導航：安全管理網>> 安全論文>> 機械安全論文>>正文

生物燃料對直噴式汽油機PM排放影響的探討

文檔作者：林錚文檔來源：福建信息職業技術學院		點擊數：	更新時間： 2024年07月25日
下載地址：點擊這里	文件大?。?1021.82 KB 共2頁	文檔格式： PDF	下載點數： 1 點（VIP免費）

全屏查看

內容預覽 [文件共2頁]

本文件共2頁，如需編輯使用，請下載。

注：預覽效果可能會出現部分文字亂碼（如口口口）、內容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大?。?021.82 KB 共2頁文件格式：PDF 下載點數：1 點（VIP會員免費）

下一篇：鉆井設備機械故障分析及處理對策

上一篇： V型濾池自控系統設備故障分析及處理措施

文本預覽

僅提取頁面文字內容，供快速閱讀使用。

生物燃料對亙噙善炙、汔歲厶油糾■機PM排敢影響曲筷討
林錚
(福建信息職業技術學院福建福州350003)
摘要使用生物燃料對直噴式汽油機的排放，特別是顆粒物(PM)排放影響進行探討。與使用汽油相比，在直噴式汽油機
內使用2一甲基呋喃(MF)和二甲基呋喃(DMF)生物燃料燃燒表現出更好的抗爆震性能和更快的燃燒速度，產生更低的HC和
PM的排放量。與使用乙醇相比，在直嘖式汽油機內使用DMF和MF生物燃料具有很低的燃料消耗。然而，由于燃燒溫度更高，
DMF和MF的NOx排放明顯高于汽油作為燃料。
關鍵詞生物燃料直噴式汽油機PM排放
中圖分類號：TK41 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2015)06—014—02
1概述
交通運輸業面f臨著可再生能源供應和清潔運輸的雙重
挑戰。石油燃料是幾十年來運輸的主要能源，但是這種狀況
不能永遠持續下去。由于環保意識的增強，世界各地的監管
機構對汽車和汽油行業施加越來越大的壓力．以減少廢氣排
放。提高燃油經濟性。一些研究認為．電動汽車將是最終的解
決方案．但是先進的電池技術和電池的處理問題可能需要幾
十年才能得到充分解決。相關的基礎設施建設(如充電樁)成
為電動汽車快速發展的障礙。有一些中期的解決方案．如氫
燃料電池和混合動力車。對于氫燃料電池的解決方案．還有
技術問題，如氫氣生產、運輸和儲存還有待于探討和研究。
在火花點火發動機中有許多技術可用于改善燃油經濟
性和減少排放。這些技術包括在氣缸的方法。如直接噴射、4，
2沖程發動機模式開關、渦輪增壓、可變氣門升程和氣門正
時，并使用燃燒分層燃燒；發動機的方法，如高效率的催化轉
換器和粒子捕捉。
也有人認為．生物燃料是解決方案的一部分。生物乙醇
被混合到汽油。由于其可再生性，高抗爆震能力，使碳氫化合
物(HC)和顆粒物(PM)的排放量較低。然而，生物乙醇有一
定的缺點：燃料經濟性較低。易溶于水，生產成本高。1個優
越的替代生物乙醇燃料的尋找是能源發展的關鍵。2007年
改進的2一甲基呋喃(MF)和二甲基呋喃(DMF)的生產方法
是以果糖為原料．生產的MF和DMF是可再生生物燃料．
DMF和MF被廣泛用作汽油的替代品．其對發動機性能和
排放的影響需要評估。
2直噴式汽油發動機
車輛采用直噴式汽油發動機(GDI)以提高燃油經濟性
和減少二氧化碳排放．在上世紀90年代末已進入汽車市場。
GDI是利用高壓(5-15MPa)將燃油直接噴入氣缸，其數量和
時間由1個電子控制單元(ECU)精確控制。與傳統的噴嘴燃
料噴射(PFI)噴油系統相比，直接注入提供了1個更好的燃
油計量和改進的噴射霧化。三菱GDI的第1輛車在1996年
發布，大眾在2000年推出燃油分層噴射(FSI)GDI發動機。
與其它先進技術如VVT、渦輪增壓和分層稀燃技術相比。
GDI發動機在部分負荷進一步降低燃油消耗20％～25％。
3顆粒物PM排放
歐洲標準V規定．輕型商用汽油車PM的最大排放量
4．5mg／km。
(1)PM排放的危險。納米微粒很難被過濾，它們停留在
大氣中的時間很長。超細顆粒物(UFPs)直徑小于100nm，有
足夠高的表面體積比，使他們高度活躍。一些粒子含有苯并
芘，它是一種致癌物質，可能使DNA損傷和突變，導致肺、淋
巴結和膀胱癌。除了對人體健康造成傷害外，粒子在大氣中
散發，吸收太陽輻射和紅外線輻射會影響氣候。研究表明，
PM是全球變暖的原因。還有研究顯示，煙灰或煤灰降低有
效轉換效率．提高起燃溫度。
(2)煙塵形成機制。煙塵是豐富的燃料，空氣比的條件下
形成的(k<0．5)，碳氫燃料分解為短鏈不飽和烴如乙炔，然后
形成多環芳烴(PHAs)，這個過程形成煙塵聚集和凝結。
(3)不同類型發動機顆粒物PM排放。GDI發動機比等
效的PFI發動機產生更多PM排放．與GDI發動機(2-13mg／
km)相比．傳統的柴油機具有更高的發動機的PM排放(1～
40mg／km)。配備柴油顆粒過濾器能夠使傳統柴油機PM排放
下降到lmg／km。粒子數(PN)的排放也有明顯的不同；常規
柴油機(5x1013)>GDI(5×1012)>柴油微粒捕集器DPF(1×
10")。催化劑排放控制協會(AECC)提出的數據，顯示出類似
的結果．根據發動機的結構和工作條件，GDI的PM排放量
為0．8。22．11mg／km的范圍內．PN的排放為6xlOn～1．5x1013
的范圍內。不同GDI發動機的PM排放量有顯著性差異，缸
內直噴式汽油發動機的PM排放量接近于柴油發動機．煙塵
中PM含量為72％。噴霧引導GDI發動機的PM排放主要是
揮發性成分．而煙塵中PM含量為2％～29％。主要取決于發
動機工作條件。
(4)燃料組成對汽油發動機排放的影響。PM的排放量
很大程度上取決于燃料性質如芳烴含量、蒸汽壓、沸點范圍
和氧含量。燃料的沸點范圍直接決定了燃油蒸發，與PM排
放相關。異辛烷等液體燃料比丙烷等氣體燃料產生更高的
PM排放量。PM指數是用來預測汽油車顆粒物排放的．計算
過全球1445個汽油燃料分布點的PM。范圍從3．86到0．67。
據報道，相比汽油，乙醇在GDI發動機產生較少的PM排放。
作者簡介：林錚(1964～)，女，副教授，現就職于福建信息職業技術學院，從事教學工作。
萬方數據 2015．N0．6．O
乙醇混合對GDI發動機的PM排放的影響還不很清楚。然
而，有數據表明．比純汽油、低乙醇汽油有更高的PM排放
量。
(5)直噴式發動機PM排放的解決方案。GDI發動機的
PM排放量是復雜的．特別是使用各種燃料和混合燃料時。由
于嚴格的法規限制．通過發動機優化或單獨使用綠色燃料可
能滿足不了。未來柴油機系統可能將微粒捕集器(GPFS)應
用在GDI發動機。目前有許多研究集中在GPFS，為確保其
再生的耐用性和熱管理的可靠性．需深刻了解PM氧化特
性。
還有一些其他的解決方案．可用于PM減少。如使用乙
醇和天然氣。雙注入(DI+PFI)也是1個很好的解決方案。
4生物燃料MF、DMF和乙醇對直噴式汽油發動機
PM排放的影響
(1)MF對直噴發動機排放的影響。與汽油相比，MF燃
燒產生少得多的HC的排放量。由于缸內溫度高。與汽油和
乙醇相比，MF產生更高的NOx排放。MF燃燒產生的NOx，
可以通過使用廢氣循環系統(EGR)或延遲點火正時策略解
決。MF燃燒產生醛排放量顯著低于汽油、乙醇、甲醇、正丁
醇。氣相色譜、質譜檢測到癌信號產品如甲苯，苯并呋喃在
MF排氣樣品濃度很低。
(2)DMF和乙醇對直噴發動機PM排放的影響。用TGA
方法(煙塵和波動性)，研究PM組成。結果表明，PM主要在
汽油燃燒中產生，E25和DMF是揮發性物質。在8．5bar平均
有效壓力下。豐富的燃燒和延遲噴射工況下．煙塵的只占到
35％。乙醇燃燒產生的PM只有6．3％的煙塵。煙塵氧化對燃
料和發動機的負載敏感。不同于汽油．乙醇燃燒產生的煙塵．
這是很容易被氧化，只需較少的能量和較低溫。汽油燃燒產
生的碳煙氧化活化能使發動機負荷的高度敏感．而DMF燃
燒煙塵的情況則不同．
5 GDI發動機的燃料和噴射系統對PM排放的影響
燃油噴射器的噴射壓力、噴射模式的影響主要有噴霧角
的大小、液滴直徑和穿透距離。空氣，燃料在缸內直噴式發動
機的混合氣與PM排放密切相關。不同的燃料．缸內直噴發
動機的PM排放量顯著不同。與燃燒乙醇相比，汽油燃燒產
生的PM質量要高4～30倍，或25％～40％的排放。乙醇燃燒
幾乎沒有煙灰形成。大部分的顆粒排放被揮發。汽油和乙醇
的燃燒排放對噴油壓力和噴油器結垢的反應不同。汽油燃料
缸內直噴式發動機噴射系統具有重要的影響：高的噴射壓力
(150bax)和狀態良好的注人條件(無噴嘴沉積物)可產生低
的PM排放。乙醇對直噴式發動機的噴射系統則不敏感，低
噴射壓力和噴油器工作條件對PM排放幾乎沒有影響。
6對未來工作的幾點建議
(1)MF和DMF大規模使用于GDI發動機。使用在小型
發動機的MF和DMF充分利用其高辛烷值的屬性。發動機
小型化是近年來的一個熱門話題．這通常需要渦輪增壓或增
壓技術。發動機爆震和預點火是發動機小型化應用的關鍵問
題之一。MF燃料高辛烷值提供了一個很好地解決這個問題
的可能．
(2)由于缺乏標準的測試，GDI發動機PM測量明顯困
難和具有不可重復性．因此需要做更多的工作，使用規范的
測量裝置．并實現測試標準化。
GDI發動機與柴油發動機PM排放根本不同．其中大部
分的質量是波動的．TWC和HC的捕捉器對PM排放影響的
研究可能是有趣的。進一步調查燃料特性，研究蒸汽壓力、燃
料分子結構對PM排放量的影響。PM的形態和結構的研究
有助于更好地理解GDI發動機中碳煙氧化的基本原理。
(3)GDI噴油器堵塞是缸內直噴式發動機應用的一個重
要問題，噴嘴堵塞減少噴油器燃油流量，必須引起高度重視。
在某些情況下。噴涂質量導致噴射角度、液滴直徑和穿透距
離的變化．這些偏差對缸內直噴式發動機理想的空氣，燃料
混合物燃燒過程有重要的負面影響。嚴重的噴嘴沉積物問題
可能導致車輛的駕駛性能問題．特別是在輕踩油門工況失
火。HC，CO和PM的排放量可能因噴嘴沉積物形成而增加。
參考文獻
1 ANDERSON，R．，YANG，J．，BREHOB，D．，YI，J．，HAN，Z．＆REITZ，R．
1997．Challenges of stratified charge combustion．Direkteinspfitung im
Ottomotor．
2 ANDERSSON，J．，COLLIER?A GARRETr，M．＆WEDEKIND，B．1999．
Particle and Sulphur Species髂Key Issues in Gasoline Direct Injec·
tion Exhaust．Nippon Kikai Gakkai．
3梅德清．生物柴油燃燒過程NOx生成機理分析．江蘇大學學報．
2013(1)
4 ANDERSSON，J．，KEENAN，M．＆?KERMAN，K．2008．GDI Particles—
Legislation，Current Levels and Contr01．Presented in Cambridge Particle
Meeting．
5范晨陽．柴油機燃用生物柴油的經濟性和排放特性．農機化研究．
2013(2)
”1¨iit。"ltlh‘一％‘一’¨¨‘。。¨¨一。’Ⅶ。1“??71。¨¨”’’。¨¨·’’’。¨¨一’。¨¨’一”。lI_¨”“¨¨'-?！?#168;¨··—‰··一Ⅶ¨．“‰-一Ⅶ·．一“。‰·一Ⅶl·一¨¨···。¨¨·_“’‘III n．·。‘IIIn一‘lib．?！癏¨H?！獻lht”。‰．一”Ⅶ_·一1IlhJ一_l$1ht—lIIh4，。¨¨"一¨¨_·一¨¨·_一¨¨lt一。¨¨··一●
(上接第13頁)
tkankyo／s0／tkankyo／arc07．html 12張又升．建筑物生命周期二氧化碳減量評估．臺灣成功大學：博士
1l Dimitris Anastaselos，Efrosini Giama etc．An assessment tool for the 學位論文。2002
energy。economic and environmental evaluation ofthermal insulation 13李延明．古潤澤，李輝123種園林植物吸收二氧化碳釋放氧氣的生
solutions．Energy and buildings，2009，41 態效益．北京園林。1998，(3)
。。‘帥··一4‘¨¨·-一¨¨·‘一”“·，。．11．1·一㈨···?！?#183;一Ⅶ¨一Ⅶlt’dli¨¨一Ⅶ··”叫¨一㈨··。。¨¨一’¨¨_·一。。¨¨·p。¨¨···‘‘¨h·_一¨¨¨?！?#183;·一¨¨一“¨¨l”“¨¨·．一“¨¨··。“㈨一“Ⅶlq．im‘l”¨P’’¨¨··，。¨¨··一¨¨p_?¨h-_’’?！?
福建邁入清潔能源時代
福建省3臺核電機組發電功率達到3266MW，占全省總萬kW，其中清潔能源的比重超過5％，福建已邁入清潔能源
發電功率的14％。到2014年度，福建全省電力裝機達4431 時代。

網友評論 more

機械安全論文最新內容

05-01