发动机燃用生物柴油的核态颗粒排放

以一台电控高压共轨柴油机为样机,使用排气颗粒数量及粒径分析仪EEPS,研究了发动机燃用生物柴油的核态颗粒排放特性。所用燃油为纯柴油、生物柴油掺混配比分别为5%、10%和20%的B5、B10和B20燃料。结果表明:发动机排气颗粒数量随粒径变化呈现明显的单峰或双峰对数分布形态,核态颗粒的峰值粒径在6 nm至10 nm之间。生物柴油配比上升,增加了该机核态颗粒的峰值数量浓度,颗粒总数量浓度大都呈持续上升趋势,其中核态颗粒数量增加占有主导因素;在低负荷燃用低配比生物柴油燃料时,B10燃油的颗粒总数量浓度最低。

燃烧火焰中核态碳烟颗粒粒度分布的在线检测研究

采用非侵入式无干扰针孔采样器与扫描型运动颗粒粒度分级仪(scanning mobility particle sizer,SMPS)相连接的方法,对乙烯/空气反扩散火焰中初始成核碳烟颗粒的粒度分布进行了在线检测。首先确定了SMPS的实时在线检测的实验研究过程,然后分析并讨论了碳烟采样稀释系统的稀释率计算方法。初步检测结果表明,在火焰底部粒径为3 nm的核态碳烟颗粒的数量大约在1012个/cm3以上,随着测量点位置增高,核态碳烟颗粒的数量减少,且粒径增大,碳烟粒度分布曲线逐渐向右移动,说明在火焰底部核态碳烟颗粒处于生长长大的状态。初始成核颗粒由于异相凝结和表面沉积而长大,同时伴随着核态碳烟颗粒之间较为剧烈的颗粒凝并和聚结现象。

重型柴油机起动工况的颗粒数量排放特性

以一台采用电控高压共轨的重型柴油机为样机,分别研究柴油机在冷机起动工况（冷却水温度为24,℃）和热机起动工况（冷却水温度为80,℃）的颗粒排放特性.结果表明：冷机起动工况下,颗粒数量的粒径分布呈单峰形态,核态颗粒的数量峰值粒径在20~30,nm之间;热机起动工况下,颗粒数量的粒径分布呈双峰形态,核态颗粒和聚集态颗粒的数量峰值粒径分别在15,nm和130,nm附近.颗粒的粒径小于100,nm时,冷机起动的颗粒数量要远大于热机起动.不论是冷机起动还是热机起动工况,瞬时颗粒数量均先上升、后下降并最后趋于相对稳定.前期起动阶段的瞬时颗粒数量均高于怠速稳定阶段;冷机起动工况下,瞬时核态颗粒和聚集态颗粒的数量大都明显高于热机起动工况.前期起动阶段、怠速稳定阶段和整个起动工况的累计核态颗粒数量,在总颗粒数量中都占有绝对支配地位.

国-Ⅲ柴油机生物柴油颗粒排放特性研究

以柴油机颗粒物粒径分布特性为研究重点,在国-Ⅲ高压共轨柴油机上针对不同混合比的生物柴油与柴油混合燃料的颗粒物排放特性进行了研究。试验结果表明,共轨柴油机的颗粒物数量排放一般为双态分布(核态和聚集态),基本以50 nm为分界线。随着负荷的增加,颗粒粒径分布由单态分布转化为双态分布。这是由于排气中的SO2被催化器氧化为SO3后,进一步形成了微小的硫酸颗粒。在2000 r/min的高低负荷,生物柴油混合燃料的颗粒粒径分布存在明显的不同。试验结果表明,燃料硫含量对柴油机核态颗粒的形成具有直接的影响。而生物柴油混合燃料内部含氧,可明显降低聚集态颗粒排放数量。聚集态计算颗粒质量可有效反映含氧燃料对碳烟的氧化作用,也间接表明了柴油机聚集态颗粒以碳烟为主。

基于PLS的喷油参数对共轨柴油机颗粒物排放特性影响研究

基于偏最小二乘法(partial least-squares regression,PLS)对影响高压共轨柴油机颗粒物排放特性的多次喷油参数进行了回归分析,研究了轨压、主喷正时和预(后)喷间隔、预(后)喷油量各喷油参数对柴油机颗粒物数量浓度、核态颗粒物数量浓度比例和颗粒物粒径分布形态等颗粒物排放特性的影响力度、影响方式和解释能力。研究结果表明:主喷正时、轨压、预(后)喷油量、预(后)喷油间隔均会对共轨柴油机的颗粒物排放特性产生不同显著水平的影响。主喷正时提前能够降低颗粒物数量浓度,低转速时主喷正时提前会提高核态颗粒物比例,中高转速反之;提高轨压会使得颗粒物数量下降,核态颗粒物数量比例上升;提高预喷、后喷油量会导致颗粒物数量浓度上升,核态颗粒物数量比例下降。各喷油参数使得核态颗粒物的比例上升在颗粒物粒径分布图中的表现为小粒径峰值与大粒径峰值之间的差变小,分布曲线由双峰分布更趋向于单峰分布。

连续再生颗粒捕集器对燃用生物柴油的柴油机颗粒物以及多环芳香烃的影响研究

为探究降低柴油机微粒及多环芳香烃的有效排放控制措施,在一台燃用生物柴油的增压多缸柴油机上应用连续再生微粒捕集器系统,研究了柴油机燃用生物柴油及采用连续再生微粒捕集器系统后对柴油机微粒和多环芳香烃排放的影响。研究结果显示:柴油机微粒排放呈现核态与聚集态形式并且粒子粒径呈现多峰值化特征,燃用生物柴油对核态微粒粒径浓度影响不大,而聚集态微粒排放则有着较为明显的下降趋势,采用连续再生颗粒捕集器后最大下降幅度达到94.6%。柴油机微粒排放中核态粒子浓度占60%以上,燃用生物柴油后该值进一步提升,在试验工况下最大可达到95%。连续可再生微粒捕集器对聚集态粒子捕集效率高,最高可达到96%,试验用柴油机使用生物柴油后,由于核态颗粒数量浓度的提升致使捕集器系统效率有所下降。燃用生物柴油可有效降低绝大部分的多环芳香烃的排放,但测试结果显示:和苯芘蒽排放不降反升,与连续可再生微粒捕集器系统结合,能让菲、芘、苯芘等6种物质排放下降幅度更大。

重型柴油机颗粒物分布规律的试验研究

为了同时控制车用重型柴油机的颗粒物排放质量和数目,该文对稳态工况及瞬态工况下柴油机排放颗粒物分布规律进行了试验研究。试验结果表明:在稳态工况下,随着负荷的增加或者转速的提高,积聚态及核态颗粒物数目浓度、中位直径(count median diameter,CMD)、表面积和质量均呈现增大趋势,且峰值向大粒径方向偏移。在本研究中,稳态工况全工况总颗粒物数目浓度为1.5×10~6~4.5×10~6个/cm^3,积聚态颗粒物数目浓度为2×10~6~1×10~7个/cm^3,而核态颗粒物数目浓度为1×10~7~3×10~7个/cm^3,在总颗粒物数目浓度中占比为65%~96%。全工况当量比均小于0.7,在中低转速,当量比对颗粒物分布影响较为明显,在高转速尤其是大负荷条件下,当量比的影响减弱。在瞬态工况下,颗粒物数目浓度出现了与颗粒物质量类似的排放尖峰现象,浓度峰值达到2×108~7×108个/cm^3,比其对应的稳态工况出现的浓度峰值高出1个数量级。而且排放尖峰现象中,积聚态颗粒物数目浓度占主要部分,其峰值浓度比稳态工况要高出2个数量级,此时排放尖峰现象中核态颗粒物数目浓度也出现明显增长。排放尖峰现象对应的粒径主要集中在积聚态颗粒物的50~200 nm范围和核态颗粒物的6~8 nm及20~50 nm范围。这主要是因为当量比在瞬态过程出现了超过临界当量比0.8的情况。研究结果对重型柴油机颗粒物排放控制以及生成机理有重要指导意义,并可为排放后处理器的匹配计算提供数据支持。