直喷汽油机颗粒物生成及排放特性研究进展

通过对缸内直喷汽油机颗粒物生成机理、排放特性以及影响因素的研究进行综述,了解到直喷汽油机碳烟的生成主要源于缸内壁面油膜的池火燃烧和局部混合气过浓的影响,多环芳香烃是碳烟生成的主要前驱物;直喷汽油机颗粒物排放要高于进气道喷射汽油机以及装有颗粒捕集器的柴油机,并且与发动机运行及控制参数、混合气组织方式、燃油理化特性等有较大关系,通过优化燃烧组织措施,采用含氧燃料等方法能有效降低颗粒物排放.     

喷射策略和运行工况对直喷汽油机微粒排放的影响

应用DMS500型快速颗粒分析仪对一台自然吸气缸内直喷汽油发动机排放的颗粒物粒径分布进行试验研究,考察了运行工况(负荷、冷却水温和点火时刻)以及喷油策略(喷油时刻、喷油压力)对颗粒物粒径分布特性及其微粒数量的影响规律,并分析了不同工况下颗粒物的氧化活化能.结果表明:缸内直喷汽油发动机排放的颗粒物粒径呈现出双峰变化特征,在30℃水温时,低负荷下以生成积聚模态颗粒物为主,高负荷下以生成核模态颗粒物为主;较低的冷却水温会增加排放的颗粒物数量;点火时刻的推迟能够减少颗粒物的生成;在不同负荷的喷油时刻都存在一个最佳的颗粒物排放点;喷油压力越高,生成的颗粒物数量越少,核模态颗粒物的比例越高;随着负荷增加和冷却水温降低,颗粒物的起燃温度升高,颗粒物的氧化活性降低.     

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.     

氧化催化转化器对柴油机颗粒物排放特性的影响

以某高压共轨重型柴油机为样机,研究氧化催化转化器(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)对柴油机颗粒排放规律的影响.研究结果表明,各工况下,DOC后测点颗粒物质量浓度相对于前测点均有所下降,降幅随转速升高而减小,随着负荷的增大变化不大;外特性下,DOC对总颗粒、核态颗粒和聚集态颗粒的转化率均随着转速增加而波动下降,其平均转化率分别为21.5%,26.2%和15.4%;最大转矩转速1 400r·min-1负荷特性下,DOC对总颗粒、核态颗粒、聚集态颗粒的转化率均随着负荷的增大先下降再上升,其平均转化率为34.6%,38.8%和27.3%;DOC对核态颗粒物的转化率高于聚集态颗粒物,在粒径为9~12nm的范围内转化率达到最高,其他粒径范围内转化率大多介于20%~40%之间.     

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。     

调合生物柴油颗粒物的微观特性研究

为研究生物柴油对柴油机排放颗粒微观特性的影响,利用微孔均匀沉积式碰撞采集器(MOUDI)分析不同比例调合生物柴油颗粒物的粒径分布,利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观测微观形貌,根据计盒维数算法,计算颗粒物的分形维数。结果表明:调合生物柴油B20(在0#柴油中掺入20%的生物柴油)的粗态颗粒呈现分层堆积,原始粒子的粒径均大于45 nm,纯柴油(B0)的原始粒径为29 nm左右;所有颗粒物的质量浓度峰值均出现在0.18~0.32μm区间,发动机处于高负荷(75%和100%负荷)工况下,随着生物柴油掺混比的增加,积聚态和粗粒子态颗粒的质量浓度均逐渐下降,B20的积聚态颗粒质量下降至纯柴油的36.7%;两种计盒维数随生物柴油比例的增加而逐渐增加,说明颗粒物之间的重叠现象更明显,边界趋于不规则。     

运行工况和直喷正时对双喷射汽油机颗粒物排放的影响

应用DMS500快速颗粒分析仪对一台进气道-缸内双喷射汽油机的颗粒物排放特性进行试验研究,考察运行工况(转速、负荷)以及直喷时刻对颗粒物排放量及其粒径分布的影响.研究结果表明:在低负荷下双喷与直喷模式的燃烧特性区别较小,而在中、高负荷下双喷模式的缸压峰值相比于直喷模式的缸压峰值略有升高;双喷模式具有非常显著的降低颗粒物排放的效果,但随着转速、负荷的升高双喷模式的颗粒物排放量也逐渐上升;在中、高负荷下,直喷比例为50%的双喷模式对降低颗粒物排放量的效果显著;与直喷模式相比,双喷模式的颗粒物粒径分布向小粒径方向移动;直喷模式存在最佳的喷射正时使得颗粒物排放量达到最低水平,双喷模式的最佳直喷正时要比直喷模式更靠近排气上止点.     

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。     

直喷式柴油机NOx排放特性的模拟计算研究

在油滴蒸发准维燃烧模型的基础上，考虑燃油喷雾、蒸发、空气卷吸及传热的影响，结合生成NOx的化学动力学机理，建立直喷式柴油机的燃烧及NOx计算模型。实测直喷式柴油机多种转速负荷特性的NOx排放，得出柴油机运行范围内的NOx排放特性，并与模拟计算结果进行对比分析，两者变化较吻合。柴油机在低速大负荷时由于最高燃烧压力较大，温度较高，燃气在高温下停留时间较长，NOx排放浓度较大。供油提前角增加时，着火始点提前，最高燃烧压力及温度增加，NOx排放浓度也增加。     

高压共轨柴油机Sub-220 nm超细颗粒物排放特性研究

超细颗粒物是雾霾的重要组分,对人体健康影响极大。在一台六缸高压共轨柴油机上研究不同工况下Sub-220 nm超细颗粒物的排放特性,结果表明:碳烟排放在小负荷时极低,且随着负荷的增加而增加;Sub-220 nm超细颗粒物排放数量浓度在小负荷时高,且随负荷的增加而降低;Sub-220 nm超细颗粒物数量浓度的粒径分布为在小负荷和满负荷时是双峰特性,其余工况是单峰特性;转速升高,缸内气流运动加强,超细颗粒物排放数量浓度明显降低,各特征直径明显降低。     

直喷式柴油机微粒排放特性研究

使用柴油机微粒排放单级部分稀释采样系统．对一台单缸车用直喷式柴油机的不 同类型燃烧室和不同油品及喷油提前角的变化作了微粒排放研究。探索了实现直喷式柴油机净化微粒排放的途径．试验表明缩口型燃烧室．适当加大喷油提前角可以明显 改善微粒的排放；燃油品质对微粒排放影响较大．     

New controllable premixed combustion for dimethyl ether engine

To meet the requirements of tightening regulations on exhaust emissions, especially NOX and particulate emissions (PM), searching for a method to simultaneously reduce the NOX and PM emissions from diesel engines is a major challenge. The application of alternative fuels in diesel engine is an effective approach in reducing NOX and PM. The latest research showed that DME is an excellent alternative fuel. The experimental studies on diesel engines fueled with DME showed that the engine …     

基于机器学习的柴油机纳米级微粒预测模型

预测柴油机燃烧产生的纳米级微粒是减少空气污染的有效方法之一,为车辆颗粒物(particulate matter, PM)的排放监管与控制提供支持,协助标定工程师制定严格的排放法规。采用气缸压力传感器测量柴油机在不同行驶工况下的气缸压力,利用主成分分析(principal component analysis, PCA)方法提取前4、7、10主成分作为神经网络的训练输入,粒径为7～990 nm的颗粒物浓度作为模型的输出,分析不同工况下气缸压力主成分贡献率对纳米颗粒的预测效果。结果表明:利用较少的主成分即可代表不同工况下的缸压燃烧特性;当主成分贡献率达到91.57%时,粒径为7～990 nm的颗粒物浓度试验数据与模型预测的平均绝对误差为90.74 cm~3,均方根误差为1.612×10~4 cm~3,回归系数R~2达到0.95,预测精度较高。因此,利用气缸压力预测柴油机PM的排放是一种可行方案。     

一种新型含氧燃料对柴油机燃烧特性的影响

为解决柴油机的碳烟颗粒和氮氧化物排放难以同步降低的矛盾,在一台TY1100直喷柴油机上对新设计的一种含氧添加剂乙酸-2-甲氧基乙酯(MEA)和柴油的混合燃料进行了燃烧和排放的试验研究.结果表明:MEA可与柴油实现良好的互溶;在相同的工况下,随着混合燃料中MEA比例的增加,柴油机缸内的最高压力变化较小,但滞燃期略有延长,瞬时放热率增加,燃烧持续时间变短;MEA可以显著降低柴油机的碳烟排放,可使HC和CO的排放有一定程度的降低,但对发动机NOx的排放没有明显的影响;在不改变发动机结构参数的条件下,当燃用体积分数为15%的MEA混合燃料时,发动机的碳烟排放平均降低约50%,发动机的标定功率下降约5%,而热效率提高约2%.     

基于KIVA3的柴油机碳烟产生机理的数值模拟研究

将Surovikin碳烟生成模型、NSC（Nagle和Strickland-Constable）氧化模型和Neoh等人提出的OH氧化模型编译集成到KIVA3中构建多维计算模型,提出了一个六步化学反应机理模型．针对D6114柴油机进行了数值模拟,得到了这一化学反应机理下的碳烟颗粒数密度曲线及其变化过程图和碳烟产生量曲线．研究结果表明,本文采用的基于部分化学反应的机理模型和现有碳烟计算模型能够较清晰地反映柴油机碳烟生成和氧化的历程,对研究柴油机燃烧和排放具有一定的参考价值．     

船用中速柴油机NO排放浓度的预测

将准维三区燃烧模型与ＮＯ生成的扩大的Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ机理相结合,成功地开发了一种船用中速柴油机排气中ＮＯ浓度预测计算程序,并通过实验证明模拟计算结果与实测结果基本吻合。为从更深层次地认识船用柴油机工况和性能参数对ＮＯ排放量的影响,提供了一种有效的工具。     

降低轻型柴油机排放污染的新技术

通过对发动机燃系统进行多方面的改进,如采用复合油嘴和特殊和燃烧室实现的快速燃烧技术,配合以调节喷油量和喷油时间的电控技术可使发动机的排放大幅度降低,采用缸内排气绝热技术,可提高原机功率,降低油耗。     

柴油机燃用生物柴油燃烧与排放

研究了柴油机燃用0号柴油和生物柴油的燃烧放热规律．通过对燃烧特征参数的计算分析,发现生物柴油的燃烧始点有所提前,滞燃期缩短;燃烧初期放热尖峰出现时刻对应的曲轴转角有所提前,瞬时放热率峰值下降;燃烧持续期延长．同时还比较了柴油机燃用生物柴油和0号柴油的经济性和排放特性,发现燃油消耗率增加12％,而各种排放污染物除NOx略有上升外,CO、HC和颗粒物PM均显著下降．     

直喷式柴油机排放性能仿真研究

以直喷式柴油机燃烧过程现象学描述为基础,利用BOOST软件建立柴油机的准维多区现象学燃烧模型,对增压直喷式柴油机的排放特性进行仿真计算,其计算结果与实验数据取得了良好的一致性.利用三维仿真软件FIRE对其在标定工况下排放物的生成分布进行分析对比.讨论调整喷油始点对控制直喷式柴油机排放性能的影响.仿真结果表明,喷油始点提前越多,NOx生成增加,碳烟则有所减少.     

天然气和生物柴油在气道和缸内喷射混合的燃烧特性分析

将某款柴油机改用进气道喷射天然气和缸内直喷生物柴油的混合燃烧方式,通过均匀设计的方式,综合运用二次多项式逐步回归法和综合加权评分值法,确定天然气和生物柴油的最佳掺烧比.通过GT-POWER仿真软件创建柴油机模型,分析在不同发动机转速下该柴油机的动力性、经济性和排放性.仿真结果表明:混合燃烧方式较原机的动力性和经济性略有下降;在中高转速时,混合燃烧方式的NO排放量低于原机,但CO排放量与原机相比基本保持不变.