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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

燃料特性对柴油机排放微粒粒度分布的影响

利用微粒粒径分析仪进行测试,以研究不同理化特性的燃料对直喷式柴油机微粒排放粒度分布的影响规律,分析了柴油机微粒排放粒度分布特征。结果表明,柴油机的微粒排放大部分在1μm以下,以粒径50nm为分界,基本可以分为核态和积聚态两种。测试中微粒粒数浓度随着稀释比的增加而加大,同时微粒分布趋向核态。与转速相比,负荷变化对微粒粒度分布的影响较大,随着负荷的增大,核态PM所占比例减小。与欧Ⅲ柴油相比,生物柴油燃料核态微粒较多,积聚态微粒较少。天然气合成柴油燃料的核态和积聚态微粒浓度均低于欧Ⅲ柴油燃料,但其积聚态微粒浓度高于生物柴油燃料。     

DOC+POC对发动机燃用柴油与B20排放颗粒的净化性能研究

对一台车用高压共轨直喷式柴油机,分别燃用纯柴油和B20燃料,在未加装后处理装置的原机和加装柴油机氧化催化器与颗粒氧化催化转化器(DOC+POC)后处理装置的两种状态下,利用EEPS颗粒粒径谱仪,测试其排气颗粒数量排放及其粒径分布。结果表明:未加装后处理装置时,燃用B20燃料的核态颗粒数量排放略高于柴油;而聚集态颗粒的数量排放则低于柴油;加装DOC+POC后处理装置后,排气颗粒数量排放明显下降,颗粒净化效率存在两个较高的峰值,一个在粒径10nm附近的核态颗粒区域,另一个在粒径300nm附近的聚集态颗粒区域。燃用B20燃料时,总的来说排气颗粒数量排放低于柴油,一DOC+POC对多数工况下颗粒的净化效率明显高于柴油。     

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。     

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%。     

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。     

聚甲氧基二甲醚对轻型柴油机排放特性的影响

为了降低柴油机的颗粒排放,将聚甲氧基二甲醚(PODE)按照体积分数10%,20%和30%掺混于柴油中,制备出柴油-PODE混合燃料(记为P10,P20和P30),在一台轻型柴油机上对柴油-PODE混合燃料进行了燃烧和排放特性试验研究,并采用热重方法分析了混合燃料的挥发性与氧化特性。结果表明:P10,P20和P30在常温下都具有良好的稳定性,在0~5℃区间PODE掺混比例高于20%将出现浑浊现象,混合燃料的黏度随着掺混比例增加与温度升高而逐渐下降;随PODE掺混比例的增加,混合燃料的活化能下降,综合燃烧指数提高,P10,P20和P30的起始失重温度相对于柴油分别降低了3.3,4.3,5.3℃,起始燃烧温度分别降低了9.4,17.8,24.2℃;柴油机燃用柴油-PODE混合燃料时,随着PODE掺混比例的增加,滞燃期缩短,放热率曲线和压力升高率曲线向前偏移,缸内最高压力提高;在标定工况下,燃用P10,P20和P30的烟度较燃用柴油分别降低了26.1%,31.2%和34.8%,颗粒物较柴油在各粒径下的质量浓度均有不同程度降低,且分布峰值向小粒径偏移。     

基于MOUDI采样装置的186FA柴油机微粒物粒径分布特性研究

利用微孔沉积式碰撞采集器(MOUDI)进行了非道路用186FA柴油机排气微粒的采集和排气微粒物质量浓度粒径分布特性研究。研究发现:中高负荷工况下,柴油机排气微粒质量浓度粒径分布呈现近似的对数正态分布特性,而且随着负荷增大峰值粒径向小粒径方向偏移;各粒径级微粒质量浓度随负荷的增大而增大,中高负荷时增大趋势显著;积聚模态及粗粒子模态微粒质量浓度随烟度的增大均有增大的趋势,积聚模态微粒增大趋势相对明显;同一负荷率条件下,积聚模态微粒质量浓度基本随转速的升高而降低;中高负荷时微粒质量平均直径在0.32～0.56μm之间,低负荷时向大粒径级方向发展。     

轻型CNG车颗粒物排放特性研究

对同一台轻型两用燃料（C N G和汽油）车使用同一批次基准天然气和基准汽油,在底盘测功机上进行NEDC ,FTP75和WLTC循环对比试验,使用CVS定容取样系统和ELPI设备分析颗粒物等排放。研究发现：3种循环中,试验车辆燃用CNG和汽油,排放颗粒物在 Dp ＝40 nm和 Dp ＝330 nm附近均出现峰值,Dp ＝40 nm处汽油峰值远高于CNG ,Dp ＝330 nm处CNG峰值略高于汽油;CNG的PN和PM的排放率随车速的升高而增大,在较低的匀速工况下增长幅度较小,高速工况下增长幅度较大;CNG在NEDC循环中排放的核态和聚集态颗粒物各占50％左右,FTP75和WLTC循环中排放的聚集态颗粒物占比高于NEDC ;CNG在NEDC循环中单位里程颗粒数和颗粒总数最多,FTP75和WLTC循环中单位里程颗粒数基本相同;WLTC循环中排放的颗粒物质量总量最多,FTP75和NEDC循环中排放的颗粒物质量总量基本相同;FTP75和WLTC循环中单位里程排放的颗粒物质量基本相同,约为N EDC循环的2倍。     

测量条件对柴油机排放PM尺寸分布的影响

研究了不同测量条件对柴油机PM尺寸与浓度分布测量的影响,在一台单缸柴油机上用SMPS测量装置测量了不同运转条件下柴油机PM排放,试验中采用不同的稀释比、稀释空气温度、取样点位置等,在大量的试验研究基础上,分析了柴油机PM排放的特征和主要影响因素。结果表明,随稀释比增加,PM尺寸趋向于累积模式分布或粗粒子模式分布,其浓度趋于降低;随着稀释空气温度的升高,PM质量和数量也相应降低,低负荷时PM峰值浓度移向细小颗粒的碳核模式区域;取样点位置远离排气出口,PM浓度逐渐减小,累积模式尺寸的PM数增多。     

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。     

不同裂解条件对甲醇-柴油高温裂解产物的影响研究

采用石英管式流动反应器试验装置,配置不同体积掺混比(M0,M5,M10,M15)的甲醇-柴油混合燃料作为试验燃料,采集了混合燃料在不同裂解温度和甲醇掺混比下的裂解产物。应用气相色谱质谱联用仪GC-MS,对不同裂解条件下12种烃类产物的摩尔分数变化规律进行了研究;采用微克天平和扫描电镜SEM,对甲醇-柴油混合燃料裂解生成的炭烟产率及形貌特征的变化规律进行了研究。结果表明:裂解过程中,裂解温度高于973 K时,烷烃和芳香烃的摩尔分数变化率降低,芳香烃的摩尔分数增加,相比于923 K,裂解温度为973 K,1023 K和1073 K时,炭烟产率分别增加了1.7倍、5.1倍和11.6倍;甲醇掺混比增加,烃类物质摩尔分数和炭烟产率降低;裂解温度增加,炭烟的平均粒径降低,乙烷、丙烷、丁烷及丙烯、丁烯、丁二烯的浓度降低;甲醇掺混比增加,炭烟的平均粒径降低,乙烯的摩尔分数增加。     

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.     

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。     

Effect of Heavy-Duty Diesel Engine Operating Parameters on Particle Number and Size Distribution at Low Speed Condition

Experiments and simulations were used to investigate the effect of a range of engine operating parameters and fuel characteristics on the particle size and particle number (PN) concentration at low speed and idle speed condition. The occurrence, size, and concentration of particles were tested against a range of parameters including start of injection (SOI), common rail pressure, exhaust gas recirculation (EGR) ratio and load. The results showed that the homogeneity of the mixture had the greatest impact on particle size and number concentration. The performance of particle is different at different levels of load. The particle were of nucleation mode at idle condition, and the cold idle particles had a slightly larger diameter than those produced at hot idle. By using the diesel and under high load, at EGR ratios of less than 20 %, most particles were of nucleation mode. At EGR ratios exceeding 20 %, nucleation-mode particles were gradually replaced by accumulation-mode particles. At EGR ratios above 30 %, most particles were of the accumulation mode. Under the same load, gasoline compression ignition produced particles of smaller size and reduced particulate mass (PM). The use of gasoline extended ignition delay, as the high volatility and octane number of the fuel improved the homogeneity of the mixture. Finally, a linear relationship was found between PM and PN. The relative contribution of the different factors to the formation of nucleationor accumulation-mode particles was investigated.