柴油机EGR氛围颗粒的空间结构与表面形态分析

为揭示EGR(废气再循环)对柴油机颗粒表面形态以及空间结构的影响,针对不同EGR率下产生的柴油机颗粒,采用颗粒粒径分析仪以及X射线小角散射等分析手段,研究了EGR对柴油机排气颗粒粒径、数浓度和质量浓度的影响,分析了颗粒团聚程度、团粒间隙尺寸以及表面形态等参数随EGR率的变化规律.结果表明:随着EGR率从10%增至30%,颗粒数浓度峰值粒径向大粒径方向偏移,粒径在10～50 nm的核模态颗粒数浓度分别降低了14.7%和29.4%;粒径在50～500 nm的积聚态颗粒数浓度分别增加了17.1%和139.4%;总颗粒数浓度也有较大幅度增加,分别增加了4.5%和72.1%.采用EGR后,颗粒的质量分形维数和表面分形维数分别增加了12.1%和18.2%,表明EGR会使颗粒的质量分布不均匀,表面粗糙程度增加.随着EGR率的增加,颗粒的团粒间隙分布有明显差异,EGR率为0时的团粒间隙尺寸主要分布在8～11 nm,EGR率为30%时的团粒间隙尺寸主要分布在4～6 nm,表明EGR可在总体上降低团粒间隙尺寸和数浓度,增加了颗粒的团聚程度和空间结构的紧密程度.研究结果对于拓宽EGR的工况使用范围、提高DPF等后处理装置的工作效率、进一步降低柴油机的NO_x和颗粒排放具有重要意义.      

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.     

重型柴油车实际道路油耗与排放模拟及其应用研究

基于实际行驶状态下重型车动力需求和传动系统变化规律,建立了重型柴油车整车的瞬态油耗和排放模拟方法,可实现整车发动机工况及油耗与排放的实时模拟.为验证模型的有效性,利用重型车车载排放测试手段,以柴油公交车为研究案例,模拟并验证了车辆在实际运营线路上的油耗与排放水平.公交车综合线路实测百公里油耗为16.38L,NOx、CO和THC排放因子分别为4.44、3.35、1.96g·km-1,模拟结果与实测值基本吻合,其油耗与排放因子与实测值之比均在1.06倍左右.模拟结果显示,实测公交车怠速、NOx控制区及其它区域工况点分别占32.6%、7.1%和60.4%,增加10t负载或提高1.5倍车速可使发动机负荷利用率上升,控制区比例上升至18.4%和18.8%,同时增加负载和提高车速,控制区工况可提高至33.9%.相应地,增加负载或提高车速情景分别使车辆油耗与排放上升至1.5～1.7倍和1.6～1.8倍,同时增加负载和提高车速,油耗与排放可增至2.5倍～3.0倍,控制区油耗与排放比例均有大幅度上升.总体上,该模型方法可以为评价和研究重型柴油车在实际道路上的能耗及其排放状况提供新的模拟方法和分析手段.     

废气再循环系统参数对柴油机燃烧特征的影响

为进一步优化柴油机燃烧过程,减少燃烧污染物排放.围绕EGR（exhaust gas recirculation,废气再循环技术）废气组分和废气温度等系统参数对柴油机燃烧特征的影响机制,采用试验与模拟相结合方法,分别研究了通入废气、N₂、CO₂时以及不同EGR废气温度时对柴油机燃烧过程的影响,阐明了燃烧关键中间产物的生成规律.结果表明,①通入CO₂时,柴油机的缸内最大爆发压力和放热率峰值最低,滞燃期最长,燃烧持续期最短,·OH、H₂O₂、CH₂O·和CO等关键中间组分的生成规律与通入N₂时相反.②通入N₂时,柴油机的缸内最大爆发压力和放热率峰值最高,滞燃期最短,燃烧持续期最长并;并且通入N₂时,·OH的峰值最高,形成时刻最早,H₂O₂、CH₂O·以及CO的峰值均有所降低且形成时刻提前.③随着废气温度增加,缸内最大爆发压力降低,放热率曲线由单峰向双峰分布发展,放热率峰值有较大幅度的降低,滞燃期缩短,燃烧持续延长,缸内·OH、H₂O₂、CH₂O·以及CO的峰值均有所降低,并且生成的区域范围变窄.④废气成分中,CO₂对燃烧过程和关键中间产物的影响最大,是阻滞燃烧反应的主要气体成分,通过控制EGR废气成分和温度可以有效改善柴油机燃烧过程,拓宽EGR技术的工况使用范围.研究显示,EGR废气成分对燃烧中间产物的自由基衍化历程影响较大,有必要进一步开展EGR废气成分预处理研究,精确控制EGR废气温度,有助于改善燃烧过程,控制排放污染物中间产物的生成历程和排放量.      

利用IVE模型进行公交车尾气排放分析

介绍了IVE尾气排放模型并与MOBILE模型进行了比较分析。使用GPS对上海市公交车多条运行线路进行了实时运行速度测量,得到上海公交车运行模式的BIN分布,对上海市CNG公交车和柴油公交车的尾气排放进行了模拟计算。结果表明使用CNG公交车代替柴油公交车后,NOX和PM的排放均有显著的降低,但采用不同技术的CNG公交车尾气排放仍有很大的差异,无催化转化和尾气再循环的CNG公交车的CO排放量远高于同类型柴油公交车的排放量。认为IVE模型的模拟结果具有较好的可靠性,其计算模式适用于我国机动车尾气排放清单分析的研究。     

现代船舶柴油机节能减排技术研究

随着全球环境的日益恶化和人们环保意识的不断增强,船舶柴油机废气排放已经引起人们的重视。通过研究柴油机燃烧特点、电喷柴油机结构,优化其结构达到节能减排目的;研究进气对柴油机燃烧特性的影响,采取优化措施,并通过实验研究柴油机无氮燃烧(O2&CO2)可行性;研究现代先进燃烧技术特点,探讨其船用柴油机上应用前景;最后阐述柴油机NOx后处理技术研究现状。通过机前、机内、机后各项技术的综合运用,是柴油机节能减排的未来研究发展方向。     

凹凸棒石催化氧化脱除柴油机尾气中的NOx

采用反应吸收法实验研究了天然凹凸棒石黏土、水和氢氧化钠等制备成的吸收液脱除柴油机尾气中氮氧化物(NOx)的特性.在吸收液的作用下,尾气中的NO经催化氧化和碱中和联合吸收过程而脱除.凹凸棒石黏土经稀土改性,可增强NOx的脱除效果.考察了吸收液的pH值、温度和稀土加入量等因素对NOx脱除效率的影响,并对其脱除机理进行了探讨.在最佳实验条件下,NOx脱除效率达90.6%.气相阻力为3.5kPa.     

FBC-DPF在柴油机颗粒物控制中的应用研究

目前针对加装FBC-DPF(燃油添加剂-柴油机颗粒捕集器)后的柴油机放特性研究较少,并且缺乏FBC-DPF对颗粒物中PAHs排放量的影响效果研究. 为全面评估加装FBC-DPF后柴油机颗粒物排放特性和FBC-DPF对柴油机尾气中的颗粒物排放污染控制效果,在发动机台架上对装有FBC-DPF的重型柴油机进行了颗粒物排放特性试验. 利用电子低压撞击仪(ELPI)测量加装FBC-DPF前、后柴油机颗粒物的数浓度与粒径分布,用玻璃纤维滤膜采集加装FBC-DPF前、后尾气中的固相PAHs,利用色谱质谱联用仪对加装FBC-DPF前、后尾气中的固相PAHs进行定量分析. 结果表明:①加装FBC-DPF后柴油机排放的颗粒物数浓度大幅降低,FBC-DPF对尾气中颗粒物的捕集效率平均值在95%左右;②加装FBC-DPF后柴油机固相PAHs总比排放量有所降低,在大负荷区域降幅在25.0%~88.0%之间;③加装FBC-DPF前的颗粒物中位直径为30~89nm,而加装FBC-DPF后的颗粒物中位直径为41~98nm,平均增幅为38.2%. 对于国Ⅳ及未来国Ⅴ柴油机排放法规,FBC-DPF是解决柴油机颗粒物排放的有效手段;此外,FBC-DPF可以大幅降低柴油机尾气中的有毒成分,并且能够适应高含硫量的燃油环境.      

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.     

广州市机动车尾气排放特征研究

文章利用COPERT IV模型计算广州市机动车尾气排放因子,结合机动车保有量和构成,获得2008年广州市机动车尾气排放总量并对排放因子的速度敏感性,以及不同车型、不同排放标准、不同燃料类型机动车排放特征进行了分析。结果表明:2008年广州市机动车CO、NOX、VOC和PM的排放总量分别为138 772.42 t、80 868.69 t、24 907.26 t和3 171.97 t。摩托车和小客车是CO和VOC的主要贡献车型,贡献率总和分别达到78.31%和70.52%;而作为NOX和PM的主要贡献车型,大客车和重型货车的贡献率总和分别达到78.94%和83.72%。国0标准机动车排放水平高于其他排放标准的车型,CO和VOC的排放分担率接近于保有量比例的2倍。汽油车是CO和VOC的主要贡献车型,其排放贡献率超过80%;而PM排放主要以柴油车为主;柴油车的NOX排放总量高,接近于汽油车的2倍。     

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.     

基于高压共轨柴油发动机的SCR处理系统

柴油发动机的排气后处理技术是柴油发动机技术发展的核心。SCR处理系统是当前柴油机排气后处理技术之一,它能有效地去除柴油机排气中的NOx。将SCR处理系统与共轨柴油发动机结合并合理匹配,可满足更高排放标准的要求。     

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.     

Combination of biodiesel-ethanol-diesel fuel blend and SCR catalyst assembly to reduce emissions from a heavy-duty diesel engine

In this study, the efforts to reduce NOx and particulate matter （PM） emissions from a diesel engine using both ethanol-selective catalytic reduction （SCR） of NOx over an Ag/Al2O3 catalyst and a biodiesel-ethanol-diesel fuel blend （BE-diesel） on an engine bench test are discussed. Compared with diesel fuel, use of BE-diesel increased PM emissions by 14% due to the increase in the soluble organic fraction （SOF） of PM, but it greatly reduced the Bosch smoke number by 60%-80% according to the results from 13-mode test of European Stationary Cycle （ESC） test. The SCR catalyst was effective in NOx reduction by ethanol, and the NOx conversion was approximately 73%. Total hydrocarbons （THC） and CO emissions increased significantly during the SCR of NOx process. Two diesel oxidation catalyst （DOC） assemblies were used after Ag/Al2O3 converter to remove CO and HC. Different oxidation catalyst showed opposite effect on PM emission. The PM composition analysis revealed that the net effect of oxidation catalyst on total PM was an integrative effect on SOF reduction and sulfate formation of PM. The engine bench test results indicated that the combination of BE-diesel and a SCR catalyst assembly could provide benefits for NOx and PM emissions control even without using diesel particle filters （DPFs）.     

Real-world fuel efficiency and exhaust emissions of light-duty diesel vehicles and their correlation with road conditions

The real-world fuel efficiency and exhaust emission profiles of CO, HC and NO_x for light-duty diesel vehicles were investigated. Using a portable emissions measurement system, 16 diesel taxies were tested on different roads in Macao and the data were normalized with the vehicle specific power bin method. The 11 Toyota Corolla diesel taxies have very good fuel economy of (5.9 ± 0.6) L/100 km, while other five diesel taxies showed relatively high values at (8.5 ± 1.7) L/100 km due to the variation in transmission systems and emission control strategies. Compared to similar Corolla gasoline models, the diesel cars confirmed an advantage of ca. 20% higher fuel efficiency. HC and CO emissions of all the 16 taxies are quite low, with the average at (0.05 ± 0.02) g/km and (0.38 ± 0.15) g/km, respectively. The average NO_x emission factor of the 11 Corolla taxies is (0.56 ± 0.17) g/km, about three times higher than their gasoline counterparts. Two of the three Hyundai Sonata taxies, configured with exhaust gas recirculation (EGR) + diesel oxidation catalyst (DOC) emission control strategies, indicated significantly higher NO₂ emissions and NO₂/NO_x ratios than other diesel taxies and consequently trigger a concern of possibly adverse impacts on ozone pollution in urban areas with this technology combination. A clear and similar pattern for fuel consumption and for each of the three gaseous pollutant emissions with various road conditions was identified. To save energy and mitigate CO₂ emissions as well as other gaseous pollutant emissions in urban area, traffic planning also needs improvement.     

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%.     

Advances in emission control of diesel vehicles in China

Diesel vehicles have caused serious environmental problems in China. Hence, the Chinese government has launched serious actions against air pollution and imposed more stringent regulations on diesel vehicle emissions in the latest China VI standard. To fulfill this stringent legislation, two major technical routes, including the exhaust gas recirculation (EGR) and high-efficiency selective catalytic reduction (SCR) routes, have been developed for diesel engines. Moreover, complicated aftertreatment technologies have also been developed, including use of a diesel oxidation catalyst (DOC) for controlling carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) emissions, diesel particulate filter (DPF) for particle mass (PM) emission control, SCR for the control of NOx emission, and an ammonia slip catalyst (ASC) for the control of unreacted NH₃. Due to the stringent requirements of the China VI standard, the aftertreatment system needs to be more deeply integrated with the engine system. In the future, aftertreatment technologies will need further upgrades to fulfill the requirements of the near-zero emission target for diesel vehicles.     

乳化油在汽车发动机上的应用及探讨

本文对乳化油的乳化性能和在汽车发动机上的发展现状进行了探讨,分析对比了混合燃料的优缺点。研究表明：汽车发动机燃用乳化油可提高热效率,有效降低NOx及碳烟排放,但动力性略差,CO排放有所增加。最后阐述了我国乳化油未来发展优势。     

可变喷嘴涡轮增压器(VNT)对高原地区车用柴油机性能与排放的影响研究

目的系统研究可变喷嘴涡轮增压器(VNT)对运行在高原地区的车用柴油机动力性、经济性以及排放性能的影响关系,为高原地区电控柴油机与VNT的匹配控制以及降低其污染物排放提供一定的理论指导。方法在海拔高度约为1960 m的高原地区,选取柴油机的典型运行工况,即低速1400 r/min全负荷、2200 r/min全负荷(最大转矩工况)以及4000 r/min全负荷(额定功率工况),通过试验研究VNT对柴油机性能与排放的影响。结果在低速工况,随着VNT喷嘴环开度的增大,动力性降低,经济性恶化;在最大转矩与额定功率工况,均存在一个最佳的VNT喷嘴环开度使得转矩最大,同时油耗最低。随着VNT喷嘴环开度的增大,进气流量、空燃比、中冷前压力、中冷前温度以及涡前压力均降低,而涡前温度升高。在三个典型运行工况下,随着VNT喷嘴环开度的增大,氮氧化物(NO_x)比排放逐渐降低,而烟度、一氧化碳(CO)以及碳氢(HC)比排放逐渐升高,VNT对HC排放的影响较小。结论在高原地区,通过减小VNT喷嘴环开度可以降低涡前温度,进而降低柴油机的热负荷,提高其可靠性,合理调节VNT喷嘴环开度可以获得较为满意的NO_x比排放与烟度排放。     

柴油/甲醇组合燃烧尾气中甲醛的检测

利用气相色谱分析技术检测了柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)尾气中的非常规排放物--甲醛.通过对不同采样方法和采样条件的比较,设计了采样系统,确定了用吸收液吸收的方法采集尾气中的甲醛.利用尾气中的甲醛与2,4-二硝基苯肼(DNPH)酸性饱和溶液反应生成甲醛腙的特性,通过检测甲醛腙的浓度来检测尾气中的甲醛含量.应用本方法检测一台采用DMCC燃烧模式的发动机尾气,结果表明,该方法可准确测量其尾气中的甲醛浓度.检测数据显示,当发动机运行DMCC燃烧模式时,相同转速下同一负荷时喷醇量越大,尾气中甲醛浓度越多;在相同的甲醇对柴油的替代率条件下,负荷越低尾气中甲醛浓度越高.