能显著降低颗粒PAHs排放量92%以上.且相比于老化的CDPF,3种新鲜的CDPF降低颗粒PAHs排放的效果相差不大,极差仅为0.009ng/cm².3种CDPF老化状态下降低颗粒PAHs毒性的效果都优于其新鲜状态下,且老化的B型CDPF降低颗粒PAHs总量及毒性的效果优于A型及C型CDPF.     

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%.     

Emission reduction characteristics of a catalyzed continuously regenerating trap after-treatment system and its durability performance

The primary purpose of this study was to investigate the effect of a catalyzed continuously regenerating trap(CCRT)system composed of a diesel oxidation catalyst(DOC)and a catalyzed diesel particulate filter(CDPF)on the main gaseous and particulate emissions from an urban diesel bus,as well as the durability performance of the CCRT system.Experiments were conducted based on a heavy chassis dynamometer,and a laboratory activity test as well as X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)test were applied to evaluate the changes of the aged CCRT catalyst.Results showed that the CCRT could reduce the CO by 71.5%and the total hydrocarbons(THC)by 88.9%,and meanwhile promote the oxidation of NO.However,the conversion rates for CO and THC dropped to 25.1%and 55.1%,respectively,after the CCRT was used for one year(～60,000 km),and the NO oxidation was also weakened.For particulate emissions,the CCRT could reduce 97.4%of the particle mass(PM)and almost 100%of the particle number(PN).The aging of the CCRT resulted in a reduced PM trapping efficiency but had no observable effect on the PN;however,it increased the proportion of nucleation mode particles.The activity test results indicated that the deterioration of the CCRT was directly relevant to the increase in the light-off temperatures of the catalyst for CO,C_3H_8 and NO_2.In addition,the decreased concentrations of the active components Pt~(2+) and Pt~(4+) in the catalyst are also important factors in the CCRT deterioration.     

DOC催化剂配方对重型柴油机气态污染物排放的影响

基于重型柴油机台架试验,研究了氧化催化器(diesel oxidation catalytic,DOC)的催化剂配方对安装了DOC+催化型颗粒捕集器(catalyzed diesel particulate filter,CDPF)后处理系统的重型柴油机排放特性的影响。结果表明:催化剂配方对发动机排气参数和经济性没有影响;较高的贵金属负载量和Pt占比能有效降低还原性污染物的起燃温度,但随着排气温度的提高,各方案转化率相差不大; CO与HC在较低排气温度下存在竞争吸附关系,因而贵金属负载量和配比对HC所呈现的规律与CO相反;较高的贵金属负载量和Pt占比能提高平衡温度下NO2的生成率,同时较高的Pd占比能提高催化剂热稳定性; CDPF具有进一步氧化NO的能力。     

基于远程通讯技术的混动公交车SCR系统运行及NOx排放特征

SCR技术是降低包括常规、混合动力公交车在内的重型柴油车NO_x排放的重要手段.基于无线远程通讯技术,对杭州市秋冬季11辆实际运行的混合动力公交车SCR系统的运行和NO_x排放特性进行了研究.分别研究了混合动力公交车内燃机模式下车速及发动机运行工况和环境温度对SCR催化器后温度、尿素喷射量和SCR催化器后NO_x排放浓度的影响.结果表明,安装有SCR系统的混合动力公交车有(32.4±4)%的运行时间处于内燃机模式下,模式下平均有(26.9±11)%的运行时间SCR没有工作;SCR系统正常工作的混合动力公交车的NO_x平均减排率约为59%;SCR系统未达到运行要求而不工作和SCR催化器低温转化效率低是造成公交车NO_x排放较高的主要原因;当车速高于40 km·h-1时,SCR催化器后温度上升至230℃以上,SCR系统的工作比例和尿素喷射量上升的同时NO_x排放大幅下降;进入冬季,随着环境温度的降低,混合动力公交车SCR催化器出口温度降低的同时,平均尿素喷射量降低导致NO_x排放恶化.     

公交车使用废食用油制生物柴油的污染物排放及VOCs成分谱

以国三、国五柴油公交车为研究对象,在重型底盘测功机上运行中国典型城市公交循环,分析了国三、国五柴油公交车使用柴油、废食用油制生物柴油-柴油混合燃料(B10)的污染物排放及VOCs成分谱.结果表明:国五公交车的THC、CO、PM和固态PM2.5数量排放比国三公交车分别降低39.3%、19.9%、77.4%和28.4%,NO_x升高31.7%;国三、国五公交车排放的VOCs主要为烷烃、烯烃和含氧化合物,国五公交车的烷烃、烯烃、芳香烃、含氧化合物等VOCs排放较低,其VOCs大气反应活性降低,二次有机气溶胶的生成潜势较弱.与使用柴油比较,国三(国五)公交车使用B10的THC、CO、PM和固态PM2.5数量排放降低;国三公交车的NO_x排放增加,国五公交车的NOx排放降低;国三(国五)公交车使用B10的VOCs成分谱中含氧化合物降低,烯烃增加,VOCs大气反应活性增强.     

公交车基于不同燃油的实际道路排放性与燃油经济性

使用便携式车载排放测试系统测试了2辆国VI公交车和2辆国III公交车燃用不同燃料的实际道路排放特性和经济性.结果表明,相比于燃用京VI车用柴油,国VI公交车燃用B5生物柴油(柴油中掺混5%生物柴油)的CO比排放降低了33.1%,NO_x比排放增加了15.6%,颗粒物数量(PN)比排放降低了13.1%.4辆公交车燃用B5生物柴油的CO排放因子较京VI车用柴油平均降低了29.5%,NO_x排放因子增加了12.7%,PN排放因子降低了9.1%.通过对CO_2的分析发现,燃用B5生物柴油的排放因子较燃用京VI车用柴油增加了11.3%,运用碳平衡计算方法计算油耗,并考虑燃油密度的影响,结果发现,燃用B5生物柴油的百公里油耗较燃用京VI车用柴油增加了11.51%,相差较大,后续需深入研究油品热值等其他理化指标对燃油经济性的影响.     

不同CDPF贵金属负载量对柴油公交车VOCs组分排放影响

基于重型底盘测功机,利用质子转移反应质谱(PTR-MS)研究了柴油公交车在中国典型城市公交车循环(CCBC)下,不同CDPF贵金属负载量对尾气中挥发性有机物(VOCs)组分排放特性的影响.结果表明,柴油公交车VOCs主要组分为含氧有机物(OVOCs)、芳香烃和烯烃等,且OVOCs占比达50%以上;在贵金属成分、配比相同时,VOCs减排率随CDPF贵金属负载量增加而增加:贵金属负载量为15 g·ft~(-3)(A型后处理装置)、25 g·ft~(-3)(B型)和35 g·ft~(-3)(C型)时,VOCs总量的减排率依次为36.2%、40.1%和41.4%.C型后处理装置对烷烃全循环减排率高达70.2%,且对OVOCs的催化有微弱优势;对于不饱和烃类,3种不同贵金属负载量的后处理装置均有一定催化效果,但无明显差异;A型对含氮有机物减排率可达50.5%,但减排率随贵金属负载量增加而降低.采用DOC+CDPF后能较好地降低公交车VOCs排放量进而降低臭氧生成潜势(OFP).同时考虑不同方案减排效果与成本因素,当加权系数分别为0.8和0.2时,B型为最优方案.     

柴油机颗粒捕集器(DPF)再生技术分析

颗粒物捕集器(DPF)是未来车用柴油机满足排放法规的重要措施,是解决其排气颗粒污染最有效的技术之一。文章介绍了DPF的净化机理,在对DPF各种再生技术原理、研究现状及其存在问题分析的基础上,指出微粒捕集器再生技术的发展趋势。     

几种表面活性剂对柴油及多环芳烃的增溶作用

研究表面活性剂在多种柴油HOCs(疏水性有机物)组分共存条件下对PAHs(多环芳烃)的增溶作用.选用阴离子表面活性剂LAS(十二烷基苯磺酸钠)和SDS(十二烷基硫酸钠),非离子表面活性剂TX 100(曲拉通X-100)和TW 80(吐温80)及生物表面活性剂鼠李糖脂和烷基糖苷,评价表面活性剂对柴油的增溶效果,并筛选出LAS,TX 100和鼠李糖脂,进行柴油中PAHs的增溶试验.结果表明,表面活性剂对柴油增溶作用顺序为鼠李糖脂> TX 100 >烷基糖苷> TW 80> LAS>SDS.在多种柴油组分共存条件下,PAHs的表观溶解度与表面活性剂浓度具有良好的线性关系.表面活性剂对柴油中PAHs的增溶作用顺序为鼠李糖脂> TX 100 > LAS.鼠李糖脂具有较低的临界胶束浓度和较复杂的分子结构,能够形成更多、更大的胶束,有利于柴油及PAHs的增溶.      

DOC技术对柴油机排放颗粒物数浓度的影响

利用ELPI(电子低压冲击器)对不同转速、不同负荷以及安装DOC(氧化催化转化器)前后颗粒物排放及粒径分布进行了研究. 结果表明:无论安装DOC与否,柴油机排放颗粒物数浓度均随发动机转速的增加而增加. 增大负荷,颗粒物数浓度峰值处的粒径也随之增大. 经过DOC催化转化后,柴油机排放颗粒物的大部分仍呈单峰正态分布,且DOC对核模态粒子的氧化转化效率较高. 经过DOC后,在低转速下,不同粒径的颗粒物数浓度均有所降低;中、高转速下,DOC对粒径大于120 nm的颗粒物数浓度无明显降低作用.      

贵金属和助剂负载量对柴油公交车CDPF颗粒净化性能的影响

为研究CDPF(催化型颗粒捕集器)贵金属和助剂负载量对柴油公交车颗粒排放特性的影响,对一台满足国Ⅲ排放法规的柴油公交车进行改造,加装4种不同后处理装置,并进行道路实车排放试验.结果表明,CDPF贵金属负载量越高,排气颗粒数量浓度越低,在中高车速下尤为明显(60 km·h-1车速下贵金属负载量增加5 g·ft-3,颗粒排放总数降低70.8%).贵金属负载量对排放颗粒物中核态颗粒的影响大于聚集态颗粒.在保证对排气颗粒的净化效果的前提下,在CDPF中添加适量镧系助剂,可使贵金属和助剂负载量大幅降低.不同后处理方案对加速工况不敏感,净化效果差异较小,但减速工况,各方案对颗粒的净化效果差异较大.     

内河船舶柴油机的实际排放特征

利用由SEMTECH-DS和ELPI组成的PEMS(车载排放测试系统),对京杭运河江苏段具有代表性的12艘内河船舶进行实际排放测试,分析不同工况下CO、HC、NO_x和PM的排放. 结果表明:巡航工况下CO、HC和PM排放速率分别为0.093、0.019、0.018g/s,低于进、出港工况;而NO_x排放速率为0.347g/s,分别为出港和进港工况的1.66和2.90倍;不同工况外排NO占NO_x比例不同,其中巡航工况中外排NO所占比例最大(达到96.7%),而出港和进港工况则分别为93.6%和93.1%. 随着负荷增加,船舶 CO、HC、NO和PM的排放浓度增大,高负荷下CO、HC、NO_x、PM的排放浓度比低负荷分别增高89.23%、29.51%、44.72%和229.49%. 由颗粒物的粒径分布可知,3种工况下颗粒物数浓度的粒径分布呈双峰分布,分别对应核模态和积聚模态,粒径<120nm的颗粒物数浓度占总浓度的99.84%以上,PM_2.5数浓度占PM₁₀比例均超过99.9%.      

国六柴油机DPF再生时VOCs排放特性

颗粒物捕集器(DPF)是柴油机满足国六排放标准的必备装置之一.经台架实验证明,氧化型催化转化器(DOC)辅助DPF再生过程中挥发性有机物(VOCs)排放会大幅度升高,而2014年制定的《道路机动车大气污染物排放清单编制技术指南》并未考虑到DPF再生过程对VOCs排放的影响.通过台架实验,采集国六柴油机DPF再生过程的尾气,并用气相色谱质谱技术对尾气中的VOCs进行定量分析.结果表明,国六柴油机DPF再生过程中VOCs排放有显著增加,DPF再生阶段排放的VOCs总量是不再生时的4倍,增排量为2 419. 6μg·m~(-3),且DPF再生所排放的VOCs中,烷烃的含量最高,其次为芳香烃、醛酮和烯烃,分别占总排放VOCs的42. 5%、29. 7%、24. 9%和2. 9%;用臭氧和二次有机气凝胶生成潜势对增排VOCs的大气活性进行评价,发现DPF再生过程中增排的VOCs对环境的影响显著,由增排的VOCs所生成的臭氧和二次有机气溶胶分别为4 272. 8μg·m~(-3)和9. 0μg·m~(-3),其中芳香烃和烷烃对臭氧和二次有机气溶胶生成潜势的贡献率相对较高.因此,在计算柴油车VOCs排放因子时,应考虑DPF再生的影响;且该国六柴油机DPF再生时的VOCs排放因子为1. 03 mg·(k W·h)~(-1),可为制定国六标准柴油车VOCs排放因子提供参考.     

重型柴油车区域达标法和窗口平均值法对中国典型路况的适应性

选择2台重型柴油车发动机,在测功机台架上复现其在中国典型道路工况下的运行过程,并测取发动机的外特性曲线、特征转速和ETC（European Transient Cycle,欧洲瞬态循环）做功量;在此基础上,基于美国和欧洲2种典型的重型在用车符合性检测方法,即NTE(Not To Exceed,区域达标)法和AWM(Averaging Window Method,窗口平均值法),对比研究了这2种方法对中国重型柴油车典型道路工况的适应性. 结果发现:NTE法对在重庆国道高速公路下运行的重型柴油车工况具有较好的覆盖性,但对北京通州的公交车运行工况的覆盖性较差;改变NTE事件的采样时间准则和控制区域定义,对NOx比排放的数值影响不大. AWM能够利用全部的道路工况数据,但是由于怠速工况的存在,使得用该方法计算出的平均NOx比排放值比NTE法得出的数值偏高;而基于ETC循环做功量的窗口平均NOx比排放值具有较为合理的离散度.      

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.     

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.