农业机械污染排放控制技术的现状与展望

农业机械作为一种重要的非道路机械类型,其主要动力源为柴油机,而柴油机固有的燃烧方式会导致其颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)等污染物排放严重,开展农业机械污染排放控制技术的研究对人体健康和环境保护均具有重要意义。该文从农业机械排放法规、降低农业机械污染排放的单项技术路线、满足更高排放限值要求的组合技术路线3个方面进行阐述。农业机械排放法规分析了欧盟、美国和中国法规对排放限值和测试循环的要求以及各国法规的差异。中国目前正在实施的农业机械国III排放标准,与欧盟的Stage IV和美国Tier IV标准相比,排放限值相对宽松;欧盟农业机械排放法规的NRSC测试循环主要包括8工况循环和5工况循环,而中国和美国规定,19 k W以下的非恒定转速的农业机械柴油机也可使用6工况循环进行测试;欧盟和中国规定污染物测量的最终结果为冷启动循环结果的10%和热启动循环结果的90%的加权,而美国将冷启动循环结果的比例调低至5%。单项技术路线对油品技术、机内净化技术和机外排气后处理技术进行了介绍。其中,油品技术包括提升燃油和润滑油品质、采用替代燃料等;机内净化技术包括农业机械柴油机本体优化设计、增压及增压中冷、燃油喷射优化和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)等;机外排气后处理技术包括柴油机氧化催化转化技术(diesel oxidation catalyst,DOC)、柴油机颗粒捕集技术(diesel particulate filter,DPF)和选择性催化还原技术(selective catalytic reduction,SCR)等。组合技术路线总结了满足国III和国IV阶段以及国外最新排放标准的技术路线。"优化燃烧+SCR"技术路线的柴油机比采用"EGR+DPF/CDPF"技术路线的柴油机节省5%~7%的油耗,若扣除尿素消耗,前者仍有一定节油优势;模块构建和单体式后处理系统等先进的农业机械污染排放控制技术是满足Stage IV/Tier IV和Stage V的重要技术路线。最后,针对农业机械污染排放控制技术研究,进行了总结和展望。为满足未来国IV排放标准,加装机外排气后处理催化器已经成为一种重要手段;开发低成本、高净化效率的集成式机外排气后处理催化器,是未来农业机械污染排放控制的重要研究方向。     

DOC与POC耦合柴油机燃用调合生物柴油颗粒物的排放特性

在一台高压共轨柴油机上进行燃用调合生物柴油(B0、B10和B20)台架试验,利用MOUDI颗粒分级采样系统和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分别研究氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)结合颗粒氧化催化器(particle oxidation catalyst,POC)对颗粒物的粒径质量浓度分布和可溶性有机组分(SOF)的影响。结果表明:随着生物柴油的掺混比增加,各粒径范围的排气颗粒物质量浓度均下降,质量浓度峰值均在0.18~0.32μm;颗粒物SOF中脂类、酸类质量分数增加,烷烃类、芳香烃、酚类物质质量分数减少;B0和B20的碳原子数质量分数均呈现近似以C16为峰值的正态分布。加装DOC+POC后,3种燃料颗粒物的质量浓度均降低,聚集态颗粒的质量浓度转化率高于粗颗粒态,其中B20聚集态转化率最高,为58.36%;随着生物柴油的掺混比增加,DOC+POC对SOF的转化率增大,其中B20颗粒中SOF转化率达65.15%;DOC+POC对脂类和酸类物质净化作用明显,加装DOC+POC后,B20脂类和酸类物质的质量分数降幅分别为55.45%和43.27%;DOC+POC对B20颗粒物中SOF的C12~C18氧化作用明显。     

低排放轻型车用柴油机结构及燃烧系统的优化

在现有4F20机械式燃油系统柴油机基础上,从机械系统和燃烧系统优化匹配、后处理系统选型等方面入手,进行了满足国Ⅳ排放标准的经济型轻型车用柴油机开发。机械系统设计中,对机体和缸盖的加强筋和冷却水套进行合理布置,有效提高整机刚度和缸套冷却效果,减少变形,并设计了结构紧凑、传动可靠且运转平稳的新型齿轮传动系统。燃烧系统升级优化方面,由直列泵式机械燃油供给系统升级为高压共轨电控燃油喷射系统,重新设计燃烧室形状的同时将压缩比从19.7降低为17.5,并优化燃油油束在燃烧室内的分布。通过燃油喷射、增压与废气再循环参数的协同标定改善了柴油机燃油经济性和排放性能。选用容积占有率为25%和75%的2级氧化催化转化器,对一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、可溶性有机成分(soluble organic fractions,SOF)和颗粒(particulatematter,PM)的净化效率分别达90%、85%、90%和20%。柴油机配套NHQ6492V3型SUV后整车排放测试结果显示:CO、NOx、总碳氢(THC)+NOx和PM排放分别为0.36、0.259、0.328和0.029g/km,距国Ⅳ排放限值有20%以上的裕度,综合油耗为7.217L/(100km),满足2015年即将实施的中国乘用车燃料消耗第3阶段法规限值。     

乳化剂及助乳化剂提高生物油/柴油乳化性能

为了研究乳化剂和助乳化剂对生物油/柴油乳化性能的影响,利用非离子复配表面活性剂,宏观上以乳化油的稳定性和吸光度比值K为观测对象,微观上以乳化油滴的平均粒径和粒径分布为观测对象,着重研究了乳化剂种类、亲水亲油平衡值HLB值、乳化剂用量、助乳化剂种类、助乳化剂含量等对生物油/柴油乳化油稳定性的影响。试验结果表明：用失水山梨醇单油酸酯和聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯作为混合乳化剂试验效果最好,乳化油的稳定时间最长,达到17 d,吸光度比值K最小,为1.11,稳定性最好。HLB值的最佳范围为5.0～5.8。乳化油生产中,较合适的乳化剂加入量为5%。使用正辛醇和甲醇做助乳化剂可提高乳化油的稳定性,考虑到助乳化剂成本因素,使用甲醇做助乳化剂更适宜。助乳化剂甲醇含量为20%时乳化油稳定性最佳。随着时间推移,乳化油会经历分层、絮凝、聚结与破乳过程。该文可为生物燃油的产业化开发和应用提供参考。     

脉冲式烟雾水雾机热力雾化水剂农药效果分析

针对脉冲式烟雾水雾机在喷施水雾剂农药时常出现滴液、流液或较大雾滴群等雾化不良现象,通过改装6HYW-60S型脉冲式烟雾水雾机,将药液流量设置成可调的测试装置,设定5个油门开度及4个药液流量,测试了脉冲发动机喷药前后的气流速度、温度及各喷药工况下的雾滴粒径分布。结果表明,在最小的油门启动开度到最大的油门工作开度可调范围内,对应的脉冲发动机燃油消耗率变化范围较小（相对变化13.0%）,喷管内对应的气流温度与速度也发生同等程度的变化。喷药时,喷管口处的气流温度与速度发生明显变化,由不喷药时约700℃的高温气流下降为75℃左右的雾滴流,相应的气流速度下降了16%左右;油门开度及药液流量对雾滴流温度的影响非常小,但对雾滴流速度的影响非常明显,油门开度增大,雾滴流速度明显增加,药液流量增大,雾滴流速度明显下降。在各油门开度下,对最小药液流量20L/h的雾化效果均不佳,尤其距喷雾出口较近处存在大量的300μm以上的较大雾滴,这些大雾滴极易跌落至地面,无法有效喷施到目标物上;药液流量增大至40L/h及以上时,各油门开度下的雾滴体积中径均较小,同一工况下各位置点的平均值不超过60μm。热力雾化的雾滴粒径分布曲线不是单一峰值的正态分布形态,常会出现不同中心雾滴粒径的雾滴群,且这些雾滴群的中心雾滴粒径基本保持一致。从喷雾出口喷出的雾滴流中,喷管中心轴线上的雾滴细小均匀、雾化充分,中心轴线上方的雾滴一般比中心点处稍大,中心轴线下方雾滴明显增大,且距中心轴线越远的下方,雾滴增大越明显,即雾滴流中较大雾滴群的量逐渐增加。以药液流量60L/h及油门开度90°为最佳雾化工况,在整个喷施区域内均形成了良好的雾化效果。     

醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放研究

通过对发动机排气管隔热保温,在JL368Q3型电喷汽油机上开展了醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放的研究,采用气相色谱-氦离子化检测器(PDHID)快速检测方法检测发动机的醇醛排放。结果表明:与排气管保温前相比,排气管保温后醇排放降低,低负荷工况下(Tc850 K)醛排放变化不大,中高负荷工况下(Tc≥850 K)醛排放降低,醇醛排放降幅随排气温度升高而变大。排气管保温延长了排气在高温下的反应时间,有利于未燃醇、醛的快速氧化,转速为4 000 r/min、负荷高于21 N·m时(Tc≥900 K),排气管保温后未燃醇、醛排放降低70%以上。排气温度和高温下的氧化反应时间对醇醛的氧化影响较大。     

天然气发动机燃烧过程非线性动力学特性

利用非线性动力学数据分析技术对增压中冷天然气发动机燃烧过程的动力学特性进行了研究,结果表明:混合气浓度从当量比=1.00降低到稀燃极限时由缸压时间序列重构的二维相空间中,系统运动轨线都是有限范围内的非周期运动,轨线具有复杂、扭曲、重叠的几何结构;无论发动机是在当量混合气还是稀燃极限条件下运行,嵌入维m大于某一值以后,吸引子的关联维D均能达到饱和值且为分数,随着混合气变稀,燃烧循环变动增加,D逐渐增加,当=1.00、0.77、0.70和0.63时D分别为1.27、1.33、1.58和1.87,最大Lyapunov指数(LLE)大于零,分别为0.008 6、0.011、0.013和0.015 7,因此天然气发动机燃烧系统是一个低维非线性混沌系统。     

柴油机掺烧生物柴油NOx和碳烟排放数值模拟

利用CFD软件FIRE v2008对186FA型柴油机燃用纯柴油和B20燃油时的燃烧过程进行NOx和碳烟的三维数值模拟,描述了两种燃油的NOx和碳烟生成规律和分布.通过实测示功图对比,验证了氮氧化物模型和碳烟生成模型的准确性.根据数值模拟结果对原柴油机燃用B20时的涡流比和喷油提前角进行了优化,并提出了能同时降低两种排放物的技术方案,涡流比2.7、供油提前角352.5°时,NOx和碳烟排放最优.     

混氢改善汽油机低怠速性能研究

在一台加装了电控氢气喷射系统的四缸汽油机上,试验研究了混氢对发动机低怠速性能的影响。在怠速转速不变、维持进气混合气处于当量比的条件下,在0～6%的范围内逐渐增加氢气在总进气中的体积分数,测试了发动机转速分别为800、700、600 r/min时的低怠速性能。试验结果表明,纯汽油机怠速为800 r/min时,发动机稳定运行的燃料能量流量Ef为30.8 MJ/h,而当混氢分数增加至6.0%、怠速转速降至600 r/min时,Ef降低至18.6 MJ/h;随进气混氢体积分数的提高,发动机低怠速时的燃烧持续期缩短,HC、CO及NOx排放量降低,循环变动也减小。可见,进气掺氢可有效改善发动机的低怠速性能。     

汽车车身导水主板导水槽结构设计

讲述了两种不同的车身前部导水槽结构,封闭式导水槽和单板式导水槽结构,并分别对两种导水槽的导水性、安装要求、焊接工艺性以及和周边零件搭接关系等技术问题进行了说明。并以某款汽车的前舱导水槽结构为例,展开讲述了汽车前舱导水主板总成中导水槽的结构特点和种类,以及在设计过程中需要注意的关键点。且列举了几种常用的导水槽结构,为导水槽设计时提供参考。