甲醇柴油双燃料对柴油机PM排放的影响.pdf

柴油和甲醇双燃料对重型柴油机减少PM 排放的影响 Peng Geng, Chunde Yao , Lijiang Wei, Junheng Liu, Quangang Wang, Wang Pan, Jianyun Wang 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津，300072 摘要 本文基于柴油/甲醇双燃料（DMDF）的燃烧，柴油氧化催化剂（DOC）以及进 气空气温度对干碳烟和PM （颗粒物）的排放的影响进行了研究。实验是在六缸 涡轮增压中冷，能够使用柴油/甲醇双燃料燃烧的改装（重型）柴油机上进行的。 加压使甲醇诱导进入带有六个喷油器的进气歧管和增压新鲜空气混合形成均匀 混合物，然后在单缸柴油机点燃。甲醇注入量的变化是根据发动机的输出功率而 变化的，而柴油量保持在不同的操作条件下保持恒定。实验结果表明，在低和中 等负荷下，在DMDF 情况下比的DOC 情况下碳烟排放明显减少，但在高负荷下略 有增加。观察到一个重要的现象就是颗粒物的质量和浓度在低和中等负荷下显著 减少，因为燃料的预混燃烧的增加和其中柴油燃料的减少，然而他们在测试发动 机运行在负荷状态时增加，因为甲醇的自燃和柴油机缸内氧气的减少。在DOC 状态下在所有的发动机负荷颗粒物的质量和数量显著减低。此外，随着甲醇喷射 压力提高，进气温度降低；并且随着进气温度的降低，在DMDF 模式下颗粒数质 量浓度降低。 关键字：增压柴油机，甲烷，碳烟排放，颗粒物，柴油催化氧化 1 引言 现代柴油机广泛用于商业运输,因为其具有良好的动力性能、热效率、燃油 经济性和耐久性。然而，由于其扩散燃烧，柴油发动机的主要排放物对呼吸系统 有害，这些对环境有严重影响的颗粒能导致人类患上疾病如肺疾病，甚至癌症， 哮喘和与之相应的血压升高并发症。因此，世界卫生组织于2012 年6 月12 日确 认柴油机的排放物为致癌物质，以及柴油机车的排放会导致大气雾霾。有关减少 颗粒物（PM）排放的技术措施有：柴油机低温燃烧，超高的燃料喷射压力，以及 [5,6] 柴油微粒过滤器。使用替代燃料降低PM 排放越来越受到关注 。使用替代燃料， 第 1 页 共 20 页 如天然气，生物柴油及醇类，不仅可以减少消费柴油燃料，又可减少污染物的排 放。在这些替代燃料之间，甲醇是一种很有前途的燃料因为它可以很容易从大量 [7,8] 可用的材料中提取，如合成煤，天然气，生物质 。甲醇的主要用途在柴油机 [9,10] 包括直接混合 和柴油/甲醇双燃料（DMDF）。DMDF 是新的燃烧方式。发动机运 转时，在柴油燃料起动和怠速时的温度条件下，冷却水在65℃以上，在发动机 运行时，均匀的空气/甲醇混合物由柴油引燃。柴油量在发动机不同工况下保持 不变，但甲醇的喷入量随发动机的功率输出的需求而变化。DMDF 容易用在柴油 车，特别是，它很受欢迎不仅因为它降低了燃料成本而且提高了发动机的功率。 以往的研究表明DMDF 方案可以显著减少NOx 和PM 排放，但是CO 和HC 的排放增 加。 然而，所有以前有关柴油/甲醇双燃料（DMDF）的研究只限于自然吸气柴油 [17,18] 发动 。由于涡轮增压中冷柴油机，广泛用于高清车辆，尤其是城市的公共汽 车，一些研究人员还注意到，近几年高清车辆发动机使用DMDF 的情况。但那些 以前的研究主要集中在以下几个方面，第一是替代率是相当低的，通常最大只有 30%；第二是柴油氧化催化剂（DOC）对柴油机运行在DMDF 模式下的NOx 和碳烟 排放的影响，，以及对水溶性有机馏分颗粒在一个柴油发动机的模式的减少（SOF） [20] 的影响 ；第三种是进气温度在DMDF 模式下对颗粒物质量浓度和数量浓度的影 响。 本文的另一个目的是研究和评估DOC 对DS（干碳烟和颗粒物）排放的影响， 和在DMDF 模式下颗粒质量和数量浓度。同时，由于进气温度随甲醇喷射而降低， 进气温度对颗粒数量和质量浓度和粒径分布的影响也在实验研究