基于比功率与发动机功率的重型柴油车实际道路排特性研究

重型柴油车在实际道路上的污染物排放备受关注。利用便携式排放测试系统(PEMS)收集了重型柴油货车OBD数据和排放数据,引入重型车比功率(VSP)和发动机功率分别研究了其对柴油车排放的影响及二者间的关系。结果表明,96%以上行驶处于VSP区间[-10 10]kW.t-1,CO、NOx排放随VSP增大先升高后降低;CO2排放随VSP增大而增大。CO、NOx排放随发动机功率增大先升高后降低;CO2排放随发动机功率增大而增大。VSP大于0kW.t-1且发动机功率小于55kW时CO排放因子较高;VSP大于0kW.t-1且发动机功率小于55kW时NOx排放因子较高;随着VSP与发动机功率逐渐增大时CO2的排放因子逐渐增大。该研究成果为重型柴油汽车的排放控制提供了一定的技术参考。     

实际道路工况和法规工况下中型柴油机排放特性的对比分析

分别按照北京城市客车的实际道路驾驶循环BJCBC和重型柴油机的法规试验循环ETC,对满足国Ⅲ标准的中型柴油机及装配相同型号柴油机的整车进行排放测试,研究试验工况对柴油机NO_x和PM排放特性的影响。研究结果表明:试验工况的变化对PM粒径浓度分布、NO_x瞬时排放浓度和瞬时排放率产生明显影响,而且BJCBC的排放评价结果远远偏离ETC的排放评价结果,所以在满足认证标准工况的基础上,应按照北京市典型工况对排放控制进行优化标定。     

基于比功率与发动机功率的重型柴油车实际道路排特性

重型柴油车在实际道路上的污染物排放备受关注。利用便携式排放测试系统(PEMS)收集了重型柴油货车OBD数据和排放数据;引入重型车比功率(VSP)和发动机功率分别研究了其对柴油车排放的影响及二者间的关系。结果表明,96%以上行驶处于VSP区间[-10,10]k W·t~(-1),CO、NOx排放随VSP增大先升高后降低; CO_2排放随VSP增大而增大。CO、NO_x排放随发动机功率增大先升高后降低; CO_2排放随发动机功率增大而增大。VSP大于0且发动机功率小于55 k W时CO排放因子较高; VSP大于0且发动机功率小于55 k W时NO_x排放因子较高;随着VSP与发动机功率逐渐增大时CO_2的排放因子逐渐增大。该研究成果为重型柴油汽车的排放控制提供了一定的技术参考。     

满足非四排放标准的农用柴油机试验研究

随着非四排放法规的实施,对农用柴油机排放提出了新的要求。研究了采用EGR技术路线的某农用柴油机喷油器安装深度、EGR对发动机排放的影响以及在等NOx排放条件下喷油提前角和EGR共同作用对燃油经济性、碳烟(Soot)等的影响。通过研究发现：在非道路瞬态排放测试循环(non-road transient cycle, NRTC)下,喷油器垫片在1 mm厚度时发动机的经济性和排放最优;与发动机在低负荷工况下运行相比较,发动机在中高负荷运行时,EGR率每升高1%,发动机排气温度降低40%,NOx的排放降低3%;在保证NOx排放满足法规要求的前提下,可以适当提高EGR率和延迟喷油提前角,低负荷时发动机EGR率通常设定在7.5%～10%,喷油提前角在4°～6°,中高负荷时EGR率通常设定在10.5%～12%,喷油提前角在8°～11°;发动机排气温度在420～460℃,满足发动机排气系统要求。     

缸内直喷式汽油机燃用化学计量比混合气的试验

将一台TY1100柴油机改装为缸内直接喷射汽油机，当发动机运行在不同负荷工况下，采用不同的混和气浓度分布，实现了部分负荷采用分层燃烧以获得发动机的经济性，全负荷采用化学计量比混合气，实现了均质预混和燃烧以获得发动机的动力性．台架试验表明，燃油消耗量能降低6％，UBHC排放能降低31％，NOx排放能降低10％．     

国Ⅳ柴油公交车上海市道路NOx和超细颗粒排放

在上海市城区选定道路上开展国Ⅳ柴油公交车实际道路排放试验,研究该车实际道路行驶工况氮氧化物(NOx)及超细颗粒数量排放特征.结果表明:实际道路该车平均速度为20.59km·h-1,NOx和超细颗粒数量排放因子分别为9.33g·(km·辆)-1和5.78×1014个·(km·辆)-1;NOx排放主要集中在中高车速(35~55km·h-1)、大加速度(a0.5m·s-2)工况,超细颗粒数量排放主要集中在中高车速、大加速度工况;加速行驶模式下NOx和超细颗粒数量排放较高,不同行驶模式下粒径小于100nm的颗粒数量排放差别较大.     

15工况法中发动机运转状况的分析

在底盘测功机上，按排放法规规定的15工况对国产小货车进行了排放测试，分析了对工况法中发动机转速、输出转矩和功率的变化规律，讨论了整车各运行工况下发动机负荷的大小及其变化情况，其结果有助于改善工况法中相应发动机运转状况下的汽车排放。     

应用SCR后处理实现车用柴油机国IV排放

 选择性催化还原（SCR）技术是实现柴油机超低NOx排放最有效的后处理方法之一。本研究采用一台电喷单体泵柴油机,通过燃烧优化使PM排放满足国IV排放要求。为降低原机较高的NOx排放,采用开环控制策略开发一套电控单元控制尿素溶液喷射,通过将32.5%的尿素溶液定量喷射到排气管,提供还原剂,与柴油机排气中的NOx发生选择性还原反应,生成N2和H2O,实现降低NOx排放的目的。由于选择催化还原方法的NOx转化效率高,通常采用开环控制即能实现国IV排放。本研究通过标定实验获得发动机的原机NOx排放、排气温度、排气流量、单位尿素溶液流量的NOx降低量等脉谱,并将其写入电控单元。通过这些脉谱和当前的发动机转速、负荷信号及催化器进出口的温度信号,电控单元可计算出当前工况需要的尿素喷射量。采用该方法,在稳态和瞬态循环工况,研究了SCR后处理的NOx转化效率、氨泄漏及尿素溶液消耗量特性。结果表明,稳态循环ESC、瞬态循环ETC中,NOx平均转化效率分别达到65.2%、65.3%,氨排放小于5ppm;可溶性有机成分（SOF）,实验表明,PM减少主要是由于SOF在氧化单元中发生氧化反应;对ETC循环中尿素消耗量的分析表明,采用本研究开发的尿素溶液计量单元及配套本实验使用的发动机的柴油车,运行100km大约消耗32.5%尿素溶液2L。     

高原山区道路坡度对机动车比功率和气态排放物的影响

为研究高原环境下道路坡度对车辆比功率（Vehicle specific power ，VSP）、NOx和CO2的影响，利用车载排放测试系统对轻型柴油车进行实际道路试验。试验结果表明：忽略坡度对VSP的数值大小造成差异，引起VSP分布趋势变化。在坡度10 %范围内，含坡度与忽略坡度的VSP差值和坡度具有较强相关性。当道路坡度绝对值小于1时，可以忽略坡度计算VSP值。忽略坡度的VSP对划Bin区间造成聚集，扰乱了Bin区间与排放相关性；忽略坡度Bin区间排放值更接近于平均排放值。含坡度计算的VSP值与NOx、CO2排放速率有较好的相关性。     

电控汽油发动机故障模拟试验

在自行开发的电控汽油发动机故障模拟试验台上,完成了主要传感器的故障模拟试验,对比研究了相关故障对发动机动力性、经济性和排放等性能的影响.试验结果表明:空气流量信号丢失后,中小负荷时混合气过浓,从而使比油耗上升,HC和CO排放增加,NOx排放减小,而大负荷时,空气流量信号的有无对发动机性能影响较小;节气门位置传感器的怠速信号丢失后,发动机运转不稳;全负荷信号丢失后,满负荷时混合气没有加浓,功率下降,但比油耗略有减小,CO和HC排放降低,NOx排放升高;爆震信号丢失后,点火提前角减小,功率下降,比油耗升高,HC和NOx排放减小,CO排放基本不变;冷却液温度传感器信号丢失后,冷启动时混合气没有加浓,发动机冷启动困难.     

加装防爆组件对防爆柴油机性能的影响

矿用防爆柴油机作为无轨辅助运输车辆的动力装置有广阔的应用空间,但在进排气系统中加装防爆装置使得进排气阻力增加,发动机动力经济性恶化。对某型防爆柴油机原机与加装防爆组件分别进行台架试验得出:在防爆柴油机排气系统中增加防爆组件后,排气背压有较大幅度增加,动力性下降,燃油消耗率增加。排气系统中加装水洗箱小负荷运行时对CO、NO_x和PM排放影响不大,大负荷时三种排放均有明显增加;而加装全部防爆部件后,进排气系统阻塞严重,CO、NO_x和PM排放平均增幅分别为33.33%、15.08%、和53.23%。外特性排放测试结果表明,加装全部防爆部件后CO、NO_x和PM排放增幅较大,防爆柴油机性能严重恶化。     

深度废气再循环对二甲醚发动机性能及排放的影响

在一台两缸二甲醚发动机上开展了不同废气再循环(EGR)率下发动机的性能和排放特性研究,测量了不同工况下发动机的油耗,HC、CO和NO_x的排放.研究表明:二甲醚发动机可承受的最大EGR率接近60%,但在高负荷时,过大的EGR率会导致发动机燃油消耗率显著升高;EGR率对发动机的NO_x排放量影响很大,随着EGR率的增加,发动机的NO_x排放量大幅度下降,高负荷时下降幅度更大;EGR率增大,HC和CO排放增加,高负荷时增加的幅度更大,特别是当EGR率超过一定范围时,EGR率的增大会引起HC和CO排放的急剧增加;低负荷时,最佳EGR率应保持在30%左右,而高负荷时,应采用较小的EGR率.     

点燃式发动机碗形燃烧室的试验研究

在同１台单缸汽油机试验台上分别采用浴盆形和压缩比不同的碗形燃烧室进行了动力性能、经济性能、排放指标和燃烧过程分析的对比试验研究．结果表明，采用碗形燃烧室后，发动机的总燃烧期缩短，循环变动率下降，适合采用较高的压缩比，在排放指标大致相当的条件下动力性能改善，具有节油１０％以上的效果，有着良好的实际应用价值．     

中小排量摩托车发动机排放控制的强化

受制造成本限制,中小排量摩托车发动机很难采用三效催化转化器与闭环电控燃油喷射系统的组合进行排放的有效控制．为此,通过化油器燃油供给特性的调整及燃烧室与进排气道结构优化,采用二次空气喷射系统和催化转化器,运用曲轴箱闭式通风装置减低曲轴箱窜气污染物,将现行生产的各种化油器式中小排量摩托车排气污染物控制在GB14622—2002排放限值内,实现摩托车发动机排放控制的强化．     

甲醇含量对二甲醚发动机性能和排放的影响

通过在纯二甲醚中掺混甲醇,研究燃料成分中甲醇含量的变化对二甲醚发动机性能和排放的影响。结果表明,随着甲醇含量的增加,二甲醚发动机的燃油消耗率增大、排气温度升高,HC、CO等气体排放增加,NO_x排放减少,发动机低负荷运行时影响更为显著;当甲醇含量高于3%时,二甲醚发动机HC排放显著增大,从发动机性能和尾气排放方面综合考虑,车用二甲醚燃料成分中甲醇含量以不高于3%为宜。     

蔗糖水溶液乳化柴油对发动机性能的影响研究*

在一台双缸直喷式柴油机上,对燃烧蔗糖水溶液乳化柴油时发动机的燃油经济性和排放性进行试验。分析结果表明:在柴油机参数不做改变的情况下,与纯柴油相比,蔗糖水溶液乳化柴油的动力性有所下降,当量燃油消耗率和碳烟以及CO排放量在中高负荷工况下都有明显降低,NOx排放在各种工况下都显著降低;但HC的排放量增加。与乳化柴油相比,蔗糖水溶液乳化柴油的动力性升高,当量燃油消耗率和碳烟以及CO排放量在中低负荷时有所增加,大负荷时明显降低;NOx的排放量在中小负荷时明显减少,大负荷时略有增加,HC排放在各种工况下都显著降低。     

不同排气系统对涡轮增压柴油机性能的影响

以某增压中冷柴油机为研究对象,利用GT-POWER软件建立了该增压中冷柴油机工作过程仿真模型,并根据试验数据进行了校核计算.在上述工作的基础上,对增压柴油机的三脉冲排气系统进行了改型设计,建立了MPC排气系统和定压排气系统仿真模型,验证了模型的有效性.通过对三种排气系统的仿真及对比分析,表明MPC及定压排气系统选取合理的较小排气管径能够降低发动机油耗,减弱涡轮进口压力脉动,保证较高的涡轮效率和功率输出;发动机额定工况下,三种排气系统对发动机及涡轮性能的影响存在明显差异,三脉冲系统的发动机性能优于MPC与定压排气系统;发动机中低转速时,MPC系统使得涡轮效率较三脉冲与定压系统有所提升.      

燃料特性和工况对直喷汽油机微粒排放的影响

在一台四缸增压直喷式汽油机上研究了其微粒粒径分布特性,考察了燃料属性(T90温度、乙醇添加)、发动机运行工况参数(负荷、点火时刻等)、喷射策略(喷射时刻、2次喷射)对微粒粒径分布以及微粒数目的影响规律.研究发现:T90温度对微粒排放有显著的影响,T90温度升高,微粒排放增加;增压直喷式汽油在中等负荷下的微粒排放浓度最高,在大负荷下由于轨压升高和高温排气的氧化,最大微粒排放浓度反而减小;汽油中添加10%的乙醇可以使得微粒排放适度减少;较早的喷射时刻使得燃料蒸发时间延长,混合气更加均匀,有助于减少微粒排放;而2次喷射有助于抑制微粒排放,选择合适的第2次喷射时刻,可使其抑制效果最佳;点火时刻对微粒排放影响显著,推迟点火可以减少直喷式汽油机的微粒排放.     

低比例DME/LPG混合燃料对点燃式发动机性能和排放的影响

在发动机试验台架上初步研究了Santana 2000汽油机燃用w=-5%～15%二甲醚(DME)的DME/LPG(液化石油气)混合燃料时的性能以及排放,分析了混合燃料对汽油机性能的影响.研究结果表明:燃用低比例的DME/LPG混合燃料时,发动机的动力性达到甚至略超过燃用LPG时的水平,有效热效率和燃油经济性都有所改善;点燃式发动机燃用DME/LPG混合燃料后,发动机的CO和HC排放降低,Nox排放增加.低比例DME/LPG混合燃料在点燃式发动机中具有一定的开发潜力.     

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.