滿足國(guó)Ⅳ排放法規(guī)的DMCC柴油機(jī)及其道路試驗(yàn)研究.pdf

1、在日趨嚴(yán)重的石油安全和環(huán)境污染的雙重壓力下，各國(guó)政府制定了越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)。我國(guó)現(xiàn)階段柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)國(guó)Ⅳ以上排放采用SCR與DPF技術(shù)方案還存在一定困難。甲醇高含氧，單碳結(jié)構(gòu)，燃燒無(wú)煙生成，是清潔的柴油替代燃料。以往研究表明，柴油/甲醇組合燃燒(DMCC)在柴油機(jī)上應(yīng)用既能減少柴油消耗，又能改善煙度與NOX排放，對(duì)節(jié)能減排具有深遠(yuǎn)意義。但大多研究工作是針對(duì)自然吸氣機(jī)械泵柴油機(jī)開展的，且對(duì)于柴油/甲醇二元燃料（DMDF）燃燒能否滿足國(guó)Ⅳ以

2、上排放水平尚未研究。
　　本課題是在改進(jìn)的電控增壓中冷柴油機(jī)上進(jìn)行甲醇替代率、噴油參數(shù)、進(jìn)氣溫度與排氣背壓對(duì)DMDF燃燒特性和排放規(guī)律影響的試驗(yàn)研究，并通過(guò)法規(guī)試驗(yàn)來(lái)探討其滿足國(guó)Ⅳ以上超低排放的潛力，最后對(duì)DMCC車輛進(jìn)行道路試驗(yàn)研究，為實(shí)際推廣提供理論基礎(chǔ)。本文得到的主要結(jié)論如下：
　　第一，通過(guò)改變替代率、進(jìn)氣溫度、排氣背壓及噴油參數(shù)來(lái)研究DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特征，研究結(jié)果表明甲醇的高汽化潛熱和低十六烷值對(duì)DMDF燃燒過(guò)

3、程有顯著影響，替代率增加后導(dǎo)致滯燃期延長(zhǎng)，最大缸壓位置遠(yuǎn)離上止點(diǎn)，循環(huán)變動(dòng)系數(shù)（COVIMEP）增大；進(jìn)氣溫度和排氣背壓對(duì)DMDF燃燒的著火時(shí)刻和反應(yīng)速率都有顯著影響，提升進(jìn)氣溫度將縮短滯燃期，增加最大缸壓，并提高熱效率；增加排氣背壓會(huì)使DMDF燃燒始點(diǎn)提前，最大缸壓下降，熱效率降低；較高負(fù)荷下若進(jìn)氣溫度超過(guò)70℃或排氣背壓大于0.3bar時(shí)，DMDF會(huì)發(fā)生甲醇先于柴油噴射的自燃現(xiàn)象，使燃燒惡化，碳煙急劇增加，熱效率下降。噴油時(shí)刻提前和

4、噴油壓力增加都會(huì)導(dǎo)致DMDF著火時(shí)刻提前，預(yù)混燃燒數(shù)量增加，峰值缸壓和放熱率增大，燃燒持續(xù)期縮短，熱效率提高。
　　第二，通過(guò)改變替代率、進(jìn)氣溫度、排氣背壓及噴油參數(shù)來(lái)研究DMDF發(fā)動(dòng)機(jī)的排放特性，結(jié)果表明DMDF可同時(shí)降低NOX和煙度排放，且隨著替代率增加降低效果更顯著，而HC、CO、NO2和甲醛排放較高。DMDF可以減小微粒的幾何平均直徑，也減少了微?？倲?shù)量濃度和總質(zhì)量濃度。提高進(jìn)氣溫度增加NOX和碳煙排放，而使NO2/NOX

5、比值和甲醛降低；增大排氣背壓可降低 NOX、NO2和HC排放，而使碳煙、CO和甲醛排放增加。提前噴油時(shí)刻與增加噴油壓力后DMDF的CO、HC和碳煙降低，而NO2和NOX卻上升；DMDF的NOX-碳煙權(quán)衡曲線較平緩，通過(guò)推遲噴油或降低噴油壓力能夠明顯降低NOX卻不會(huì)顯著增大碳煙排放。雙DOC(柴油氧化催化器)及DOC+POC（微粒氧化催化器）都能夠高效氧化DMDF較高的HC、CO和甲醛等排放，催化后各排放趨于零；而DOC+POC對(duì)NO2和

6、碳煙的轉(zhuǎn)化效率更高。
　　第三，通過(guò)對(duì)DMCC發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行法規(guī)循環(huán)試驗(yàn)研究，其結(jié)果表明經(jīng)噴油參數(shù)優(yōu)化和甲醇比例精確標(biāo)定后，DMCC發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合后處理器DOC+POC在ESC、ELR和ETC試驗(yàn)中各排放物均低于國(guó)Ⅳ限值，甲醛排放僅24.2mg/(kW·h)，同時(shí)提出了適合 DMCC國(guó)Ⅳ發(fā)動(dòng)機(jī)的OBD策略。DMCC發(fā)動(dòng)機(jī)耦合EGR并結(jié)合DOC+POC在ESC試驗(yàn)時(shí)可滿足國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)，開辟了一條滿足國(guó)Ⅳ和國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的非SCR與DPF技術(shù)路