重型国六发动机细颗粒物排放研究

随着排放法规的不断升级,对于10nm以上颗粒物排放进行管控的需求持续增强。为探究23nm以上颗粒物数量（PN23）和10nm以上颗粒物数量（PN10）排放特性差异,本文选用一款符合国六标准的重型柴油发动机,在发动机台架上运行重型车实际道路车载法排放试验循环（PEMS）,冷热态WHTC循环和WHSC循环,使用颗粒物计数器对试验中PN23和PN10同时进行采样测量。结果表明,PN10和PN23的瞬态排放规律基本一致;各次试验中PN10比排放结果均显著高于PN23,但对于不同测试循环,PN10和PN23排放差异有所不同;虽然PN10比排放结果显著高于PN23,但其结果仍可满足国六排放法规要求,在法规限值不加严的前提下,现有DPF技术可以应对由PN23向PN10的切换。     

国六柴油机不同粒径颗粒物排放特性差异

基于发动机台架同步测量了一台满足国六排放标准的重型柴油机在稳态工况和国六标准循环试验中PN10(10 nm以上颗粒物数量)和PN23(23 nm以上颗粒物数量)的排放,并分析了稀释比对测量结果的影响。结果表明,颗粒物的排放数量高度依赖后处理的碳累积状态,稀释比的变化会改变核态颗粒物的粒径分布;冷启动瞬态标准循环试验中,10 nm～23 nm细小颗粒物的占比在循环开始时处于最高水平,且在最初的150 s,因为油气燃烧不充分使得这一阶段的PN排放贡献了整个试验的80%以上;稳态标准循环试验中,PN10和PN23随工况的变化趋势一致,满负荷工况中对应最经济运行区的中等转速PN排放较小,偏离这一转速会导致PN增加。     

Emission Characteristics of a Diesel Car Fueled with Biodiesel

在一辆柴油轿车上燃用纯柴油、柴油中分别掺混5％、10％、20％和50％的B5、B10、B20和B50混合燃料以及纯生物柴油B100,进行整车NEDC循环的排放试验,研究其CO、HC、Nox和PM的排放特性.结果表明:柴油轿车燃用这6种燃料的CO、HC和PM排放主要集中在ECE15市区行驶循环,而EUDC城郊行驶循环的Nox排放量比ECE15循环有所增加.随着生物柴油掺混比例的升高,柴油轿车的CO、HC和PM排放量均有所降低.燃用掺混比例较低的B5、B10和B20混合燃料时,Nox排放略低于纯柴油;而燃用掺混比例较高的B50和B100时的Nox排放比纯柴油高.     

车用发动机燃用生物柴油的颗粒数量排放

研究了车用电控共轨柴油机燃用生物柴油燃料的排放特性,重点探讨了排气颗粒数量的尺寸分布及浓度特性。所用4种燃料分别为纯柴油、纯生物柴油、生物柴油掺混体积配比分别为10%和20%的B10、B20混合燃料。结果表明:与柴油相比,使用B10和B20燃料的气态排放变化较小,纯生物柴油的HC和NOx排放有明显变化。柴油机排气颗粒数量的尺寸分布呈现单峰或双峰对数分布。生物柴油降低了聚集态颗粒的数量浓度,同时增加了核态颗粒的数量浓度。随着生物柴油配比的增加,发动机排气颗粒总数量浓度大都呈持续上升趋势,在高负荷下更为明显。但在低负荷燃用低配比生物柴油燃料时,聚集态颗粒数量的影响变大。     

柴油替代燃料乘用车实际道路气态物排放特性

采用Horiba OBS-2200便携排放测试仪对一辆柴油乘用车进行实际道路车载排放测试,研究其燃用国Ⅳ柴油(D100)及其与10%其它替代燃料的混合燃料,包括生物柴油(B10)、煤制油(C10)、天然气制油(G10)和丁醇(Bu10)时在不同车速和加速度下的CO、THC、NOx和CO2排放特性。结果表明:与纯柴油相比,1车速高于20km/h时,混合燃料的CO排放有不同程度的下降;Bu10的THC排放增加16.3%;中低车速时Bu10的NOx的排放较低,高车速时Bu10、B10的NOx排放高10%左右;2中低车速(20～50km/h)加速时,混合燃料的NOx排放都有不同程度的降低,减速时,B10、C10的NOx排放略有升高;3高车速(80～110km/h)时,Bu10的THC排放较高;B10、Bu10的NOx排放在加速时升高20%～30%,减速时略有降低。     

酯类含氧燃料组分对柴油机燃烧与排放特性的影响研究

为了进一步研究生物柴油和碳酸二甲酯（DMC）在柴油中的调配比例对柴油机性能的影响,在体积比90％的柴油中分别掺混10％生物柴油、10％DMC及5％生物柴油与5％DMC的混合物,连同柴油组成B10,D10,B5D5和柴油4种燃料,考察了不同含氧燃料对柴油机燃烧过程、经济性和排放性的影响。结果表明,3种含氧燃料对柴油机缸内最高燃烧压力和压力升高率峰值影响不大,B10的放热峰值略有降低,而DMC的加入使B5D5和D10的放热峰值明显升高。DMC造成的着火延迟效应要比同比例生物柴油造成的着火提前效应更明显。B10和D10的当量燃油消耗率与柴油基本相当,但B5D5的当量燃油消耗率略有降低。发动机燃用B10时,除NOx在全负荷时升高7．9％外,CO,HC和炭烟排放相对有所降低;而混合燃料中DMC的引入虽不利于HC和CO的氧化,但可同时降低烟度和NOx排放。     

共轨柴油机燃用生物柴油-汽油混合燃料的性能与排放研究

为了研究生物柴油在柴油机上的应用,在一台6缸高压共轨柴油机上进行生物柴油与汽油混合燃料的性能试验。研究结果表明:随着汽油掺混比的增加,生物柴油-汽油混合燃料的黏度、凝点和馏程温度降低,热值有所提高;在部分负荷和中等负荷下,生物柴油-汽油混合燃料的峰值燃烧压力、峰值放热率和燃烧温度都会升高;在大负荷下,3种燃料的缸内压力、瞬时放热率和燃烧温度相差不大。发动机转速为1 400 r/min时,与生物柴油相比,BD90G10和BD83G17的NO_x排放分别增加4.2%和6.7%,而炭烟排放显著降低。对于超细颗粒物(D<220 nm)而言,混合燃料的峰值数浓度对应的直径小于生物柴油;在低负荷和中等负荷下,汽油掺混能够有效降低超细颗粒物排放,但在大负荷下,BD90G10和BD83G17的颗粒数浓度相差不大,表明汽油掺混比的进一步增大对超细颗粒物排放的减少影响较小。     

添加乙醇对柴油-生物柴油混合燃料性能的影响

在一台小型直喷式柴油机上进行柴油-生物柴油(柴油70%,生物柴油30%)与柴油-生物柴油-乙醇(柴油70%,生物柴油20%,乙醇10%)两种混合燃料的燃烧、油耗和排放性能对比试验.分析了乙醇的加入对柴油-生物柴油混合燃料的发动机燃烧压力、滞燃期、放热规律、比油耗等的影响.     

部分加氢生物柴油改善柴油机的燃烧与排放（双语出版）

部分加氢工艺可显著提升生物柴油的氧化安定性,同时改善燃料的着火性能,是提高生物柴油品质的有效途径。以Raney-Ni为催化剂,异丙醇为供氢体,在85℃的水环境下对大豆生物柴油进行催化转移加氢试验,得到部分加氢生物柴油,并以传统柴油作为参照,分别制备B20（80%传统柴油+20%生物柴油）和PHB20（80%传统柴油+20%加氢生物柴油）,在186FA型柴油机上进行发动机性能试验,并使用燃烧分析仪、尾气分析仪和烟度计等仪器探究加氢生物柴油对柴油机燃烧过程及排放性能的影响。研究结果表明：柴油机燃用柴油、B20及PHB20的当量燃油消耗率基本相当;在标定工况下,尽管加氢生物柴油运动黏度略有升高而不利于燃油雾化,但其十六烷值较高更易于燃烧,在燃料特性的综合影响下,与柴油机燃用柴油相比,B20和PHB20的着火时刻依次提前了0.8 °曲轴转角和1.4 °曲轴转角,瞬时放热峰及最大爆发压力亦随之提前,但最大放热率和最大爆发压力依次略有降低;在标定工况下,与燃用柴油相比, B20的HC,CO和烟度排放分别下降了9.9%、9.3%和15.2%,NO_x排放上升了8.5%;而PHB20的HC,CO和烟度排放分别下降了12.4%、13.5%和17.1%,NO_x排放上升了6.7%;综合可见,PHB20改善柴油机燃烧及排放的效果优于B20。     

生物柴油应用试验研究

利用B100(纯生物柴油)、B50(50%体积生物柴油和柴油混合)、B20(20%体积生物柴油和柴油混合)等燃料分别对2辆配置了增压中冷车用直喷式柴油机的大客车进行了发动机排放特性试验和整车道路试验。试验结果表明,B100、B50和B20燃料均可以有效降低HC、CO、PM和烟度排放,但动力性下降、油耗率上升、NOx排放有明显增加;燃用B20燃料可以保证在降低排放的同时动力性、耗油率变化不大,因此该种掺烧方式比较适宜。     

PCCI柴油机燃用DMC和生物柴油的燃烧活性调节模拟研究

应用CHEMKIN-PRO化学反应动力学和Converge三维模拟仿真相结合的手段,研究了DMC(碳酸二甲酯)和大豆生物柴油两种酯类燃料对低负荷下采用"预喷+预喷+主喷"喷油策略的PCCI(premixed charge com-pressed ignition)柴油机燃烧与排放的影响.建立并验证了DMC-柴油混合燃料机理模型,分析了DMC-柴油和生物柴油-柴油两种混合燃料体系中低温下关于OH的反应流.结果表明:添加含氧燃料后OH生成量及反应系统活性增加,B10燃料(在柴油中添加10％ 质量分数的大豆生物柴油)的O H生成量比D10燃料(在柴油中添加10％质量分数的DM C)高,且随生物柴油掺混量增加而增加.D10燃料对反应系统活性的增加作用体现在整个反应系统中,燃空当量比浓区减少,油气扩散情况较好,而B10燃料反应系统活性的增加作用则仅体现在局部区域中,燃空当量比浓区及局部高温区域增加,但可燃混合气区域缩小.相比于柴油,D10,B10和B48(在柴油中添加48％ 质量分数的大豆生物柴油)燃料的N O x排放分别升高了6.2％,5.3％ 和8.1％,soo t排放分别降低了58.1％,23.5％和68.4％.     

生物柴油对国Ⅲ乘用车及发动机性能影响研究

对满足国Ⅲ汽车排放标准的乘用车及其发动机燃用柴油及其与生物柴油的混合燃料(B10、B20、B30)后的污染物排放、燃料消耗量、动力性进行了测试与分析,同时进行了燃用B30与柴油的耐久运行与分析.     

生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的燃烧与排放特性

为了改善发动机燃用高比例生物质混合燃料的性能,在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别添加5%、10%和20%体积比的乙醇（分别用BD50E5,BD50E10和BD50E20表示）,在一台6缸增压共轨柴油机上,将发动机的转速稳定在1 600 r·min^-1,选择7个不同的负荷点测定不同掺混比生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的燃烧与排放性能,并将其与柴油进行对比。结果表明：在平均有效压力为0.322 MPa的低负荷条件下,发动机为预喷加主喷喷油策略,在预喷的低温反应阶段生物柴油-柴油-乙醇混合燃料产生了大量羟基自由基,因此混合燃料的缸内最大压力和最大瞬时放热率均高于柴油;随着负荷的增大,当平均有效压力为0.805 MPa时,发动机的喷油策略转变为单段喷射,乙醇的热值较低导致生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的缸内最大压力和最大瞬时放热率低于柴油;随着乙醇掺混比的增大,受乙醇低十六烷值和高汽化潜热的影响,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的滞燃期明显延长;强烈的预混燃烧和乙醇的高含氧量使混合燃料的燃烧速度明显加快,乙醇的添加有利于燃料集中放热从而缩短燃烧持续期;与纯柴油相比,BD50E5,BD50E10和BD50E20的NO_x排放量分别升高了10.46%、12.59%和17.52%,碳烟排放量分别降低了37.91%、45.85%和49.25%,CO排放量分别降低了20.24%、36.43%和46.43%,HC排放量分别降低了12.53%、4.40%和0.76%。     

燃用不同柴油替代燃料的柴油轿车经济性分析

通过NEDC循环试验和道路试验,对柴油轿车燃用市售柴油(国Ⅱ柴油、沪Ⅳ柴油)、柴油与生物柴油混合燃料BD10和天然气合成燃料GTL进行试验,比较它们的燃油经济性。结果表明:在NEDC循环试验中,燃用BD10和GTL时的100km油耗比燃用市售柴油时分别升高3.06%和1.93%;在道路试验中,燃用BD10和GTL时的100km油耗比燃用市售柴油时分别升高2.23%和4.46%。     

发动机燃用生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的性能试验

为了降低柴油机燃用中等比例生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放,在1 400r/min和2 000r/min不同负荷条件下,首先对比分析了发动机燃用生物柴油-柴油混合燃料与纯柴油的性能差异,然后在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别掺混10%和20%(体积比)的无水乙醇,测定了乙醇掺混比对发动机经济性、动力性和排放特性的影响。结果表明:与纯柴油相比,生物柴油-柴油混合燃料的有效燃油消耗率上升,动力性略有下降,炭烟排放降低,而NO_x排放升高。随着乙醇掺混比的增大,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的有效燃油消耗率升高,小负荷时受乙醇汽化潜热的影响导致有效热效率下降,中等负荷时乙醇对有效热效率的影响不大,而大负荷时乙醇的高含氧量能够提高发动机的有效热效率。1 400r/min和2 000r/min全负荷条件下,发动机的最大功率随乙醇掺混比的增大而下降。在不同负荷条件下,随着生物柴油-柴油-乙醇混合燃料中乙醇掺混比的增大,发动机的炭烟、NO_x和CO排放逐渐降低,小负荷时乙醇的高汽化潜热导致HC排放明显升高。     

电喷高压共轨柴油机燃用生物柴油性能研究

通过实验研究了燃用生物柴油对电喷高压共轨柴油机的动力性、经济性和排放性的影响。结果表明,生物柴油B100和B20均可以有效降低PM、HC、CO和烟度排放,但是动力性下降、油耗率上升、NOx排放有明显增加;与柴油相比生物柴油B100的PM和DS(干碳烟)排放分别降低50%～70%、80%～85%,B20的PM和DS排放分别降低25%～35%、30%～40%。生物柴油B100和B20的NOx排放相比柴油上升5%～20%。     

车用增压柴油机燃用不同掺混比生物柴油的试验研究

采用不同掺混比的生物柴油分别对两台进口增压中冷车用直喷式柴油机和一辆客车进行了经济性、动力性和排放特性台架试验及车辆道路试验。研究表明,纯生物柴油或生物柴油与柴油的掺混燃料可以有效地降低排放物HC、CO、PM和烟度,而动力性和油耗略有下降和上升,NOx排放有不同程度的增加。结果与分析还表明,在发动机不做任何改动和调整时,燃用B20(20％生物柴油)可以取得令人满意的结果。     

燃用生物柴油的柴油乘用车颗粒物排放特性

以帕萨特柴油乘用车为试验样车,使用排气颗粒数量及粒径分析仪,研究燃用国Ⅳ纯柴油、纯生物柴油,以及生物体积比分别为5%、10%、20%和50%的柴油―生物柴油混合燃料的颗粒排放特性。结果表明,不同车速下,颗粒物数量及质量排放因子随车速的增加而增加;当车速在60km/h及以上时,颗粒物数量排放因子随生物柴油掺混比例的增加而迅速变大;减速时,颗粒物数量排放因子先出现一个波峰,然后下降;随生物柴油掺混比例的增加,聚集态颗粒物数量排放下降,核态颗粒物数量排放上升,且峰值向减小粒径方向移动。     

部分加氢生物柴油改善柴油机的燃烧与排放

部分加氢工艺可显著提升生物柴油的氧化安定性,同时改善燃料的着火性能,是提高生物柴油品质的有效途径。以Raney-Ni为催化剂,异丙醇为供氢体,在85℃的水环境下对大豆生物柴油进行催化转移加氢试验,得到部分加氢生物柴油,并以传统柴油作为参照,分别制备B20(80%传统柴油+20%生物柴油)和PHB20(80%传统柴油+20%加氢生物柴油),在186FA型柴油机上进行发动机性能试验,并使用燃烧分析仪、尾气分析仪和烟度计等仪器探究加氢生物柴油对柴油机燃烧过程及排放性能的影响。研究结果表明:柴油机燃用柴油、B20及PHB20的当量燃油消耗率基本相当;在标定工况下,尽管加氢生物柴油运动黏度略有升高而不利于燃油雾化,但其十六烷值较高更易于燃烧,在燃料特性的综合影响下,与柴油机燃用柴油相比,B20和PHB20的着火时刻依次提前了0.8°曲轴转角和1.4°曲轴转角,瞬时放热峰及最大爆发压力亦随之提前,但最大放热率和最大爆发压力依次略有降低;在标定工况下,与燃用柴油相比, B20的HC,CO和烟度排放分别下降了9.9%、9.3%和15.2%,NOx排放上升了8.5%;而PHB20的HC,CO和烟度排放分别下降了12.4%、13.5%和17.1%,NOx排放上升了6.7%;综合可见,PHB20改善柴油机燃烧及排放的效果优于B20。     

The Modal Emission Characteristics of a Diesel Car Fueled with Diesel and Alternative Fuels

对国产某柴油轿车分别燃用国Ⅱ柴油、沪Ⅳ柴油、B10、G10和C10等5种燃料时的排放进行了试验研究,分析了其按GB18352.3-2005 Ⅰ型循环测试时HC、CO、NOx和CO2的模态排放特性.结果表明,与国Ⅱ柴油相比,燃用B10、C10、G10和沪Ⅳ柴油时的HC、CO、NOx和CO2排放都较低;在GB18352.3-2005 Ⅰ型测试循环中,HC排放主要集中在市区循环;CO排放主要集中在市区冷态循环;而NOx和CO2排放则主要集中于市郊循环;在加速阶段,HC、NOx和CO2排放均增加.