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.     

乙醇/PODE/柴油燃料及喷油参数对柴油机燃烧和排放影响

在一台六缸四冲程高压共轨柴油机上开展了乙醇/聚甲氧基二甲醚（PODE）/柴油混合燃料对内燃机燃烧和排放影响的试验研究.结果表明,在转速为1137 r·min^-1,转矩为735 N·m的工况条件下,随着掺混PODE和乙醇比例的增大,双峰放热越来越明显,扩散燃烧速率增大,有效燃油消耗率增大,有效热效率降低,但降低幅度小于1%,其中,DPE5（PODE体积分数为20%,乙醇体积分数为5%）的有效热效率与D100（纯柴油）基本相当.提前主喷时刻、增大喷油压力均使有效热效率增大,CO和碳烟排放降低,NO_x排放增大,而对降低HC排放的影响较小.相比D100,混合燃料可降低CO、HC、碳烟排放,在低喷油压力和较晚主喷时刻下,对碳烟的减排效果更为显著,最大降幅分别为85.5%（主喷时刻-1℃ A ATDC、喷油压力900 bar）和82.9%（主喷时刻-3℃ A ATDC、喷油压力600 bar）,但不同混合燃料间的排放差异较小.综上所述,重型柴油机使用乙醇/PODE/柴油混合燃料可在热效率相当的前提下对排放有较大改善.     

DMDF模式下冷却水温度对发动机燃烧与排放特性的试验研究

在一台增压中冷的电控单体泵柴油机上采用柴油/甲醇二元燃料燃烧(Diesel/Methanol Duel Fuel, DMDF)模式,在重型柴油机常用的A50工况下,通过改变冷却水温度,对各替代率工况下的燃烧特性、排放特性及经济性进行了初步实验探索.实验结果表明,在各替代率工况下,提高冷却水温度,可导致滞燃期缩短,燃烧始点前移,预混燃烧与扩散燃烧占比出现转变,总放热量变化不大.上止点附近缸压有所降低,最高燃烧压力出现小幅度增大.燃烧持续期在替代率为40%左右时变化趋势不同,CA50在替代率为30%、冷却水温度为90℃时最接近上止点.双燃料模式下,随冷却水温度升高,NO_x与CO排放变化并不明显,甲醛与甲醇排放不断降低,且降低幅度不断增大,当量比油耗有所降低.     

POC的结构参数对DMCC发动机排放影响的试验研究

在一台直列4缸增压中冷电控单体泵柴油机的进气道上增加甲醇喷射装置,实现柴油甲醇二元燃料燃烧(DMDF)模式.利用废气分析仪对其主要气体排放进行测量,研究在排气管上加装的柴油颗粒氧化催化转化器结构参数对尾气催化效率的影响,试验结果表明:POC长度越长,对碳烟、THC、和未燃甲醇的转化效果越好,甲醇替代率为30%、POC长度为100 mm时,对碳烟、CO、THC和未燃甲醇的平均净化效率分别为15.00%、91.61%、75.56%、66.96%,长度增加至200 mm后,上述效率明显提高,分别提高到30.37%、99.29%、67.55%、95.44%;POC孔密度增加,POC对碳烟、CO及未燃甲醇的转化效率有小幅增加,甲醇替代率为30%时,孔密度从200目增加到300目,对碳烟、CO和未燃甲醇的催化效率分别从19.61%、94.66%、86.07%提高到23.06%、97.44%和88.56%;POC结构参数的改变对NO_x的转化效率影响不大.     

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.     

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.     

纳米TiO2添加剂对DMDF发动机大负荷燃烧及PM排放影响的试验研究

在一台电控增压中冷四缸柴油机的进气道上加装一套电控喷射装置,使其运行柴油/甲醇双燃料(DMDF)模式.研究了甲醇中Ti O_2添加剂的添加量及同一添加剂添加量在不同甲醇分散系喷射量时对发动机大负荷工况的燃烧和颗粒物(PM)排放的影响.结果表明,在甲醇中添加适量(30和100 mg·kg~(-1))的纳米Ti O_2能够使爆发压力升高,对燃烧有一定的促进作用,但添加过量(100 mg·kg~(-1))会对燃烧产生不利影响.加入纳米Ti O_2后,干炭烟烟度排放和积聚态颗粒数明显降低,在添加剂添加量为1000 mg·kg~(-1)时,最大降幅分别达到26.8%和29.4%,而核态颗粒物排放变化不大.在相同添加剂添加量下,增加甲醇分散系替代率R_m会使放热始点后移,放热更加集中,爆发压力增大,干炭烟烟度和颗粒物排放均大幅度降低.在添加剂添加量为100 mg·kg~(-1)时,与R_m=10%相比,R_m=40%时爆发压力增加0.94 MPa,放热率峰值增加53.5%,烟度、核态颗粒数、积聚态颗粒数和颗粒物总数的降幅分别达66.9%、42.3%、67.0%和58.0%.     

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.     

柴油烃族组分对柴油机排放的影响

柴油烃族组分可影响柴油的理化特性,从而影响柴油机的燃烧过程,进而对排放产生重要影响.本研究针对烃族组分含量不同的14种柴油,开展了排放特性的试验研究,基于试验结果采用主成分分析法及回归分析法揭示影响柴油机排放性能的关键组分及作用规律,并得到了柴油机排放与关键组分的经验公式,可在一定程度上预测排放特性.分析结果表明,总芳烃是影响柴油机排放的关键组分,当其含量介于5%～17%时,可使NO_x、soot(碳烟)、CO、HC排放均处于较低水平.此外,多环芳烃对柴油机排放有重要影响,其中的苊类、苊烯类对NO_x、碳烟、CO排放的影响作用更为显著,而其他烃族组分与柴油机排放的规律性相对较差.不同工况下,柴油机排放规律有所不同,在低负荷下柴油机排放对总芳烃含量更加敏感.     

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.     

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.     

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%.     

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.     

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.     

EGR率对农用单缸柴油机燃用生物柴油的NOx与PM排放特性影响分析

单缸柴油机作为小型农用机械不可或缺的动力源,在使用过程中会产生大量污染物.其中氮氧化合物（NO_x）和颗粒（PM）是气溶胶的主要组成部分,对大气环境造成了严重污染.为有效改善农用单缸柴油机NO_x和PM排放,本研究通过添加生物柴油对柴油进行改质以及采用机内EGR净化技术两种方案,测量了柴油机分别燃用柴油B0,生物柴油调合燃料B20、B50在不同EGR率下的NO_x和PM排放.结果表明,采用EGR技术能够明显改善柴油机的NO_x排放,但同时会引起碳烟排放的增加.通过在柴油中添加生物柴油能够在一定程度上降低碳烟排放,其中高负荷、大EGR率条件下的改善最为明显.在2000 r·min^-1、75%负荷,EGR率为30%时,燃用B50的碳烟排放与燃用B0相比降低了47.3%.总体上柴油中添加生物柴油与EGR技术共同作用能够有效降低柴油机高负荷工况时的颗粒排放总数量.     

用柴油/醇组合燃烧法在城市车用柴油机上实现同时降低碳烟与NOx排放的研究

柴油机在部分工况采用柴油扩散燃烧 ,另一部分工况则采用柴油引燃醇燃料形成的均质混合气压燃燃烧 .这种组合燃烧利用醇的高汽化潜热和含氧特性 ,达到同时降低柴油机碳烟及氮氧化物 (NOx)排放的目的 ,并可以避免小负荷燃烧醇燃料带来的高醛类排放问题 .在一台 4 85QDI直喷式柴油机上采用上述组合燃烧法进行了试验 ,醇均质混合气经进气管处喷射形成 ,用电控装置控制醇燃料喷入量及其喷入时刻 .试验结果表明 ,与原机相比 ,碳烟和NOx 排放分别可以减少 5 0 %和 30 %以上 ,同时燃料的消耗率也有大幅度降低 .该方法为降低城市车用柴油机的碳烟排放提出一个新的解决途径