EGR对轻型柴油机超细颗粒排放的影响

基于1台匹配废气再循环(EGR)系统的轻型柴油机,在中低负荷下研究了EGR对发动机超细颗粒排放的影响.研究发现:各工况下,随EGR率的增大,颗粒排放中核模态颗粒数量浓度在各粒径下有所减少,核模态颗粒排放数量速率和质量速率有减少趋势,且在最大扭矩转速的低负荷工况更加明显;积聚态颗粒数量浓度在各粒径下都增加,积聚态颗粒排放数量和质量速率也都增加,且中负荷时更加明显,而积聚态颗粒数量浓度峰值粒径基本没有改变.随EGR率的增大,总的超细颗粒排放数量速率在最大扭矩转速的低负荷工况减小,而其他工况都明显增加.由于积聚态颗粒总质量浓度占超细颗粒总质量浓度比例达99%,所以超细颗粒排放质量速率也都增加,几何平均粒径也都明显增大.在低负荷较低EGR率和中负荷较大EGR率时,过高的喷油压力都将使超细颗粒排放数量速率增加.     

稀燃条件下甲醇汽油混合燃料颗粒物排放特性

在1台GDI增压汽油机上,进行了稀燃发动机燃用M0,M10和M20(其中M0为汽油,M10为甲醇体积分数10%、汽油体积分数90%的混合燃料,以此类推)甲醇汽油混合燃料的试验,研究了在稀燃条件下甲醇汽油混合燃料对GDI发动机颗粒粒径分布特性、数量浓度特性和质量浓度特性的影响。试验结果表明:在稀燃条件下,随着甲醇比例的增加颗粒数量浓度峰值逐渐增大,颗粒数量浓度随粒径分布呈现出双峰分布;颗粒中的核态颗粒和积聚态颗粒的总数量都随甲醇比例的增加而增加,其中M20的积聚态和核态颗粒数量浓度最大;颗粒粒径峰值都随着甲醇比例的增加逐渐增大,并且核态颗粒粒径峰值主要集中在20.54~31.62nm,积聚态颗粒粒径峰值主要集中在56.23~100nm;颗粒质量浓度随甲醇比例的增加而增大,粒径分布在316~700nm的积聚态颗粒明显增多,积聚态颗粒质量浓度随粒径分布的范围明显增加,质量浓度也相应增加,而粒径分布在56.23~316nm范围内的颗粒质量浓度却在降低。     

缸内直喷汽油机颗粒排放的热物理特性研究

为了研究缸内直喷汽油机颗粒的热物理特性,基于某发动机试验台架设计了二级热稀释系统。采用EEPS3090粒谱仪对不同稀释比、加热温度、蒸发温度下的颗粒粒径分布和浓度进行了试验研究。试验结果表明:不同稀释比下颗粒数量浓度随粒径的增大呈现对数正态双峰分布,不同加热温度和蒸发温度下颗粒数量浓度随粒径增大呈现三峰分布;较大稀释比对核态数量总浓度影响较大,加热温度高于200℃后颗粒数量浓度趋于稳定,蒸发温度对积聚态颗粒有较大影响。     

铁基燃油添加剂对柴油机颗粒排放影响的试验研究

基于发动机试验台架,对柴油中添加微量的铁基燃油添加剂进行了试验,从颗粒物数量浓度和粒径的分布特性、排气烟度、颗粒物的氧化特性等方面研究了燃油添加剂对柴油机颗粒物排放的影响。研究结果表明：燃油添加剂能降低柴油机排气温度和排气烟度。加入添加剂后,核模态颗粒数量浓度增加,峰值粒径也增加;积聚态颗粒数量浓度无明显变化;颗粒物总数量浓度增加,但添加剂浓度对颗粒数量浓度影响较小。添加剂使颗粒物中SOF含量增加,同时也使得微粒的氧化表观活化能和起燃温度都降低。     

EGR对煤制油-生物柴油气体及颗粒排放特征的影响

为研究废气再循环(EGR)对煤制油-生物柴油混合燃料NO_x,CO和HC等气体排放物及炭烟颗粒排放特征的影响,在四缸增压中冷柴油机上,以FB50(50%煤基F-T柴油和50%生物柴油的混合物)为试验燃料,测量了标定转速2 100r/min下,负荷为25%,50%和75%,EGR率为0,10%,20%和30%时的NO_x,CO和HC比排放,研究了颗粒的粒径分布、碳氧质量之比(φC/O)、可溶性有机物与固态炭烟质量之比(φSOF/Soot)和氧化活性等特征参数。结果表明:在转速和负荷一定时,EGR能显著降低柴油机的NO_x比排放,最大降幅为52%;EGR率高于20%时,中高负荷下CO,HC明显增加;随着EGR率的增加,小于1μm颗粒的数密度逐渐增加。颗粒的φC/O与峰值粒径呈正相关,颗粒的φSOF/Soot与活化能呈负相关。EGR率在0～30%的范围内,低负荷时核态颗粒数密度增加,颗粒的φC/O变小,φSOF/Soot变大,颗粒易被氧化;中高负荷时积聚态颗粒的数密度明显增加,颗粒的φC/O变大,φSOF/Soot变小,颗粒较难被氧化。     

车用高压共轨柴油机瞬态工况微粒排放粒度分布的分析

对高压共轨柴油机稳态与瞬态工况下的微粒排放粒度分布进行了实验研究。结果表明,高压共轨柴油机排气微粒粒径大部分处于250nm以内,超细微粒占绝大多数。稳态工况下,随负荷增加微粒数量浓度分布曲线峰值逐渐向大粒径方向移动,大负荷工况下峰值开始进入积聚态区域。在瞬态工况下,微粒粒度分布曲线呈单峰形态,平均数量浓度分布峰值位于核态区域,峰值区间为15~25nm。在同一负荷(当量比0.5)下,稳态工况的核态微粒的数量、表面积和体积浓度均较稳态工况大幅度上升;随着瞬变率的增大,核态微粒数量浓度增加而积聚态微粒数量浓度下降。     

汽油/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及超细微粒排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料的燃烧和排放特性进行试验研究,分析不同汽油掺入比例对发动机的燃烧过程和微粒排放粒度分布的影响规律。结果表明,燃用汽油/柴油混合燃料改善了燃料的挥发性,有助于加快油气混合,增大预混合燃烧量,显著降低排气烟度,但会导致NO_x排放增加,在较大负荷工况下更为明显。引入适当的废气再循环,可同时降低NO、和微粒排放。随汽油掺入比例的增加,燃烧持续期缩短,有利于改善燃烧定容性,配合EGR、喷油参数等燃烧边界条件的控制,合理匹配燃烧相位,有利于提高发动机热效率。但过大的汽油掺入比例易导致燃料着火性变差,滞燃期延长,燃烧相位过于推迟,热效率有所降低。燃用汽油/柴油混合燃料时,微粒数量浓度分布曲线中核态微粒与积聚态微粒数量浓度峰值均向小粒径方向移动。随着负荷的增加,预混合燃烧量减少,汽油掺入比例对微粒排放浓度的影响加大。在中等负荷工况下,汽油掺入比例在40%以上的混合燃料能够有效降低积聚态微粒数量浓度。     

喷油时刻和EGR对Diesel/MF混合燃料燃烧和排放的影响

在一台压燃式发动机上,进行了燃用2-甲基呋喃(MF)及其与柴油混合燃料的发动机燃烧和排放特性的试验研究。结果表明:喷油时刻接近上止点时,缸内压力峰值降低,废气再循环可明显降低缸内峰值压力和放热率;喷油时刻提前CO排放降低;推迟喷油和采用废气再循环(EGR)可明显降低NOx排放;混合燃料可以明显降低碳烟排放;相同的喷油时刻下,废气再循环对小颗粒的影响较小,对大颗粒的影响较大;喷油时刻越靠近上止点,废气再循环对颗粒数量浓度的影响越大;喷油时刻早于上止点前12.5°CA时,在废气再循环的影响下,大颗粒物数量增多,颗粒物质量浓度也随之增大。     

机油和过量空气系数对GDI汽油机燃用甲醇汽油颗粒排放的影响

利用1台缸内直喷增压汽油机,在97号汽油和甲醇汽油中掺混体积分数为2%和4%的机油,探究机油以及不同过量空气系数对发动机颗粒排放特性的影响。试验研究表明:随着燃料中甲醇比例的增大,排气颗粒数浓度、总数浓度、质量浓度和总质量浓度均降低,机油消耗和过量空气系数对排放颗粒浓度的影响逐渐减弱;随着机油掺混体积分数的升高和过量空气系数的减小,排气颗粒浓度都明显上升;发动机的排气颗粒数浓度主要分布在核态区域,而质量浓度分布则不同,主要集中在积聚态和粗态区域。     

GDI与PFI汽油车微粒排放特性的试验研究

对3辆缸内直喷(GDI)汽车和1辆进气道燃油喷射(PFI)汽车进行了试验研究,在NEDC循环上采用PMP方法测量微粒质量排放和微粒数量排放,用DMS500型快速微粒分析仪测量微粒瞬态数量排放和粒径分布。结果表明:4辆试验车的微粒质量排放均达到欧Ⅵ法规要求,但GDI汽车的微粒排放远超出法规限值;GDI汽车和PFI汽车在冷起动暖机阶段均有大量微粒生成,GDI汽车在暖机后的瞬态工况会有明显的微粒排放;GDI汽车核态微粒峰值粒径约为18nm,而作为数量排放主要形态的积聚态峰值粒径约为80nm;PFI汽车的积聚态峰值粒径约为60nm,而作为其数量排放主要形态的核态微粒峰值粒径约为12nm。     

柴油机排气过程对颗粒粒径及表面官能团的影响

通过运用发动机排气颗粒粒径谱仪(EEPS)采集了186F柴油机排气管不同位置的颗粒,分析了排气过程对颗粒粒径的影响。采用傅立叶红外光谱仪和X射线光电子能谱仪,对排气管不同位置采集的颗粒进行检测,研究排气过程对颗粒表面官能团的影响。研究结果表明,柴油机排气过程中,沿着气流运动方向,颗粒的平均粒径逐渐增大,核态颗粒的占比逐渐下降。排气过程中,颗粒表面化学组分基本一致,随着排气过程的进行,颗粒的表面脂肪族碳氢含量增加,颗粒中的C=O和C-OH含量上升,颗粒的氧化活性提高,有利于柴油机后处理装置DPF的再生。     

高速公路路面径流污染影响因素的初步分析

采集了重庆地区2条高速公路的路面径流水样,初步分析了影响径流污染特征的外部因素。结果表明,高速公路普通路面与悬空桥面之间,径流各污染物浓度均没有达到显著性差异,但车流量对径流的影响可能与车辆排出的有机废气沉降地面有关。各季节的污染程度依次为春季>冬季>夏季>秋季。径流水质与降雨水质没有明显的相关关系。路面灰尘粒径越细,其所载污染物浓度就越高,污染也越重。80%以上的污染物积聚在2.0 mm以下的灰尘中。各污染物的酸雨浸出率为0.76%~15.94%,进入径流的可溶态污染物并不多,更多的是随雨水产生的颗粒态污染物。     

添加乙醇燃料对汽油机起动过程微粒排放的影响

为研究乙醇燃料的添加对直喷汽油机起动过程中微粒排放的影响,通过在汽油中添加体积百分比为10%和20%的乙醇得到E10和E20燃料,采用这两种燃料和汽油燃料对直喷汽油机起动过程的微粒排放进行了研究。结果表明:在起动前10s初始阶段,不论燃用哪一种燃料,排气中微粒数量浓度都会急剧增加,是核态和积聚态两种形态微粒共同作用的结果,而起动过程中微粒数量浓度排放始终以核态为主;随着冷却液温度升高,积聚态微粒数量会大幅度降低;汽油中添加一定数量的乙醇,可以改善在起动工况下的核态微粒排放;燃用E20燃料在20和80℃条件下起动40s内微粒数量总浓度分别降低了37. 8%和64. 5%。     

缸内直喷汽油机微粒排放特性的试验研究

试验研究了缸内直喷(GDI)汽油机的负荷、过量空气系数、点火时刻等参数对于三效催化器(TWC)后的颗粒(PM)排放特性的影响。试验在在2台GDI汽油机上进行,用气相质谱-色谱(GC-MS)联用方法,分析了TWC后微粒中可溶有机成分(SOF)。结果表明:随着负荷增加,微粒质量和数量排放增加,在满负荷工况下,微粒排放大幅增加;TWC后的SOF和核态微粒数量明显降低;随着过量空气系数的增加和点火时刻的推迟,微粒排放呈减少趋势;核态粒径峰值为10~20 nm,积聚态粒径峰值为50~70 nm。负荷、过量空气系数和点火提前角等参数和TWC对微粒粒径范围的影响小。     

基于三维形貌的废旧沥青混合料结团量化表征

废旧沥青混合料(RAP)的结团是影响再生混合料配合比设计及性能的关键因素之一。为了研究RAP的结团特性，针对不同粒径的RAP料，通过抽提筛分试验分析结团RAP的颗粒组成并提出结团程度的量化指标，然后采用3D扫描仪分析了结团的三维形貌特征，同时研究了精细化分离预处理方式对RAP结团的影响。结果表明：某一粒径RAP的结团主要由下一粒径的集料团聚而成；结团率随粒径的减小先降低后增加，粒径4.75～9.5 mm的RAP结团率最低；利用形状因子和椭球度可以定量表征RAP的结团程度，形状因子和椭球度越小，RAP的结团率越大；精细化分离使粗RAP(>4.75 mm)的结团率降低20%,但对细RAP的改善效果不明显。     

环境温度对缸内直喷汽油车颗粒物排放特性的影响

利用电子低压冲击仪(ELPI)对一台满足国Ⅴ排放标准的缸内直喷汽油车进行了颗粒物排放特性研究。试验按照NEDC测试循环在转鼓试验台上进行,分别测量车辆在-15℃,-7℃和25℃下的颗粒物排放。通过对试验结果的研究表明:3个温度下,颗粒物的数量浓度随温度的下降大幅上升,粒径分布范围逐渐变大,均在相同粒径下出现峰值;颗粒物体积浓度随粒径的增大而增大;数量浓度对表面积浓度的影响大于体积浓度,尤其在-15℃下,这种影响更加显著。通过对颗粒物的瞬态排放结果的分析发现:3个温度下,颗粒物的排放主要集中在NEDC循环前200s,数量浓度随车辆的加速而上升,随减速而下降;在-15℃下,在整个NEDC循环的加速工况均出现表面积浓度的排放峰值,且峰值之间较为接近。     

PAM类有机絮凝剂对高黏粒含量废弃泥浆脱水性能影响研究

针对泥水盾构长距离穿越粉质黏土地层时产生的大量高黏粒含量泥浆难以快速脱水的问题，开展PAM类有机絮凝剂与泥浆混合后的絮凝沉降试验，研究泥浆中颗粒沉降速率的变化，通过颗粒粒径、上清液浊度和Zeta电位等性质变化分析絮凝沉降效果的差异，并通过比阻试验评价其脱水性能。结果表明： 1）阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）添加量为0.12%~0.15%、阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）添加量为0.06%~0.09%时絮凝沉降效果较好，可在2 h之内降低泥浆约10%的水分； 2）非离子型聚丙烯酰胺（NPAM）无法有效降低泥浆含水率； 3）PAM类絮凝剂通过团聚泥浆中黏土颗粒形成大尺寸的絮团，是实现泥浆快速絮凝沉降的关键因素，APAM对泥浆Zeta电位影响较小，CPAM添加量的增加使Zeta电位逐渐减小； 4）PAM类絮凝剂可加快泥浆的前期排水速率，使泥浆比阻值降低至1013 cm/g数量级。     

基于一维/三维模型耦合的富氧燃烧天然气发动机数值模拟

以某1.0L3缸汽油机为基础,利用GT-Power与Converge建立了天然气发动机耦合仿真模型,并利用原机试验数据对模型进行了验证,研究了进气富氧与EGR对天然气发动机性能的影响特性,对利用进气富氧与EGR改善天然气发动机的性能进行了探讨。结果表明,随进气氧气体积分数提高,天然气发动机平均有效压力显著提高,最大可提高22.8%(氧体积分数为28%时);同时缸内温度和NOx排放升高,排气与传热的能量损失增加,燃气消耗率略有升高。加入EGR可以降低富氧燃烧下天然气发动机燃气消耗率,随着EGR率增加,燃气消耗率主要呈先减小后增加趋势;且随进气氧浓度提高,各浓度下最低燃气消耗率对应的EGR率逐渐提高;NOx排放随EGR率增加而逐渐降低,在进气氧体积分数为23%,25%,27%,29%时,EGR率分别为10%,15%,20%,25%即可将NOx排放降到原机水平;利用进气富氧与EGR可以有效地改善天然气发动机动力不足与NOx排放高的状况。     

直喷比例对双喷射汽油机燃烧和排放影响的试验研究

在一台装有双喷射系统的汽油机上进行试验,研究不同负荷时化学计量比混合气状态下直喷比例rDI对双喷射汽油机燃烧和排放的影响,结果表明:随着rDI的增加,当rDI低于40%时,缸压和缸内温度基本保持不变,当rDI大于40%时,缸压和缸内温度明显降低;CO先增加后减少,THC先减少后增加,NOx不断降低;微粒粒径由单峰分布转变为双峰分布,微粒排放总数量先降低后增加,积聚态微粒不断增加,而核态微粒变化规律则与负荷相关,且存在最佳的rDI,使微粒排放数量最少;当负荷增加时,NOx会增加,但其它气体和微粒的排放均降低。     

柴油机DOC+CDPF系统的过滤和再生性能试验研究

基于氧化催化转化器(DOC)+催化型颗粒捕集器(CDPF)系统开展了发动机台架试验,对比系统前后的颗粒物粒径分布,获得了系统的过滤效率,同时也测量了该系统在各稳态工况下的再生效率.研究结果表明:该系统对颗粒物的过滤效率在发动机的各个工况均能达到95%以上;系统前的颗粒物数量浓度呈单峰分布,主要为核模态;系统后颗粒物数量浓度呈双峰分布,峰值分别在10 nm和150 nm左右,且10 nm左右波峰峰值最大;再生效率随着再生温度的升高呈上升趋势,测试系统的起燃温度在250℃以下;再生效率均随着再生时间的增加而增加,但在再生后期明显变缓;在较高的再生温度时,颗粒担载量增大将有利于提高再生速率.