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。     

F-T柴油废气氛围下的燃烧及排放特性

针对煤制高十六烷值F-T柴油,在非道路柴油机上加装EGR,探究了不同EGR率下燃用F-T柴油的燃烧特性及排放特性.结果表明:引入EGR使滞燃期延长,燃烧重心后移,最高爆发压力、瞬时放热率峰值和缸内平均燃烧温度降低;与不引入EGR相比,EGR率为15%时,NO_x显著下降,燃烧参数变动小,HC和CO略有增加;EGR率为30%时,燃烧重心明显后移,NO_x的比排放最大降幅为61.6%,HC和CO的比排放增幅分别为13.2%和13.3%;F-T柴油在单缸机的颗粒粒径分布呈对数正态分布,随着EGR率的增加,低负荷时,峰值粒径减小,颗粒向小粒径颗粒转化;中、高负荷时,峰值粒径增加,颗粒向大粒径颗粒转化.     

柴油机燃烧正戊醇/F-T柴油尾气颗粒物分析

采集不同比例的正戊醇与F-T柴油的混合燃料在柴油机内燃烧后的尾气颗粒物,并采用气相色谱-质谱联用仪、扫描电镜、热重分析仪分析了颗粒物的可溶性有机成分(SOF)、颗粒物粒径和氧化特性.研究结果表明,与F-T柴油相比,混合燃料尾气颗粒物表面SOF中多环芳香烃(PAHs)的相对质量分数显著降低,最高降幅达55%;混合燃料尾气颗粒物粒径集中在20~50nm;且颗粒物失重峰氧化温度降低,氧化活性增强.     

PODE2-4掺混正庚烷/甲苯燃烧碳烟颗粒理化性质影响研究

为研究一种聚甲氧基二甲醚(PODE_2-4)掺混正庚烷/甲苯混合燃料对碳烟颗粒理化性质的影响，搭建了同轴射流反扩散火焰燃烧平台，采用透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱仪(Raman)和热重分析仪(TGA)对颗粒样品进行分析。结果表明：随着PODE_2-4由0掺混至30%,碳粒子直径逐渐向小粒径方向偏移，平均粒径逐渐下降，颗粒内部微晶曲率平均值逐渐增大，微晶长度则呈相反趋势，且减小幅度逐渐增大；一阶拉曼光谱中代表晶格内部缺陷和无序结构的D峰与代表石墨稳定结构的G峰的积分强度之比逐渐增加，石墨化程度降低，无序程度增大；质量损失速率峰值温度、起始氧化温度、燃尽温度和表观活化能均呈下降趋势，颗粒反应活性增强。分析结果表明，PODE_2-4可作为燃料添加剂改变碳烟颗粒微观结构，进而增强其氧化活性，该研究可为实际工程应用中PODE_n与柴油掺混燃烧并促进DPF再生提供一定的理论参考。     

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。     

不同结构芳香烃对柴油燃烧颗粒物理化特性的影响

为了研究不同结构的芳香烃对柴油燃烧颗粒物理化特性的影响规律,开展了掺混苯及四氢萘对高压共轨柴油机排气颗粒物理化特性影响的实验研究。分别采用高分辨率透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱仪(RS)、X射线光电子能谱仪(XPS)及同步热分析仪(TG)研究了不同燃料燃烧颗粒物的微观结构、石墨化程度、表面化学特性及氧化活性。实验结果表明:柴油燃烧颗粒的氧化温度最高,为594.5℃;柴油/四氢萘混合燃料燃烧颗粒物次之,为589.8℃;柴油/苯燃烧微粒的氧化温度最低,为575.8℃。此外,较柴油而言,苯/柴油、四氢萘/柴油燃料燃烧微粒的基本碳粒子直径分别增大了0.411nm和2.169nm,并且混合燃料燃烧微粒的D1峰与G峰的面积比与高度比增加,sp3杂化的碳原子数量与sp2杂化的碳原子数量的比值变大,这说明掺混芳香烃后,微粒的石墨化程度下降,纳观结构更加无序。     

调合生物柴油发动机颗粒物氧化特性研究

为研究生物柴油对柴油机排放颗粒氧化特性的影响,利用MOUDI采样器采集不同燃料的排气颗粒物,分别借助透射电镜(TEM)、热重分析仪(TGA)研究颗粒物微观形貌及氧化特性,再利用高倍透射电镜(HRTEM)分析氧化过程中颗粒物微观结构的变化。结果表明:相比于纯柴油,燃用B20燃料(0#柴油掺混20%生物柴油)后,排气颗粒整体尺寸减小且局部重叠和堆积效应减弱,初始粒子粒径增加,全负荷工况下,B0、B20的初始粒子平均粒径分别为32.08 nm、43.42 nm;随着生物柴油掺混比增加,颗粒物起燃温度及最大氧化速率温度依次降低,B0、B5、B10、B20对应的最大氧化速率温度分别为605℃、572℃、524℃、507℃,但B20颗粒物氧化速率峰值较B0增加了约35%,表明B20颗粒物氧化速度加快;颗粒物氧化后的微观结构变化表明,掺烧生物柴油,颗粒物多核结构增多,内核尺寸约为5 nm,多核颗粒内核的氧化活性高于外壳且氧化过程中出现中空胶囊状结构,掺烧生物柴油使颗粒物氧化活性增加。     

经过预处理后柴油机颗粒物氧化活性的变化

为评价常用的通过热重分析方法计算动力学参数的准确性,在不同发动机工况下采集了不同种类的柴油机颗粒物,在N₂氛围中进行了预处理,通过分析颗粒物预处理前后微观形态、结构参数的变化,间接评价预处理过程对颗粒物活性、反应动力学计算结果的影响. 80%负荷采集的原始颗粒和微粒聚集体样品的微观形态由洋葱状变为壳核结构,且原始颗粒的粒径显著减小,100%负荷采集的原始颗粒的微观形态变化不明显;三种颗粒物样品经过预处理后微晶的层间距均大幅度减小,且80%负荷下采集的原始颗粒减小程度最大. 80%负荷下采集的微粒聚集体和100%负荷下的原始颗粒的微晶平均长度略微增大,曲率增加显著,而80%负荷下原始颗粒的微晶长度增加较为显著,曲率略微减小.经过预处理后,颗粒物的氧化活性显著降低,间接表明经过预处理的柴油机颗粒物的动力学参数与原始颗粒物的参数有一定差异.      

Ce基FBC催化柴油机碳烟氧化特性的试验

为了研究Ce基燃油添加剂(FBC)对柴油机碳烟催化氧化的效果,采用环烷酸铈溶液作为FBC,按照Ce元素质量分数分别为50,100,150,300 mg·kg~(-1)加至柴油中,依次标记为F50,F100,F150,F300.在发动机台架上进行了燃用FBC燃油的烟度、颗粒粒径分布和氧化特性以及微粒捕集器(DPF)催化再生的试验研究.结果表明:添加FBC可以改善柴油机燃油消耗率,降低排气温度和烟度排放;柴油机燃用FBC燃油时,其碳烟颗粒质量分布总体向着小粒径方向移动,排放颗粒物中积聚态颗粒物所占比重有所上升,而粗粒子模态所占比重下降;FBC对碳烟颗粒的催化效果非常显著,碳烟氧化特征温度随着FBC比例的增加而降低,柴油机燃用FBC燃油有利于降低DPF再生平衡温度.     

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.     

生物柴油调合燃料匹配催化型颗粒物捕集器的排放与再生性能研究

以一台非道路增压中冷共轨柴油机为试验对象,将K_0.2-Ce_0.5Mn_0.5O₂催化剂涂覆于柴油机颗粒物捕集器（DPF）的堇青石过滤体上,探究柴油机催化型颗粒物捕集器（CDPF）对生物柴油调合燃料燃烧污染物排放的影响规律,并开展了CDPF碳烟加载与再生特性的试验研究。试验结果表明,CDPF能够明显降低纯柴油和生物柴油调合燃料的碳烟和气态污染物排放,且对调合燃料的排放物降低效果更显著;CDPF负载催化剂对柴油机气体排放的改善效果受负荷影响较大,在标定工况下两种测试燃油NO_x排放较空白DPF时分别降低17.1%和24.3%,HCHO排放分别降低35.1%和43.6%,CH₃CHO排放分别降低28.4%和29.9%;DPF与CDPF两者对碳烟的捕集过程均包括深床捕集阶段、过渡阶段和滤饼层捕集三个阶段,碳烟加载过程中CDPF前后压差的升高速率明显低于DPF;与纯柴油相比,柴油机燃用生物柴油调合燃料时CDPF的前后压差升高速率有所降低,再生平衡温度向低温区间偏移,有利...     

柴油机燃用F-T/生物柴油混合燃料的排放性能研究

以未做调整的四缸增压中冷发动机为试验样机,分别燃用不同比例的F-T/生物柴油混合燃料,对混合燃料的常规排放尤其是非常规排放进行了对比研究。结果表明:F-T/生物柴油混合燃料相对于0#柴油可明显改善NO_X、CO和碳烟的排放,但随着生物柴油比例的提高,NO_X、CO排放略有升高,碳烟排放则随着生物柴油比例增加而降低;外特性下,混合燃料随着生物柴油比例的提高,HC排放相对于0#柴油有明显下降;非常规排放中混合燃料可有效降低甲醛排放;SO_2排放也有明显下降,但随生物柴油配比的增加而有上升的趋势。混合燃料能有效抑制苯类排放。     

F-T柴油/乙醇混合燃料的燃烧及排放特性

在具有高十六烷值的F-T柴油中添加不同比例的乙醇燃料制得乙醇/F-T柴油混合燃料,通过与0#柴油和纯F-T柴油进行比较,研究其燃烧和排放特性。研究结果表明:与0#柴油相比,F-T柴油的滞燃期最短,混合燃料的滞燃期小于0#柴油、大于F-T柴油,且混合燃料乙醇比例越高,滞燃期越长;混合燃料燃烧始点提前,累计放热量达50%时的曲轴转角CA50增大,燃烧放热中心推迟,燃烧放热率第一峰值点下降,预混燃烧放热量降低,使燃烧温度降低,第二峰值点上升,扩散燃烧比重增大。在外特性2 000 r/min下,相比于0#柴油,混合燃料E10、E20的NO_x排放分别降低了24.9%和30.6%,碳烟排放分别降低了65.1%和76.2%,甲醛排放分别降低了67.7%和45.9%。     

正丁醇/柴油混合燃料EGR氛围下排气颗粒热重分析

针对3种不同EGR率(0,10%,20%)条件,进行了柴油机燃用正丁醇/柴油混合燃料B10的排气颗粒热重试验研究,考察了不同EGR率对颗粒热解和燃烧特性的影响,探讨了颗粒的起燃温度、燃尽温度等特征参数以及组分百分比的变化规律,基于Coats-Redfern非等温法,计算并分析了EGR率对颗粒活化能的影响.结果表明:随着EGR率的增加,颗粒的起燃温度降低,燃尽温度升高;颗粒中的挥发性物质所占百分比减小,高沸点挥发性成分以及固定碳颗粒组分有所增加,B10EGR~20%的颗粒中的固定碳颗粒质量分数与B10颗粒相比,增加了23.6%;颗粒的活化能逐渐减小,与B10颗粒相比,B10EGR10%,B10EGR~20%颗粒的活化能分别减小了0.9,1.7 kJ·mol~(-1).     

EGR率对混合燃料燃烧与排放特性的影响研究

为进一步研究EGR率和正戊醇/柴油/PODE_(3-4)混合燃料对柴油机低温燃烧和排放特性的影响,实现更高效、清洁的燃烧。在一台四缸增压柴油机上进行了不同EGR率(5%、10%、15%、20%、25%)下三种燃料燃烧与排放特性的研究。试验的三种燃料分别为纯柴油(记为D100)、体积比为80%的D100和20%的PODE_(3-4)掺混(记为DP20)、体积比为80%的DP20和20%的正戊醇掺混(记为DPPt20)。试验结果表明:在相同的EGR率下,与D100相比,DP20的缸压和放热率峰值增加,滞燃期缩短,热效率提高。DP20与正戊醇混合后,滞燃期延长,热效率降低;增大EGR率,三种燃料的缸压和放热率峰值下降,着火延迟,热效率降低。当EGR率低于15%,随着EGR率的增加,Soot、CO、HC排放以及总颗粒物质量浓度略微增加,而NO_x排放大幅降低。当EGR率高于15%,随着EGR率的增加,三种燃料的Soot、CO、HC排放以及总颗粒物质量浓度急剧上升。     

DOC+DPF系统对柴油机污染物排放特性的影响

对装有氧化催化器(diesel oxidation catalyst, DOC)和颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)后处理系统的柴油机进行台架试验,利用烟气分析仪(Testo 350XL)和发动机废气排放颗粒物粒径谱仪(TSI EEPS 3090)研究不同负荷下柴油机原机、DOC后和DPF后排气中氮氧化物(NO_x)和颗粒物(particulate matter, PM)的变化规律.结果表明：负荷大于50.0%时,DOC后的NO₂体积分数φ(NO₂)显著增加,柴油机原机氮氧化物中NO₂体积分数φ(NO₂/NO_x)随负荷增加而减小,DOC后和DPF后的φ(NO₂)、φ(NO₂/NO_x)随负荷增加先减小、后增大;柴油机原机PM排放取决于柴油机的运行工况,不同负荷下DOC的PM去除率为15%～30%,50.0%负荷下DOC的PM去除率最高,为26%;DPF的P...     

F-T柴油与正丁醇混合燃料的非常规排放特性研究

为了分析F-T柴油及其与正丁醇混合燃料对柴油机非常规排放特性的影响,以0#柴油、F-T柴油及F-T柴油正丁醇混合油为燃料,在增压中冷四缸柴油机上进行了外特性试验,并利用FTIR多组分气体测试仪检测柴油机的甲醛、1,3-丁二烯、二氧化碳（CO2）、一氧化二氮（N2O）和甲醇等非常规排放特性。分析结果表明：与柴油相比F-T柴油及其混合燃料可以降低甲醛、1,3-丁二烯、CO2和N2O四种非常规排放,甲醇排放略有升高未超过3.11ppm,随着正丁醇掺混比例的增加甲醛、1,3-丁二烯、CO2、N2O降低的幅度增大,甲醇排放降低。F-T柴油及其混合燃料可以降低柴油机的非常规排放,是煤基和生物质燃料组成的新型替代燃料。     

柴油机排气颗粒的结构特征

为研究柴油机排气管内颗粒的微观结构及其变化规律,运用Fluent软件模拟186F柴油机排气管内废气温度、压力、流速的变化趋势,并采集柴油机排气管不同位置的颗粒,采用高倍透射电镜分析颗粒的微晶结构特征的变化规律.结果表明:排气管内压力最高达0.3MPa,温度由500℃降至400℃时,排气弯管附近的气流运动方向发生反弹;随着颗粒运动,其基本碳粒子的微晶碳层排列结构趋于无序,内核与外壳边界逐渐模糊;颗粒从排气管进口运动3m后,微晶尺寸减小约19.6%,颗粒弯曲度增大约15.0%,分形维数逐渐减小,颗粒结构疏松,更容易被氧化.     

柴油机燃用F-T柴油/聚甲氧基二甲醚混合燃料的排放性能

为研究F-T柴油/聚甲氧基二甲醚(PODE)混合燃料的排放性能,以增压中冷柴油机作为试验发动机,以不同掺混比例的F-T柴油/PODE混合燃料、0#柴油和F-T柴油作为研究燃料,对发动机的排放物进行对比研究。结果表明:常规排放物中,混合燃料的NO_x排放与其他对比燃料基本相同,但对CO和碳烟的排放较0#柴油有显著的改善效果,且改善效果与PODE的掺混比例呈负相关。非常规排放物中,混合燃料对抑制甲醛的排放并无明显效果;但是可有效降低SO_2的排放,可见该混合燃料具有较好的排放性能。     

国Ⅵ直喷汽油机颗粒数量及微观形貌排气输运演变特性

开展了某一国Ⅵ直喷汽油机三元催化转化器（TWC）前、TWC后、汽油机颗粒捕集器（GPF）后3个位置的颗粒物采样及微观形貌研究,分析了发动机工况、TWC、GPF对国Ⅵ直喷汽油机尾气颗粒数量、粒径分布、微观形貌的影响。结果表明,该直喷汽油机尾气颗粒数量排放整体上呈单峰分布,低转速小负荷工况下,粒径<23 nm的颗粒数量较高。随着发动机转速和负荷的增大,峰值粒径向大粒径方向移动。直喷汽油机尾气颗粒物由“核?壳”结构基本碳粒子堆积形成,呈链状、枝状、簇状等结构;负荷增大,颗粒物尺寸略有增大,基本碳粒子重叠度增强,分形维数增大;转速增大,颗粒物尺寸减小,基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。随着排气输运的进行,颗粒数量逐渐降低;TWC不影响颗粒的粒径分布形态,颗粒数量净化效率41.6%~94.2%,对<23 nm的小粒径颗粒净化效果较好,低转速小负荷工况的颗粒数量净化效率较高;GPF的颗粒数量净化效率约80%,23~100 nm颗粒数量净化效率较高,对粒径<10 nm的颗粒净化作用不大。TWC和GPF不影响颗粒物结构形式, TWC和GPF后颗粒物基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。