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。     

废气再循环对柴油机颗粒结构特征与氧化活性的影响

为探究废气再循环（EGR）对柴油机颗粒结构特征与氧化活性的影响规律，采集了不同废气质量分数的F-T柴油、生物柴油和柴油3种燃料的燃烧颗粒，运用粒径谱仪（EEPS）、透射电镜（TEM）、热重分析仪（TGA）等方法，探究了颗粒物的结构特征与氧化活性。结果显示，随着废气质量分数的增加，颗粒物平均粒径、分形维数D_f、基本粒子的层面间距d和微晶曲率T_f升高，微晶尺寸L_a、氧化特征温度和表观活化能E_a降低，颗粒物结构更加紧凑，团聚程度增加，碳层有序性减弱，颗粒稳定性变差，氧化活性增强，表明采用EGR技术可降低颗粒捕集器（DPF）的再生温度。废气质量分数相同时，柴油产生的颗粒物平均粒径最大，比F-T柴油升高了3.3%～7.1%;燃用生物柴油的颗粒物基本粒子碳层排列更加无序，氧化反应活性较强；当颗粒基本粒子具有更宽的d、更短的L_a和更大的T_f时，颗粒氧化活性更强。     

Fischer-TroPsch柴油与正丁醇混合燃料的非常规排放特性

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(CO_2)、一氧化二氮(N_2O)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、CO_2和N_2O四种非常规排放,甲醇排放略有升高未超过3.11×10~(-6)(ppm),随着正丁醇掺混比例的增加甲醛、1,3-丁二烯、CO_2、N_2O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。     

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。     

正戊醇/F-T柴油混合燃料排放与颗粒特性研究

为了研究正戊醇/Fischer-Tropsch(简称F-T)柴油混合燃料对柴油机性能的影响,在186FA单缸风冷柴油机上分别燃用0#柴油、F-T柴油及在F-T柴油中添加体积比分别为5%、10%和20%的三种正戊醇/F-T柴油混合燃料PE5、PE10和PE20,分析其燃油经济性、常规排放气体和碳烟颗粒石墨化程度。结果表明:(1)与0#柴油相比,燃用F-T柴油后有效燃油消耗率与CO、HC、NO_X和碳烟排放均降低。3 600 r/min、10%负荷时,油耗降低3.6%;额定工况(3 600 r/min,100%负荷)时,CO、HC、NO_X和碳烟的排放降幅分别为48.1%、76.9%、33.0%和27.3%。(2)与F-T柴油相比,正戊醇/F-T柴油混合燃料随着正戊醇掺混比的增加,有效燃油消耗率上升,3 600 r/min、10%负荷时,PE5、PE10和PE20油耗分别增加了1.2%、8.9%和16.1%;CO排放在小负荷(10%和25%负荷)时增加,增幅为37.8%~134.0%,全负荷(100%负荷)时降低,降幅为8.6%~30.2%;HC排放增加,在所有工况点,增幅为14.3%~183.3%;碳烟排放降低,在所有工况点,降幅为5.7%~45.7%;NO_X排放在所有工况点均降低,降幅为2.9%~32.4%。(3)同一工况下,五种试验燃料产生的碳烟颗粒石墨化程度由高到低依次为F-T柴油PE5PE10PE200#柴油,并且随负荷的增大各燃料颗粒石墨化程度均加强。表明正戊醇/F-T柴油混合燃料在F-T柴油的基础上,可有效降低碳烟排放,并可同时减少NO_X排放,解决了柴油机碳烟和NO_X排放之间"此起彼伏"的关系,而且油耗并无明显的增加,因此正戊醇/F-T柴油混合燃料具有一定的推广价值。     

生物柴油公交车颗粒物可溶有机组分和多环芳烃排放

以一辆国Ⅴ柴油公交车为研究对象,在重型底盘测功机上运行中国典型城市公交循环,试验研究了柴油(D100),废食用油制生物柴油-柴油体积混合比例分别为5%、10%和20%的B5、B10、B20燃油的颗粒物可溶有机物(Soluble Organic Fraction, SOF)和多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)排放特性.结果表明:国Ⅴ公交车排放的SOF组分主要集中于粒径0.1～0.5μm的细颗粒,脂肪酸以碳原子数8～18的偶数碳脂肪酸为主,烷烃组分的碳原子数为16～36,随碳原子数的增加呈双峰分布,PAHs以3环和4环PAHs为主;与柴油比较,国Ⅴ公交车燃用生物柴油的颗粒物质量、脂肪酸、烷烃、PAHs排放因子降低,颗粒物中SOF比例增大,3环PAHs减少,PAHs等效毒性与柴油基本相当.     

发动机燃用煤合成柴油的试验

通过在单缸直喷式柴油机上进行燃用F-T(Fischer-Tropsch)柴油和0号柴油的对比试验,分析了发动机燃用F-T柴油和0号柴油的燃烧特性和排放特性.与燃用0号柴油相比,燃用含50%F-T柴油、75%F-T柴油的混合燃料及纯F-T柴油时的有效热效率、经济性和排放特性都有显著改善,其中有效热效率分别提高4.92%、5.22%和6.38%;燃油消耗率分别降低2.15%、2.61%和2.87%;NOx排放量平均分别降低78.2%、85.6%和90.1%;CO排放量分别平均降低91%、93.7%和96.5%;CO2排放量分别平均降低77.6%、82.3%和87.5%;纯F-T柴油的排气温度比燃用0号柴油平均降低3.5%.试验结果表明,F-T柴油是柴油机良好的清洁代用燃料.     

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%。     

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。     

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。     

煤基混合燃料对发动机燃烧及振动特性的影响

以Fischer-Tropsch(F-T)柴油为基础油,配以10%体积比的甲醇、丁醇混合燃料,在4100QBZL增压中冷柴油机上进行试验,就煤基混合燃料对柴油机的燃烧过程及振动特性的影响进行研究。研究表明:柴油机燃用F-T柴油、甲醇/F-T及丁醇/F-T燃料时,比0#柴油滞燃期缩短,燃烧始点提前,放热率曲线的第一个峰值点低,同时相位提前,第二个峰值点与0#柴油基本相当,混合燃料燃烧、放热更加柔和;混合燃料的压力升高率曲线的峰值明显低于0#柴油,工作更加柔和;燃用混合燃料时,因燃烧引起的柴油机气缸盖振动明显小于燃用0#柴油,但是燃用混合燃料时对气缸盖的冲击作用高于0#柴油。     

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。     

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.     

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。     

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。     

生物柴油掺混比对发动机燃烧及颗粒物组分的影响

为了研究生物柴油对柴油机燃烧及颗粒物组分的影响,在一台四缸车用共轨柴油机上进行发动机燃用调合生物柴油的性能试验,利用燃烧分析仪分析生物柴油对发动机燃烧过程的影响,利用热重分析仪(TGA)研究颗粒物氧化特性,利用气相色谱/质谱联用仪(GC-MS)研究生物柴油对颗粒物SOF组分的影响。结果表明:随着生物柴油掺混比例的增加,发动机最大爆发压力增大,缸压曲线前移,预混燃烧放热率峰值减小,峰值对应的曲轴转角提前,B20放热率峰值对应的曲轴转角比B0提前2.8°CA,峰值减小19%。随着生物柴油掺混比例增加,颗粒物中H2O和可溶性有机物(SOF)的质量分数增加,碳烟(Soot)和无机盐的质量分数减小,并且颗粒物中SOF的组分酯类及酸类物质增加,烷烃类、芳香烃及酚类物质相应地减少。B0排放颗粒物中SOF的碳原子数主要在C12~C24之间,B20排放颗粒物中SOF碳原子数分布范围较为集中,主要在C15~C22之间。     

二元煤基燃料柴油机的NO_X和颗粒物排放研究

通过发动机台架试验研究了F-T柴油引燃甲醇在柴油机上的NOX和颗粒物(Particulate matter,PM)排放以及二者之间的平衡问题。结果表明:柴油机燃用二元煤基燃料较F-T柴油NOX和PM排放最高降低45.8%和41.2%;0.30 MPa和0.60 MPa,1 600 r/min时,NOX排放较低;PM排放在2 000 r/min下最低,在1 200 r/min下最高;0.45 MPa,1 200 r/min和2 000r/min时,供油时刻为20°CA BTDC附近可以得到较低的PM排放和较低NOX排放,而在1 600 r/min下二者出现tread-off关系。F-T柴油引燃甲醇在柴油机上可以同时有效降低NOX和PM排放。     

新型代用燃料的燃烧和排放特性分析

为了探究新型替代燃料生物柴油与F-T柴油的燃烧和排放性能,在增压中冷柴油机上进行了试验,并与0#柴油进行了对比。结果表明,在动力性方面：对比于0#柴油,F-T柴油和生物柴油的动力性能有所降低,但影响不大;在经济性方面：F-T柴油与0#柴油相差不大,而生物柴油燃油消耗率有所增加,经济性能略有降低;在排放特性方面,生物柴油与F-T柴油的NOx排放分别下降了5.4%和17%,碳烟排放平均下降了53.5%和12.7%,CO排放平均下降幅度分别为32.3%和30.1%;在燃烧特性方面：生物柴油和F-T柴油的累计放热百分比与柴油相当,同时缸内压力峰值明显低于0#柴油,且燃烧始点有所提前,说明发动机燃用0#柴油和F-T柴油可以显著降低柴油机工作粗暴的特性,从而减少发动机的振动和噪声。 关键词：柴油机、生物柴油、F-T柴油、燃烧、排放     

F-T柴油与生物柴油混合燃料的特性研究

针对目前柴油机替代燃料多为单一项,且替代燃料性能各有特点的状况,将F-T柴油和生物柴油掺混燃烧,通过试验研究,分析了0#柴油与3种混合柴油(B20F,B50F,B100)在2 400r/min不同负荷下的燃烧特性。结果表明,混合燃料随着生物柴油添加比例的增加,滞燃期变长,燃烧压力峰值、压力峰值相位、压力升高率峰值及放热率峰值均逐渐增大,但均比0#柴油低;且随着负荷的增加,燃烧压力、压力升高率和瞬时放热峰值均先增后减;混合燃料的碳烟排放明显降低,B50F和B80F的NOx排放与0#柴油接近,B20F的NOx排放比0#柴油降低了2.1%~16.7%。B20F是一个较好的混合比例,是一种较好的替代燃料。     

柴油机燃用0#柴油、F-T柴油、生物柴油的燃烧和排放差异分析

为了探究新型替代燃料生物柴油与F-T柴油的燃烧和排放性能,在增压中冷柴油机上进行了试验,并与0#柴油进行了对比。结果表明,在动力性方面,对比于0#柴油,F-T柴油和生物柴油的动力性能有所降低,但影响不大。在经济性方面,F-T柴油与0#柴油相差不大,而生物柴油燃油消耗率有所增加,经济性能略有降低。在排放特性方面,生物柴油与F-T柴油的NOx排放分别下降了5.4%和17%,碳烟排放平均下降了53.5%和12.7%,CO排放平均下降幅度分别为32.3%和30.1%。在燃烧特性方面,生物柴油和F-T柴油的累计放热百分比与柴油相当;同时缸内压力峰值明显低于0#柴油,且燃烧始点有所提前,说明发动机燃用生物柴油和F-T柴油可以显著降低柴油机工作粗暴的特性,从而减少发动机的振动和噪声。