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.     

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.     

芳香烃含量对直喷汽油机颗粒物排放影响的试验研究

在一台增压中冷缸内直喷(GDI)汽油机上,开展了不同芳香烃含量的汽油对发动机颗粒物粒径分布和数量浓度影响的研究.结果表明,在正常热机工况下,随着负荷增加,核态颗粒物增加明显,颗粒物排放逐渐由三峰分布演变为双峰分布,并且芳烃含量高时,颗粒物排放明显增多.冷机工况及冷怠速时,芳烃含量对颗粒物的排放影响较小.和冷怠速相比,热怠速时颗粒物向小粒径方向移动,且颗粒物数量减少.热怠速时高芳烃含量的汽油排气中颗粒物相对较多.不同芳烃含量下,发动机参数对颗粒物排放会有一定影响,重芳烃含量高的汽油其颗粒物排放也高.     

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.     

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.     

不同燃烧过程颗粒物粒径排放特征

采用荷电低压颗粒物撞击器(ELPI)和稀释采样系统研究重庆市工业源、交通源、生物质燃烧以及餐饮业油烟等各类燃烧过程的颗粒物排放特征.结果表明:燃煤锅炉以及各类柴油交通源颗粒物数浓度峰值都表现出单峰型的变化特征,峰值主要出现在0.20~0.48μm之间;生物质燃烧和餐饮业油烟颗粒物的数浓度都呈现出双峰型的变化趋势,分别出现在核模态(0.02~0.07μm)和积聚态(0.2μm);水泥窑炉的数浓度也出现双峰型变化特征,分别出现在积聚态(0.12μm)以及接近粗颗粒物态的1.23~1.96μm粒径范围处.各污染源颗粒物质量浓度峰值主要出现在粗粒径态,交通源排放的颗粒物质量浓度相对较高.各类污染源数浓度分布主要集中在积聚模态,粗颗粒态的数浓度累计贡献都不到1%;质量浓度主要分布在粗颗粒态,核模态的质量浓度贡献都小于0.1%.     

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%.     

轻型汽油车排放颗粒物数浓度和粒径分布特征

我国机动车颗粒物排放研究多集中于重型柴油车,对于轻型汽油车的研究相对较少.本研究对3辆缸内直喷(GDI)汽车和1辆进气道喷射(PFI)汽车排放颗粒物的数浓度与粒径分布进行测试,并利用两台不同检测下限的颗粒物冷凝生长计数器(CPC)对轻型汽油车颗粒物实际排放水平进行了探究.结果表明,GDI汽车排放的颗粒物数浓度高于PFI汽车一个数量级,冷启动下颗粒物主要在测试循环前200 s大量产生,GDI汽车排放颗粒物数浓度与工况速度变化关系密切,而PFI汽车变化相对较小.GDI与PFI汽车排放的颗粒物粒径分布均具有核模态和积聚模态两个特征峰,核模态颗粒物峰值粒径约为20~27 nm,积聚模态约为80~95 nm.粒径检测下限为2.5 nm的UCPC测得的颗粒物数浓度比法规使用的粒径测量下限为23 nm的CPC测量结果分别高出35.0%(GDI)和50.4%(PFI).表明喷油技术是影响颗粒物数量排放水平的关键因素,法规测试会低估轻型汽油车实际颗粒物排放水平.     

添加剂对柴油机燃用乙醇柴油时排放颗粒特性的影响

为研究十六烷值改进剂和消烟剂对柴油机燃用乙醇柴油时颗粒排放特性的影响,在乙醇柴油中加入0.1%(以w计)、0.3%和0.5%的十六烷值改进剂或消烟剂,并在YZ4DB3柴油机上分别对这些燃料的排气烟度、颗粒比排放和粒径分布等进行研究. 结果表明:含添加剂的乙醇柴油颗粒物排放远低于0#柴油,降幅在50%以上;与0#柴油相比,添加0.3%十六烷值改进剂的乙醇柴油降低颗粒排放效果较显著,降幅高达64.2%,而添加0.1%消烟剂的乙醇柴油颗粒物排放降幅更高达84.0%,表明消烟剂的降颗粒效果更加显著. 柴油机燃用柴油时,排放颗粒的粒径呈双峰分布,峰值分别在0.56和0.18μm左右;但燃用含添加剂的乙醇柴油时,排放颗粒的粒径则呈单峰分布,其峰值均在>0.56~1.00μm粒径范围内. 柴油机燃用含添加剂的乙醇柴油后,0.18~0.32μm粒径范围内的排放颗粒显著减少,但在>0.32~1.00μm粒径范围内增加;同时,排放颗粒物中的积聚模态颗粒占排放颗粒总质量的比例降低,而粗粒子模态颗粒的所占比例相应增加. 排气烟度与积聚模态颗粒质量分布密切相关. 研究结果表明,柴油添加剂能够显著改善柴油机颗粒物排放特性,有利于改善大气质量.      

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.     

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.     

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.      

MMT对汽油机催化前后微粒排放的影响

在一台自然吸气式PFI汽油机上,开展了甲基环戊二烯三羰基锰(MMT)汽油添加剂对发动机催化前后微粒数量浓度分布、粒径分布和质量浓度分布影响的试验,并研究了不同MMT含量对催化器催化效率的影响.结果表明,随着汽油添加剂MMT含量的增加,催化前后核态和积聚态的数量浓度均增加,MMT含量为12.5 mg·L-1和17.5 mg·L-1的燃油增加显著,相对于超细微粒,经催化器后细微粒和大微粒降幅比较明显.催化前后核膜态峰值粒径基本不变,催化后的积聚态峰值粒径明显大于催化前.随着MMT含量的增加,催化后积聚态峰值粒径向催化前移动.相比于基础油,随着MMT含量的增加,催化器对总数量浓度的催化效率有所降低,但MMT的增加大幅度提高了催化器对微粒总质量浓度的催化效率.     

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.      

广州城区大气细颗粒物粒谱分布特征分析

2008年10~11月,利用大气细粒子谱分析仪(FPM-I型)对广州城区5nm~10μm大气细粒子谱进行长期连续在线测量.同时,利用大气能见度仪、黑碳分析仪、气象参数仪获取了观测点的大气能见度、黑碳质量浓度和气象参数信息. 颗粒物谱型分析结果表明:整个观测期内,颗粒物数浓度谱、表面积谱及体积谱均呈双峰结构. 广州地区核模态(5~20nm)、爱根核模态(20~100nm)和积聚模态(0.1~1μm)粒子日平均浓度变化范围分别为1400~4300个/cm3、5000~12300个/cm3和1600~2600个/cm3.晴天和灰霾天气下颗粒物数浓度、黑碳浓度及大气能见度对比分析结果表明:广州地区大气能见度的高低受核模态和爱根核模态粒子浓度的影响较小,与积聚模态粒子浓度呈负相关关系;黑碳质量浓度峰值的出现位置与爱根核模态粒子浓度峰值位置相一致,表明爱根核模态粒子对黑碳浓度的贡献不能忽略.     

兰州市夏秋季颗粒物谱分布特征研究

采用APS-3321空气动力学粒径谱仪对兰州市2010年8～10月0.5～20μm大气颗粒物浓度及其谱分布进行了实时监测,并通过聚类分析方法结合气象观测数据对体积浓度谱特征及其影响因素进行了分析.以阐明兰州市夏秋季不同粒径段颗粒物浓度水平和粒谱分布特征及其成因.结果表明,0.5～20μm大气颗粒物小时平均数浓度、表面积浓度和体积浓度分别为(108.1±92.2)个.cm-3、(282.9±267.9)μm2.cm-3和(92.2±127.3)μm3.cm-3,细粒子(0.5～2.5μm)分别占0.5～20μm大气颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度的98.7%、73.8%和52.9%.观测期间数浓度谱呈单峰分布,峰值出现在积聚模态,表面积浓度谱和体积浓度谱呈双峰型,峰值分别位于积聚模态和粗模态.颗粒物体积浓度谱主要有7类代表不同源和气象条件影响的分布型.受浮尘天气和局地扬尘影响的颗粒物体积谱分布在粗模态有明显的峰,而受机动车直接燃烧排放和二次扬尘影响的颗粒物体积谱分布呈双峰型,峰值分别位于积聚模态和粗模态.     

北京大气颗粒物数浓度粒径分布特征及与气象条件的相关性

2011年11月~2012年8月,采用WPS宽范围粒径谱仪在北京地区连续监测10nm~10μm间不同粒径大气颗粒物数浓度,并同步记录气象参数.结果表明,颗粒物数浓度均值为25014个/cm3,多呈单峰或双峰模式分布,其中冬季均值为31007个/cm3,春季23152个/cm3,夏季20882个/cm3,冬季明显高于其他季节.爱根核模态及积聚模态均呈现冬季高、春夏低的态势;核模态春季显著高于其他季节.各气象因素中,风速影响最为显著,粒径大于20nm颗粒物数浓度与风速呈反比.核模态与爱根核模态粒子数浓度在交通早高峰、正午与晚间高于其他时段,积聚模态粒子数浓度变化则相对平缓,夜间显著升高.