甲醇/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)超低排放集成控制試驗(yàn)研究

馬浩然，劉軍恒*，嵇乾，魏明亮，談秉乾

（1.江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.拖拉機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3.無錫恒和環(huán)?？萍加邢薰荆K 無錫 214174）

壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)具有熱效率高、可靠性好和動(dòng)力性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是交通運(yùn)輸、工程機(jī)械、農(nóng)用動(dòng)力和國防裝備的主導(dǎo)動(dòng)力。然而，傳統(tǒng)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃用化石燃料產(chǎn)生大量的有害污染物和CO2排放，這將對綠色低碳社會發(fā)展和人類健康產(chǎn)生不利影響，且國內(nèi)石油資源短缺，嚴(yán)重依賴進(jìn)口，這也威脅著國家的能源安全。隨著排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格，特別是“雙碳”目標(biāo)的提出，促使內(nèi)燃機(jī)必須在缸內(nèi)高效燃燒的基礎(chǔ)上結(jié)合缸外凈化技術(shù)實(shí)現(xiàn)超低排放[1-3]。

傳統(tǒng)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)采用缸內(nèi)高壓燃料噴射形成非均勻的混合氣進(jìn)行擴(kuò)散燃燒，混合氣濃度和溫度分布都極不均勻，在擴(kuò)散火焰外殼的高溫區(qū)產(chǎn)生NOx，內(nèi)部高溫缺氧區(qū)產(chǎn)生顆粒物（particulate matter，PM），且它們之間存在著trade-off 關(guān)系[4]。為了突破傳統(tǒng)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放和熱效率兩個(gè)界限，研究人員自20 世紀(jì)90 年代開始探索新一代內(nèi)燃機(jī)高效燃燒方式，其基本思想是通過組織內(nèi)燃機(jī)的油氣混合和燃燒過程來提高燃燒效率和熱效率[5-6]。Reitz等[7]提出了基于雙燃料燃燒的反應(yīng)控制壓燃（reaction controlled compression ignition，RCCI）燃燒模式，利用兩種燃料性質(zhì)截然相反的燃料改變?nèi)加突钚远刂迫紵辔?，通過燃料活性分層控制放熱規(guī)律。RCCI 燃燒模式降低NOx和Soot排放的原因是避免了缸內(nèi)混合氣高濃度區(qū)域與局部高溫區(qū)域的產(chǎn)生，指示熱效率提高得益于傳熱損失的減少與燃燒相位的有效控制[8]。Yao等[9]提出了柴油/甲醇組合燃燒模式，即進(jìn)氣道噴射低活性燃料甲醇，在進(jìn)氣和壓縮行程中與空氣充分混合形成均質(zhì)預(yù)混氣，由缸內(nèi)直噴高活性燃料柴油引燃甲醇預(yù)混氣。這種燃燒方式兼具稀薄燃燒和低溫燃燒的特點(diǎn)，不僅替代了部分柴油燃料，還降低了NOx和Soot 排放，但CO、HC、甲醇和甲醛等排放有所上升[9]。同時(shí)，非道路柴油機(jī)工作環(huán)境更加惡劣，且僅依靠缸內(nèi)燃燒優(yōu)化難以實(shí)現(xiàn)排放水平的升級，通過集成氧化催化器（diesel oxidation catalyst，DOC）、顆粒物捕集器（diesel particulate filter，DPF）和選擇性催化還原轉(zhuǎn)化器（selective catalytic reduction，SCR）控制尾氣排放已成為滿足非道路國Ⅳ排放法規(guī)的技術(shù)路徑[10]。胡杰等[11]研究了加裝DOC+DPF+SCR 集成后處理系統(tǒng)對農(nóng)用柴油機(jī)排放特性的影響，結(jié)果表明加裝DOC+CDPF+SCR 后CO、HC、NOx、PM和顆粒數(shù)量（particle number，PN）比排放均大幅下降，除10%負(fù)荷的HC 排放外，其余排放均低于非道路國Ⅳ排放法規(guī)限值。Zhang等[12]在一臺重型柴油機(jī)上開展了集成后處理系統(tǒng)（DOC+CDPF+SCR）對燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特性影響規(guī)律的研究，結(jié)果表明，加裝集成后處理系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性幾乎沒有不利影響，同時(shí)可將排放水平降至國Ⅳ排放法規(guī)限值，中高負(fù)荷排放水平可降至國Ⅴ排放法規(guī)限值。馮魯煜等[13]在一臺滿足國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油/甲醇雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)上系統(tǒng)探究了廢氣再循環(huán)（exhaust gas recirculation，EGR）耦合后處理系統(tǒng)（DOC+POC）對非常規(guī)排放特性的影響規(guī)律，柴油/甲醇雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)非常規(guī)排放物包括甲醇、甲醛、1，3-丁二烯、苯、甲苯和SO2，且以甲醇、甲醛和SO2為主，其他非常規(guī)排放物為痕量水平，經(jīng)后處理后各項(xiàng)非常規(guī)排放凈化效率在99%以上。

現(xiàn)有研究主要圍繞車用發(fā)動(dòng)機(jī)甲醇/柴油雙燃料燃燒模式以及非道路柴油機(jī)的排放性能與控制技術(shù)。然而，DOC+DPF+SCR 后處理技術(shù)路線對非道路甲醇/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性的影響規(guī)律尚不清楚。此外，非道路甲醇/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)與非道路純柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在加裝DOC+DPF+SCR 后處理系統(tǒng)前后的排放水平之間的差異也還未開展研究。因此，本研究目的是通過臺架試驗(yàn)探究DOC+DPF+SCR 后處理系統(tǒng)對非道路甲醇/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)排放和非常規(guī)排放的影響規(guī)律，并與排放法規(guī)限值進(jìn)行比較，以探明后處理系統(tǒng)集成控制非道路甲醇/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)超低排放的潛力。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)基于1 臺四缸增壓中冷、高壓共軌柴油機(jī)，滿足我國非道路第四階段排放標(biāo)準(zhǔn)，原機(jī)主要參數(shù)如表1所示。在進(jìn)氣道加裝甲醇噴射系統(tǒng)，以0.4 MPa 噴射壓力向進(jìn)氣歧管內(nèi)噴射甲醇，在進(jìn)氣系統(tǒng)中新鮮充量與霧化蒸發(fā)的甲醇充分混合進(jìn)入氣缸。在缸內(nèi)以160 MPa 噴射壓力直噴柴油燃料引燃甲醇預(yù)混氣，實(shí)現(xiàn)甲醇/柴油雙燃料燃燒模式。試驗(yàn)中采用的基礎(chǔ)燃料0#柴油，滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)；試驗(yàn)用甲醇燃料為市售分析純甲醇，其純度為99.9%，試驗(yàn)燃料的主要物化性質(zhì)見表2。

表1 試驗(yàn)柴油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表2 甲醇與柴油的理化性質(zhì)對比

圖1為甲醇/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)臺架試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。臺架系統(tǒng)主要由燃料供給系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)測控系統(tǒng)和排放分析系統(tǒng)3 部分組成。分別采用AVL735S 瞬態(tài)油耗儀和FCM-04 型醇耗儀測量柴油和甲醇燃料的消耗率；使用自制的甲醇控制系統(tǒng)控制進(jìn)氣道甲醇噴射，噴醇時(shí)刻依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號和凸輪軸信號確定，通過調(diào)整甲醇噴射脈寬大小實(shí)現(xiàn)甲醇噴射量的精確控制。試驗(yàn)采用湘儀公司生產(chǎn)的CAC250 型電力測功機(jī)保持發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況恒定，配合FC2005 測控軟件來對發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的各類參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和儲存。常規(guī)排放（CO、HC和NOx）采用Horiba MEXA-7200D 尾氣分析儀測量，排氣煙度采用AVL 415S 型濾紙式煙度計(jì)測量，非常規(guī)排放（甲醇和甲醛）采用AVL SESAM i60FT 傅里葉紅外光譜儀（fourier transform infrared，F(xiàn)TIR）測量。排放的集成控制采用DOC+DPF+SCR后處理系統(tǒng)，SCR 試驗(yàn)使用的還原劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)32.5%的尿素水溶液，控制尿素計(jì)量泵通過非氣助式噴嘴將尿素噴入SCR 系統(tǒng)，其噴射量根據(jù)SCR入口的NOx濃度、氨氮比和排氣流量計(jì)算得出，其計(jì)算公式如下[14]：

圖1 甲醇/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)臺架裝置示意圖

式中：AdBlue 為尿素噴射量，kg/h；Mexhaust為排氣質(zhì)量流量，kg/h；VNOx為排氣中NOx的體積分?jǐn)?shù)，10-6。

試驗(yàn)采用的DOC 使用堇青石作為載體，涂敷了一定量的Pt/Pd 貴金屬催化劑，對CO和HC 有較高的凈化效率；DPF 使用碳化硅作為載體，并涂敷了一定量的Pt/Pd 催化劑，在一定溫度下對Soot 有較高的捕集效率和再生性能；SCR 也使用了堇青石作為載體，催化劑采用最為常見的Cu-ZSM-5 催化劑，它具有較高的NOx催化效率。DOC+DPF+SCR后處理系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 后處理系統(tǒng)主要參數(shù)

1.2 研究方法

本研究選取的試驗(yàn)工況點(diǎn)為非道路國Ⅳ排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的非道路穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)（non-road steady cycle，NRSC）下的8 個(gè)工況點(diǎn)。試驗(yàn)開始前，先啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱15 min，控制進(jìn)氣溫度為60 ℃，燃油溫度為40 ℃，冷卻水溫和機(jī)油溫度分別為75和85 ℃。在試驗(yàn)時(shí)測功機(jī)采用固定轉(zhuǎn)速模式，發(fā)動(dòng)機(jī)先以純柴油模式在試驗(yàn)工況下運(yùn)行，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)和輸出扭矩不變的前提下，減少柴油燃料噴射量，同時(shí)逐漸增加甲醇噴射脈寬從而彌補(bǔ)適量的甲醇燃料，獲得最大甲醇替代率。由于怠速狀態(tài)下缸內(nèi)溫度低，噴入甲醇容易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失火，因此怠速工況下甲醇替代率為0。每個(gè)工況點(diǎn)保持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行300 s，待發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后再記錄相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所有試驗(yàn)均進(jìn)行多次測量并取平均值，保證試驗(yàn)的可重復(fù)性和再現(xiàn)性，以減少試驗(yàn)誤差，甲醇/柴油雙燃料燃燒模式運(yùn)行的具體試驗(yàn)工況見表4。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 后處理系統(tǒng)對雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)排放的影響

2.1.1 CO 排放

圖2為在NRSC 工況下DOC+DPF 后處理系統(tǒng)對純柴油模式和雙燃料模式的CO 排放的影響。由圖2可以看出，雙燃料模式下除第8 工況點(diǎn)由于發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速狀態(tài)下未噴射甲醇外，其余各個(gè)工況的CO 排放要明顯高于原機(jī)，兩種模式下的CO 排放經(jīng)DOC+DPF 催化后均降至超低水平；雙燃料模式的CO 排放在DOC+DPF 后略高于純柴油模式，在NRSC 第3 工況點(diǎn)兩種模式下的CO 排放分別為1.4×10-7和1×10-6。這是因?yàn)镃O 是含碳燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，雙燃料模式下甲醇較高的汽化潛熱降低了缸內(nèi)初始溫度，且隨著替代率增加，缸內(nèi)整體反應(yīng)活性降低，滯燃期被延長，燃燒相位推遲使得后燃比例增加，較低的燃燒溫度也導(dǎo)致燃料燃燒不完全[15]。且第3 工況點(diǎn)為高轉(zhuǎn)速工況，此時(shí)較高的排氣流速和甲醇替代率使得排氣中的CO 未能及時(shí)氧化，DOC+DPF 催化轉(zhuǎn)換效率略有下降；因此，第3 工況點(diǎn)排氣經(jīng)DOC+DPF 后CO排放較高，但其轉(zhuǎn)化效率依然保持在99%以上。

表4 雙燃料燃燒模式試驗(yàn)工況

圖2 DOC+DPF 對CO 排放的影響

2.1.2 HC 排放

圖3為在NRSC 工況下DOC+DPF 后處理系統(tǒng)前后純柴油模式和雙燃料模式的HC 排放特性。從圖中可以看出，甲醇/柴油雙燃料模式會產(chǎn)生較多的HC 排放，但經(jīng)過DOC+DPF 催化后兩種模式的HC 排放大幅降低，且催化后雙燃料模式下HC 排放略高于純柴油模式，在NRSC 第4 工況點(diǎn)下兩者HC 排放達(dá)到最大，分別為2.0×10-5和8 ×10-6。這主要是由于甲醇的加入降低了缸內(nèi)初始溫度，增強(qiáng)了壁面淬熄效應(yīng)和狹隙效應(yīng)；同時(shí)，在氣門重疊期也會有少量未反應(yīng)的甲醇預(yù)混氣被帶出[16]。兩種模式下排氣中的絕大部分HC 被DOC 氧化，DPF中涂敷的Pt/Pd 催化劑對HC 也有一定的催化效果，且大負(fù)荷時(shí)較高的排氣溫度有利于提高DOC+DPF 的催化活性；因此，經(jīng)后處理器后兩種模式的HC 排放大幅降低。此外，第4 工況點(diǎn)為高轉(zhuǎn)速小負(fù)荷工況，一方面，較高的轉(zhuǎn)速使得氣門重疊期甲醇逃逸的數(shù)量增多，在較大排氣流速下，部分HC 在催化器內(nèi)來不及氧化便被排出；另一方面，小負(fù)荷時(shí)缸內(nèi)燃燒溫度降低導(dǎo)致燃燒不完全，較低的排氣溫度也會降低DOC+DPF 催化活性，此時(shí)雙燃料模式的HC 轉(zhuǎn)化效率為98.1%。

圖3 DOC+DPF 對HC 排放的影響

2.1.3 NOx排放

圖4為NRSC 工況下DOC+DPF+SCR 后處理系統(tǒng)前后純柴油模式和雙燃料模式的NOx排放特性。由圖4可以看出，各個(gè)工況下甲醇/柴油雙燃料模式的NOx排放明顯低于純柴油模式。這是因?yàn)榧状几咂瘽摕峤档透變?nèi)整體燃燒溫度，燃燒始點(diǎn)推遲延長了柴油燃料與甲醇預(yù)混氣的混合時(shí)間，預(yù)混燃燒比例增加，燃燒持續(xù)期相應(yīng)縮短，避免了缸內(nèi)局部高溫區(qū)和高溫持續(xù)時(shí)間，從而降低了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放[17]。經(jīng)過后處理系統(tǒng)后NOx排放平均轉(zhuǎn)化效率為84%，最高可達(dá)98%以上，但在NRSC 第4 工況點(diǎn)下雙燃料模式的NOx排放略高于純柴油模式。這是由于SCR 對NOx的催化轉(zhuǎn)換效率主要受排氣溫度和催化器空速的影響，第4 工況點(diǎn)下負(fù)荷小，且甲醇的加入進(jìn)一步降低排氣溫度，涂敷在SCR 催化劑上的分子篩活性降低導(dǎo)致催化反應(yīng)速率放緩，較低的排氣溫度限制了尿素水溶液的蒸發(fā)熱解，無法在短時(shí)間內(nèi)生成足夠的NH3參與NOx的催化還原反應(yīng)。同時(shí)，過高催化器空速縮短了NOx在催化器內(nèi)的催化還原反應(yīng)時(shí)間，也導(dǎo)致噴入排氣管內(nèi)的尿素水溶液來不及發(fā)生熱解和水解，大量未分解的尿素會阻礙排氣在SCR多孔介質(zhì)載體中的流動(dòng)，降低了NH3分布均勻性。此外，NH3也會通過副反應(yīng)氧化為NO，從而降低了NOx轉(zhuǎn)化效率。

圖4 DOC+DPF+SCR 對NOx 排放的影響

2.1.4 Soot 排放

圖5為在NRSC 工況下DOC+DPF 后處理系統(tǒng)前后純柴油模式和雙燃料模式的Soot 排放特性。由圖5可以看出，在小負(fù)荷和怠速時(shí)純柴油模式的Soot 排放處于較低水平，這是由于此時(shí)缸內(nèi)燃燒過程中過量空氣系數(shù)較大的緣故；但隨著負(fù)荷增大，混合氣空燃比下降，雖然總體是富氧燃燒，然而局部缺氧還是會導(dǎo)致Soot 生成量的增加。在各個(gè)工況下雙燃料模式的Soot 排放均低于純柴油模式。這是因?yàn)榧状嫉募尤胩娲瞬糠植裼腿剂?，且甲醇不含C-C 鍵，不利于碳鏈生成，且燃料自供氧的特點(diǎn)使得其燃燒時(shí)不產(chǎn)生碳煙；同時(shí)，甲醇的高汽化潛熱和低反應(yīng)活性可推遲燃燒始點(diǎn)，這提高了柴油和甲醇的混合質(zhì)量，預(yù)混燃燒量的增加和甲醇較快的火焰?zhèn)鞑ニ俣裙餐瑴p少了Soot 的生成[18]。經(jīng)過后處理系統(tǒng)后，甲醇/柴油雙燃料模式Soot 排放平均降幅在90%以上。這是因?yàn)镈PF 載體采用壁流式設(shè)計(jì)，排氣進(jìn)入載體后被迫進(jìn)入過濾壁面，通過布朗擴(kuò)散、流動(dòng)攔截、慣性碰撞和重力沉降機(jī)理對排氣中的碳煙顆粒進(jìn)行捕集，同時(shí)DPF 表面涂覆的少量催化劑也促進(jìn)了排氣中碳煙的氧化，因此各個(gè)工況下DPF 對碳煙捕集效率均保持在較高水平。

圖5 DOC+DPF 對Soot 排放的影響

2.2 后處理系統(tǒng)對雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)非常規(guī)排放的影響

2.2.1 甲醇排放

圖6為在NRSC 工況下DOC+DPF 后處理系統(tǒng)前后純柴油模式和雙燃料模式的甲醇排放特性。由圖6可以看出，甲醇/柴油雙燃料模式具有較高的甲醇排放，且大部分甲醇排放可被DOC+DPF 催化轉(zhuǎn)化，但在高轉(zhuǎn)速下，仍有小部分甲醇未能被完全氧化。雙燃料模式具有較高甲醇排放的原因是：換氣過程中會有部分未燃甲醇直接進(jìn)入排氣管，在燃燒過程中有部分甲醇未參與燃燒且燃燒過程中也會生成甲醇分子[19]。在中高負(fù)荷下，較高的排氣溫度使DOC 催化劑處于最高活化窗口，此時(shí)DOC+DPF 對甲醇的轉(zhuǎn)化效率在89%～97%之間。然而，在第4 工況點(diǎn)下排氣溫度較低且排氣流速也大，導(dǎo)致DOC 催化活性受到抑制，甲醇在DOC 內(nèi)停留時(shí)間也短，甲醇未能完全氧化便被排出，所以經(jīng)DOC+DPF 后其排放依然相對較高。在第8 工況點(diǎn)雙燃料模式的甲醇替代率為0，所以甲醇排放并不高。

圖6 DOC+DPF 對甲醇排放的影響

2.2.2 甲醛排放

圖7為在NRSC 工況下DOC+DPF 后處理系統(tǒng)前后純柴油模式和雙燃料模式的甲醛排放特性。由圖7可以看出，雙燃料模式的甲醛排放較純柴油模式大幅增加，且隨負(fù)荷降低甲醛排放逐漸增加。這是因?yàn)榧兹┲饕怯杉状嫉牟煌耆趸磻?yīng)所生成，且通常在較低的溫度區(qū)間（700～1 000 K）進(jìn)行；隨負(fù)荷降低，柴油噴射量減少，已燃?xì)怏w溫度較低，大致甲醛大量生成，且缸內(nèi)較弱氧化作用不利于甲醛的進(jìn)一步分解；排氣管中的未燃甲醇因停留時(shí)間長和氧濃度高也會緩慢氧化生成甲醛[20]。經(jīng)后處理后，雖然第4 工況點(diǎn)甲醛的轉(zhuǎn)化效率略有降低，但整體上其轉(zhuǎn)化效率依然高達(dá)92%，尤其在低轉(zhuǎn)速工況下甲醛排放轉(zhuǎn)化效率超過99%。同時(shí)，甲醛催化效率受轉(zhuǎn)速的影響較大，隨著轉(zhuǎn)速的升高甲醛排放明顯升高。這是由于隨著轉(zhuǎn)速的提高，排氣流速相應(yīng)提高，較短的氧化時(shí)間導(dǎo)致甲醛不能被充分氧化消耗。

圖7 DOC+DPF+SCR 對甲醛排放的影響

2.3 NRSC 穩(wěn)態(tài)循環(huán)測試結(jié)果分析

圖8為在NRSC 穩(wěn)態(tài)循環(huán)測試下加裝DOC+DPF+SCR 后處理系統(tǒng)前后的純柴油模式和雙燃料模式的CO、HC、NOx和PM 比排放（單位：g·（kW·h）-1）對比結(jié)果。從圖中可以看出，甲醇/柴油雙燃料模式可以同時(shí)降低NOx和PM 的排放，與純柴油模式相比，PM 比排放從0.092 下降至0.062，降幅為32.6%，NOx比排放從2.73 下降至1.95，降幅為28.7%。然而與純柴油模式相比，HC和CO 比排放顯著增加，HC 比排放由2.45 上升至4.58，增加了0.87 倍，CO排放增幅尤為顯著，CO 比排放由0.94 上升至13.46，增加了13.32 倍，可見僅憑機(jī)內(nèi)凈化措施已無法滿足更嚴(yán)格的排放法規(guī)限值。在甲醇/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)后加裝DOC+DPF+SCR 后處理系統(tǒng)可有效降低各項(xiàng)排放，在后處理系統(tǒng)后純柴油與雙燃料模式的PM 排放分別降低至0.008 4和0.005 6，HC 排放則分別下降至0.016和0.048，CO 排放則分別下降至0.009和0.054，NOx排放分別下降至0.402和0.303。在兩種模式下均滿足非道路國Ⅳ排放法規(guī)限值[21]；但純柴油模式下NOx排放高于歐Ⅴ排放法規(guī)限值0.40，而甲醇/柴油雙燃料模式能夠滿足歐Ⅴ排放法規(guī)限值。

圖8 NRSC 穩(wěn)態(tài)循環(huán)下排放測試結(jié)果

3 結(jié)論

在一臺非道路甲醇/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上加裝了DOC+DPF+SCR 后處理系統(tǒng)，對比研究了在純柴油模式和雙燃料模式下的常規(guī)排放和非常規(guī)排放特性，并系統(tǒng)分析了后處理系統(tǒng)對雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放的轉(zhuǎn)化效率，主要研究結(jié)論如下所示。

1）與純柴油模式相比，甲醇/柴油雙燃料模式原機(jī)的CO和HC 排放明顯增加，這是由于甲醇的加入降低了缸內(nèi)初始溫度和燃料反應(yīng)活性，導(dǎo)致燃料不能完全燃燒。在NRSC 工況下，DOC+DPF 對CO和HC 排放的轉(zhuǎn)化效率超過99%，實(shí)現(xiàn)了超低排放。

2）與純柴油模式相比，甲醇/柴油雙燃料模式能夠同時(shí)降低柴油機(jī)NOx和Soot 排放，使兩者處于較低排放水平。經(jīng)過后處理系統(tǒng)后，NOx和Soot的平均降幅分別為84%和90%，但在小負(fù)荷時(shí)排氣溫度過低導(dǎo)致NOx轉(zhuǎn)化效率略有下降。

3）純柴油模式基本不產(chǎn)生甲醇排放，但會產(chǎn)生甲醛排放；而甲醇/柴油雙燃料模式則會產(chǎn)生較高的甲醇和甲醛排放。但經(jīng)DOC+DPF 處理后甲醇和甲醛基本能夠被氧化，對甲醇排放的轉(zhuǎn)化效率在89%～97%，而對甲醛的平均轉(zhuǎn)化效率超過92%。

4）NRSC 穩(wěn)態(tài)循環(huán)測試結(jié)果表明，加裝DOC+DPF+SCR 后處理系統(tǒng)后，兩種模式均滿足非道路國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)。但純柴油模式下NOx排放略高于歐Ⅴ排放法規(guī)限值，而雙燃料模式各項(xiàng)排放指標(biāo)均滿足歐Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)。