燃用生物柴油国Ⅴ公交车的颗粒排放与微观形貌

以一辆国Ⅴ柴油公交车为研究对象,试验研究了该车燃用不同比例废弃油脂制生物柴油?柴油混合燃料在中国典型城市公交循环（CCBC）下颗粒物质量、颗粒数量、粒径分布与颗粒微观形貌特征。结果表明：随着生物柴油比例的增加,排放的尾气颗粒物质量和固态颗粒数量减小;燃用生物柴油的尾气颗粒典型微观结构与柴油的类似,由多个准球状基本碳粒子堆积而成,呈链状、枝状等不规则结构;与燃用柴油的相比,燃用生物柴油的尾气颗粒基本碳粒子粒径较小,分形维数较大,空间结构更紧密;燃用生物柴油的尾气颗粒在团聚处更易被氧化, 颗粒的分形维数和基本碳粒子直径随着氧化进行而增大;燃用柴油的尾气颗粒的氧化主要以最外壳边界碳层湮灭为主,颗粒分形维数、基本碳粒子直径随着氧化进行而减小。     

柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料的颗粒排放特性

车用柴油机燃用柴油/乙醇混合燃料进行试验,采用DMS500快速响应颗粒分析仪进行颗粒物浓度和粒径分布测试,分析乙醇掺混比例、发动机运行工况对颗粒物粒径分布、质量浓度和几何平均直径的影响.研究表明:柴油/乙醇排放的颗粒物呈核态、积聚态双峰对数分布;随掺醇比的增加,小负荷下核态颗粒物数浓度明显降低,中、大负荷下积聚态颗粒物数浓度明显降低,核态颗粒物比例有所增加,颗粒粒径向小粒径方向移动;柴油/乙醇排放颗粒质量浓度普遍低于柴油,颗粒物排放主要集中在积聚态颗粒物;乙醇的掺混能有效降低颗粒物几何平均直径,随掺醇比的增加,颗粒物的几何平均直径呈下降趋势.     

生物柴油发动机燃烧特性与超细颗粒物排放特性

为了研究柴油机燃用生物柴油的超细颗粒物排放,在一台高压共轨柴油机上进行了试验研究,利用缸压传感器、电荷放大器和燃烧分析仪组成的动态燃烧测试系统测录缸内压力,并计算瞬时燃烧放热率;利用SMPS-3936气溶胶粒径谱仪测录超细颗粒物排放数浓度及粒径分布。研究结果表明:与柴油相比,1 400r/min、平均有效压力pme≤0.48 MPa时,生物柴油峰值燃烧压力基本相当,二次喷射导致峰值放热率增加,1 400r/min、pme0.48MPa时,生物柴油峰值燃烧压力、峰值放热率均较低;在全负荷范围内,生物柴油的快速燃烧期基本相当或略有延长,但后燃期大幅度缩短,因此生物柴油燃烧持续期明显缩短,放热更加集中;1 400r/min、pme≤0.48 MPa时,生物柴油有效热效率降低,1 400r/min、pme0.48MPa时,生物柴油有效热效率提高,且提高幅度随负荷的增加而增加。与柴油相比,1 400r/min、pme=0.16MPa时,生物柴油超细颗粒物排放数浓度略高,1 400r/min、pme≥0.32MPa时,生物柴油超细颗粒物排放数浓度明显降低;在全负荷范围内,生物柴油超细颗粒物排放数浓度及体积浓度中值直径、平均直径、几何平均直径均明显降低。应用生物柴油对降低柴油机超细颗粒物排放具有重要意义。     

PODE掺混比对高压共轨柴油机颗粒物物理特性的影响

针对增压中冷高压共轨柴油机燃用不同聚甲氧基二甲醚(PODE)掺混比(10%、20%和30%,体积分数)的PODE/柴油混合燃料的颗粒物排放进行了实验研究。分析了PODE掺混比对柴油机NO_x和烟度排放以及颗粒粒径分布的影响规律,并采用热重分析法与热解动力学方法研究了颗粒物氧化特性与热解反应活化能。实验结果表明:在柴油中掺混PODE能够降低烟度排放,且下降幅度随着PODE掺混比增加更明显,但在中高负荷时NO_x排放略有增加;随着PODE掺混比增加,颗粒总数量浓度下降,粒径分布曲线向小粒径方向移动,核态颗粒所占比例增加,积聚态颗粒所占比例降低,颗粒的数量浓度峰值、表面积浓度峰值和体积浓度峰值均减小;在柴油中掺混PODE燃烧颗粒中可溶性有机物(SOF)组分含量增加,碳烟颗粒质量损失率峰值增加,质量损失率峰值所对应温度降低,颗粒热解反应活化能有所减小,颗粒更易被氧化。     

发动机燃用乳化柴油的颗粒粒径分布特性

对一台涡轮增压柴油机燃用纯柴油和乳化柴油时的颗粒数量粒径分布、总颗粒、核态颗粒及聚集态颗粒数量和体积浓度进行了试验研究.试验燃料为纯柴油E0和E10,E15及ED乳化柴油.试验结果表明:发动机燃用乳化柴油时,颗粒数量粒径呈单峰或双峰对数正态分布,数量浓度峰值出现在粒径为10～20nm;与纯柴油E0相比,核态颗粒数量和体积浓度增大,聚集态颗粒数量和体积浓度减小,而总颗粒数量浓度增大、体积浓度减小.     

在用共轨柴油机燃用沪四柴油的超细颗粒排放

以一台满足国Ⅲ排放的在用车共轨柴油机为试验样机,采用排气颗粒数量及粒径分析仪,研究了该机燃用国二柴油和沪四柴油欧洲稳态工况(ESC)循环下的超细排气颗粒数量和粒径分布特性.结果表明:ESC循环A,B,C转速工况下,随着发动机负荷的增加,该机燃用国二柴油、沪四柴油的超细颗粒数量排放降低;燃用国二柴油超细颗粒的粒径分布呈双峰对数分布,除怠速工况外,燃用沪四柴油超细颗粒的粒径分布呈单峰对数分布;与国二柴油比较,该机燃用沪四柴油超细颗粒总颗粒数量、核态颗粒数量排放降低,排气颗粒的几何平均粒径增大.     

喷油压力和PODE掺混对柴油机颗粒物排放影响

商用柴油机中排放的颗粒物对自然环境和人类健康有着越来越大的危害。为进一步研究喷油压力和PODE掺混比对降低柴油机颗粒物的潜力,在一台四缸增压柴油机上,进行了小负荷(BMEP=0.4 MPa)和大负荷(BMEP=0.8 MPa)工况下喷油压力和PODE掺混对柴油机颗粒物排放特性影响的试验研究。三种燃料分别为纯柴油(记为D100),PODE按体积比20%和30%与柴油进行掺混(分别记为PD20和PD30)。结果表明:在柴油中添加PODE能降低混合燃料的总颗粒物数浓度和质量浓度。在小负荷工况下,随着喷油压力升高,柴油/PODE混合燃料的总颗粒物和核态颗粒物数浓度增加,总颗粒物质量浓度变化不大。在大负荷工况下,与柴油相比,柴油/PODE混合燃料的总颗粒物数浓度和质量浓度降低。随着负荷增加,发动机排放的总颗粒物数浓度降低,总颗粒物质量浓度增加。在同一负荷下,随着喷油压力升高,总颗粒物数浓度进一步降低。     

汽车尾气与大气光化反应中气固态污染物演变规律

利用烟雾箱系统,在不同温湿环境下进行了汽车尾气与大气的光化反应试验,通过检测反应中不同时刻气态固态物浓度,揭示尾气与大气光化反应中不同气固态物的演变规律.结果表明:在尾气与大气的光化反应中,气态物NO及HC主要来自于尾气,NO_2及O_3主要为新生成的产物,而固态物PM2.5主要是二次颗粒物;随着反应时间增加,NO及HC体积分数下降,其下降速率与温湿度分别呈负相关及正相关,而NO_2,O_3体积分数及PM2.5质量浓度先迅速增加,后趋于平稳,且增长速率与湿度正相关;与温度相比,湿度对污染物浓度变化的影响更大;尾气与大气作用生成二次颗粒物的主要时段是最初的1.5 h,且尾气体积分数越高越有利于二次颗粒物的生成,柴油车在大气中形成的二次颗粒物多于汽油车.     

生物柴油燃烧过程NO_x生成机理的分析

为了研究生物柴油燃烧过程NOx形成机理,进行了柴油机燃用生物柴油和石化柴油的对比试验,并基于实测的缸内压力示功图计算了燃烧放热规律.以实际的瞬时放热率并结合燃料燃烧的化学平衡分析,建立了基于Zeldovich机理的NO生成模型.从放热时刻、燃烧温度、含氧量等燃烧特征参数分析了对NO形成的影响,对柴油机燃用生物柴油产生较多NOx排放作出了解释.结果表明:尽管柴油机燃用生物柴油的缸内平均温度有所降低,但由于柴油机燃用生物柴油的着火时刻较早,较早地达到了NO生成的触发温度,此外生物柴油属于含氧燃料,燃烧区域的氧浓度高,这两者的贡献使得生物柴油发动机产生的NOx排放比柴油发动机多.     

柴油轿车燃用生物柴油的模态颗粒排放特性

以帕萨特柴油轿车为试验样车,使用排气颗粒数量及粒径分析仪(EEPS),对分别燃用沪Ⅳ柴油、生物柴油混合体积分数分别为5%,10%,20%和50%的沪Ⅳ柴油-生物柴油混合燃料、纯生物柴油的模态颗粒排放特性进行了试验研究.结果表明:GB18352.3—2005Ⅰ型试验循环中,该车燃用生物柴油的聚集态颗粒数量浓度下降,核模态颗粒数量浓度上升,总颗粒数量浓度变化不大;随着生物柴油混合比例的增加,该车燃用沪Ⅳ柴油-生物柴油混合燃料排气颗粒的平均粒径降低,颗粒数量浓度峰值向小粒径方向偏移.     

Characteristics of ultrafine particles emitted from a dimethyl ether （DME） engine

Measurements of exhaust particle number concentration and size distribution from a dimethyl ether （DME） engine at different engine loads and speeds were carried out by using a two-stage dilution system and an SMPS. The results of the DME engine were compared with those of the original diesel engine. The fuel composition had significant effects on the exhaust particle size distribution, the total exhaust particle number and mass concentrations. Compared with those of the DME engine, the particle mass emissions of the diesel engine increased 5.7-17.7 times. At high engine speed （n=2200 r/min）, compared with those of the DME engine, the total particle number emissions of the diesel engine increased 0.75-2.2 times, while the total particle number emissions of the diesel engine decreased by about 50%-80% for middle and high loads at middle engine speed （n=1400 r/min）. Compared with those of the DME engine, the total exhaust particle number concentrations in the accumulation mode of the diesel engine increased 4.2-62.6 times and the exhaust particle geometric number mean diameters in the accumulation mode increased by about 10-30 nm. This correlated with higher oxygen level and lack of C-C bonds in DME. A lot of nucleation mode particles were emitted from the DME engine, this correlated with the processes of nucleation and condensation of the volatile and semi-volatile compounds in the exhaust gas.     

Characteristics of ultrafine particle from a compression-ignition engine fueled with low sulfur diesel

Number size distributions （NSDs, 10--487 nm） and composition of nanoparticle emitted from an engine fueled with ordinary diesel （OD） and low sulfur diesel （LSD） fuel were comparatively studied. The results indicate that, compared with the OD, the LSD was found to slightly decrease the mass concentration, and significantly reduce the number concentration of the total particles （10--487 nm）, and the reduction of number increased with the speed and load of engine. The NSD for the two fuels showed a similar bimodal structure under all test engine conditions. Under the same engine conditions, the nucleation mode for LSD fuel was significantly lower than that of ordinary diesel. However, the accumulation mode for the two fuels showed little difference. The elements composition of exhaust particles included C, O, Cl, S, Si, Ca, Na, AI and K. The S element was not detected in LSD fuel case. The main component of soluble organic fraction （SOF） of exhaust particles for the two fuels included saturated alkane （C15-C26）, ester and polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs）. However, PAHs were not found in LSD fuel case.     

Formation and transformation of volatile nanoparticles from a diesel engine during exhaust dilution

A classic H 2 SO 4-H 2 O binary homogeneous nucleation model coupled to an aerosol dynamics model,suitable for studying the formation and transformation of volatile nanoparticles (VNPs) during diesel engine exhaust dilution,has been developed.Using the H 2 SO 4-H 2 O binary homogeneous nucleation model,the nucleation ratio and molecular cluster size were calculated.The effect of aerosol dynamic processes on VNP number size distributions was studied.The effects of fuel sulfur content (FSC) and sampling conditions in the laboratory on VNP number size distributions were also calculated.Our simulations demonstrated that nucleation increased the cluster number concentration and that FSC,temperature and humidity significantly affected the nucleation ratio and molecular cluster size.Coagulation promoted the evolution of cluster-particle size distributions from monodisperse to polydisperse.Soot present in the exhaust can suppress the formation of VNPs.FSC and sampling conditions,like the primary dilution temperature,the primary dilution relative humidity,residence time and the primary dilution ratio have significant effects on VNP number size distributions.     

曲轴箱窜气对柴油机尾气微粒排放影响

针对一台2.0 L柴油机搭建了试验台架,通过控制曲轴箱窜气直接排入大气或是引入进气系统,采用尾气粒径谱仪对两种情况相应的尾气微粒数量浓度进行测量,分析比较试验结果来研究曲轴箱窜气对内燃机微粒排放的影响。结果表明:曲轴箱窜气引入进气主要影响柴油机尾气中核模态微粒及100 nm以下集聚态微粒的粒径数量浓度分布,主要表现在高峰峰值的增加和新峰值区域的形成。另一方面,曲轴箱窜气引入进气使柴油机各工况下尾气微粒总数量浓度增加,中、大窜气量工况微粒绝对数量增加明显,增幅分别为44.2%和38.5%。     

地沟油生物柴油碳烟微粒排放及肺沉积表面积研究

在柴油机上分别燃烧纯地沟油生物柴油和纯石化柴油在每一负荷工况下运用颗粒物测试系统NanoMet3研究碳烟微粒的排放及肺沉积表面积。结果表明:各工况下,地沟油生物柴油碳烟微粒数量浓度及质量浓度均小于石化柴油。小负荷时两种燃料的差距不大;大负荷时,地沟油生物柴油碳烟微粒数量浓度及质量浓度远小于石化柴油;但增幅高于石化柴油。地沟油生物柴油碳烟微粒的平均粒径比石化柴油小,其肺沉积表面积小于石化柴油,对人体的危害值低于石化柴油。碳烟微粒肺沉积表面积受到平均粒径和数量浓度的共同作用,其增幅与数量浓度的增幅呈现出相同的变化趋势。     

缸内直喷汽油机颗粒物粒径分布特性

采用DMS500快速颗粒取样分析仪对一台缸内直喷国Ⅳ汽油机进行了颗粒物粒径分布特性的试验研究．结果表明：缸内直喷汽油机排气颗粒物呈包括核态和积聚态颗粒物的双峰分布,仅怠速工况呈核态单峰分布．随转速升高,总颗粒物数浓度在部分负荷下逐渐降低,外特性先降低后升高;随负荷增加,总颗粒物数浓度在中、低负荷下逐渐降低,满负荷时急剧增加．随转速升高,核态颗粒物在部分负荷速度特性下数密度峰值逐渐降低,外特性下先降低后增加;积聚态颗粒物数密度峰值逐渐降低．随负荷增加,核态颗粒物数密度峰值在中、低负荷时逐渐降低,满负荷时增加;积聚态颗粒物数密度峰值在中、低负荷时先升高后降低,满负荷时最高．     

电控高压共轨喷油系统的标定和应用

为了获得电控柴油机的喷油一致性,测试了电控喷油器之间的差异,得到大量喷油器的喷油持续期统计规律,并提出将测得的喷油持续期的统计平均值作为基准值,采用与之插值的办法消除各个喷油器与基准值之间的差异,获得了良好的喷油一致性.针对实际发动机运转时各缸之间的循环差别,提出利用ECU软件比较各个循环的角速度差,根据差异的大小补偿每缸每循环的喷油量的方法,达到了减少各缸之间的循环运转差异的效果.试验结果表明,与传统直列泵柴油机比较,电控柴油机的动力性、经济性以及排放性能都有所改善,特别是燃油消耗率和排气烟度有大幅度的降低.     

柴油特性对车用柴油机排放影响的模糊评估

论述了控制发动机有害物质排放的前处理方法,建立了柴油的组分和性质与车用柴油机的排放之间关系的模糊评估模型。利用该模型对10种柴油的排放性能进行了评估,分析了柴油的组分和性质与柴油机排放之间的关系。结果表明：发动机使用硫和芳香族化合物含量低、密度较小、馏程较低、十六烷值较大的燃料时,可获得较好的排放性能。