燃料挥发性对高压共轨柴油机微粒排放粒度分布的影响

试验研究了燃料挥发性对高压共轨柴油机微粒排放的影响,分析了不同负荷工况下微粒排放粒度分布特征。结果表明:改善燃料挥发性将使中小负荷工况核态微粒数量浓度增加,有利于降低大负荷工况微粒排放数量及质量浓度,燃料挥发性对于积聚态微粒影响较小。对于不同挥发性的燃料,核态微粒数量浓度均在当量比为0.4的中等负荷工况下最大。中小负荷工况下,对于挥发性较差的基础燃料,添加少量易挥发性成分后,核态微粒数量浓度急剧上升。但在中等负荷工况下,随添加比例的增大,挥发性进一步改善的燃料,核态微粒及总微粒数量浓度均有所降低,且积聚态微粒数量浓度变化不大。在大负荷工况下,中等挥发性的燃料(中均沸点为263℃)核态微粒和总微粒数量浓度最高,而挥发性好的燃料(中均沸点为244℃)核态微粒和总微粒数量浓度最低。     

天然气制油/柴油混合燃料对小型柴油机燃烧特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况测控系统,研究了GTL(Gas to liquid)添加比例对小型直喷式柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下燃烧特性的影响规律。结果表明:在稳态和恒转速增转矩瞬态工况下,GTL添加比例对燃烧参数的影响具有基本相同的规律,随着GTL燃料添加比例的增加,着火始点提前,滞燃期缩短,预混合燃烧期和预混合燃烧量减小,缸内压力峰值、放热率峰值、燃烧温度有所降低,有利于降低NOx的排放量和燃烧噪声。当添加少量GTL燃料时,燃烧持续期延长,随着GTL添加比例的增加,燃烧持续期有所缩短。100%GTL燃料的燃烧持续期与柴油相当。     

燃料着火性对增压中冷柴油机瞬态工况排放的影响

应用自行开发的瞬态工况控制系统及排气采集装置,试验研究了不同着火性的燃料对车用增压中冷柴油机瞬态工况下排放特性的影响。研究结果表明,适当提高燃料十六烷值可有效降低HC和NOx排放。在稳态工况下,十六烷值由40增加到66时,在1800 r/min低负荷工况下HC排放降低62%;对于CO排放及消光烟度,十六烷值存在一个最佳值。瞬态工况排放与稳态工况存在明显差异,在恒转速增负荷工况下,随着负荷的增加,HC和CO排放及烟度迅速上升,然后降低趋于一稳定值,且随着瞬变率的增大,CO排放和消光烟度峰值上升;增加燃料十六烷值,可明显降低中等转速增负荷工况下的CO和HC排放及消光烟度;在高速增负荷工况下,十六烷值为66和55,燃料的排气烟度基本相近。     

瞬态工况下喷油参数对柴油机排放及燃烧特性的影响

为了探究瞬态工况下燃烧优化的新方法,在一台高压共轨柴油机上研究了瞬态工况下喷油参数对排放及燃烧特性的影响,试验工况点选择在柴油机转速为1650r/min,在5s内使柴油机转矩从该转速最大转矩的10%达到90%。结果表明:瞬态工况下柴油机的燃烧和排放特性明显有别于稳态工况,具体表现为:瞬态工况下烟度激增,NOx排放低于稳态工况,CA50后移;瞬态工况下随着喷油正时的提前,烟度排放增加,NOx排放量增加,CA10、CA50和CA90均提前;随着喷油压力的加大,烟度排放降低,NOx排放量增加,CA10、CA50提前。此外,还探讨了通过调整喷油参数减小瞬态工况下柴油机性能畸变的可行性,结果表明:通过调整喷油压力可以有效地减少柴油机瞬态与稳态性能上的差异。     

丁醇/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及微粒排放特征的影响

在一台高压共轨增压中冷四缸柴油机上试验研究了不同工况下,不同掺混比例的丁醇/柴油混合燃料对发动机燃烧及微粒排放特征的影响。结果表明:随着丁醇掺混比的增加,滞燃期延长,预混合燃烧量增加,燃烧相位滞后,且小负荷工况下的影响更为明显。丁醇/柴油混合燃料可在不增加NOx排放的前提下,显著降低排气烟度及微粒排放,但指示热效率较纯柴油略有降低。发动机燃用丁醇/柴油混合燃料的微粒排放绝大多数为超细微粒,比例超过99%;随着丁醇比例的增大,发动机各粒径段微粒数量浓度均有所下降,大负荷工况更为明显。废气再循环(EGR)的引入使得积聚态微粒和总微粒数量浓度明显增加,丁醇的加入使得混合燃料对EGR的耐受性增强。丁醇/柴油混合燃料结合EGR策略可同时降低发动机的NOx和微粒排放。     

铁基燃油添加剂对柴油机微粒排放的影响

在低硫(w(S)=30×10-6)柴油中直接添加微量的铁基添加剂,通过发动机台架试验研究了铁基添加剂对柴油机性能、气体排放、微粒数量浓度及其粒度分布的影响。研究结果表明:采用铁基添加剂时,发动机动力性稍有提高,燃油消耗率略有下降,CO、HC和NOx排放有降低趋势。铁基添加剂能够显著提高总微粒数量浓度,尤其是核态微粒排放,试验工况下加剂柴油的核态微粒数比例均高于纯柴油,基本上都大于90%。此外,除了高速工况,燃油添加剂的使用降低了积聚态微粒排放。     

基于Windows操作系统的发动机瞬态工况试验数据高速采集系统

应用步进电机设计了发动机台架瞬态试验控制系统。利用发动机曲轴位置传感器产生的信号外部触发A/D转换。基于Windows操作系统,应用多线程和双缓冲方法实现了发动机瞬态工况试验数据的高速实时采集和存储。试验结果表明:该数据采集及试验控制系统能够完成发动机不同瞬态工况台架试验的控制和实时性要求高的试验数据的采集与存储,为发动机瞬态过程的试验研究和控制策略的开发提供了有力的试验研究手段。     

燃料十六烷值对小型柴油机排放特性的影响

应用自行开发的柴油机瞬态工况测控系统,试验研究了燃料着火性对小型直喷式柴油机稳态及恒转速增转矩瞬态工况下排放特性的影响规律。研究结果表明:在稳态工况下,随着燃料十六烷值的增大,滞燃期缩短,HC、NOx排放降低,消光烟度增加;在恒转速增转矩瞬态工况,随着十六烷值的增大,烟度排放恶化,NOx排放降低。综合考虑消光烟度和NOx排放,存在一个最佳十六烷值。对于排气烟度,燃料十六烷值存在2个界限,当十六烷值小于50或大于60时,对消光烟度影响明显加剧。     

不同大气压力下B10生物柴油混合燃料对柴油机性能的影响

为了探索掺烧生物柴油后大气压力对柴油机性能的影响和变动规律,在高压共轨柴油机上进行了不同大气压力下燃用纯柴油与B10混合燃料的对比试验研究．试验结果表明：随着大气压力升高,两种燃料的动力性均呈上升趋势,有效燃油消耗率和排气温度均呈下降趋势;气压从100kPa下降至81kPa时,外特性的中、高转速区域动力性下降0．7％～3．1％,中、低转速区域动力性下降2．9％～17．8％;在相同气压下,燃用B10混合燃料的动力性比纯柴油时下降0．7％～2．6％,有效燃油消耗率上升0．7％～3．5％．     

重型柴油车实际道路排放颗粒物的粒度分布

利用车载颗粒物测试系统对在实际道路上运行的重型柴油车的颗粒物排放用市内公交车测试循环进行了试验研究。粒度范围为0.007~10μm的颗粒物排放的粒度分布用一台低压电冲击器进行测量。结果表明:对于粒度为0.3μm以下的排放颗粒物数量,达到国Ⅲ排放限值的车(国Ⅲ车)比达到国Ⅱ排放限值的车(国Ⅱ车)平均高出23.8%;对于粒度为0.3μm以上的排放颗粒物数量,国Ⅲ车比国Ⅱ车平均降低27.4%,而在此粒度区间,国Ⅲ车颗粒物排放质量比国Ⅱ车的平均降低65.4%。     

Effect of biodiesel on the particle size distribution in the exhaust of common-rail diesel engine and the mechanism of nanoparticle formation

Effect of biodiesel blends on the particle size distribution (PSD) of exhaust aerosol and the mechanism of nanoparticle formation were investigated with a modern common rail light-duty diesel engine. The results showed that PSD of diesel included two modes: nucleation mode (NM) and accumulation mode (CM). The criterion diameter of the two modes is 50 nm. Only CM was observed for all fuels under the condition of 50 N·m, 2000 r/min. When the engine torque was higher than 150 N·m, log-modal PSD of diesel shifted to bimodal. At higher loads, if the biodiesel blend ratio was below 60%, the PSD of biodiesel blends still included the two modes. However, no NM particles were found for pure biodiesel. At lower loads, only CM was found in PSD of all fuels. Significant reduction of CM particles was found for biodiesel blends compared with diesel. Discussion on the mechanism of nanoparticle formation indicated that for the light-duty diesel engine with oxidation catalysts, fuel consumption and exhaust temperature increased with increasing the engine loads, and SO₂ was converted to SO₃ by catalyst which, in its hydrated form, could act as the precursor for biodiesel NM formation. Therefore, sulfur level of biodiesel blends dominates the nanoparticle formation in light-duty diesel engine with oxidation catalysts. Supported by the National Hi-Tech Research and Development Program of China (“863” Project) (Grant No. 2006AA11A1A2), and the Program of Shanghai Chief Subjects (Grant No. B303)     

近后喷对高压共轨柴油机燃烧过程影响的数值计算

应用CFD模拟软件FIRE针对车用增压共轨柴油机在高负荷工况下采用近后喷策略的缸内工作过程进行了数值计算。分析了后喷量和主/后间隔角对燃烧过程的影响。研究结果表明,随着后喷量和主/后间隔角度的增加,缸内燃烧压力、放热规律及缸内温度曲线的峰值降低,燃烧重心推迟,燃烧噪音和NOx生成量减少,但经济性有所恶化。同时,增大后喷量一方面可使后喷燃油的贯穿距增大,在壁面附近高温缺氧区域内形成的燃油蒸汽增多,增加了后喷燃油的Soot的生成量,另一方面增强了对缸内流场的扰动效果,使得更多的氧气进入燃烧产物区,加速了Soot的氧化,因此选取适当的后喷量可以获得较低的Soot的生成量。后喷间隔过大时,Soot排放有明显增加的趋势。     

柴油机缸内燃油分布特性

应用商用CFD模拟软件FIRE针对YD4A75-C3电控共轨柴油机实际工作过程中的燃油分布特性进行了深入研究。结果表明:燃油喷入缸内后迅速发生雾化,形成燃油蒸汽,其在射流动能的推动下向燃烧室壁面、凹坑及余隙内进行扩散。燃油在运动过程中,缸内燃油分布区域较为集中,分布的空间体积较小,燃油浓度分布存在严重的不均匀性,基本以高浓形态存在于缸内。同时,未燃燃油吸收了较多燃烧过程所释放的热量,燃烧前已具有较高的基础温度,进一步促进了局部高温区域的产生及有害排放物的生成。     

增压器对车用柴油机瞬态工况下排气烟度的影响

为了改善车用柴油机瞬态工况烟度排放性能,试验研究了两种不同设计参数的增压器GT35和TBP4对柴油机排气烟度的影响。结果表明:增压器设计参数对柴油机瞬态进气响应及排气烟度有明显的影响。在低转速增转矩和大负荷增转速瞬态工况下,匹配增压器GT35可以大幅度降低柴油机的排气烟度。在其它恒转矩增转速瞬态工况下,增压器GT35所对应的排气烟度也要略好于增压器TBP4。在高转速全负荷工况下,增压器GT35所对应的空燃比、转矩和燃油消耗率等参数指标都劣于增压器TBP4。     

氧化催化转化器对降低柴油机微粒排放的影响

试验研究了3种替代贵金属催化剂的氧化催化转化器对柴油机微粒排放的影响。同时研究了催化转化器的净化效率、低温起燃性以及高温时抑制生成硫酸盐颗粒的能力。试验证明:V-Mn-Cs/-γAl2O3/堇青石蜂窝陶瓷(CC)催化转化器具有良好的净化效率,可以替代贵金属催化器;V-Mn-Cs/-γAl2O3/CC催化转化器具有很好的低温起燃性和高温抑制生成硫酸盐颗粒的能力;对该催化转化器进行了30 h的效率考察试验,其净化效率保持在较高水平。