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生物燃料對直噴式汽油機(jī)PM排放影響的探討

文檔作者：林錚文檔來源：福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月25日
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生物燃料對亙噙善炙、汔歲厶油糾■機(jī)PM排敢影響曲筷討
林錚
(福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院福建福州350003)
摘要使用生物燃料對直噴式汽油機(jī)的排放，特別是顆粒物(PM)排放影響進(jìn)行探討。與使用汽油相比，在直噴式汽油機(jī)
內(nèi)使用2一甲基呋喃(MF)和二甲基呋喃(DMF)生物燃料燃燒表現(xiàn)出更好的抗爆震性能和更快的燃燒速度，產(chǎn)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(jī)內(nèi)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(guān)鍵詞生物燃料直噴式汽油機(jī)PM排放
中圖分類號：TK41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672—9064(2015)06—014—02
1概述
交通運輸業(yè)面f臨著可再生能源供應(yīng)和清潔運輸?shù)碾p重
挑戰(zhàn)。石油燃料是幾十年來運輸?shù)闹饕茉?，但是這種狀況
不能永遠(yuǎn)持續(xù)下去。由于環(huán)保意識的增強(qiáng)，世界各地的監(jiān)管
機(jī)構(gòu)對汽車和汽油行業(yè)施加越來越大的壓力．以減少廢氣排
放。提高燃油經(jīng)濟(jì)性。一些研究認(rèn)為．電動汽車將是最終的解
決方案．但是先進(jìn)的電池技術(shù)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(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)(如充電樁)成
為電動汽車快速發(fā)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(shù)問題，如氫氣生產(chǎn)、運輸和儲存還有待于探討和研究。
在火花點火發(fā)動機(jī)中有許多技術(shù)可用于改善燃油經(jīng)濟(jì)
性和減少排放。這些技術(shù)包括在氣缸的方法。如直接噴射、4，
2沖程發(fā)動機(jī)模式開關(guān)、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(fā)動機(jī)的方法，如高效率的催化轉(zhuǎn)
換器和粒子捕捉。
也有人認(rèn)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?xì)浠?
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(jīng)濟(jì)性較低。易溶于水，生產(chǎn)成本高。1個優(yōu)
越的替代生物乙醇燃料的尋找是能源發(fā)展的關(guān)鍵。2007年
改進(jìn)的2一甲基呋喃(MF)和二甲基呋喃(DMF)的生產(chǎn)方法
是以果糖為原料．生產(chǎn)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(fā)動機(jī)性能和
排放的影響需要評估。
2直噴式汽油發(fā)動機(jī)
車輛采用直噴式汽油發(fā)動機(jī)(GDI)以提高燃油經(jīng)濟(jì)性
和減少二氧化碳排放．在上世紀(jì)90年代末已進(jìn)入汽車市場。
GDI是利用高壓(5-15MPa)將燃油直接噴入氣缸，其數(shù)量和
時間由1個電子控制單元(ECU)精確控制。與傳統(tǒng)的噴嘴燃
料噴射(PFI)噴油系統(tǒng)相比，直接注入提供了1個更好的燃
油計量和改進(jìn)的噴射霧化。三菱GDI的第1輛車在1996年
發(fā)布，大眾在2000年推出燃油分層噴射(FSI)GDI發(fā)動機(jī)。
與其它先進(jìn)技術(shù)如VVT、渦輪增壓和分層稀燃技術(shù)相比。
GDI發(fā)動機(jī)在部分負(fù)荷進(jìn)一步降低燃油消耗20％～25％。
3顆粒物PM排放
歐洲標(biāo)準(zhǔn)V規(guī)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(xì)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(zhì)，可能使DNA損傷和突變，導(dǎo)致肺、淋
巴結(jié)和膀胱癌。除了對人體健康造成傷害外，粒子在大氣中
散發(fā)，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(zhuǎn)換效率．提高起燃溫度。
(2)煙塵形成機(jī)制。煙塵是豐富的燃料，空氣比的條件下
形成的(k<0．5)，碳?xì)淙剂戏纸鉃槎替湶伙柡蜔N如乙炔，然后
形成多環(huán)芳烴(PHAs)，這個過程形成煙塵聚集和凝結(jié)。
(3)不同類型發(fā)動機(jī)顆粒物PM排放。GDI發(fā)動機(jī)比等
效的PFI發(fā)動機(jī)產(chǎn)生更多PM排放．與GDI發(fā)動機(jī)(2-13mg／
km)相比．傳統(tǒng)的柴油機(jī)具有更高的發(fā)動機(jī)的PM排放(1～
40mg／km)。配備柴油顆粒過濾器能夠使傳統(tǒng)柴油機(jī)PM排放
下降到lmg／km。粒子數(shù)(PN)的排放也有明顯的不同；常規(guī)
柴油機(jī)(5x1013)>GDI(5×1012)>柴油微粒捕集器DPF(1×
10")。催化劑排放控制協(xié)會(AECC)提出的數(shù)據(jù)，顯示出類似
的結(jié)果．根據(jù)發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作條件，GDI的PM排放量
為0．8。22．11mg／km的范圍內(nèi)．PN的排放為6xlOn～1．5x1013
的范圍內(nèi)。不同GDI發(fā)動機(jī)的PM排放量有顯著性差異，缸
內(nèi)直噴式汽油發(fā)動機(jī)的PM排放量接近于柴油發(fā)動機(jī)．煙塵
中PM含量為72％。噴霧引導(dǎo)GDI發(fā)動機(jī)的PM排放主要是
揮發(fā)性成分．而煙塵中PM含量為2％～29％。主要取決于發(fā)
動機(jī)工作條件。
(4)燃料組成對汽油發(fā)動機(jī)排放的影響。PM的排放量
很大程度上取決于燃料性質(zhì)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(fā)，與PM排
放相關(guān)。異辛烷等液體燃料比丙烷等氣體燃料產(chǎn)生更高的
PM排放量。PM指數(shù)是用來預(yù)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(jù)報道，相比汽油，乙醇在GDI發(fā)動機(jī)產(chǎn)生較少的PM排放。
作者簡介：林錚(1964～)，女，副教授，現(xiàn)就職于福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，從事教學(xué)工作。
萬方數(shù)據(jù) 2015．N0．6．O
乙醇混合對GDI發(fā)動機(jī)的PM排放的影響還不很清楚。然
而，有數(shù)據(jù)表明．比純汽油、低乙醇汽油有更高的PM排放
量。
(5)直噴式發(fā)動機(jī)PM排放的解決方案。GDI發(fā)動機(jī)的
PM排放量是復(fù)雜的．特別是使用各種燃料和混合燃料時。由
于嚴(yán)格的法規(guī)限制．通過發(fā)動機(jī)優(yōu)化或單獨使用綠色燃料可
能滿足不了。未來柴油機(jī)系統(tǒng)可能將微粒捕集器(GPFS)應(yīng)
用在GDI發(fā)動機(jī)。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(fā)動機(jī)
PM排放的影響
(1)MF對直噴發(fā)動機(jī)排放的影響。與汽油相比，MF燃
燒產(chǎn)生少得多的HC的排放量。由于缸內(nèi)溫度高。與汽油和
乙醇相比，MF產(chǎn)生更高的NOx排放。MF燃燒產(chǎn)生的NOx，
可以通過使用廢氣循環(huán)系統(tǒng)(EGR)或延遲點火正時策略解
決。MF燃燒產(chǎn)生醛排放量顯著低于汽油、乙醇、甲醇、正丁
醇。氣相色譜、質(zhì)譜檢測到癌信號產(chǎn)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(fā)動機(jī)PM排放的影響。用TGA
方法(煙塵和波動性)，研究PM組成。結(jié)果表明，PM主要在
汽油燃燒中產(chǎn)生，E25和DMF是揮發(fā)性物質(zhì)。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(chǎn)生的PM只有6．3％的煙塵。煙塵氧化對燃
料和發(fā)動機(jī)的負(fù)載敏感。不同于汽油．乙醇燃燒產(chǎn)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(chǎn)
生的碳煙氧化活化能使發(fā)動機(jī)負(fù)荷的高度敏感．而DMF燃
燒煙塵的情況則不同．
5 GDI發(fā)動機(jī)的燃料和噴射系統(tǒng)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?？諝猓剂显诟變?nèi)直噴式發(fā)動
機(jī)的混合氣與PM排放密切相關(guān)。不同的燃料．缸內(nèi)直噴發(fā)
動機(jī)的PM排放量顯著不同。與燃燒乙醇相比，汽油燃燒產(chǎn)
生的PM質(zhì)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(fā)。汽油和乙醇
的燃燒排放對噴油壓力和噴油器結(jié)垢的反應(yīng)不同。汽油燃料
缸內(nèi)直噴式發(fā)動機(jī)噴射系統(tǒng)具有重要的影響：高的噴射壓力
(150bax)和狀態(tài)良好的注人條件(無噴嘴沉積物)可產(chǎn)生低
的PM排放。乙醇對直噴式發(fā)動機(jī)的噴射系統(tǒng)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(guī)模使用于GDI發(fā)動機(jī)。使用在小型
發(fā)動機(jī)的MF和DMF充分利用其高辛烷值的屬性。發(fā)動機(jī)
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(shù)。發(fā)動機(jī)爆震和預(yù)點火是發(fā)動機(jī)小型化應(yīng)用的關(guān)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(biāo)準(zhǔn)的測試，GDI發(fā)動機(jī)PM測量明顯困
難和具有不可重復(fù)性．因此需要做更多的工作，使用規(guī)范的
測量裝置．并實現(xiàn)測試標(biāo)準(zhǔn)化。
GDI發(fā)動機(jī)與柴油發(fā)動機(jī)PM排放根本不同．其中大部
分的質(zhì)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(jìn)一步調(diào)查燃料特性，研究蒸汽壓力、燃
料分子結(jié)構(gòu)對PM排放量的影響。PM的形態(tài)和結(jié)構(gòu)的研究
有助于更好地理解GDI發(fā)動機(jī)中碳煙氧化的基本原理。
(3)GDI噴油器堵塞是缸內(nèi)直噴式發(fā)動機(jī)應(yīng)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(zhì)量導(dǎo)致噴射角度、液滴直徑和穿透距
離的變化．這些偏差對缸內(nèi)直噴式發(fā)動機(jī)理想的空氣，燃料
混合物燃燒過程有重要的負(fù)面影響。嚴(yán)重的噴嘴沉積物問題
可能導(dǎo)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(xiàn)
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(jī)理分析．江蘇大學(xué)學(xué)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(jī)燃用生物柴油的經(jīng)濟(jì)性和排放特性．農(nóng)機(jī)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．·?！甀IIn一‘lib．?！癏¨H?！獻(xiàn)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(xué)：博士
1l Dimitris Anastaselos，Efrosini Giama etc．An assessment tool for the 學(xué)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(tài)效益．北京園林。1998，(3)
。?！畮?#183;·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“¨¨··?！阿硪弧阿鱨q．im‘l”¨P’’¨¨··，。¨¨··一¨¨p_?¨h-_’’?！?
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