乙醇柴油的热重分析及其排放特性研究

利用TGA(热重分析仪)以15℃/min的升温速率,分别在氮气及氧气气氛下,对0#柴油(D100)、以生物柴油作助溶剂的乙醇柴油(B10E10)、以复配乳化剂为助溶剂的乙醇柴油(R5E10)进行热分析,考察了样品的挥发热解及氧化特性,并计算热分析特性参数.对3种燃料进行了发动机台架对比试验,并对排放数据进行分析.结果表明:以生物柴油为助溶剂的乙醇柴油具有较好的热稳定性;相对普通柴油而言,乙醇柴油的失重特性指数较低,完全挥发氧化需要更高的温度.发动机台架试验也表明,当100％负荷时,柴油机燃用B10E10的排放得到改善,但是燃用R5E10时排放中的CO,HC略有升高.     

柴油机颗粒物催化状态热重特性及热动力学分析北大核心CSCD

在加入触媒Co3O4及CeO2情况下,对柴油机颗粒物在10.3%氧质量分数氛围下的氧化特性进行热重分析试验,并基于Flynn-Wall-Ozawa算法得到颗粒物干碳烟成分的氧化活化能。研究结果表明:柴油机颗粒物的失重主要由低温区SOF的挥发及氧化与高温区碳烟的氧化两阶段组成,试验样品颗粒物中2种组分含量分别约为32%和63%。触媒主要促进碳烟组分的氧化过程,对SOF的挥发及氧化影响甚微。以未添加触媒的颗粒物热重特性为参照,按触媒(Co3O4和CeO2)10%、15%、20%质量分数增大的趋势,碳烟氧化的起燃温度、失重速率峰值对应的温度和燃尽温度均随之降低,且最大失重率增加;添加Co3O4和CeO2后颗粒物的峰值失重速率分别低于和高于基础参照对象。触媒的加入可明显降低颗粒氧化的活化能,在分别添加10%和15%Co3O4后,颗粒氧化活化能由215.8kJ/mol分别降为190.2kJ/mol和167.8kJ/mol。     

柴油机颗粒物热重参数优化选择及其氧化特性研究

探究了柴油机颗粒物中可溶有机成分(soluble organic fraction,SOF)及热重参数对碳烟氧化特性的影响,并基于Coats-Redfern算法得到不同升温速率下碳烟的氧化动力学参数。研究结果表明:在碳烟缓慢氧化阶段,柴油机颗粒中SOF组分阻碍了碳烟氧化反应的进行,而脱SOF后碳烟比表面积增大,更利于氧化反应的进行。与脱SOF前相比,脱SOF后相应的氧化特征温度均有所降低,因而颗粒物去除SOF后的热重试验更能反应碳烟的氧化动力学特性。通过比较试验,确定进样量、工作气流量和升温速率等热重参数的优化取值,其中升温速率对碳烟氧化燃烧反应的影响显著。随着升温速率增大,碳烟氧化反应出现滞后现象,其特征温度升高且最大失重率峰值降低,而升温速率对碳烟热解程度和氧化反应温度区间大小无明显影响。通过对比分析,低升温速率(3℃/min)条件下扩散控制可以忽略不计,氧化特征温度重复性最好。不同升温速率下碳烟燃烧反应动力学参数活化能E和指前因子A之间存在动力学补偿效应,E与A均随升温速率的降低而减小。     

大豆生物柴油混合燃料性能试验研究

通过在R4105T柴油机上进行对比试验,分析了0#柴油／生物柴油、乙醇／生物柴油混合燃料以不同比例掺混时对柴油机动力性、经济性及碳烟排放特性的影响。研究结果表明：柴油机使用0#柴油／生物柴油混合燃料时动力性、碳烟排放量均有所下降,油耗率稍有上升;使用乙醇／生物柴油混合燃料时,碳烟排放量低于生物柴油,动力性、经济性随乙醇含量的不同而呈现不同的变化趋势。     

大豆生物柴油混合燃料性能试验研究

通过在R4105T柴油机上进行对比试验,分析了0#柴油/生物柴油、乙醇/生物柴油混合燃料以不同比例掺混时对柴油机动力性、经济性及碳烟排放特性的影响.研究结果表明:柴油机使用0#柴油/生物柴油混合燃料时动力性、碳烟排放量均有所下降,油耗率稍有上升;使用乙醇/生物柴油混合燃料时,碳烟排放量低于生物柴油,动力性、经济性随乙醇含量的不同而呈现不同的变化趋势.     

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。     

甲醇和EGR降低柴油机NO_x和碳烟排放的试验研究

在4100QBZL增压中冷柴油机上进行了M15甲醇柴油的试验研究。在维持原机动力性的基础上,研究了不同EGR率对柴油机燃用M15甲醇柴油时的动力性、经济性、燃烧特性、NOx和碳烟排放的影响。结果表明:甲醇可以同时降低柴油机的NOx和碳烟排放,但造成柴油机动力性下降,经济性变差。增加9.5%的供油量后,柴油机可以维持原机的动力性,碳烟排放较低,但NOx排放量大幅度上升。采用EGR系统后,随着EGR率的增加,最高缸压、最大放热率和缸内温度逐渐降低,所对应的曲轴转角后移,NOx排放大幅度降低,烟度有不同程度的恶化。在维持动力性和经济性的基础上选择合适的EGR率可以使柴油机的NOx排放和烟度排放均低于燃用0#柴油。     

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.     

EGR对生物柴油颗粒物氧化活性及微观结构的影响

为研究废气再循环(EGR)及燃用调合生物柴油(B0,B20)对柴油机排放颗粒物(PM)氧化活性与微观结构的影响,通过一台4缸共轨柴油机进行试验,并采集燃烧颗粒物,使用热重分析仪(TGA)、高倍透射电镜(HRTEM)和拉曼光谱(RS)对颗粒物进行研究.结果表明:燃用同种燃料时,随着EGR率增加,颗粒中干碳烟含量增加,起始...     

乙醇柴油发动机排放颗粒组织形貌与化学成分分析

运用扫描电子显微分析仪(SEM)、PHO EN-TX60S-X射线能谱仪和Euro Vector EA3000有机元素分析仪对柴油机燃用乙醇柴油时排放颗粒物特征进行试验分析,研究了柴油中掺混乙醇比例及助溶剂对乙醇柴油燃烧颗粒组织形貌和化学成分的影响。研究结果表明:乙醇柴油燃烧颗粒中C、H质量分数降低,组织形貌与原机呈现出不同的特征,从疏松多孔的海绵状向松散的块状分布转变。由于乙醇柴油是含氧燃料,其燃烧颗粒采样滤纸的SEM图中呈现清晰的纤维轮廓线。与柴油颗粒相比,E6(S)、E11(S)和E11(C)燃烧颗粒中C元素分别降低15.70%、25.30%和25.55%,H元素分别降低了2.26%、8.06%和10.32%。随着乙醇掺混比增加,纤维交叉处出现较多弧形过渡的膜状物质,且颗粒轮廓变得模糊。复配乳化剂使乙醇柴油燃烧颗粒采样滤纸的SEM图中的纤维轮廓和PM轮廓更为清晰。E6(S)、E11(S)和E11(C)燃烧颗粒物样品中S元素含量低于柴油,柴油机燃用乙醇柴油有利于降低硫酸盐颗粒。     

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.     

玉米秸秆生物油对直喷式柴油机燃烧与排放的影响

采用超声波乳化法制备了玉米秸秆热解生物油质量分数分别为5%、10%、15%和20%的生物油/柴油乳化油,分别记为CSB5、CSB10、CSB15和CSB20,然后在一台未作改动的直喷式柴油机上研究了其燃烧和排放特性,并与燃用0号柴油进行了比较,旨在为生物油在柴油机中的应用提供依据和理论指导.结果表明,随着生物油质量分数的增加,乳化油的滞燃期逐渐延长,预混燃烧放热量和预混燃烧期增加,燃烧持续期缩短;燃烧放热率峰值和最大压力升高率先增加后降低,最高燃烧压力和燃烧温度逐渐降低.燃用CSB5和CSB10时的燃油经济性与柴油相当,而燃用CSB15和CSB20时的燃油经济性较柴油的略差.与0号柴油相比,随着生物油含量的增加,乳化油的NOx排放逐渐降低,HC和CO排放逐渐增加;碳烟排放先降低后增加,CSB5和CSB10的碳烟排放比柴油的排放值低,而CSB15和CSB20的碳烟排放却比柴油的排放值略高.     

NO2-O2气氛下柴油机碳烟氧化特性及氧化机理

通过热重分析仪及无模式函数法研究了柴油机碳烟在O_2、NO_2-O_2气氛下的氧化特性及氧化机理,并探究了NO_2对碳烟氧化反应的影响机制.结果表明:在10%O_2中添加0.1%NO_2降低了柴油机碳烟氧化反应的起燃温度和燃尽温度,并且NO_2对上述氧化反应特征温度的影响效果随升温速率(10℃/min、12℃/min、15℃/min)的增加而提高;添加0.1%NO_2促进柴油机碳烟氧化反应的进行,显著降低氧化反应本征活化能;柴油机碳烟氧化过程可分成氧化前期、氧化中期及氧化后期3个阶段;随碳烟失重比的增加,碳烟氧化反应有效活化能先增后减再不变,其原因为本征反应和气体扩散作用对氧化速率影响效果的此消彼长;碳烟失重比小于65%时,NO_2能够降低碳烟氧化反应有效活化能,碳烟失重比大于等于65%时,NO_2对有效活化能的影响逐渐消失.     

一种柴油机颗粒过滤器碳烟负载量的在线预估方法与试验研究

通过建立柴油机氮氧化物(NOx)排放、碳烟排放预估模型和柴油机颗粒物过滤器(DPF)内碳烟颗粒的催化氧化反应模型,探讨了一种基于质量平衡的DPF碳烟负载量在线预估方法。欧盟驾驶循环(NEDC)测试工况的排放试验结果表明,柴油机NOx和碳烟排放预估模型计算结果与试验结果的误差分别为5.1%和3.9%。在车辆实际道路行驶工况进行了DPF碳烟颗粒加载试验,结果表明,试验过程中对DPF碳烟负载量的在线预估值与试验结果的最大偏差为0.48g/L,平均偏差为0.17g/L,模型的平均预测误差为2.1%。本研究为热再生时机的准确判断提供了有效参考。     

降低酸化油生物柴油NOx和烟度排放的试验研究

本文主要针对降低柴油机燃用酸化油生物柴油及其混合燃料的NOx、烟度排放的方法进行了试验研究。采用乙醇/生物柴油混合燃料法和推迟供油提前角两种方法在R4105T型柴油机上进行了试验。结果表明,在不影响动力性前提下燃用添加5%的乙醇的混合柴油,NOx及碳烟的排放均有明显下降。推迟供油提前角能有效的降低NOx的排放,但碳烟排放量增加,功率下降,燃料经济性变差。     

降低酸化油生物柴油NO_x和烟度排放的试验研究

本文主要针对降低柴油机燃用酸化油生物柴油及其混合燃料的NOx、烟度排放的方法进行了试验研究。采用乙醇/生物柴油混合燃料法和推迟供油提前角两种方法在R4105T型柴油机上进行了试验。结果表明,在不影响动力性前提下燃用添加5%的乙醇的混合柴油,NOx及碳烟的排放均有明显下降。推迟供油提前角能有效的降低NOx的排放,但碳烟排放量增加,功率下降,燃料经济性变差。     

DPF主动再生过程颗粒排放特性试验

通过柴油发动机台架,采用后喷助燃的再生方式研究了主动再生过程中柴油机颗粒捕集器(DPF)出口的颗粒排放特性.结果表明:在主动再生期间,DPF出口颗粒浓度可增加2~3个数量级;在升温过程和再生过程,出口颗粒物数量浓度和粒径分布会因为碳载量和再生温度的共同作用而表现出差异;升温过程中,10 nm左右核模态颗粒物的排放主要由来流中颗粒物的穿透引起;再生过程中,10 nm左右核模态颗粒物的排放主要由碳烟颗粒层氧化反应生成的二次颗粒逃逸引起;整个再生期间,100 nm左右的积聚态颗粒物的排放主要由DPF载体内碳烟颗粒的逃逸引起.     

MnCePrO2-δ复合氧化物在O2及NOx气氛中对柴油机颗粒的氧化活性研究

将采用自蔓延高温燃烧合成法(SHS)制备的一系列MnCePrO2-δ复合氧化物催化剂以及贵金属Pt催化剂涂覆于空白的DPF载体上,对其同时去除柴油机尾气中碳烟颗粒物和氮氧化物反应的催化活性进行研究。结果表明: MnCePrO2-δ系列催化剂在氧化碳烟颗粒物和NO的性能上相较于贵金属Pt有明显的优势。其中,Mn0.3Ce0.5Pr0.2具有最好的催化活性,催化去除碳烟颗粒的起燃温度为296 ℃,最大氧化碳烟颗粒速率温度为418 ℃,NO的转化率达到65.6%。利用程序升温反应技术研究了气体流量和加载碳烟质量的变化对Mn0.3Ce0.5Pr0.2催化剂催化活性的影响。研究表明:当气体流量由500(mL· min-1)减小至100(mL· min-¹)时,碳烟颗粒的起燃温度和最大氧化速率温度分别降低了10 ℃和20 ℃,而加载的碳烟质量的改变对碳烟颗粒的起燃温度和最大氧化速率温度没有影响。     

F-T柴油/PODE混合燃料的燃烧和排放特性研究

为了研究F-T柴油/聚甲氧基二甲醚(PODE)混合燃料的燃烧和排放特性,以煤基燃料F-T柴油作为基础燃料,添加体积分数为5%和15%的PODE,从而配制成F-T柴油/PODE混合燃料,再以发动机台架为基础,在四缸高压共轨柴油机上进行试验研究。试验结果表明:与0#柴油相比,F-T柴油和混合燃料的缸内放热率峰值、压力升高率、缸内压力峰值和温度都有所降低,并且对应的峰值相位均提前;在转速为2 000 r/min的工况下,相比于0#柴油,燃用F-T柴油和混合燃料FP05,FP15时,NOx的排放量略有升高,CO和碳烟的排放量均显著降低(在低负荷时尤为明显),其中,CO的平均排放量分别降低了21.5%,41.7%和48.0%,碳烟的平均排放量分别降低了54.6%,74.7%和90.1%,并且随着混合燃料中PODE掺混比例的增加,CO和碳烟排放量的降低幅度增大。     

热老化温度对碳烟氧化活性的影响

由于炽热尾气长时间冲击,柴油机微粒捕集器(DPF)中的沉积碳烟颗粒会发生热老化.本文通过改变惰性气氛下的温度,研究热老化对柴油机碳烟颗粒微观物理化学特性和氧化活性的作用规律.结果表明,随热老化温度的升高,氧化反应特征温度和表观活化能表征的碳烟颗粒氧化活性逐渐降低;氧化活性的降低来源于碳烟颗粒物理化学特性的改变,即微晶尺寸增大,微晶曲率和层间距减小,以A_D1/A_G值表征的石墨化程度提高,而以I_C—H/I_C=C峰高比表征的脂肪族C—H表面官能团相对含量降低.此外,柴油机碳烟颗粒微观结构、表面C—H官能团相对含量与碳烟氧化活性具有良好的相关性,其中微晶曲率对氧化活性影响最大.