直喷式柴油机排放微粒尺寸分布特性

在一台单缸柴油机上用SMPS微粒测量装置测量了不同运转条件(如转速、负荷变动、怠速运行、燃油喷射定时等)下柴油机排放微粒尺寸与浓度分布,分析了柴油机微粒排放尺寸分布和数量浓度的特征及其主要影响因素．结果表明,发动机负荷变化对微粒排放的影响较大,在各种负荷下大部分排放微粒都是碳核模式的超细或纳米尺寸微粒,而质量上以累积模式颗粒占主要部分,发动机冷机起动和怠速运行时产生的大部分排放微粒是碳核模式粒子,喷油提前角对排放微粒浓度和尺寸分布有显著影响．

农业机械用柴油机排放微粒控制研究

随着国家对非道路车用柴油机排气污染物排放强制性标准的颁布,控制农业机械柴油机尾气排放已成为刻不容缓的紧迫任务。结合农业机械配套柴油机在使用过程中排气微粒的生成机理以及对环境的危害,深入探讨了控制柴油机微粒排放的处理方法,从机内净化技术、尾气后处理方法以及改善燃油品质、采用代用燃料等方面对微粒的排放控制进行了系统的探讨和研究,给出了柴油机微粒控制的基本技术路线和未来发展趋势。

GDI与PFI汽油车微粒排放特性的试验研究

对3辆缸内直喷(GDI)汽车和1辆进气道燃油喷射(PFI)汽车进行了试验研究,在NEDC循环上采用PMP方法测量微粒质量排放和微粒数量排放,用DMS500型快速微粒分析仪测量微粒瞬态数量排放和粒径分布。结果表明:4辆试验车的微粒质量排放均达到欧Ⅵ法规要求,但GDI汽车的微粒排放远超出法规限值;GDI汽车和PFI汽车在冷起动暖机阶段均有大量微粒生成,GDI汽车在暖机后的瞬态工况会有明显的微粒排放;GDI汽车核态微粒峰值粒径约为18nm,而作为数量排放主要形态的积聚态峰值粒径约为80nm;PFI汽车的积聚态峰值粒径约为60nm,而作为其数量排放主要形态的核态微粒峰值粒径约为12nm。

点火时刻对怠速工况缸内直喷汽油机微粒排放特性的影响

为研究缸内直喷(GDI)汽油机典型工况、怠速工况时的微粒排放特性,在一台4G15缸内直喷汽油机上,通过控制冷却液温度为(80±1)℃、喷油时刻为上止点前310°、过量空气系数为1,研究了点火时刻对缸内直喷汽油机怠速工况微粒粒径分布特性的影响。结果表明:微粒数量浓度和表面积浓度随着点火时刻的提前而增加;微粒数量浓度随粒径分布呈单峰状态,核模态微粒数量浓度粒径分布峰值很小且不明显,积聚模态微粒数量浓度明显高于核模态微粒数量浓度;微粒的体积浓度随点火时刻的提前而增大,核模态微粒体积浓度占总体积浓度的比例随点火时刻的提前而减小。

车用直喷柴油机排气微粒的排放规律

在直喷式车用柴油机的各种稳态工况下测量了排气微粒、微粒的不可溶组份和微粒的可溶组份的排放规律。试验结果表明，微粒的可溶组份主要产生于中、小负荷。微粒的不可溶组份峰值在大负荷，随空燃比减小而增加。

进气富氧对直喷柴油机微粒排放粒径分布的影响

在一台增压中冷四冲程柴油机上进行进气富氧燃烧台架实验,用氧气流量阀和氧传感器控制进气氧浓度,用DMS500粒径分析仪检测排气粒径分布特性,研究进气富氧燃烧对柴油机排气微粒特性的影响.在稳态工况下,研究了进气氧体积分数分别为21%、22%、23%和24%时柴油机微粒排放质量浓度粒径分布、数量浓度粒径分布、几何平均直径、表面积浓度和体积浓度分布.实验结果表明:在固定工况下,随着进气氧浓度增加,积聚态微粒数量和质量浓度峰值明显降低,核态微粒数量浓度逐渐增加;微粒几何平均直径减小,小粒径微粒数量增多;微粒表面积浓度和体积浓度也随之降低.

GDI发动机燃用甲醇及甲醇/汽油混合燃料的微粒排放特性研究

在缸内直喷汽油机上进行了燃用纯甲醇和甲醇/汽油混合燃料的微粒排放特性研究,分析了点火定时、喷油定时和过量空气系数对微粒排放的影响规律。试验结果表明:在选定的发动机典型常用运行工况下,燃用纯甲醇燃料(M100)时,缸内直喷汽油机几乎不产生微粒排放;燃用甲醇/汽油混合燃料时(M20或M25),排气微粒数浓度主要集中在核态微粒区域,微粒质量浓度主要集中在积聚态微粒区域,其中M25燃料的微粒排放性要优于M20燃料;随着点火定时的提前,排气微粒数浓度和质量浓度均有所升高;随着喷油定时的提前,排气微粒数浓度降低,微粒质量浓度升高。

LPG与汽油燃料微粒排放的时效特性研究

介绍了应用液化石油气(LPG)和汽油燃料时,微粒排放时效特性的对比研究。试验在一台四冲程、水冷125mL、点燃式单缸电喷发动机上进行。试验结果表明:对于两种燃料,随着沉降时间的增加,微粒排放的粒数不但大幅度下降,其粒度分布规律也发生了明显的变化;LPG和汽油燃料排出的小粒径部分微粒在空气中存在时间短,在排出后15min左右即可大部分挥发或凝聚形成大粒径粒子,而挥发消失的颗粒物比率LPG大于汽油;80%以上的大粒径部分(≥0 237um)粒子是在沉降过程中形成的;在测试条件下,汽油燃料微粒排放的大粒径部分粒子比LPG燃料容易沉降或挥发,随着沉降时间的延长,LPG与汽油微粒排放物的粒度分布特性趋于同一水平。

车用直喷柴油机瞬态工况控制及微粒排放测量

研制了一种在发动机台架上进行柴油机瞬态工况控制及排气微粒测量的测试系统 .该系统主要由普通电涡流测功机、简单电控系统、A/D采集板和微粒稀释取样袋等组成 .此系统可实现柴油机一些基本瞬态工况的控制。

车用直喷式柴油机微粒排放与排气烟度、碳氢化合物排放的关系

本文针对自然吸气式车用直喷柴油机６１１０的微粒排放与排气烟度、碳氢化合物的关系进行了试验研究。结果表明，柴油机的微粒排放可按简单的经验关系式根据排气烟度和碳氢化合物排放计算，算出的值和直接通过稀释排气并用滤纸采样法测得的值吻合较好。本算式可用于确定６１１０及类似柴油机按ＥＣＥＲ４９十三工况的微粒加权比排放量，而不必用复杂的微粒测量系统。

压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料瞬变工况下燃烧及微粒排放特性分析

针对压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料稳态及瞬态工况下的燃烧及微粒排放粒度分布特征进行了试验研究,分析了汽油掺入比例及EGR对发动机稳态及不同瞬变率的恒转速增转矩瞬变工况超细微粒数量排放的影响规律.结果表明：在大负荷工况下采用高汽油掺入比例的汽油/柴油混合燃料能够在不引起NOx显著增加的前提下进一步降低排气烟度,有助于拓展预混合燃烧过程负荷工况范围;但较高汽油掺入比例易导致油气过度混合,对HC及CO排放有不利影响,尤其会导致小负荷工况下CO排放显著增加.综合考虑不同负荷工况下运行情况,认为汽油掺入比例在40%,～50%,左右较为适宜.燃用汽油/柴油混合燃料时排气颗粒物更趋于细化,其微粒几何平均粒径较柴油明显降低.瞬变工况增负荷过程中,各模态微粒数量浓度均有所升高,随汽油掺入比例增大积聚态微粒数量增加程度变缓,当汽油掺入比例达到50%,时,在高瞬变率工况时积聚态微粒数量无明显增加.高比例EGR条件下,瞬变过程中积聚态微粒数量浓度在增负荷初期便急剧增加,燃用汽油/柴油混合燃料有利于缓解瞬态工况积聚态微粒数量急剧增加的程度.

GTL添加比例对高压共轨柴油机微粒排放粒度分布的影响

针对高压共轨增压中冷柴油机燃用不同添加比例的GTL/柴油混合燃料微粒排放进行了试验研究,分析了天然气合成油(GTL)添加比例对柴油机稳态工况及不同瞬变率的恒转速增转矩瞬态工况微粒排放粒度分布的影响规律,揭示了稳态及瞬态工况微粒排放粒度分布的差异.结果表明,对于不同GTL添加比例的混合燃料、最大转矩对应转速(1,600,r/min)下,微粒数量浓度分布曲线均呈单峰结构,峰值粒径位于50～100,nm.与燃用石化柴油相比,对稳态工况、在中小负荷时燃用适当GTL添加比例的混合燃料能够降低总微粒及核态微粒数量浓度,随GTL添加比例增大则总微粒及核态微粒数量增加;在大负荷工况下,燃用GTL/柴油混合燃料时总微粒及核态微粒数量浓度降低效果不明显,积聚态微粒数量浓度则随GTL添加比例增大而增加.等空燃比瞬态工况下不同模态微粒数量浓度均高于对应稳态工况,但随GTL添加比例的增加,有助于降低瞬态工况总微粒及核态微粒排放数量.

柴油/甲醇组合燃烧发动机的微粒排放及催化转化特性

在一台改造的自然吸气高速柴油机稳态工况下,试验分析了柴油/甲醇组合燃烧模式对发动机的燃烧特性、烟度、微粒(PM)质量排放、微粒中可溶性有机物(SOF)、微粒的数量浓度和尺寸分布的影响。同时,对微粒的氧化行为进行了观察。结果表明,柴油甲醇组合燃烧使得发动机烟度、微粒质量和数量排放大幅降低但是增加微粒中SOF的比例。经过催化转化后,烟度、微粒的质量排放和数量排放量进一步降低,微粒中SOF的比例亦降低,微粒的几何平均直径(GMD)略有所增加。

车用直喷柴油机变工况下的微粒排放特性

采用自行设计的柴油机微粒袋式取样系统，对６１１０型柴油机变工况下微粒排放做了研究。结果表明，在恒转速增扭矩变工况过程中，随着扭矩变化率的增大发动机的微粒排放量逐渐增加，并且发动机转速越低扭矩变化率对微粒排放量的影响越大。扭矩变化率对不可溶组份的影响不明显，微粒排放增加的主要因素是可溶性有机组份的增加。在恒转速减扭矩的变工况过程中，随着扭矩变化率的增大微粒排放量逐渐减小。

二级增压对重型高压共轨柴油机燃烧及微粒排放特性的影响

针对某电控高压共轨重型柴油机匹配二级增压系统后的燃烧、排放及微粒粒度分布特征进行了试验研究，分析了二级增压系统对柴油机性能、燃烧及微粒排放的影响规律。研究结果表明：重型高压共轨柴油机微粒更趋于超细化，核态微粒数量浓度峰值在8～15nm，绝大多．数微粒粒径〈200nm；中高负荷工况下核态微粒比例达93％以上。匹配二级增压系统后，进气量和空燃比明显增大，缸内最高燃烧压力及放热率峰值升高，消光烟度及微粒排放大幅度降低；13工况微粒加权平均比排放量比单级增压减少了75．6％；低负荷工况下核态微粒数量及其所占比例高于单级增压，积聚态微粒数量有所降低；中高负荷工况下50nm以下的核态微粒数量及其所占比例降低，且微粒总数及积聚态微粒数量减少，核态微粒平均粒径增大。

进气涡流对车用直喷式柴油机瞬态工况下微粒排放的影响

用自行设计的喷气式可变涡流进气系统 ( AIVSIS)调节气缸内的涡流水平 ,试验研究了进气涡流对车用直喷式柴油机恒转速增转矩瞬态工况下微粒排放的影响。结果表明 ,对于一定涡流比的瞬态工况 ,随着转矩变化率的增大 ,柴油机的微粒排放量逐渐增加。涡流比越小 ,瞬态工况微粒的排放随转矩变化率增大的速率越高。相同转矩增长率的瞬态工况 ,随着涡流比的增大 ,柴油机微粒的排放量逐渐降低。提高恒转速增转矩瞬态工况气缸内的涡流强度 。

氧化催化转化器对降低柴油机微粒排放的影响

试验研究了3种替代贵金属催化剂的氧化催化转化器对柴油机微粒排放的影响。同时研究了催化转化器的净化效率、低温起燃性以及高温时抑制生成硫酸盐颗粒的能力。试验证明:V-Mn-Cs/-γAl2O3/堇青石蜂窝陶瓷(CC)催化转化器具有良好的净化效率,可以替代贵金属催化器;V-Mn-Cs/-γAl2O3/CC催化转化器具有很好的低温起燃性和高温抑制生成硫酸盐颗粒的能力;对该催化转化器进行了30 h的效率考察试验,其净化效率保持在较高水平。

空燃比对直喷汽油机微粒排放特性的影响

以直喷汽油机为对象建立试验台架及试验测控系统,以研究空燃比对缸内燃烧和微粒排放粒度分布的影响规律。结果表明,在进气过程中喷油均质燃烧模式情况下,不同空燃比对应的微粒排放大部分在50nm以下;随着空燃比的增加,微粒粒径分布曲线形状由核模态、积聚模态双峰分布向核模态、初始颗粒的双峰分布渐变,最终变为核模态的单峰分布,且总微粒数量浓度降低。

车用直喷柴油机加速工况下进气、供油及微粒排放的动态响应

采用自行设计的瞬态工况控制及测量系统 ,研究车用柴油机恒转矩递增转速工况下进气、供油及微粒排放的动态响应 .结果表明 ,对于恒转矩递增转速瞬态工况过程 ,存在进气响应滞后和燃油流量超调的现象 .随着转速增加率的提高 。

车用直喷柴油机递增负荷工况下的微粒排放特性

采用自行设计的柴油机微粒袋式取样系统对车用柴油机恒转速、增转矩工况下的微粒排放进行了研究。试验结果表明:在恒转速增转矩瞬态工况下,随着转矩增加率的增大,微粒及其不可溶成分和可溶性有机成分排放量均增加;高转速时转矩增加率对微粒排放的影响稍大。不可溶成分的增加是微粒排放量增大的主要原因,但转速较低时可溶性有机成分的增加也不容忽视。冷却介质温度较低时微粒排放量增大。