柴油机燃用乙醇-甲酯-柴油时PM排放特性的研究

采用甲酯作为助溶剂,使得乙醇在柴油中的添加比例达到30％。在此基础上研究了一台4缸柴油机燃用乙醇甲酯柴油时氧含量对烟度、微粒总排放、组分及粒径分布的影响,并对微粒中可溶性有机物、干碳烟的质量百分比进行了分析。结果表明:含氧燃料能够大幅度降低排放的烟度和微粒。氧含量越多烟度降低的效果越明显,而PM的降低幅度小于烟度,这是由于可溶性有机物的排放特点造成的。氧含量改变了PM中三组分的比例,氧含量越多,可溶性有机物的百分比越大,干碳烟的百分比越小。含氧燃料使得微粒粒径分布向小粒径方向移动,小于0．2μm的微粒比例升高。     

天然气合成油对高压共轨柴油机燃烧及微粒排放粒度分布的影响

针对高压共轨增压中冷柴油机燃用不同GTL添加比例的GTL/柴油混合燃料,试验研究了不同工况下微粒排放粒度分布特征,分析了GTL添加比例对燃烧及微粒排放粒度分布的影响。研究结果表明:与石化柴油相比,燃用GTL/柴油混合燃料能够降低排气烟度,但当GTL添加体积比超过20%后,排气烟度的改善趋势减缓,高负荷工况更明显。随着GTL添加比例增加,预混合燃烧放热率峰值及缸内压力升高率峰值降低,峰值相位提前,扩散燃烧放热率峰值变化不大。发动机燃用GTL燃料时的微粒数量浓度呈双峰对数分布,核态微粒数量浓度峰值在25%负荷时达到最大值,随着负荷增加峰值降低且逐渐向大粒径方向移动;积聚态微粒峰值随着负荷增加而升高。对于不同GTL添加比例的混合燃料,在中等转速工况,随着GTL添加比例增加,总微粒及积聚态微粒数量浓度增加,核态微粒数量变化不大;高转速工况,燃用G20混合燃料总微粒及核态微粒数量最少,增大GTL添加比例则核态微粒及积聚态数量均有所增加。     

煤基柴油及其混合燃料对发动机燃烧与排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用煤基F-T合成柴油(CTL)及其与碳酸二甲酯(DMC)的混合燃料进行了燃烧和排放特性试验,揭示了燃料特性和排气再循环对燃烧过程、NOx及微粒排放的影响规律.结果表明:发动机燃用CTL时的有效热效率升高,燃烧过程中滞燃期较短,预混合燃烧量减少,压力升高率明显降低,有利于改善柴油机工作的平顺性.与国V石化柴油相比,燃用CTL燃料时消光烟度、核态微粒、超细微粒及总微粒数量浓度明显降低,积聚态微粒数量浓度略有增加,有利于同时降低微粒质量和数量排放.引入排气再循环(EGR)可以进一步降低CTL燃料的NOx排放,在EGR率达到30%,时,NOx排放降低近75%,.在CTL中添加含氧燃料DMC,有利于抑制EGR导致的烟度增加,与国V柴油相比,在EGR率为30%,条件下,D15燃料消光烟度和微粒总数量的降幅分别为69.1%,和53.9%,.燃用CTL/DMC混合燃料同时引入EGR可以同时降低NOx、消光烟度、微粒质量和数量排放,有利于缓解柴油机NOx和PM之间的矛盾关系.     

含氧燃料对柴油机高原工作特性影响

以单缸柴油机为对象，探索燃用新型含氧柴油(独立含氧化合物)和含氧混合柴油(煤基/含氧柴油体积比为1∶1)的燃烧及排放特性变化，并对高原环境工作特性进行优化．结果表明：定增压燃用含氧柴油和含氧混合柴油能提升功率和有效热效率，但两种燃料随转速呈一定变化．低速、小负荷时燃用含氧柴油较含氧混合柴油功率和有效热效率略高．随转速增加，含氧柴油功率高于含氧混合柴油．在高原外特性增压规律下，转速为1 100 r/min时燃用含氧燃料，最大功率提升6.50%，对应有效热效率提升14.00%，转速为2 500 r/min时最大功率提升1.68%．含氧柴油在转速为2 500 r/min、过量空气系数1.6时功率提升11.20%，对应有效热效率提升1.97%．各工况下燃用含氧柴油的NOx和颗粒物(PM)排放均显著降低，最大降幅为28%和87%.     

不同海拔下VGT对含氧燃料柴油机性能的影响

利用大气压力模拟装置,试验研究了可变几何截面涡轮增压器(VGT)对高压共轨柴油机分别燃用纯柴油和生物柴油-乙醇-柴油(BED)含氧燃料的经济性、排放特性及燃烧特性的影响。结果表明:随着海拔的升高,柴油机经济性恶化,氮氧化物(NO_x)排放降低,而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放及烟度升高。燃用纯柴油与含氧燃料,随着VGT喷嘴环开度的增大,柴油机的经济性均有不同程度的恶化,而CO、HC排放及排气烟度也都有不同程度的升高。在高海拔地区,燃用纯柴油的经济性优于含氧燃料,但使用含氧燃料有助于改善柴油机的CO、HC排放及烟度。在中等负荷工况下,NO_x排放随着VGT喷嘴环开度的增大呈现先减小后增大的趋势;在高负荷工况下,放热率峰值和最高气缸压力均随着VGT喷嘴环开度的增大而降低,从而降低了NO_x排放。     

风冷非道路柴油机排放特性研究

利用车载排放检测仪(SEMTECH)和电子低压冲击仪(ELPI)进行了某非道路风冷非增压柴油机的气态污染物的测量和排放颗粒物粒径及质量分布特征研究.试验按照非道路柴油机排放标准规定的工况进行测量.试验结果表明:试验用非道路柴油机气态污染物中NOx的排放较差;微粒数量排放均成单峰对数正态分布,积聚模态微粒数浓度随负荷增加而增大,随负荷的减小积聚模态的粒径分布向小粒径方向移动,变化规律与车用柴油机相似,但粒径整体要大于车用柴油机;不同粒径微粒的质量呈双峰分布,分别对应积聚模态和粗粒子模态,积聚模态微粒对总质量排放的贡献较大,但与车用柴油机相比分担率有所不同.     

发动机燃用柴油和二甲醚时颗粒排放对比研究

采用电子低压撞击仪(ELPI)和HORIBA MDLT-1302部分流稀释采样颗粒排放质量测量系统,研究了2102QB发动机分别燃用柴油和二甲醚(DME)时颗粒排放(PM)的粒径分布及质量排放特性。试验结果表明:发动机燃用柴油时,PM主要是粒径为0.05~0.30μm的积聚态粒子,而燃用DME时则主要为粒径在0.05μm以下的核模态粒子;柴油机PM的颗粒数浓度比燃用DME时高1~2个数量级;随着转速的增加,发动机燃用两种燃料时的PM的颗粒数浓度均增加,DME发动机的质量浓度也增加,但柴油机的质量浓度降低;柴油机排气颗粒数浓度和质量浓度随负荷增加均升高,尤其在高负荷段急剧增加。DME发动机排气颗粒质量浓度随着T_(tq)·exp(n/1000)值的增加而先增加后降低,呈现明显的单峰曲线,且各转速下峰值位置基本相同。除全速低负荷工况外,发动机在部分负荷工况下,燃用DME时PM质量浓度为燃用柴油时的0.44%~16.6%,全负荷工况下为0.44%~0.98%。     

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.     

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．     

压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料瞬变工况下燃烧及微粒排放特性分析

针对压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料稳态及瞬态工况下的燃烧及微粒排放粒度分布特征进行了试验研究,分析了汽油掺入比例及EGR对发动机稳态及不同瞬变率的恒转速增转矩瞬变工况超细微粒数量排放的影响规律.结果表明:在大负荷工况下采用高汽油掺入比例的汽油/柴油混合燃料能够在不引起NOx显著增加的前提下进一步降低排气烟度,有助于拓展预混合燃烧过程负荷工况范围;但较高汽油掺入比例易导致油气过度混合,对HC及CO排放有不利影响,尤其会导致小负荷工况下CO排放显著增加.综合考虑不同负荷工况下运行情况,认为汽油掺入比例在40%,~50%,左右较为适宜.燃用汽油/柴油混合燃料时排气颗粒物更趋于细化,其微粒几何平均粒径较柴油明显降低.瞬变工况增负荷过程中,各模态微粒数量浓度均有所升高,随汽油掺入比例增大积聚态微粒数量增加程度变缓,当汽油掺入比例达到50%,时,在高瞬变率工况时积聚态微粒数量无明显增加.高比例EGR条件下,瞬变过程中积聚态微粒数量浓度在增负荷初期便急剧增加,燃用汽油/柴油混合燃料有利于缓解瞬态工况积聚态微粒数量急剧增加的程度.     

燃油中硫含量对颗粒物排放和气体排放的影响

着重阐述了燃油中硫含量与排放颗粒物直径和浓度的关系。通过在船用燃油(MDO)中混入二硫化物((CH3 )3CS-)2(DBDS)调整燃油中的硫含量,对柴油发动机排气进行测量和分析,对可溶性有机物质SOF(Sol-uble Organic Fraction)的浓度,非可溶性物质DS(Dray Soot)的浓度以及排放颗粒物PM的质量浓度以及颗粒物直径的分布进行了分析研究。试验结果表明:随着硫含量的增加,PM直径变小,但是质量浓度增加;SOF质量浓度和DS质量浓度增加,因此PM的质量浓度也增加;发动机的着火迟延期变短,最高燃烧压力降低,同时CO排放浓度增加,N O排放浓度降低。     

直喷式二冲程柴油机超细颗粒物排放特性的试验研究

研究了直喷式二冲程柴油机的超细颗粒物排放特性,考察了负荷、转速、喷油嘴孔径以及燃料对排气中超细颗粒物数量浓度以及质量浓度的影响。研究结果表明:在不同的工况下,超细颗粒物的数量浓度和质量浓度没有明显的相关性;随着负荷的增大,排气中超细颗粒物的质量浓度增大,而数量浓度不一定增大;在低负荷时,排气中颗粒物数量浓度在450r/min时明显高于750 r/min,高负荷时则相反;在选择喷油嘴时,喷孔小的超细颗粒物排放水平不一定好;柴油中加入一定量的DMC,则排气中颗粒物数量浓度在低负荷时明显高于柴油,高负荷时低于柴油;而质量浓度明显低于柴油。     

安装SCR系统的国Ⅳ发动机排放特性研究

试验采用50×10-6和350×10-6两种不同硫含量的燃油,对装有SCR系统的发动机进行ETC和ESC测试,研究了SCR开启/关闭情形下的排放;并采用ELPI分析了在不同条件下颗粒排放差异的原因以及细颗粒的排放特性。试验结果表明:在使用不同硫含量的燃油条件下,NOx排放降低率均可以达到60%以上;SCR开启时,ETC下硫含量350×10-6比50×10-6的颗粒排放增加18%,ETC下颗粒排放均比ESC下增加30%~50%。在50%~70%负荷时,颗粒数目排放较低,低负荷和全负荷时颗粒排放较高,全负荷时最高;在负荷一定时,转速越高,颗粒排放浓度越高;使用低硫燃油,颗粒物质量排放较低,而数目排放却增多;多出的部分主要是粒径小于100 nm的超细颗粒。     

柴油机燃用柴油/甲醇混合燃料时的性能与排放研究

通过添加助溶剂形成一种稳定的柴油／甲醇混合燃料，并开展了柴油机燃用此混合燃料的性能与排放研究。研究结果表明：发动机热效率和柴油等热值燃油消耗率随混合燃料中甲醇含量的增加而改善，这是由于预混燃烧量的增加，燃料富氧以及扩散燃烧的改善所致。适当增加供油提前角可使柴油／甲醇混合燃料发动机热效率提高。燃用柴油／甲醇混合燃料可显著降低发动机CO和烟度，而对碳氢排放影响不大；在相同平均有效压力的条件下，N0x随甲醇含量的增加而增加，添加甲醇对N0x的影响在大负荷下更为明显。柴油／甲醇混合燃料燃烧时存在一个较为平坦的N0x／烟度关系曲线。     

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。     

煤基混合燃料对柴油机燃烧与排放特性影响的研究

在一台高压共轨增压中冷柴油机上研究了煤基混合燃料(33%煤炭提取配方,67%-35#柴油)的燃烧与排放特性。结果表明:相比于燃用-35#柴油,燃用煤基混合燃料时柴油机的燃烧滞燃期基本不变,放热率峰值增大,低转速全负荷时最大缸内燃烧压力降低,而在高转速时变化不大;燃用煤基混合燃料时PM_(2.5)排放物质量浓度降低,全负荷工况下PM_(2.5)排放物质量浓度平均降低约15.2%,部分负荷工况下,低负荷时的改善效果最为明显,平均降低约56.3%;燃用煤基混合燃料时NO_x排放物体积分数略有增大。     

Direct injection diesel engine performance,emission, and combustion characteristics using diesel fuel,nonedible honne oil methyl ester,and blends with diesel fuel

Honne oil methyl ester (HOME) is produced from a nonedible vegetable oil, namely, honne oil, available abundantly in India. It has remained as an untapped new possible source of alternative fuel that can be used for diesel engines. The present research is aimed at investigating experimentally the performance, exhaust emission, and combustion characteristics of a direct injection diesel engine (single cylinder, water cooled) typically used in agricultural sector over the entire load range when fuelled with HOME and diesel fuel blends, HM20 (20% HOME + 80% diesel fuel)–HM100. The properties of these blends are found to be comparable with diesel fuel conforming to the American and European standards. The combustion parameters of HM20 are found to be slightly better than neat diesel (ND). For other blend ratios, these combustion parameters deviated compared with ND. The performance (brake thermal efficiency (BTE), brake‐specific fuel consumption, and exhaust gas temperature) of HM20 is better than ND. For other blend ratios, BTE is inferior compared with ND. The emissions (CO and SO) of HM20–HM100, throughout the entire load range, are dropped significantly compared with ND. Unburned hydrocarbon emissions of HM20–HM40, throughout the entire load range, is slightly decreased, whereas for other blend ratios, it is increased compared with ND. NO_x emissions of HM20, throughout the entire load range, is slightly increased, whereas for other blend ratios, it is slightly decreased. The reductions in exhaust emissions together with increase in BTE made the blend HM20 a suitable alternative fuel for diesel fuel and thus could help in controlling air pollution. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Performance of Euro III common rail heavy duty diesel engine fueled with Gas to Liquid

The effect of synthetic diesel fuel made from natural gas (Gas to Liquid, GTL) on the engine performances (such as power, efficiency and emission) was carried out on one Euro III common rail (CR) heavy duty (HD) diesel engine without any modification. The results showed that the engine fueled with GTL had some variations compared with the one fueled with petroleum-based low sulfur diesel fuel (sulfur content less 50 ppm). The maximum torque and power were decreased by 1.3% and 1.9%, respectively. The specific fuel consumption increased in volume but had no change in mass. Under the load characteristics, the NO_x, CO and THC were reduced by 13%, 55% and 55%, respectively. During the ESC cycle test, the NO_x, CO, THC and PM were reduced by 5.2%, 19.3%, 19.8% and 33%, respectively.     

Influence of pentanol and dimethyl ether blending with diesel on the combustion performance and emission characteristics in a compression ignition engine under low temperature combustion mode

Dimethyl ether (DME) and n-pentanol can be derived from non-food based biomass feedstock without unsettling food supplies and thus attract increasing attention as promising alternative fuels, yet some of their unique fuel properties different from diesel may significantly affect engine operation and thus limit their direct usage in diesel engines. In this study, the influence of n-pentanol, DME and diesel blends on the combustion performance and emission characteristics of a diesel engine under low-temperature combustion (LTC) mode was evaluated at various engine loads (0.2–0.8 MPa BMEP) and two Exhaust Gas Recirculation (EGR) levels (15% and 30%). Three test blends were prepared by adding different proportions of DME and n-pentanol in baseline diesel and termed as D85DM15, D65P35, and D60DM20P20 respectively. The results showed that particulate matter (PM) mass and size-resolved PM number concentration were lower for D85DM15 and D65P35 and the least for D60DM20P20 compared with neat diesel. D60DM20P20 turned out to generate the lowest NO_x emissions among the test blends at high engine load, and it further reduced by approximately 56% and 32% at low and medium loads respectively. It was found that the combination of medium EGR (15%) level and D60DM20P20 blend could generate the lowest NO_x and PM emissions among the tested oxygenated blends with a slight decrease in engine performance. THC and CO emissions were higher for oxygenated blends than baseline diesel and the addition of EGR further exacerbated these gaseous emissions. This study demonstrated a great potential of n-pentanol, DME and diesel (D60DM20P20) blend in compression ignition engines with optimum combustion and emission characteristics under low temperature combustion mode, yet long term durability and commercial viability have not been considered.