PODE3～8/柴油混合燃料對柴油機(jī)顆粒物排放特性的影響

王玉梅， 孫 平， 馮浩杰， 劉軍恒， 嵇 乾

(江蘇大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

PODE3～8/柴油混合燃料對柴油機(jī)顆粒物排放特性的影響

王玉梅， 孫 平， 馮浩杰， 劉軍恒， 嵇 乾

(江蘇大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

將聚甲氧基二甲醚(PODE)(體積分?jǐn)?shù)為10%)摻混于柴油中制備PODE3～8/柴油混合燃料，記為P10。研究了P10燃油對柴油機(jī)排氣煙度的影響；通過Model 100型顆粒采集裝置，研究了柴油機(jī)燃用P10燃油排放的顆粒物質(zhì)量濃度粒徑分布，并使用熱重分析儀分析顆粒物中可溶性有機(jī)組分(SOF)含量以及碳煙氧化特性；最后采用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用技術(shù)檢測和分析SOF的化學(xué)成分變化。實驗結(jié)果表明，在額定工況下，柴油機(jī)燃用P10燃油時排放的濾紙煙度相對于基準(zhǔn)柴油有所降低；P10燃油排放的顆粒物在各粒徑下的質(zhì)量濃度均有不同程度的降低，顆粒物粒徑總體向小粒徑方向偏移，顆粒物樣品中SOF所占比重增加；碳煙樣品的失重率峰值溫度降低，顆粒物的SOF組分中各類烷烴和多環(huán)芳香烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，有機(jī)酸酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大。

柴油機(jī)； 含氧燃料添加劑PODE3～8； 顆粒物排放

柴油機(jī)排氣中的顆粒物是大氣環(huán)境污染物的主要來源之一，已對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重危害。顆粒物從組分上可分為碳煙、可溶性有機(jī)組分(SOF)和硫酸鹽等。SOF組分十分復(fù)雜，其中的多環(huán)芳香烴(PAHs)被認(rèn)為有強(qiáng)烈的致癌作用[1]。柴油機(jī)燃用含氧燃料可明顯減少由于油氣混合不均所致的高溫缺氧區(qū)域，減少燃油裂解生成碳煙的生成量。因此，柴油機(jī)燃用含氧燃料是降低顆粒物排放的有效手段之一。目前，甲醇、乙醇、二甲醚、碳酸二甲酯和生物柴油是研究的熱點[2-4]。

聚甲氧基二甲醚(PODEn)是一種新型的煤基含氧燃料，化學(xué)簡式CH3O(CH2O)nCH3(n為聚合度)，可由甲醇、二甲醚和多聚甲醛為原料催化合成。根據(jù)燃料各組分與柴油摻混時的互溶性、沸點、閃點和低溫結(jié)晶等性質(zhì)的差別，選取3≤n≤8的PODEn作為柴油添加劑，記為PODE3～8。PODE3～8具有與柴油互溶穩(wěn)定、含氧量高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥47%)、十六烷值高(≥76)等優(yōu)點，可有效地改善柴油機(jī)的燃燒與排放性能，具有較好的應(yīng)用前景[5-7]。2013年，山東辰信新能源有限公司和中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所合作的萬噸級PODEn工業(yè)生產(chǎn)裝置投產(chǎn)，為PODEn的推廣使用提供可能。

筆者選取PODE3～8含氧燃料添加劑，基于臺架實驗，研究PODE3～8/柴油混合燃料對柴油機(jī)排氣煙度和顆粒物質(zhì)量濃度粒徑分布的影響；運用熱重分析法(TGA)研究了PODE3～8/柴油混合燃料對顆粒物中SOF含量以及碳煙氧化特性的影響。同時結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用技術(shù)對SOF的化學(xué)成分進(jìn)行分析檢測，研究SOF組分的變化。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

基準(zhǔn)柴油，0#柴油(國Ⅳ)，市售；PODE3～8，淄博津昌助燃材料科技有限公司生產(chǎn)。PODE3～8的組成列于表1。按照PODE3～8體積分?jǐn)?shù)為10%的比例摻混在柴油中制備PODE3～8/柴油混合燃料，記為P10，基準(zhǔn)柴油和P10的主要參數(shù)如表2所示。

表1 PODE3～8的組成Table 1 Composition of PODE3-8 w/%

表2 兩種燃油的理化性質(zhì)Table 2 Physical and chemical properties of the two fuels considered

1.2 柴油機(jī)排氣煙度的測定

實驗選用186FA單缸四沖程風(fēng)冷柴油機(jī)，選取柴油機(jī)標(biāo)定功率轉(zhuǎn)速3000 r/min下平均有效壓力(BMEP)分別為0.115、0.230、0.345和0.460 MPa作為實驗工況，柴油機(jī)分別燃用基準(zhǔn)柴油和P10燃油，使用奧地利AVL公司的415S濾紙煙度計測量各工況下的濾紙煙度。

1.3 顆粒物質(zhì)量濃度粒徑分布的測定

選取柴油機(jī)額定工況作為采樣工況，柴油機(jī)分別燃用基準(zhǔn)柴油和P10燃油。顆粒物粒徑分級采樣裝置選用美國MSP公司生產(chǎn)的 Model 100型多階微孔均勻沉積沖積器(MOUDI)，各階捕捉的粒徑范圍如表3所示。設(shè)置采樣流量為30 L/min，采樣時間為30 min。

表3 Model 100型多階微孔均勻沉積沖積器的各階噴孔板結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 3 The structure parameters of the Model 100 MOUDI orifice plate

1.4 顆粒物樣品熱重分析

以MOUDI采集的顆粒物作為實驗樣品，采用瑞士METTLER公司的TGA/DSC1熱分析儀進(jìn)行熱重分析，實驗顆粒物樣品質(zhì)量約3 mg，溫度區(qū)間40～800℃，升溫速率20℃/min，保護(hù)氣氛為N2，反應(yīng)氣為合成空氣：N2/O2體積比為4/1，氣體流量為50 mL/min。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)獲取熱重(TG)曲線和熱重微商(DTG)曲線，分析顆粒物中SOF含量以及碳煙氧化特性溫度的變化。

1.5 SOF組分分析

以MOUDI采集的顆粒物作為實驗樣品，以二氯甲烷(CH2Cl2)溶劑作為萃取劑，利用超聲波洗脫法萃取出顆粒物中SOF組分。采用美國Agilent公司7890A-GC/5975C-XL MSD型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對柴油機(jī)顆粒物排放中SOF組分進(jìn)行分析。石英毛細(xì)管色譜柱HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，質(zhì)譜檢索譜庫為NIST05(美國國家標(biāo)準(zhǔn)局)。

2 結(jié)果與討論

2.1 PODE3～8含氧燃料添加劑對柴油機(jī)排氣煙度的影響

圖1給出了轉(zhuǎn)速3000 r/min時柴油機(jī)在各負(fù)荷下燃用基準(zhǔn)柴油和P10燃油的濾紙煙度對比。由圖1 看出，在柴油中摻混PODE3～8可有效降低柴油機(jī)的排氣煙度，柴油機(jī)燃用P10燃油時，額定工況下的排氣煙度相對于基準(zhǔn)柴油降低30.8%。

圖1 兩種燃油的排氣煙度隨柴油機(jī)負(fù)荷的變化Fig.1 Smoke intensity of the two test fuels under different loads Rotational speed =3000 r/min

在柴油機(jī)中，燃油在由于油氣混合不均所致的局部高溫缺氧區(qū)域容易裂解并生成碳煙，其中擴(kuò)散燃燒過程是碳煙生成的主要時期。研究表明[8]：PODE3～8燃料添加劑沸點和黏度較低，在柴油中摻混PODE3～8有利于燃油的蒸發(fā)和霧化，提高油氣混合的均勻性。同時，PODE3～8燃料添加劑的含氧量高達(dá)47.2%，在燃燒過程中起到自供氧的特性，提高擴(kuò)散燃燒速率，改善擴(kuò)散燃燒狀況，過濃混合氣區(qū)域缺氧狀況顯著改善。因此，在柴油中摻混PODE3～8有利于促進(jìn)混合氣的形成以及改善燃燒狀況，降低柴油機(jī)的碳煙排放。

化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)計算表明[9]，PODE3～8中以C—O鍵存在的碳原子難以參與任何生成小分子自由基的反應(yīng)，從而減少混合燃料燃燒過程中碳煙前驅(qū)物質(zhì)PAHs的生成數(shù)量。并且，PODE3～8在燃燒初期生成大量的具有氧化作用的OH基團(tuán)[10]，它可以直接與乙烯發(fā)生氧化反應(yīng)，減少乙炔的生成，從而抑制PAHs的形成以及碳煙的環(huán)化生長。同時，具有強(qiáng)氧化性的OH基團(tuán)易于與已生成的碳煙表面的碳原子進(jìn)行氧化反應(yīng)[11]，進(jìn)一步降低碳煙排放。

2.2 PODE3～8含氧燃料添加劑對顆粒物質(zhì)量濃度粒徑分布的影響

圖2給出了柴油機(jī)在額定工況下燃用基準(zhǔn)柴油和P10燃油的顆粒物質(zhì)量濃度隨粒徑的變化規(guī)律。由圖2可知，與基準(zhǔn)柴油相比，P10燃油在各粒徑下的質(zhì)量濃度均有不同程度的降低，粒徑分布區(qū)間為0.18～0.32、0.32～0.56和0.56～1.00 μm的積聚態(tài)顆粒物質(zhì)量濃度相對于基準(zhǔn)柴油分別降低了7.5%、53.9%和46.2%。與基準(zhǔn)柴油相比，曲線峰值向小粒徑偏移，基準(zhǔn)柴油與P10燃油顆粒物粒徑分布峰值區(qū)間分別對應(yīng)0.32～0.56 μm和0.18～0.32 μm。根據(jù)顆粒物質(zhì)量濃度粒徑分布實驗結(jié)果，對基準(zhǔn)柴油和P10燃油顆粒物積聚態(tài)和粗粒子模態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計，基準(zhǔn)柴油排氣顆粒物中積聚態(tài)和粗粒子模態(tài)所占比重為91.7%和8.3%，P10燃油為93%和7%。

圖2 兩種燃油顆粒物質(zhì)量濃度隨粒徑分布的關(guān)系Fig.2 Particulate size distribution versus mass concentration for two test fuels

碳煙的生長包括碳核表面發(fā)生脫氫加乙炔(HACA)反應(yīng)的表面生長和碳核在運動過程中因物理碰撞而發(fā)生凝聚的凝聚生長[12-13]。柴油機(jī)燃用含有PODE3～8含氧燃料添加劑時，其良好的蒸發(fā)特性和自含氧特性可有效減少燃料在高溫缺氧條件下裂解生成碳核的數(shù)量，降低碳核之間發(fā)生碰撞凝聚的幾率。并且PODE3～8在燃燒初期生成大量具有較強(qiáng)氧化作用的OH基團(tuán)，通過對碳煙表面碳原子的氧化，將顆粒物由粗粒子模態(tài)氧化為積聚態(tài)；同時OH基團(tuán)對乙炔的強(qiáng)氧化性也抑制了碳核的表面生長過程。此外，PODE3～8燃料添加劑不含芳香烴，并且碳原子的鍵合方式為C—O鍵，可進(jìn)一步降低混合燃料燃燒過程中生成碳核的數(shù)量。綜上分析，與基準(zhǔn)柴油相比，P10燃油排放的顆粒物質(zhì)量濃度降低，顆粒物質(zhì)量濃度隨粒徑的分布向小粒徑偏移，由于顆粒物平均粒徑尺寸的下降，積聚模態(tài)顆粒物所占比重相對增大。

2.3 柴油機(jī)燃用基準(zhǔn)柴油和P10燃油的顆粒物熱重特性分析

圖3為基準(zhǔn)柴油和P10燃油排放的顆粒物樣品在空氣氛圍下的TG曲線和DTG曲線，其中TG曲線上最大失重率點的切線與TG曲線基線延長線的交點所對應(yīng)的溫度定義為起始燃燒溫度。從圖3看到，兩種顆粒物樣品的失重過程可分為2個主反應(yīng)階段，第1階段主要為SOF的揮發(fā)與氧化過程，第2階段為碳煙的氧化過程。在SOF失重過程中，基準(zhǔn)柴油和P10燃油排放的顆粒物樣品的失重率峰值溫度分別為211℃和218.7℃；根據(jù)TG曲線數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)柴油和P10燃油排放的顆粒物樣品中SOF組分所占比重分別為20%和27%；由于SOF含量的增加，從而導(dǎo)致P10燃油排放的顆粒物樣品在該階段的失重率峰值也高于基準(zhǔn)柴油的。在碳煙的失重過程中，與基準(zhǔn)柴油相比，P10燃油燃燒碳煙樣品的起始燃燒溫度降低了44℃，其燃燒碳煙失重率峰值溫度降低了46℃。

圖3 兩種燃油排放的顆粒物樣品在空氣氛圍下的TG和DTG曲線Fig.3 TG and DTG curves in the air atmosphere for the PM samples(a) TG; (b) DTG

顆粒物的氧化活性取決于其微觀形貌、組成成分和表面官能團(tuán)等因素[14]。通過對柴油機(jī)燃用P10燃料的排氣煙度和粒徑分布實驗研究可知，PODE3～8含氧燃料添加劑中的氧抑制了顆粒生長，導(dǎo)致顆粒物粒徑減小，無序度提高[15]。Vander Wal等[16-17]對顆粒物微觀結(jié)構(gòu)與其氧化活性相關(guān)性的研究指出，尺寸小、碳層彎曲和碳層間距較大的無定形碳煙顆粒具有更低的活化能。小尺寸碳粒中處于邊緣位置的碳原子相對較多，可為吸附氧原子提供更多晶體結(jié)構(gòu)，而碳層的彎曲與間距的增加則導(dǎo)致彎曲處和碳層邊緣與氧結(jié)合更為容易。由于P10燃油顆粒物活化能的降低，從而促進(jìn)了低溫區(qū)域氧化反應(yīng)的進(jìn)行。顆粒物表面活性基團(tuán)的數(shù)量對其氧化活性具有重要影響[18]。PODE3～8含氧燃料添加劑燃燒產(chǎn)生的無定形碳煙顆粒數(shù)量的增多可為含氧基團(tuán)提供更多活性位，使顆粒物表面吸附的含氧官能團(tuán)增多。此外，PODE3～8含氧燃料添加劑中的氧使燃燒過程中生成的含氧基團(tuán)數(shù)量增加，從而有更多的含氧官能團(tuán)凝結(jié)在顆粒物表面。

2.4 柴油機(jī)燃用基準(zhǔn)柴油和P10燃油顆粒物的SOF組分分析

基準(zhǔn)柴油和P10燃油排放的顆粒物樣品的SOF組分GC-MS分析結(jié)果列于表4和表5，表中未列出質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1%的組分。在表3中，基準(zhǔn)柴油排放的顆粒物中SOF主要由C16～C28的直鏈及支鏈烷烴和有機(jī)酸酯組成，分別占SOF總質(zhì)量的42.2%和35.5%；熒蒽、芘等具有致突變性的PAHs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.7%。由表5可見，柴油機(jī)燃用P10燃油所排放的顆粒物中各類烷烴和PAHs(熒蒽、芘等)在SOF中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小至31.7%和3.7%；酯類有機(jī)化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至45.5%。

表4 基準(zhǔn)柴油排氣顆粒物SOF組分的GC-MS檢測結(jié)果Table 4 GC-MS identification of SOF in diesel exhaust particulates

表5 P10燃油排氣顆粒物SOF組分的GC-MS檢測結(jié)果Table 5 Identification of SOF in P10 test fuel exhaust particulates

研究表明，柴油的不完全燃燒是柴油機(jī)排氣顆粒物SOF組分中C9～C24各類烷烴的主要來源[19-21]。含氧燃料添加劑PODE3～8良好的蒸發(fā)性能有利于提高油氣混合的均勻性；其所含的氧在燃料燃燒過程中起到自供氧的作用，可有效改善擴(kuò)散燃燒狀況，提高燃燒速率，使燃燒更充分。因此P10燃燒排放的顆粒物SOF組分中未燃燃油組分的比例相對減小。實驗結(jié)果表明，有機(jī)酸酯在P10燃燒排放的顆粒物SOF樣品中所占比重相對于基準(zhǔn)柴油有所增大，酯類有機(jī)化合物的形成與過量空氣系數(shù)相關(guān)[22]，PODE3～8燃料添加劑中的氧使燃燒過程中的活性氧濃度提高，有利于生成有機(jī)酸酯，從而使顆粒物SOF中酯類有機(jī)化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高。熒蒽、芘等PAHs在P10燃燒排放的顆粒物SOF樣品中所占比重相對于基準(zhǔn)柴油降低。在顆粒物先驅(qū)物質(zhì)PAHs的形成過程中，乙炔(C2H2)參與生成第1個苯環(huán)以及HACA反應(yīng)，而PODE3～8在燃燒初期生成的大量OH基團(tuán)易與乙炔發(fā)生氧化反應(yīng)，從而起到抑制PAHs形成的作用。PODE3～8燃料添加劑本身的C—O鍵合方式也是減少碳煙先驅(qū)物PAHs生成的重要原因。

3 結(jié) 論

(1)在柴油中摻混PODE3～8可有效降低柴油機(jī)的排氣煙度，P10燃油在額定工況下的排氣煙度相對于基準(zhǔn)柴油降低30.8%。

(2)顆粒物質(zhì)量濃度粒徑分布實驗表明：與基準(zhǔn)柴油相比，P10燃燒排放的顆粒物在各粒徑下的質(zhì)量濃度均有不同程度的降低；基準(zhǔn)柴油與P10燃油排放的顆粒物質(zhì)量濃度峰值區(qū)間分別為0.32～0.56 μm 和0.18～0.32 μm；基準(zhǔn)柴油與P10燃油排放的顆粒物中積聚態(tài)所占比重分別為91.7%和93%。

(3)在熱重實驗中，P10燃油排放的顆粒物樣品中SOF所占比重相對于基準(zhǔn)柴油增加7%；P10燃油排放的顆粒物的碳煙氧化特征參數(shù)向低溫區(qū)域移動，與基準(zhǔn)柴油相比，P10燃油燃燒碳煙樣品的峰值失重率溫度和起始燃燒溫度分別降低了46℃和44℃。

(4)基準(zhǔn)柴油排放的顆粒物的SOF組分中各類烷烴、有機(jī)酸酯和PAHs(熒蒽、芘等)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為42.2%、35.5%和4.7%。與基準(zhǔn)柴油相比，P10燃油排放的顆粒物的SOF組分中各類烷烴和PAHs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別減小至31.7%和3.7%，有機(jī)酸酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大至45.5%。

[1] 高俊華, 方茂東, 張仲榮, 等. 柴油機(jī)排氣顆粒中多環(huán)芳香烴的色譜質(zhì)譜分析[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報, 2009, 27(5): 423-429. (GAO Junhua, FANG Maodong, ZHANG Zhongrong, et al. Analysis of PAHs in particulate matter of a diesel engine by gas chromatography-mass spectrometry[J].Technology Transactions of CSICE, 2009, 27(5): 423-429.)

[2] 何邦全, 王建昕. 乙醇/柴油/甲酯混合燃料的燃燒與排放特性[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報, 2005, 23(4): 343-347. (HE Bangquan, WANG Jianxin. Study on combustion and emission characteristics of a diesel engine fuelled with ethanol/diesel/methyl ester blends[J].Technology Transactions of CSICE, 2005, 23(4): 343-347.)

[3] 任毅, 黃佐華, 蔣德明, 等. 柴油機(jī)燃用柴油/二甲氧基甲烷混合燃料的性能與排放研究[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報, 2004, 22(5): 397-404. (REN Yi, HUANG Zuohua, JIANG Deming, et al. Study on the performance and emissions of direct injection diesel engine operating on diesel/dimethoxymethane blends[J].Technology Transactions of CSICE, 2004, 22(5): 397-404.)

[4] 余敬周, 張煜盛. DME/柴油混合燃料HCCI燃燒與排放特性的實驗研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程, 2010, 31(4): 11-16. (YU Jingzhou, ZHANG Yusheng. Experimental study on HCCI combustion and emissions with DME/diesel oil blend[J].Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2010, 31(4): 11-16.)

[5] BURGER J, SIEGERT M. Poly(oxymethylene) dimethyl ethers as components of tailored diesel fuel: Properties, synthesis and purification concepts[J].Fuel, 2010, 89(11): 3315-3319.

[6] ZHENG Y, TANG Q, WANG T, et al. Synthesis of a green diesel fuel additive over cation resins[J].Chemical Engineering & Technology, 2013, 36(11): 1951-1956.

[7] ZHAO Y, XU Z, CHEN H, et al. Mechanism of chain propagation for the synthesis of polyoxymethylene dimethyl ethers[J].Journal of Energy Chemistry, 2013, 22(6): 833-836.

[8] 馮浩杰, 孫平, 劉軍恒, 等. 聚甲氧基二甲醚-柴油混合燃料對柴油機(jī)燃燒與排放的影響[J].石油學(xué)報(石油加工), 2016, 32(4): 455-461. (FENG Haojie, SUN Ping, LIU Junheng, et al. Effect of PODE3-8-diesel blended fuel on combustion and emissions of diesel engine[J].Acta Petrolei Sinica(Petroleum Processing Section), 2016, 32(4)： 455-461.)

[9] 蔡艷平, 李艾華, 李麗梅, 等.乙二醇單丁醚-柴油混合燃料對柴油機(jī)燃燒和排放性能的影響[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報, 2011, 29(3): 229-235. (CAI Yanping, LI Aihua, LI Limei, et al. Effect of NBE-diesel blended fuel on combustion and emissions of diesel engine[J].Technology Transactions of CSICE, 2011, 29(3): 229-235.)

[10] 楊豐科, 王俊偉. 柴油添加劑聚甲氧基二甲醚的合成研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工, 2012, 41(10): 1803-1806. (YANG Fengke, WANG Junwei. Progress on the synthesis of polyoxymethylene dimethyl ethers as component of tailored diesel fuel[J].Applied Chemical Industry, 2012, 41(10): 1803-1806.)

[11] KIM C H, EL-LEATHY A M, XU F, et al. Soot surface growth and oxidation in laminar diffusion flames at pressures of 0.1-1.0 atom[J].Combustion & Flame, 2004, 136(1/2): 191-207.

[12] ENOCH D, BAPTISTE S, HAI W. Weakly bound carbon-carbon bonds in acenaphthene derivatives and hexaphenylethane[J].Journal of Physical Chemistry A, 2010, 114(2): 1161-1168.

[13] SANTAMARIA A, MONDRAGON F, QUINONEZ W, et al. Average structural analysis of the extractable material of young soot gathered in an ethylene inverse diffusion flame[J].Fuel, 2007, 86(12): 1908-1917.

[14] SONG J, ALAM M, BOEHMAN A L, et al. Examination of the oxidation behavior of biodiesel soot[J].Combustion & Flame, 2007, 97(146): 589-604.

[15] 呂田. 壓燃式發(fā)動機(jī)顆粒物排放理化特性及其對大氣環(huán)境的影響[D].上海: 上海交通大學(xué), 2012.

[16] VANDER WAL R L, MUELLER C J. Initial investigation of effects of fuel oxygenation on nanostructure of soot from a direct-injection diesel engine[J].Energy Fuel, 2006, 20: 2364-2369.

[17] VANDER WAL R L, TOMASEKA J. Soot oxidation: Dependence upon initial nanostructure[J].Combustion and Flame 2003, 134: 1-9.

[18] MORJAN I, VOICU I, ALEXANDRESCU R, et al. Gas composition in laser pyrolysis of hydrocarbon-based mixtures: Influence on soot morphology[J].Carbon 2004, 42: 1269-1273.

[19] 郝斌. 不同燃料對柴油機(jī)排氣顆粒物的影響研究[D].天津: 天津大學(xué), 2014.

[20] 魏衍舉, 汪文瑞, 黃瑾, 等. 柴油機(jī)顆粒物可溶有機(jī)組分來源研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報, 2013, 47(5): 6-11. (WEI Yanju, WANG Wenrui, HUANG Jin, et al. Study on the origination of soluble organic fraction in diesel engine-out particulate matters[J].Journal of Xi’an Jiaotong University, 2013, 47(5): 6-11.)

[21] 李登科. 機(jī)動車排氣中SVOCs及顆粒物中SOF成分分析[D].天津: 天津大學(xué), 2012.

[22] 董淼. DNTP降低柴油機(jī)多環(huán)芳香烴排放的實驗研究[D].鎮(zhèn)江: 江蘇大學(xué), 2014.

Influence of PODE3-8/Diesel Blended Fuel on Diesel Engine PM Emission

WANG Yumei， SUN Ping， FENG Haojie， LIU Junheng， JI Qian

(SchoolofAutomobileandTrafficEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China)

10% (by volume) Polyoxymethylene Dimthyl Ethers(PODE) with 3—8 polymerization degree were blended with diesel fuel and the resultant mixture was marked as P10. The effects of PODE3-8/diesel blended fuel on smoke emissions of diesel engine were investigated. The micro-orifice uniform desposition impactor was used to study the size distribution characteristics of the exhaust particles from a diesel engine. The mass fraction of soluble organic fraction (SOF) in PM and the characteristics of soot oxidation were analyzed with thermo-gravimetric analyzer (TGA), while the influence of PODE3-8fuel on the SOF components of PM samples has also been analyzed with gas chromatography-mass spectrometer (GC-MS). Results showed that compared with diesel fuel, the smoke intensity of the diesel engine with P10 fuel were decreased at the rated condition. The mass concentration of each particle size of P10 fuel is lower when compared with diesel.The exhaust particle size distribution generally shifted to the direction of a small particle size when the diesel engine fueled with P10 fuel. As compared with diesel, the mass fractions of SOF in PM of P10 fuel were increased, and the initial combustion temperatures and the mass loss rate peak temperatures were reduced. For P10 fuel, the mass fractions of alkanes and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) (such as fluoranthene and pyrene) in SOF significantly were reduced, but the organic acid esters were increased.

diesel engine; oxygenated fuel additive PODE3-8; particulate matter emission

2016-07-18

江蘇省高校自然科學(xué)研究項目(14KJA470001)、內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國家重點實驗室開放基金資助項目(K2016-05)和江蘇省自然科學(xué)基金項目(BK20160538)資助

王玉梅，女，碩士研究生，從事發(fā)動機(jī)排放控制方面的研究；E-mail:18796015104@163.com

孫平，男，教授，從事發(fā)動機(jī)代用燃料和排放控制方面的研究；E-mail:sunping@ujs.edu.cn

1001-8719(2017)03-0549-07

TK421+.5

A

10.3969/j.issn.1001-8719.2017.03.021