基于生物柴油发动机的不同后处理装置颗粒物数量排放特性

基于一台燃用生物柴油BD20的发动机开展台架试验,利用EEPS粒径谱仪研究了发动机无后处理装置及使用DOC、DOC+POC和DOC+CDPF等后处理装置时排气颗粒物数量和粒径分布等排放特性。研究结果表明:DOC主要可降低粒径30~50nm的细小颗粒物数量,POC在DOC的基础上可进一步降低细小颗粒物数量,但对粒径较大颗粒物数量的控制作用不强,CDPF可明显降低粒径大于10nm的颗粒物的数量;DOC、DOC+POC和DOC+CDPF均降低了总颗粒物数量排放,对颗粒物数量的转化率分别为5%~35%、15%~35%和80%~99%,其中POC和CDPF所分担的转化率分别为5%~25%和55%~95%,采用CDPF是全面高效降低生物柴油发动机颗粒物数量排放的后处理技术手段。     

掺混含氧燃料对柴油机氧化催化器+催化型柴油机颗粒捕集器氧化及再生特性的影响

为了研究掺烧含氧燃料对柴油机排放及柴油机氧化催化器(DOC)耦合催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)后处理系统低温氧化特性与再生特性的影响,基于一台4缸高压共轨柴油机,选取国五柴油、15%生物柴油-柴油(D85B15)、15%正戊醇-柴油(D85P15)、20%正戊醇-柴油(D80P20)作为燃料,在1 900m海拔环境下进行了试验。研究表明:在外特性工况下,与柴油相比,燃用D85B15和D85P15的柴油机动力性略有下降,燃用D85P15的柴油机有效热效率最高。燃用D85B15的NO_x排放略低于柴油,最高降低3.33%;而D85P15的NO_x排放有所增加,最高增加2.85%。在低负荷工况下燃用国五柴油时DOC+CDPF对CO的转化效率明显高于燃用D80P20时,2 000r/min时燃用柴油时CO转化效率高达96.8%,而D80P20只有36.9%。低速高负荷工况下燃用国五柴油与D80P20时,DOC对排气温度的提升作用均比较明显,平均提升41.8℃和42.5℃。燃用D80P20时DOC+CDPF压差升高较慢,压差最高比燃用国五柴油低6kPa,DOC后端平均温度比燃用国五柴油高10℃。柴油机燃用D80P20在高负荷尤其是低转速高负荷时可有效降低颗粒物排放,降低DOC+CDPF压差。     

掺混PODE对DOC+CDPF氧化及再生特性的影响

在高压共轨柴油机上研究了使用掺混20%聚甲氧基二甲醚的柴油(D80P20)对搭载柴油氧化型催化器(DOC)和催化型颗粒捕集器(CDPF)的后处理装置(DOC+CDPF)的影响,包括小负荷时的低温氧化特性和大负荷时的颗粒物加载和再生特性.研究表明:小负荷工况下在1400~2000 r/min内,DOC和DOC+CDPF对柴油排放的CO转化效率平均分别高达70%和90%,而对D80P20排放的CO转化效率则仅近19%和36%,燃用柴油时DOC和CDPF后端的排气升温现象较为明显,低温氧化特性优于D80P20;在大负荷低速工况下,燃用D80P20时,DOC前/后两端排气氧质量分数以及NO2排放均明显高于柴油,但CO原始排放和不透光烟度显著低于柴油.因而DOC+CDPF对D80P20的CO、PM氧化放热量较低,DOC后端温升明显低于柴油.此外,大负荷下DOC+CDPF对D80P20排放的CO净化效率和PM氧化再生效率高达近100%,DOC+CDPF前/后端压差峰值仅是柴油的1/3,其可显著降低CDPF的堵塞风险,减少主动再生频率.     

DOC+DPF对生物柴油发动机排气颗粒理化特性的影响

以某型高压共轨柴油机为研究对象,研究试验样机燃用BD20混合燃料时,DOC+DPF后处理装置对其排气颗粒理化特性的影响.结果表明:外特性工况下,试验样机连接DOC+DPF后,聚集态颗粒数量浓度降幅最高达99.4%,,而核态颗粒数量浓度降幅不如聚集态颗粒.随试验样机转速上升,DOC+DPF的捕集效率呈上升趋势.此外,试验样机连接DOC+DPF后,多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAH)排放质量下降91.5%,,所检测的19种PAH组分中,有17种组分排放质量减少,DOC+DPF可使PAH等效毒性下降93.9%,.     

柴油机排气中可溶性有机物排放的特性

通过柴油机台架试验,在一款柴油机上加装氧化型催化转化器(DOC)装置,研究了DOC前/后排气颗粒物中可溶性有机物(SOF)和固相多环芳烃(PAHs)的变化趋势,分析了不同转速和负荷对SOF及PAHs排放的影响以及排气中SOF及PAHs排放在排气过程中的变化规律.结果表明:DOC能明显降低排气中SOF及PAHs排放,SOF最高减排为50.69%,PAHs最高减排为83.28%,同时PAHs的毒性当量最高降低为49.31%.随着柴油机转速增加,燃烧过程后燃增加,排气中SOF及PAHs有增加的趋势,而随负荷的增加,缸内燃烧温度升高,各成分氧化速率加快使得SOF及PAHs排量逐渐降低.随排气输运距离增加,排气组分冷凝现象加重致使SOF及PAHs排量明显升高.     

餐饮废油基生物柴油对柴油机有害排放特性的影响

在一台电控共轨增压中冷柴油机台架上，燃用纯柴油以及分别掺混10%、20%、30%餐饮废油制生物柴油的柴油/生物柴油混合燃料，研究生物柴油对柴油机燃烧及排放特性的影响。结果表明:生物柴油使发动机的预喷放热率略微下降，主喷放热率有所升高，缸压峰值随掺混比例的增大略有降低；燃用生物柴油使发动机的NO_x排放有所上升，HC排放略有下降，CO排放变化不大；低转速下核模态颗粒排放略微增加，积聚态颗粒数有所减少，高转速下核模态和积聚态颗粒数都减少；掺混生物柴油会增加发动机排气颗粒物的氧化活性，使得最大氧化速率温度降低，活化能降低；掺混生物柴油能够降低颗粒相多环芳烃的质量比排放。     

发动机燃用麻疯树油制生物柴油的非常规排放特性研究

对某共轨柴油机燃用0#车用柴油、麻疯树油制生物柴油及其混合燃料的非常规排放特性进行了研究.在未对原机做任何改动的情况下,分别燃用BD0、BD5、BD10、BD20、BD50和BD100 6种不同体积配比的麻疯树油制生物柴油与石化柴油的混合燃料,分析比较了不同生物柴油配比对发动机醛类、SO2和CO2等主要非常规排放的影响.结果表明:共轨柴油机燃用生物柴油与石化柴油混合燃料后,醛类、SO2、CO2排放均减少,且随着生物柴油掺混比例的升高而降低.     

后处理技术与生物柴油耦合作用对公交车排放特性的影响

基于车载排放测试系统对一辆国Ⅲ柴油公交车耦合使用后处理技术与生物柴油的排放特性进行了研究,研究结果表明:单独使用柴油机氧化催化转化器(DOC)的CO、THC的减排尚可,分别达40.4%和42.4%,PN和PM的减排效果较差,仅为53.2%和51.0%;单独使用催化型连续再生颗粒捕集器(DOC+CDPF),CO和THC分别降低58.7%和72.0%,PN和PM分别降低96.7%和96.9%;DOC及DOC+CDPF对公交车CO_2和NOx影响不显著。DOC以及DOC+CDPF与生物柴油混合燃料B20(生物柴油体积占比20%)耦合使用后,对CO、THC、PN和PM的减排效果进一步提升,前者分别达53.9%、50.6%、60.1%和59.6%,后者分别高达71.0%、82.0%、98.6%和97.3%。两者对CO_2和NO_x影响仍不显著。     

聚甲氧基二甲醚掺混比对柴油机性能及柴油机氧化催化器+催化型柴油机颗粒捕集器后处理系统的影响

以加装了柴油氧化型催化器(DOC)+催化型颗粒捕集器(CDPF)后处理系统的D30型高压共轨柴油机为研究机型,将聚甲氧基二甲醚(PODE)以0%、10%、30%三种体积比掺入柴油(分别记为P0、P10、P30)进行发动机台架试验,研究PODE掺混比对柴油机性能和后处理系统的影响。研究表明:负荷工况下,PODE掺混比越大,有效燃油消耗率约高。低速高负荷工况,P30有效热效率最高。PODE掺混后显著恶化NO_x和HC排放,仅在低速时降低约33%CO排放。在1 600r/min工况,掺混PODE有效降低了柴油机的碳烟排放,但是后处理系统有明显升温且NO转化为NO_2的效率降低。在2 400r/min工况,掺混比增加,CDPF后端NO_2浓度升高;P30的涡后排温比P0、P10低约30℃。PODE掺混比越高DOC前端和CDPF前端排气压力越低,降低了CDPF载体堵塞的风险。     

柴油机燃用生物柴油的多环芳香烃排放试验研究

在一台直喷式增压柴油机上进行了生物柴油、柴油及其掺混油B20的排放特性试验,分别用玻璃纤维滤膜和“聚氨基甲酸乙酯泡沫（PUF）＋XAD．2”采集了尾气排放物中的颗粒相和气相多环芳香烃（PAHs）,并用色谱．质谱联用仪对PAHs进行了分析。结果表明：生物柴油的颗粒相、气相以及总PAHs的排放在大多数工况下低于柴油,其平均排放浓度均低于柴油。3种燃料的二环PAHs排放均在50％,生物柴油的三环以上PAHs所占比例均低于柴油。生物柴油PAHs排放的毒性当量与柴油相比有较大程度地下降。燃用生物柴油可以降低柴油机PAHs排放物对人体的危害。     

生物柴油发动机的催化型连续再生系统的仿真研究

建立了CCRT系统模型,并根据试验参数对模型进行了标定。分别比较了不同工况下,燃用B20、BD50、BD100时DOC对常规排放气体的转化效率以及CPF的颗粒物再生情况。发现:DOC对NO的转换效率各工况差别较大,主要受排气温度影响;对CO及HC整体转化效率处于较高水平,去除效果较为理想。平衡时CPF内残留的颗粒物质量随转速升高而增加,随负荷增加而减少;低负荷、高转速工况是CPF再生效果最差的工况。随着生物柴油掺混比例的上升,DOC的NO_2出口浓度及NO转化效率上升,而对DOC的HC和CO去除效果影响较小; CPF残留颗粒物质量在高转速区域有所下降,而在中低负荷区域有所上升。主要原因是燃用生物柴油引发的排气温度降低和颗粒物排放降低。低负荷、高转速工况下,燃用BD50时CPF的再生效果最佳。     

柴油机加装柴油机氧化催化器和催化型颗粒 捕集器装置性能评定试验研究

为了研究加装柴油机氧化催化器(DOC)和催化型颗粒捕集器(CDPF)装置的柴油机性能,探讨DOC与CDPF的净化效率和再生特性随试验循环数的变化规律,搭建了柴油机高原试验台,并按13试验循环进行了性能评定试验。结果显示,在全负荷工况下,随着试验循环数的增加,发动机的进气量、转矩、功率和油耗均比未装DOC和CDPF的原机略有下降。同时,在排气后处理装置的后端,烟度和CO排放均趋向零,而NO_2排放增加,NO排放减少。将第1试验循环与第13试验循环进行比较后可以发现,DOC和CDPF的前端温度均比后端低,而排气后处理装置经13试验循环后仍具有较高的净化效率。与原机相比,加装排气后处理装置的发动机,经性能评定试验后的外特性有所下降,但在排气后处理装置后端的烟度和CO排放趋近于零,而NO_2/NO比例随发动机转速增加先升后降。此外,DOC和CDPF的后端温度低速时上升明显,后随转速升高而降低,直至趋于稳定,而CDPF的压差随转速增加先升后降。此时,捕集效率和再生效率仍保持较高水平。     

国-Ⅲ柴油机生物柴油颗粒排放特性研究

以柴油机颗粒物粒径分布特性为研究重点,在国-Ⅲ高压共轨柴油机上针对不同混合比的生物柴油与柴油混合燃料的颗粒物排放特性进行了研究.试验结果表明,共轨柴油机的颗粒物数量排放一般为双态分布(核态和聚集态),基本以50 nm为分界线.随着负荷的增加,颗粒粒径分布由单态分布转化为双态分布.这是由于排气中的SO2被催化器氧化为SO3后,进一步形成了微小的硫酸颗粒.在2 000 r/min的高低负荷,生物柴油混合燃料的颗粒粒径分布存在明显的不同.试验结果表明,燃料硫含量对柴油机核态颗粒的形成具有直接的影响.而生物柴油混合燃料内部舍氧,可明显降低聚集态颗粒排放数量.聚集态计算颗粒质量可有效反映舍氧燃料对碳烟的氧化作用,也间接表明了柴油机聚集态颗粒以碳烟为主.     

含氧燃料对柴油机尾气中颗粒理化特性的影响

利用气相色谱仪对米糠油生物柴油(rice bran biodiesel,RBD)的组成进行了研究,测定了RBD的各项特性,结果显示其各项指标均符合国际相关生物柴油标准.在发动机台架上分别燃用0#柴油、RBD和RBD-乙醇混合燃料,利用扫描电镜和X衍射能谱仪研究了3种不同燃料对柴油机颗粒物排放的影响.研究结果表明:在发动机不作任何调整的情况下,燃用RBD和混合燃料可以有效地降低柴油机的碳烟排放,混合燃料的有效燃油消耗率上升最高;燃用0#柴油生成的颗粒物形貌呈疏松状球形粘结形态,RBD颗粒物粒径较小,排列比较细密;燃用混合燃料生成的颗粒物样品呈片状无定型结构;燃用RBD和混合燃料生成的颗粒物样品中金属元素和氧元素含量较高.     

柴油公交车加装CDPF的非常规污染物排放特征分析

测试分析了柴油公交车安装催化型柴油机颗粒过滤器(catalyzed diesel particulate filters,CDPF)在瞬态测试循环工况下对非常规气态物、颗粒物中的碳质组分、芳香烃及其毒性的影响。研究结果表明:CDPF对挥发性有机物的减排率为57.6%,对柴油车颗粒物中总碳的减排率为70.4%,对柴油车颗粒中多环芳烃(PAHs)组分减排率为91.1%,CDPF对低环数的PAHs表现较高的减排率,而对其他环数的PAHs的减排率略低。CDPF能明显降低不同苯环PAHs的毒性当量,但对不同苯环PAHs的毒性当量比例影响不明显。     

高比例二甲醚和生物柴油混合燃料在直喷柴油机上试验研究

通过对ZS1110TD型柴油机低压供油系统进行技术改造,使高比例二甲醚和低比例生物柴油混合燃料在ZS1110TD型柴油机上燃用,并对混合比例、供油提前角和供油压力进行优化匹配.试验结果表明:80%二甲醚与20%生物柴油(重量比)混合燃料在该柴油机上燃用与原柴油机相比最大输出功率降低4.8%,最大扭矩增加6.2%,Nox排放部分工况最高可降低60%～70%,HC排放有较大幅度降低,烟度排放接近零,实现了无烟排放,缓解柴油机对石油的依赖和降低尾气排放是十分有益的.     

DPF和CDPF主动再生排放特性对比分析

基于外加热源再生台架和颗粒物加载装置,探究了不同再生温度和碳载量下柴油机颗粒捕集器(DPF)和催化型DPF(CDPF)主动再生时出口气体和颗粒物排放特性．结果表明：催化剂铂(Pt)的涂敷有利于碳黑(PU)的氧化,在相同碳载量条件下,CDPF更易产生温度波峰,且再生效率略高于DPF;DPF再生过程中伴随着较高体积分数的CO排放,且升温阶段会出现一个低浓度的核模态颗粒排放窗口,后续再生阶段几乎无颗粒物释放;CDPF再生过程中几乎没有CO生成,但在再生阶段会伴随着大量的30 nm以下的小颗粒释放,且随着再生温度和碳载量的升高,CDPF出口颗粒物浓度逐渐升高．DPF和CDPF再生时分别具有不同优化窗口,既有利于减少颗粒物排放同时又保持较高的再生效率．     

低配比GTL柴油和生物柴油的燃烧颗粒排放特性

以一台电控高压共轨柴油机为样机,研究了柴油机分别燃用低配比天然气合成油(GTL柴油)、低配比生物柴油混合燃料的颗粒排放特性。所用燃料分别为纯柴油、GTL柴油体积掺混比为10%的燃料(G10)、生物柴油体积掺混比10%的燃料(B10)。研究了该机燃用这三种燃料的烟度、颗粒数量及粒径分布特性。研究结果表明:柴油机燃用G10燃料、B10燃料的排气烟度均低于纯柴油,B10燃料的排气烟度低于G10燃料;柴油燃用三种燃料的排气颗粒数量大多呈明显的单峰或者双峰对数分布。B10燃料的核态颗粒数量在各工况下均为最高,G10燃料在各负荷下全粒径范围内聚集态颗粒与核态颗粒的数量几乎均为最低。随负荷增加,柴油机颗粒总数量呈总体上升趋势。各工况下,柴油机燃用B10燃料的颗粒总数量最高,G10燃料的颗粒总数量最低,核态颗粒数量的差异在其中占主导地位。     

柴油机DPF驻车再生排气热管理策略试验研究

在一台非道路国四高压共轨柴油机上,利用试验台架研究颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)驻车再生过程中不同排气热管理策略对氧化型催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)入口温度及排放的影响。结果表明,合适的再生转速、节气门关闭角度及喷油参数对提升DOC入口温度、降低DOC入口未燃HC效果显著。研究结果可以对柴油机DPF驻车再生排气热管理策略的制定和优化提供指导。     

在直喷式柴油机上燃用低比例生物柴油和柴油的试验研究

在原直喷式柴油机结构和参数不做任何改变情况下,燃用低比例生物柴油和高比例柴油的混合燃料进行试验研究.试验结果表明:发动机燃用20%生物柴油和80%柴油的混合燃料与柴油相比较,在外特性下,B20功率和扭矩均比柴油低,当量油耗率低速时要低,高速时高.在外特性和1800 r/min负荷特性下,混合燃料碳烟、CO和HC排放均降低,NOx排放(除少数工况外)略有增加.该混合燃料对降低柴油机碳烟、C0和HC排放十分有利.