柴油/甲醇组合燃烧发动机的氮氧化物排放研究

在增压共轨发动机上采用柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)方式进行了氮氧化物排放特性研究.对DMCC模式下NO x、NO、NO2等排放与纯柴油模式的对比分析表明:DMCC模式下的NO x排放比原机模式平均下降10%以上,NO平均下降幅度超过40%;采用DMCC模式后,NO2排放量都有明显大幅度的升高,并且NO2/NO比值呈现显著增大,平均高达100%以上.     

提高柴油/甲醇组合燃烧尾气排放质量的研究

对原机、柴油/甲醇组合燃烧,以及带氧化催化转化器的柴油/甲醇组合燃烧3种情况下的尾气排放进行了比较和研究.针对柴油/甲醇组合燃烧可以使NOx、烟度大幅度下降,但同时PM、CO和HC的排放浓度与原机相比反而增加的现状,通过加装氧化催化转化器,对废气进行处理后,发现HC、CO和PM排放明显减少.与原机相比,不仅可以实现大幅度降低NOx,而且PM排放也有较大幅度下降.采用透射电子显微镜观察发现,与原机相比,柴油/甲醇组合燃烧的PM排放中干炭烟(DS)减少,但是可溶有机物(SOF)增加.经过氧化催化转化器处理后,尾气的PM中大量SOF和HC化合物被消除,致使PM的质量明显减少.     

柴油甲醇组合燃烧发动机的甲醛排放特性

在一台加装独立的甲醇供给系统的自然吸气柴油机上,采用柴油甲醇组合燃烧模式(DMCC)进行台架试验.利用气相色谱仪分析技术,全面研究并总结了甲醛在不同的发动机工况如转速、负荷、排气温度(改变柴油氧化催化转化器DOC位置)和不同甲醇替代率的情况下的排放规律以及甲醛和未燃碳氢(HC)之间的相互关系.研究结果显示,DMCC模式下的甲醛排放主要受到负荷、甲醇替代率、排气温度3方面的共同影响.在中等负荷排温在240～380℃之间时,DOC促进甲醛的生成;在高负荷排温在400℃以上时,DOC减少甲醛排放.在同样工况下将DOC位置移近排气歧管对减少甲醛排放有显著的作用.在此情况下,当排气温度超过400℃,DOC后的甲醛排放体积分数降低到(10～15)×10-6左右,与燃用纯柴油的甲醛浓度相近.另外,未燃碳氢和甲醛的转化效率的规律有一定的关联.当排温高于320℃以后,尽管HC迅速下降到比原机还低的水平,但甲醛排放浓度却比较高.当排气温度超过380℃并将DOC位置移近排气歧管,此时,HC与甲醛的排放将同步减少直至接近零排放水平.     

不同喷射方式对柴油/甲醇组合燃烧尾气中甲醛排放的影响

在一台经过改装的压燃式柴油机上进行了柴油/甲醇组合燃烧试验,对比了甲醇的不同喷射方式(顺序喷射与连续喷射)对组合燃烧尾气中甲醛排放的影响.试验结果表明,顺序喷射方式下尾气中的甲醛浓度要低于连续喷射尾气中的结果,在低负荷工况时,顺序喷射最大降低量达32%,在中高负荷工况下,两种喷射方式的甲醛排放相差不大.对比甲醇对柴油相同替代率时,两种喷射方式均表现在低负荷时的甲醛排放最多,而且甲醛排放差值也较大.此外,试验结果还表明,顺序喷射的燃料经济性要优于连续喷射.     

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.     

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.     

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/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.     

不同后处理器对DMCC发动机PM排放的影响

在一台整车排放达到国Ⅲ标准的YC4D140电控单体泵增压中冷柴油机上加装甲醇喷射系统,改成柴油甲醇组合燃烧(DMCC)发动机.使用AVL 415S烟度计和DMS 500快速颗粒物光谱仪研究不同后处理器对DMCC发动机颗粒物(PM)排放的影响.试验结果表明,各工况下单独CDPF、DOC+CDPF基本可以消除发动机产生的干炭烟.DOC+CDPF后处理方式与单独CDPF相比,颗粒物捕集效率明显提高,且前者对颗粒物中核态部分的捕集效果更加突出.甲醇掺烧后,炭烟和颗粒物几何平均直径降低.经CDPF和DOC+CDPF处理,415S烟度计测得的炭烟进一步降低;DMS颗粒物光谱仪显示的颗粒物粒径,因其中核态部分大部被氧化捕集而仅余较大几何平均直径的部分.小负荷时经CDPF和DOC+CDPF处理,颗粒物的几何平均直径会增大,大负荷时则相反.各工况下相比于CDPF,DOC+CDPF对核态颗粒物捕集更有效.     

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.     

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.     

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...     

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.     

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.