燃油含硫量对柴油机排放特性影响的研究.pdf

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汽车工程
2010年(第32卷)第4期
utomotive Engineening
2010(Vol.32)No,4
2010062
燃油含硫量对柴油机排放特性影响的研究
陆克久,宋正臣,代西良,范正伟
(解放军汽年管理学院惹备技术系,蚌埠233011
[摘要]在一台直喷式涡轮增压柴油机上分别燃用4种不同含硫量的柴油,研究了燃油含硫量对柴油机排放
特性的影响。研究结果表明,随着燃油含硫量的降低,柴油机的HC、CO和烟度排放按所列顺序明显下降;NO、排放
也随燃油含硫量的降低而下降,但变化很小;SO2排放随柴油机负荷的增加显著上升,随燃油含硫量的降低而显著
下降,表明燃油含硫量与柴油机SO2排放之间有高度相关性。
关键词:柴油机;燃油;含硫量;排放特性
A Study on the Effect of Fuel Sulfur Content on
Emission Characteristics of Diesel Engine
Lu Kejiu, Song Zahengchen, Dai Xiliang Fan Zhengwei
Department of Equipmen echnology, Automobile Management Institute, PLA, Bengbu 23301
I Abstract] A direct injection turbocharged diesel engine, fueled with four diesel fuels with different sulfur
content is tested to study the effects of sulfur content in the fuel on the emission characteristics of diesel engine. Re
sults show that with the reduction of sulfur content in the fuel, HC, CO and smoke emissions markedly decrease in
that order; NO emission also reduces with the decrease in sulfur content, but having only minor changes while 502
emission obviously rises with the increase in engine load and apparently decreases with the drop in sulfur content
showing high correlation between sulfur content and SO2 emission
Keywords diesel engine; fuel; sulfur content; emission characteristics
在排气系统中生成硫酸盐导致微粒排放上升外,硫
前
燃烧生成的气态SO2排放又有约50%在大气中通
过化学反应生成二次硫酸盐微粒,其质量约为发动
当前,有关降低柴油机废气排放,尤其是降低烟机直接排出硫酸盐排放的25倍。因此,无论从
度、氮氧化物(NO、)、一氧化碳(CO)和碳氢化合物降低柴油机微粒排放还是降低大气环境微粒污染角
(HC)排放的要求越来越严格,研究机构以及柴油机度考虑,均须降低柴油含硫量。
生产商也都在不断研究和开发控制柴油机排放的新
以前已就柴油品质对柴油机稳态和瞬态排放的
技术。除柴油机本身技术以外,燃油品质对有害污影响做过许多研究,但并没把含硫量作为试验变量
染物的排放也有十分重要的影响4。在燃油诸多考虑进去。本文中通过在一台直喷式涡轮增压柴油
理化参数中,含硫量是非常关键的指标之一,也是燃机上分别燃用4种不同含硫量的柴油,研究了燃油
油标准控制的重点参数。燃油中的硫在柴油机排气含硫量对柴油机有害物排放特性的影响规律。
过程和大气环境中形成硫酸盐,对微粒排放具有明
显作用。无论燃油含硫量、硫存在形态和发动机类1试验燃料
型,燃油中的硫均会以1%~3%的比例转化为硫酸
盐成为微粒的一部分的。另外,对于所有柴油机,除
为评估柴油中含硫量对柴油机排放特性的影
原稿收到目期为2009年6月19日,修改稿收到日期为2009年8月3日。
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汽车工.程
2010年(第32卷)第4期
响,配制了4种不同的试验用柴油(其特性见表1),发动机在每个工况运转6min,在开始的1min内完成
含硫量(质量分数)分别为50×10°(欧Ⅳ)、350×发动机转速和负荷的调整。在每个工况的后5min
10°(欧Ⅲ)、1000×10-°和2000×10-6,记为S0、内,记录发动机的转速、负荷、进气温度、燃油流量和
S350、51000和2000、其中后两种燃油满足我国目空气流量,其中最后1min用来测定尾气排放,研究
前的轻柴油标准。这些试验用柴油是以无硫柴油柴油机燃用不同含碗量燃油时的烟度以及NO、
(含硫量低于5x10-)为基质混合制成的,理想的HC、CO和S02的排放特性。试验时,冷却液的出口
含硫量是在无硫柴油中加人适量的噻吩(CHS)得温度控制在(88±5)℃;机油温度控制在(90土
到的
5)C;柴油温度控制在(40±2)℃。
表1试验用柴油的特性
试验结果与分析
然油代号
S50
S350
S1000
S2000
硫质量分数/10-6
1000
2000
3.1烟度
十六烷值
柴油机的混合气主要是柴油液体微粒与空气混
密度(15℃)/g?mL0.8070.838
0.838
0.838
芳香烃体积比/%
合形成的,较难实现完仝燃烧。不完全燃烧是柴油
9.4
26.1
冷凝点/℃
机产生碳烟的主要原因。图1为不同含硫量燃油在
闪点/C
柴油机转速2500r/min和标定转速410or/min下的
低热值/MJ?kg-
烟度试验结果。山图]可见,燃用4种不同含硫量
燃油时,烟度随负荷增加的变化趋势较为相似。随
着负荷的增加,两种转速下的烟度值均呈上升趋势。
2试验设备和方法
在2500r/min时,从低负荷到中等负荷的烟度上升
速率较慢,而从中等负荷到高负荷之间的烟度差值
2.1试验设备
大,呈先缓后急的特点,当负荷由75%增加到100%
试验用柴油机为一台直列4缸增压中冷、高压时,烟度值急剧增加。在4100r/min时,低负荷到高
共轨直喷式柴油机,主要性能参数见表2。主要设负荷的烟度上升速率较为缓和,但其零负荷的烟度
备有XP-10B转速数字显示仪; Automex AMX电值要大于2500r/min时的烟度,而全负荷的烟度值
涡流测功机;AMX240动态油耗仪; Sensycon P空气则小于2500r/min时的烟度。在同转速同负荷下,
流量计;AV. Idismoke4000型不透光烟度计和AVL随着柴油含碗量的降低,柴油机烟度整体呈持续下
PEUS- Systems公可的 SESAM多组分气体分析仪。降趋势,两种转速下均如此。与S2000燃油相比,
最后一个仪器的测试方法为傅里叶变