柴油硫含量对排放特性的影响

为制订与我国第四阶段排放法规相适应的车用柴油标准,进行了在满足欧-Ⅳ排放法規的高压共轨增压中冷柴油机上使用不同硫含量柴油的试验研究,并根据文献调研和试验结果预测了硫含量对柴油机一次、二次硫酸盐排放量的影响.结果表明:柴油机硫酸盐和气态SO2排放量均随硫含量上升而线性增加,硫含量500gg/g柴油ESC循环硫酸盐排放量占欧-Ⅳ.法規PM限值的40%;硫至硫酸盐转化率为1%～2%;硫含量对柴油机动力性、经济性、非硫排放物和缸內燃烧过程基本无影响.     

不同标准柴油对柴油机性能和排放的影响

为研究不同柴油燃料对发动机燃烧和排放特性的影响,选取国Ⅱ~国Ⅴ不同标准柴油及加油站购得的4种国Ⅳ、国Ⅴ标准柴油,在一台满足国Ⅳ排放法规的电控高压共轨柴油机上开展实验研究.结果表明,市售满足国Ⅳ、国Ⅴ标准柴油对满足国Ⅳ排放标准的柴油机有效燃油消耗率(BSFC)影响差异在2%,以内,NO_x排放加权值差异在10%,以内,HC、CO排放差异在20%,以内,碳烟排放整体很低.燃用国Ⅱ~国Ⅴ这4种不同标准的柴油后,共轨柴油机外特性转矩及功率差异在2.4%,以内,在欧洲稳态测试循环(ESC)工况下燃油消耗率差异小于2%,;在不同转速和负荷下,随着燃料十六烷值的降低,NO_x排放略有增大,燃用4种不同标准的柴油后,ESC循环NO_x排放加权结果变化在7%,以内;4种燃油对国Ⅳ排放共轨柴油机动力性、经济性影响很小,燃用不同燃料时碳烟、HC和CO排放均低于国Ⅳ排放限值.     

煤制-石化柴油的排放特性研究

在CA4DF3R-13高压共轨柴油机上研究了欧Ⅲ石化柴油、煤制-石化混合柴油和煤制柴油(CTL)的排放性能,以及添加不同剂量的润滑改进剂和十六烷值改进剂对煤制-石化柴油排放性能的影响,结果表明,CTL比油耗比石化柴油略高,排放基本相同,添加十六烷值改进剂可以改变比油耗,添加润滑改进剂可以改变排放。     

正丁醇燃料特性对柴油机低温燃烧影响的机理

在一台单缸柴油机上,将20%体积分数的正庚烷、异辛烷和正丁醇分别与柴油进行掺混燃烧,研究了正丁醇沸点、燃料组分、十六烷值和含氧特性等理化特性对柴油机低温燃烧(LTC)的影响机理.结果表明,十六烷值是影响LTC燃烧特性的主导参数,柴油+正庚烷和柴油+异辛烷的燃烧特性分别与纯柴油和柴油+正丁醇接近.碳烟排放上,柴油+正庚烷与纯柴油差别很小,表明在20%掺混条件下,物理特性和燃料组分对LTC碳烟排放影响较小;柴油+异辛烷的碳烟排放较纯柴油降低明显,表明十六烷值是影响LTC碳烟排放的重要因素;柴油+正丁醇的碳烟排放比柴油+异辛烷有较大降低,表明正丁醇含氧特性对改善LTC碳烟排放具有重要作用.燃料理化特性对NOx、CO和HC等气体污染物排放影响较小.     

DOC/POC耦合对柴油机燃用欧Ⅲ/欧Ⅳ柴油尾气排放的影响研究

按照ESC 13工况测试循环,在1台4缸柴油机上进行DOC/POC耦合净化器对柴油机分别燃用欧Ⅲ/欧Ⅳ柴油后污染物净化效果的试验研究.结果表明,燃油油品差异对不装净化器的HC,CO和NOx排放影响极小.耦合净化器对HC和CO的净化率分别达到85％和90％.受油品含硫量影响,耦合净化器对欧Ⅲ柴油PM不起作用,反而会使PM排放增加22.3％,然而对欧Ⅳ柴油的PM可净化45％.综合来看,仍需对该净化器重新设计并优化柴油机燃烧系统才能使该发动机达到国Ⅳ排放标准.     

燃料理化特性对柴油机低温燃烧过程及排放特性的影响

在一台单缸柴油机上,通过柴油掺混20%的正庚烷、正庚烷与异辛烷混合物以及异辛烷与40%正庚烷(体积分数),研究燃料组分、沸点和十六烷值等理化特性对柴油机传统燃烧和低温燃烧影响机理.结果表明,不同十六烷值燃料在高比例EGR下对滞燃期影响更显著;随掺混燃料十六烷值降低,碳烟排放降低;在20%掺混比下混合燃料沸点、黏度等物理特性和燃料组分等化学特性改变对燃烧和碳烟排放影响较小.与20%正庚烷掺混相比,低沸点、低黏度燃料在更高掺混比(40%)下对碳烟排放的降低作用变得明显.大比例EGR低温燃烧下,THC排放明显升高,其中甲烷占总碳氢比例达60%;NO2对整体NOx排放影响很小.在20%掺混比下,燃料理化特性的改变对THC、不同成分HC、CO和NOx排放影响很小;在40%正庚烷掺混比例下,芳香烃排放降低,NOx及NO2排放较柴油升高.     

混合煤制油对共轨柴油机性能及排放影响的试验研究

在一台重型六缸柴油机改造成的单缸机上,研究了由煤直接液化柴油(DDCL)和间接液化煤制油(F-T柴油)按体积比3∶1配成的混合煤制油(D-F)的燃烧特性、经济性和排放特性,并与欧-Ⅳ柴油(DF)进行了对比分析。研究结果表明:在1600r/min下,与欧-Ⅳ柴油相比,在低负荷时混合煤制油预混燃烧放热量少,随着负荷增加,两者放热率曲线差别减小;混合煤制油循环变动小于欧-Ⅳ柴油,指示热效率比欧-Ⅳ柴油略高;混合煤制油的常规排放优于欧-Ⅳ柴油,在低负荷时HC、CO和NOx排放降低较显著,高负荷时碳烟排放显著降低。     

十六烷值改进剂对乙醇-柴油发动机放热率与排放的影响

研究了十六烷值改进剂对轻型高速柴油机燃用乙醇柴油燃料时放热率与排放特性的影响．在含15％乙醇的柴油中加入不同量(0、0．2％和0．4％)的十六烷值改进剂,并在一台高速柴油机上分别对这些燃料进行了试验研究．结果表明：柴油机燃用乙醇-柴油后,动力性有一定程度降低,但是热效率得到较大幅度改善,烟度和氮氧化物排放有很大程度的降低;在乙醇-柴油中加入适量的十六烷值改进剂,柴油机的动力性有所恢复,烟度和氮氧化物进一步降低,中低负荷下CO和HC排放得到很大改善．乙醇柴油燃料的着火延迟增加,燃烧持续期缩短,大负荷下最大放热率增加;加入一定量的十六烷值改进剂,中高负荷下的燃烧特性可以恢复到柴油机的水平,但是在低负荷下与纯柴油仍然有一定的差别．     

燃料理化特性对柴油机燃烧和排放影响

将燃料理化特性参数依次分离,研究不同燃料特性在宽广废气再循环(EGR)范围内对柴油机燃烧和排放的影响规律.结果表明:试验选用的国Ⅳ柴油燃料,成份的改变如芳烃和硫含量降低对燃烧和NO_x、THC、CO及碳烟排放影响作用很小.燃料沸点和黏度降低,预混放热峰值增大,碳烟排放降低;负荷增大后对碳烟降低作用减小.燃料沸点和黏度在中、低比例EGR率下对气体排放影响很小,在高比例EGR率下低沸点、低黏度燃料THC和CO排放较高.十六烷值是决定燃烧放热时刻的最重要参数,不同十六烷值燃料在高比例EGR率下对滞燃期影响更显著.十六烷值和含氧是降低碳烟两个决定性因素,孰重孰轻视燃料特性而定,不同十六烷值燃料的气体排放差异很小,只在低EGR率下随十六烷值降低,NO_x排放略有升高.正丁醇分子结构较甲醇、乙醇、丁酸甲酯和2,5-二甲基呋喃(DMF)能更有效降低碳烟.     

DMF/柴油和汽油/柴油混合燃料对柴油机燃烧和排放特性的影响

在一台共轨柴油机上,通过向柴油分别掺混30%体积比的2,5-二甲基呋喃(DMF)和汽油,研究了含氧燃料和低十六烷值燃料对柴油机燃烧过程和排放特性的影响机理。研究结果表明:D30的滞燃期最长,G30次之,纯柴油最短,表明十六烷值是影响着火滞燃期的关键因素。混合燃料的挥发性、硫和芳香烃含量对碳烟排放影响较小,扩展的着火延迟期和增加的燃料氧(原子氧)是降低低温燃烧过程中碳烟生成的两个关键因素。柴油掺混DMF,通过采用中等强度EGR率(低于40%),能显著扩展低排放区域(NOx排放0.4g/(kW·h),碳烟排放0.01g/(kW·h))并保持较好的燃油经济性。相比汽油/柴油混合燃料,DMF/柴油混合燃料对碳烟的降低效果更显著,表明DMF作为一种低十六烷值的新型生物质含氧燃料,其与柴油混合后的理化特性更适合于柴油机低温燃烧的排放控制。多次喷射试验表明:在柴油中掺混DMF或汽油,喷油控制策略对碳烟生成影响减小。综合来看,石化柴油与低十六烷值含氧燃料混合,通过燃料改性与中等强度EGR率(低于40%)耦合并合理控制CA50,是在简化喷油控制策略下实现现代柴油机高效、清洁低温燃烧的一项有效技术途径。     

柴油燃料特性对重型柴油机燃烧和排放影响的试验

在一台电控高压共轨重型柴油机上,选择5种不同十六烷值(CN)柴油(CN为29、40、44、53和62)进行欧洲稳态测试循环(ESC)测试.结果表明:在25%,负荷下,燃烧放热始点随十六烷值降低而推迟,最大爆发压力和最大压升率明显增大;负荷增大后,十六烷值对放热始点影响变小,在75%,和100%,负荷下,只有CN为29的燃料放热时刻推迟,其余4种燃料缸内压力和放热规律受十六烷值影响很小.随十六烷值降低,有效燃油消耗率增大,但不同燃料有效热效率差异很小,因而低十六烷值燃料较高的燃油消耗是由其较低的热值造成的.随十六烷值降低,NO_x、soot、HC和CO排放增大,在小负荷工况,十六烷值变化对排放影响更显著.ESC十三工况加权结果表明,CN从62减到29,有效燃油消耗率增加5.6%,,NO_x排放增加23%,,soot排放增加300%,,HC和CO排放增加50%,.     

十六烷值对柴油机冷起动和排放影响的试验探讨

柴油的十六烷值对柴油机冷起动和排放有一定影响。本文通过在柴油内加入不同品种和数量的添加剂形成的五种不同十六烷值的柴油进行试验，比较了十六烷值对发动机的最高气缸压力、放热率、冷起动性能、尾气中碳氢化合物和液态与固态微粒排放的影响。     

掺混比例和喷油压力对柴油/正丁醇低温燃烧的影响

将正丁醇、正庚烷分别与柴油以20∶80和40∶60体积比掺混,在100、130,MPa两个喷油压力下进行柴油机直喷燃烧试验,研究喷油压力和掺混比例对柴油/正丁醇低温燃烧特性和碳烟排放的影响,结果表明:提高喷油压力能够改善柴油/正丁醇掺混燃料高比例EGR燃烧相位滞后问题,在更大EGR率范围实现高效燃烧.随喷油压力提高,十六烷值和含氧对降低碳烟的作用增强,沸点等其他特性作用变小.提高掺混比例,正丁醇对燃烧的影响更明显,燃烧放热始点明显推迟、燃烧反应速度加快,在一定的EGR率范围内热效率提高.掺混比例从20%提高到40%,各燃料特性对碳烟排放的降低作用都显著增大,沸点等其他特性作用成为降低碳烟排放的重要因素,十六烷值的作用更加显著.     

直喷式柴油机燃用F-T柴油时的性能与排放

煤通过Fischer-Tropsch（F-T）合成可以获得十六烷值高、硫和芳香烃含量极低的F-T柴油.在一台未作改动的单缸直喷式柴油机上对燃用F-T柴油时发动机的性能和排放进行了研究.结果表明,在相同工况下与燃用常规柴油相比,燃用F-T柴油时的滞燃期较短,预混燃烧放热峰值较低,扩散燃烧放热峰值较高,最高燃烧压力略低,最大压力升高率显著下降,燃油消耗率和热效率都得到了改善.燃用F-T柴油可同时降低CO、HC、NOx和碳烟排放,其中NOx和碳烟排放分别平均降低了16.7%和40.3%.研究表明F-T柴油是柴油机优秀的清洁代用燃料.     

十六烷值改进剂对涡流室柴油机排放特性的影响

将自选研制的有机硝酸酯类十六烷值改进剂以不同浓度加到柴油中,对影响95型涡流室柴油机的排放特性进行了实验研究,结果表明,该十六烷值改进剂可明显降低柴油机NOx的排入;在适宜浓度下,对HC和CO排放没有影响;但使排气烟度有所恶化。实验还测试了该剂对燃油经济性的影响,结果表明,该剂可略微降低柴油机的有效燃油耗。     

柴油机掺烧DMM的超低排放研究

研究了二甲氧基甲烷(DMM)、EGR和排气后处理对于柴油机燃烧排放的影响,并讨论了达到欧-Ⅲ排放标准的途径.研究结果显示:柴油掺混50 %体积比的DMM,在中低负荷下采用28 %的EGR率,在高负荷下采用7 %的EGR率,可以同时显著降低NOx和碳烟排放,使用柴油机氧化催化转化器(DOC)可以大幅度降低HC和CO排放.通过与纯柴油燃烧过程的比较表明:DMM-柴油混合燃料可以同时增加预混燃烧和扩散燃烧速率,导致最高燃烧压力和放热率增大,采用EGR并未使燃烧持续期显著延长.自然吸气式柴油机掺烧大比例的DMM并结合EGR和DOC,有望达到欧-Ⅲ排放标准.     

共轨柴油机燃用不同配比生物柴油的性能与排放特性

对某共轨柴油机燃用石化柴油、生物柴油及其混合燃料的动力性、经济性和排放特性进行了研究.在未对原机做任何改动的情况下,分别燃用了0%、5%、10%、20%和100%的5种不同体积配比的餐饮废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功率、燃油消耗率,以及CO、HC、NO_x和烟度排放的影响.研究表明:共轨柴油机燃用生物柴油与石化柴油混合燃料后,功率略有下降,燃油消耗率有所上升;烟度、CO和HC排放减少,且随着生物柴油掺混比例的升高而降低;NO_x排放上升,且随着生物柴油掺混比例的升高而增加.     

柴油品质对船用柴油机颗粒与烟度排放的影响

借助船用柴油机燃用不同柴油时的排放试验,研究了柴油品质对颗粒与烟度排放的影响.研究表明:燃用普通柴油时的颗粒和烟度排放比欧-Ⅱ柴油分别增加了28.9%~41.5%和2.35%～9.32%;辅机燃用两种柴油时各工况烟度基本不变,主机在中高负荷时烟度变化比较明显;基于试验数据求得的船用柴油机颗粒排放关于燃油硫含量的修正系数为0.072.     

非直喷式增压柴油机燃用生物柴油的性能与排放特性

研究了非直喷式增压柴油机燃用柴油一生物柴油混合燃料的性能和排放特性。未对原机作任何调整和改动,研究了不同生物柴油掺混比例的混合燃料对功率、油耗、烟度和NOx排放的影响。结果表明：非直喷式柴油机燃用生物柴油后柴油机功率略有下降,油耗有所上升,烟度大幅下降,NOx排放增加明显。油耗、烟度和NOx的变化均与生物柴油掺混比例呈线性关系,合适的生物柴油掺混比例即可以保持柴油机的性能,又可有效地降低碳烟排放,且不引起NOx排放的显著变化。对于该增压柴油机,掺混生物柴油对外特性下的排放影响最大,影响最小的为标定转速下的负荷特性。不论是全负荷还是部分负荷,燃用生物柴油时低速下的烟度降低和NOx上升幅度均比高速时大,而同转速下高负荷时烟度降低和NOx上升更为明显。     

共轨柴油机燃用天然气合成油的性能与排放特性

对某共轨柴油机燃用天然气合成油(gas-to-liquids,GTL柴油)和国-Ⅲ柴油进行了动力性、燃油经济性和排放特性研究.结果表明:与国-Ⅲ柴油相比,共轨柴油机燃用GTL柴油时的动力性与国-Ⅲ柴油相当,燃油消耗率降低约4%,GTL 柴油的 HC、CO、Nox、PM 排放分别降低17%、8%、3%、40%,烟度排放降低35%.GTL 柴油明显改善柴油机HC和烟度排放,并能同时降低柴油机Nox和 PM 排放,是一种潜力巨大的低排放柴油清洁代用燃料.