发动机的绿色化学设计

发动机绿色化学设计以发动机化学设计概念和发动机化学反应器模型为基础,旨在实现发动机材料选择、能源利用和环境效应之间的最佳综合效益．发动机燃料系统绿色化学设计的范畴包括：汽油无铅化与汽油抗磨性,柴油低硫化与柴油润滑性,生态燃料与生态摩擦学,汽油机沉积物与汽油清净剂,柴油机颗粒（碳烟）与消烟助燃剂． 发动机润滑系统绿色化学设计的范畴包括：润滑油和添加剂与排放催化转化,润滑剂生物降解性与生物降解润滑剂,润滑油使用与质量监控． 发动机燃料／润滑系统材料绿色化学设计的范畴包括：催化助燃／补燃作用,低散热发动机高温润滑,发动机机械与化学材料制造． 发动机绿色效应的实现取决于发动机诸系统绿色化学设计问题的解决程度．     

发动机燃料组分生烟特性的研究

本文采用火焰高度测定仪系统地评价了构成发动机燃料的单体烃和单体醇的生烟特性,提出并应用碳烟生成的烃正离子概念解释了单体烃和单体醇的生烟规律,为正确调整发动机燃料构成提供了实践基础,也为研究和开发消烟助燃剂奠定了理论基础。     

Cu-K型低温碳烟氧化催化剂的合成及表征

柴油机排放中碳烟的低温氧化是近年来研究的热点.通过原位合成法制备Cu2K/Al2O3和CuK／Al2O3两种碳烟氧化催化剂,并采用低温氮吸附/脱附实验、X射线衍射、X射线光电子能谱、程序升温氧化对其结构进行系统表征,并用U碳模拟柴油机碳烟,研究其催化活性,评测其对柴油机排气中碳烟颗粒的净化效果.研究表明,Cu2K/Al...     

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.     

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     

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.      

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.     

高压共轨主喷射时刻对柴油/甲醇双燃料发动机燃烧和排放的影响

在一台四冲程六缸增压中冷的高压共轨柴油机上采用进气总管喷射无水甲醇的方式进行柴油/甲醇组合燃烧实验(DMCC).通过改变共轨柴油喷射的主喷射时刻以及甲醇的喷射量,对柴油机燃烧和尾气排放进行研究.试验发现,纯柴油模式下,压缩冲程缸压随着喷油提前角的减小而增大,推迟喷油,后燃期延长,排气压力增大.甲醇替代率为30%时,随着喷油提前角的增大,峰值缸压和峰值放热率均增大.在柴油/甲醇双燃料燃烧模式下主喷射时刻对减少柴油机氮氧化合物(NO_x)排放具有较好的作用,同一替代率情况下NO_x排放随着主喷射时刻的推后而减少;主喷射时刻对碳烟(Soot)排放的影响则比较复杂,纯柴油模式下碳烟的排放随着主喷射时刻的提前逐步减少,而柴油甲醇二元燃料燃烧(DMDF)模式下碳烟的排放则随着主喷射时刻的提前呈现出先上升后下降的趋势;DMDF模式下主喷射时刻提前CO、HC排放均降低,且替代率越大下降趋势越明显.     

新型柴油机消烟消声器的研制

一种集柴油机消烟和消声于一体的柴油机消烟消声器已经研制成功.试车结果表明这种消烟消声器具有明显的消烟消声效果,从而改变了我国长期以来柴油机仅有消声器而无消烟器的被动局面.一、设计原理     

纯生物柴油掺PODE对船机燃烧及颗粒排放的影响

在一台船舶柴油机上对D100(纯柴油)、B100(纯生物柴油)和B90P10(纯生物柴油与PODE(聚甲氧基二甲醚)按9:1体积比掺混组成的混合燃料)3种燃料的燃烧过程和颗粒物排放进行了试验研究.结果表明,B100和B90P10的缸内最高压力相比D100依次升高,最高燃烧压力对应的曲轴转角依次提前;低负荷时,B100和B90P10的压力升高率峰值、放热率峰值及燃烧初期的燃烧温度与D100相比依次明显增加.B100可大幅降低船舶柴油机的碳烟,掺混PODE碳烟排放进一步降低;高负荷和低负荷时,B90P10的碳烟颗粒排放因子分别为11.80和17.77mg/(kW·h),与D100相比降幅分别达64.21%和76.34%.B100和B90P10的颗粒物排放总数量显著高于D100,且增加的颗粒以小粒径的核模态为主.     

新型柴油机消烟消声器的研制

木文着重介绍了集柴油机消烟和消声于一休的新型柴油机消烟消声器的研制过程，并对该消烟消声器的最佳设计尺寸、消烟液的配制方法及其原理都作了较详细的阐述。最后通过测试，它比原柴油机消声器烟度下降８０％，噪声下降１４．１％。     

SM-10型烟度计

SM-10型烟度计是一种检测柴油机车黑烟的仪器,它与我国目前使用的表头指示的烟度计不同,而是一种显示打印式仪器。一测量原理及方法 SM-10型烟度计,属于波许烟度计类型。其原理是将碳烟吸附到滤纸上,通过测量其反光度测得待测机车排放气体中的烟度值。具体操作是:先将仪器取样探头插入机车尾气排气管中,通过采样泵将样气的黑色碳烟吸附到白色滤纸上,然后通过充电转换器测量。     

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.     

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.     

交通运输业废物处理与综合利用

现为生态环境的破坏、施工机械的污染物排放及生活垃圾污染;运营期的环境污染源于汽车(包括尾气、噪声、灰尘及运输的危险化学品等)。分析了污染的强度、范围和来源,并从高速公路的路线选择、路线设计、施工管理、工程控制、环境管理等方面论述了其控制对策。表1X734 .2 20(X) 01702部分预混改善柴油机碳烟排放研究初探/杜德兴(浙江大学能源系)//环境科学学报/中科院环委会一1999,19(6)一648一65卫环图X一9 通过测量对置射流扩散火焰中开始形成碳核时的临界气动变形率Kp,对丙烷中加人空气、氮气和氧气时其扩散火焰中碳烟生成的影响进行了…     

凹凸棒石粘土净化柴油机废气的研究

利用天然凹凸棒石粘土制备成的吸收液,用于柴油机废气的净化过程。柴油机废气在喷射反应器中经凹凸棒石粘土溶液吸收脱除其中的碳烟颗粒物及其它污染物质而净化。实验表明该吸收液具有胶体特性,对碳烟颗粒物有较强的亲合力。在实验条件下,废气中的碳烟脱除率可达71 .3% ,NOX 的脱除率为80 . 4 % ,HC和SO2 等有害气体的脱除率均高于90 % ,气体出口温度从2 0 0～2 5 0℃下降到约5 5℃,气相阻力为3 5kPa。     

废物处理与综合利用 一般性问题

X701200600833凹凸棒石粘土净化柴油机废气的研究/邹建国(南京理工大学化工学院)…∥环境工程/冶金部建筑研究总院.-2005,23(3).-35~37环图X-26利用天然凹凸棒石粘土制备成的吸收液,用于柴油机废气的净化过程。柴油机废气在喷射反应器中经凹凸棒石粘土溶液吸收脱除其中的碳烟颗粒物及其它污染物质而净化。实验表明该吸收液具有胶体特性,对碳烟颗粒物有较强的亲合力。在实验条件下,废气中的碳烟脱除率可达71.3%,NOx的脱除率为80.4%,HC和SO2等有害气体的脱除率均高于90%,气体出口温度从200~250℃降到约55℃,气相阻力为3.5kPa。图4表3参9X7…     

柴油机选择性催化还原捕集技术(SDPF)的研究现状与发展趋势

日益严格的柴油机排放法规使得其主要排放污染物氮氧化物（NO_x）和颗粒物（PM）限值进一步降低.目前去除NO_x的主要机外手段是选择性催化还原（SCR）技术,该技术通常在200℃以上才有良好的NO_x转化率,而在柴油机冷起动阶段,SCR入口的排气温度无法达到200℃,NO_x排放控制困难.尽管冷起动时间较短,但该阶段的NO_x排放量占比很高.在严格的排放法规要求下,冷起动阶段的NO_x排放控制日益受到关注.选择性催化还原捕集技术（SDPF）将SCR催化剂涂覆在壁流式颗粒捕集器（DPF）载体上,能够同时去除NO_x和PM.与SCR技术相比,SDPF更加靠近柴油机排气门,NO_x催化还原反应的温度得到有效提高.因此,SDPF成为了提高低温NO_x转化率的关键技术.本文从SDPF结构与原理、载体与催化剂、性能及影响因素、SDPF技术路线等四个方面展开综述.SDPF结构与原理方面,介绍了SDPF的基本结构和化学反应原理,并指出了该技术面临的主要挑战;SDPF载体与催化剂方面,阐述了常见的载体材料、SCR催化剂涂覆、载体结构参数设计和提高载体性能的膜技术,以及钒基、沸石基SCR催化剂的研究进展;SDPF性能及影响因素方面,对SDPF的碳烟氧化性能、NO_x还原性能、尿素混合性能和耐久性能进行了分析,需要重点优化碳烟氧化与NO_x还原之间的竞争性反应;SDPF技术路线方面,介绍了带有SDPF的后处理系统优化,尿素双喷技术、低温NO_x吸附、热管理等技术耦合SDPF能够进一步拓宽后处理系统的温度窗口,是满足未来超低排放法规的后处理技术发展趋势.     

La1-xCexFe0.7Co0.3O3-δ网状多层纳米纤维对碳烟催化燃烧性能研究

采用静电纺丝法制备了一系列钙钛矿催化剂La_(1-x)Ce_xFe_(0.7)Co_(0.3)O_(3-δ)(x=0、0.1、0.2、0.3和0.4),并采用XRD、SEM、FT-IR、H2-TPR和O_2-TPD等技术分析了Ce掺杂量对催化剂结构、微观形貌及理化特性的影响.同时,采用程序升温氧化(TPO)技术评价了催化剂对碳烟的催化燃烧活性,探讨了催化剂对碳烟的催化燃烧机理.结果表明:在La_(1-x)Ce_xFe_(0.7)Co_(0.3)O_(3-δ)中掺杂适宜的Ce有助于提高催化剂活性,改善催化剂比表面积和孔容积.在催化剂与碳烟松散接触条件下,当Ce掺杂量(质量百分比)为0.3时,所制备的La_(0.7)Ce_(0.3)Fe_(0.7)Co_(0.3)O_(3-δ)对碳烟的起燃温度(T_(ig))、最大燃烧温度(T_m)和燃尽温度(T_f)分别为329.5、409.8和421.1℃,呈现良好的催化氧化活性.碳烟最大转化效率为98.7%,平均活化能为123 kJ·mol~(-1),CO_2选择率为98.2%,实现了对柴油机碳烟排放污染物有效"过滤+催化燃烧"的双重目标.     

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.