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非道路柴油机排放颗粒物中的重金属形态及其风险评价

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环境污染与防治 2015年第5期37卷 55-60页

作者：董黎明刘俊女赖花赵钰张海金北京工商大学环境科学与工程系北京100048 北京市机动车排放管理中心北京100176 北京工商大学外国语学院北京100048

采集6种典型非道路柴油机排放的颗粒物样品，利用BCR连续提取法分析了颗粒物中重金属的形态。结果表明，6种典型非道路柴油机的颗粒物比排放达154～343mg／（kW·h），小功率的非道路柴油机颗粒物比排放较高；各重金属平均质量浓度排序... 详细信息

采集6种典型非道路柴油机排放的颗粒物样品，利用BCR连续提取法分析了颗粒物中重金属的形态。结果表明，6种典型非道路柴油机的颗粒物比排放达154～343mg／（kW·h），小功率的非道路柴油机颗粒物比排放较高；各重金属平均质量浓度排序为Zn~Cr〉As〉Mn~Pb〉Ni≈Cu≈Cd，重金属总量约占颗粒物质量的2．22％；Ni和Cu以有机物结合态为主，其他重金属均以残渣态为主，约占总提取形态的71-83％～96．74％；所有非道路柴油机颗粒物中均存在有机物结合态重金属且比例较高，说明排放颗粒物中有机污染物和重金属结合紧密。基于风险评价法和污染系数法对重金属的生态风险进行评价，结果表明，非道路柴油机排放颗粒物中Cd的生态风险最高，Pb、Cr和Mn的风险次之。

关键词：非道路柴油机颗粒物重金属形态风险评价

非道路柴油机排放颗粒物表面形态及重金属特征

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环境污染与防治 2013年第11期35卷 66-70,76页

作者：刘俊女北京市机动车排放管理中心北京100176

基于采集的4种典型非道路柴油机排放颗粒物样品，利用扫描电镜和ICP—MS分析了其表面形态和重金属特征。结果表明，4种典型非道路柴油机的颗粒物比排放达116-318mg／（kW·h），且随额定功率降低呈增长趋势；颗粒物在扫描电镜下呈现不... 详细信息

基于采集的4种典型非道路柴油机排放颗粒物样品，利用扫描电镜和ICP—MS分析了其表面形态和重金属特征。结果表明，4种典型非道路柴油机的颗粒物比排放达116-318mg／（kW·h），且随额定功率降低呈增长趋势；颗粒物在扫描电镜下呈现不规则的块状体，能谱分析检测到颗粒物表面近20种元素，其中Ni、Pb、Cd、As等有害元素占颗粒物表面元素总质量约0．6％；颗粒物样品中8种典型重金属的总量为46．28-105．79mg／g，其含量顺序为As〉Zn〉Ni〉Cu〉Pb〉Cr〉Mn〉Cd，不同功率的非道路柴油机排放颗粒物中各种重金属含量随额定功率的降低逐渐增大。重金属的健康风险评价结果表明，非道路柴油机颗粒物中As、Cr、Pb、Ni、Cd含量已对人体存在非致癌健康风险，同时As还对人体存在致癌风险，对儿童的健康危害远大于成人。

关键词：非道路柴油机颗粒物表面形态重金属健康风险

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非道路柴油机主油道压力优化研究

润滑与密封 2019年第11期44卷 100-104页

作者：贾德文李三军昆明理工大学云南省内燃机重点实验室

某车用柴油机改为非道路使用后,额定功率转速从3600 r/min降为2400 r/min,这对原机油泵提出了更高要求。应用AMESim软件建立柴油机润滑系统一维仿真模型,仿真分析发现柴油机转速降低后,机油泵主油道压力已不能满足新的工况要求。对该机... 详细信息

某车用柴油机改为非道路使用后,额定功率转速从3600 r/min降为2400 r/min,这对原机油泵提出了更高要求。应用AMESim软件建立柴油机润滑系统一维仿真模型,仿真分析发现柴油机转速降低后,机油泵主油道压力已不能满足新的工况要求。对该机油泵的额定流量和泄压阀开启压力进行分析和优化,在不改变其他结构参数的基础上,将机油泵最大额定流量和开启压力分别从35.3 L/min和600 kPa调整到50 L/min和500 kPa。仿真分析表明,优化后主油道压力能满足柴油机相关部件润滑要求,且最小油膜厚度满足设计要求;同时还发现机油滤清器和机油冷却器阻力损失越大,主油道压力降低越明显,机油泵出口压力随机油滤清器和冷却器的总阻力升高而变大。

关键词：非道路柴油机机油泵性能参数主油道压力

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非道路柴油机高原性能与功率补偿研究

非道路柴油机高原性能与功率补偿研究

作者：姜开誉昆明理工大学

学位级别：硕士

我国高原具有纵向海拔梯度高,横向面积分布广的特点,以柴油机作为动力输出的移动源,受高原复杂环境因素的影响,在高海拔地区运行时,会出现动力、经济性下滑,排放污染物增多,柴油机输出功率降低,整机可靠性恶化等问题,柴油机在高海拔地... 详细信息

我国高原具有纵向海拔梯度高,横向面积分布广的特点,以柴油机作为动力输出的移动源,受高原复杂环境因素的影响,在高海拔地区运行时,会出现动力、经济性下滑,排放污染物增多,柴油机输出功率降低,整机可靠性恶化等问题,柴油机在高海拔地区的应用受到严重地影响与限制。为保障移动源动力输出,采取台架试验与仿真计算相结合的手段,开展非道路柴油机高原性能分析与功率补偿研究,柴油机高原特性研究能进一步提升高原地区民用柴油机自身性能,保障高原国防动力储备,具有重要的现实意义。针对非道路柴油机在高原目标运行工况出现喘振问题,开展了高原增压匹配、高原特性规律的试验与仿真研究,在此基础上,从机内净化的角度,通过修改燃烧室结构参数与进气系统参数,提出柴油机功率补偿方案。主要研究工作如下:(1)非道路柴油机高原增压系统匹配研究根据非道路柴油机开发需求与增压系统匹配原则,选取三款增压器进行高原柴油机增压系统匹配与台架验证工作;通过柴油机理论基础与试验数据对仿真模型进行调整与验证,建立非道路柴油机一维工作过程仿真模型,分析海拔高度对增压系统运行参数的影响。研究表明,高原增压系统匹配能有效规避变海拔压气机喘振风险,但在4km海拔高转速运行工况下,增压系统存在超速现象。(2)非道路柴油机高原性能与缸内燃烧过程影响研究利用大气环境模拟试验台架结合仿真计算模型对0km、1km、2km、3km、4km海拔环境工况下,柴油机的动力、经济性、排放特性等参数随海拔高度的影响进行分析;建立非道路柴油机三维缸内燃烧过程仿真模型,模拟分析变海拔条件对柴油机最大扭矩转速工况缸内燃烧过程的影响。研究表明:变海拔条件下,非道路柴油机各性能参数呈现非线性变化,在不同负荷、转速下的变化程度不尽相同,但变化规律基本一致,外特性工况下,随转速增加动力、经济性变化梯度整体呈现出先变小后变大的“浴盆形”趋势,与平原环境相比,1km、2km、3km、4km环境下外特性运行工况,非道路柴油机功率平均降幅0.9%、1.9%、2.6%、4.3%;经济性平均降幅0.8%、2%、3.5%、6%。最大扭矩运行工况,缸内平均压力峰值与放热率峰值随海拔高度升高而降低,缸内平均温度与缸内气体流动能力随海拔高度升高而增加,缸内氮氧化物与碳烟排放量受缸内高温、燃烧持续期加长、氧含量降低等因素的影响随之增加。(3)非道路柴油机高原功率补偿研究针对高原环境下柴油机功率下滑、经济性与排放恶化等问题,从影响柴油机性能的“油”、“室”、“气”三大重要参数角度出发,设置了不同缩口直径与油束夹角方案,利用柴油机三维缸内工作过程仿真模型进行计算分析;通过调整增压系统参数,建立两级增压柴油机一维工作过程仿真模型,开展4km海拔环境下外特性工况功率恢复研究。研究表明:适当减小缩口直径,缩小径深比能在一定程度上提升缸内湍流运动强度,改善缸内燃烧过程,优化方案为当缩口直径为56mm、油束夹角为150°时缸内湍动能最大、放热率最高,对比原机与优化方案4km海拔环境最大扭矩工况,功率增幅约为3.1%;对比原单级增压柴油机,两级增压柴油机在平原与4km海拔环境外特性工况的功率提升明显,4km海拔环境外特性工况下两级增压柴油机的动力、经济性基本与原单级增压柴油机平原环境性能持平,对比4km海拔环境原单级增压柴油机外特性参数,动力性平均增幅8.4%、经济性平均增幅7.5%。

关键词：非道路柴油机增压匹配高原特性缸内燃烧功率恢复

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非道路柴油机电动EGR阀设计及试验研究

非道路柴油机电动EGR阀设计及试验研究

作者：李洪利吉林大学

学位级别：硕士

随着国家排放法规的日益严格,非道路柴油机采用传统的机械泵燃油喷射系统很难达到排放法规的要求。电控单体泵+电动EGR系统具有成本低、能有效改善NO排放及可实现精确控制的特点,目前,在非道路柴油机上得到广泛应用。本文以电动EGR系统... 详细信息

随着国家排放法规的日益严格,非道路柴油机采用传统的机械泵燃油喷射系统很难达到排放法规的要求。电控单体泵+电动EGR系统具有成本低、能有效改善NO排放及可实现精确控制的特点,目前,在非道路柴油机上得到广泛应用。本文以电动EGR系统中核心执行机构——电动EGR阀为研究对象,利用直流电机及传动机构等众多技术研制一款具有自主知识产权的直流电机电动EGR阀,本文在设计开发过程中完成如下主要工作:(1)分析非道路柴油机NO的生成机理及影响其生成的相关因素;给出EGR技术影响NO排放的原理;(2)匹配发动机设计一款直流电机电动EGR阀,其中涉及阀体结构及传动机构设计;(3)利用AVL-Fire计算软件及ANSYS软件联合分析电动EGR阀在不同工况下的热通量及流体温度等温度场参数,尤其是电动EGR阀电机和传感器芯片部位的温度;(4)对电动EGR阀的响应时间、线性度、密封性及温度场等性能进行测试;然后进行电动EGR阀匹配发动机200小时及拖拉机500小时耐久测试。

关键词：非道路柴油机排放法规 NOx EGR阀温度场

非道路柴油机混合气形成及燃烧过程的数值模拟研究

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非道路柴油机混合气形成及燃烧过程的数值模拟研究

作者：李烽超天津大学

学位级别：硕士

非道路柴油机是指应用于工程机械、农业机械等非道路机械的柴油机,近年来产量约占柴油机总产量的50%,NO和PM排放量与机动车排放量基本持平,但相比于车用柴油机,非道路柴油机排放治理工作滞后。同时,非道路柴油机生产制造受到严格的成本... 详细信息

非道路柴油机是指应用于工程机械、农业机械等非道路机械的柴油机,近年来产量约占柴油机总产量的50%,NO和PM排放量与机动车排放量基本持平,但相比于车用柴油机,非道路柴油机排放治理工作滞后。同时,非道路柴油机生产制造受到严格的成本限制,且可靠性要求高,因此,在相对车用柴油机更低水平的喷油系统前提下,通过系统掌握缸内油气混合规律,优化燃烧过程并降低原排显得更为迫切。本文基于国IV非道路柴油机开发,以典型非道路柴油机为研究对象,通过一维和三维数值仿真,开展了不同喷油策略和油气匹配技术对燃烧排放的影响规律和机理研究。基于GT-power平台完成一维计算模型及标定工作,开展了八工况下喷油压力、喷油正时的综合优化,并基于正交试验设计开展了配气正时优化。综合考虑动力性、经济性及排放,完成优化后,可使油耗降低14.7%,soot排放降低70.9%。基于Converge平台搭建三维计算模型并完成网格策略分析及模型标定,开展了单次喷射(喷油压力、油束夹角)、多次喷射(预喷策略、后喷策略)、油气匹配(涡流)等对发动机性能排放的影响规律和机理研究。单次喷射下的研究结果表明:涡流比为1.5时有利于油气混合,降低油耗和soot排放。油束夹角为140°时,可以充分利用燃烧室凹坑和挤流区空气,进而促进油气混合,优化燃烧过程。提高喷油压力增大了油束贯穿距,加快了混合气形成和燃烧过程。随着喷油压力的提高,其匹配的涡流比增大,高喷油压力匹配较大涡流比更有利于优化油气混合和燃烧,油耗和soot排放降低。多次喷射下的研究结果表明:适当的预喷策略下,预喷燃油燃烧放热,可以促进主喷燃油的混合和燃烧,但过强的加热作用会导致主预喷燃烧区域的重叠。主预喷间隔为20°CA时,挤流可带动预喷燃油进入燃烧室凹坑,同时匹配1.5的涡流比,可带动预喷燃油及其燃烧产物偏转运动到主喷油束间隙,涡流和挤流的利用均可以改善主喷和预喷油束的重叠,并充分利用预喷燃油的放热量促进主喷燃油的混合和燃烧速率,从而提高功率,降低soot排放,但会使NO排放增加。适当的后喷可以提高燃烧后期缸内温度,且喷雾产生的扰动促进了缸内流动,有助于燃烧后期碳烟的氧化,soot排放降低,也带来功率小幅下降,而NO排放几乎不变。

关键词：非道路柴油机喷油参数多次喷射缸内流动数值模拟

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非道路柴油机油底壳振动优化研究

非道路柴油机油底壳振动优化研究

作者：白建勇昆明理工大学

学位级别：硕士

非道路柴油机具有工况变换剧烈、工作负载大、连续运行时间长的特点,对其可靠性、耐久性和舒适性提出了严峻的挑战。在非道路柴油机排放的第三阶段,功率强化加剧结构振动与噪声辐射,非道路用柴油机的减振降噪技术研究成为当务之急。通... 详细信息

非道路柴油机具有工况变换剧烈、工作负载大、连续运行时间长的特点,对其可靠性、耐久性和舒适性提出了严峻的挑战。在非道路柴油机排放的第三阶段,功率强化加剧结构振动与噪声辐射,非道路用柴油机的减振降噪技术研究成为当务之急。通用柴油机主要部件中噪声辐射比例最大的部件是壳体件,其中油底壳占25%左右,因此针对油底壳进行减振降噪研究,对降低整机的振动与噪声污染,以及提高整机的运行可靠性具有重要意义。以非道路高压共轨柴油机为研究对对象,基于有限元和多体动力学的方法,建立了整机多体动力学模型,通过机体与曲轴模态测试,验证了整机有限元模型以及多体动力学模型;通过频率响应分析、流固耦合模态分析和多体动力学分析的方法,进行了整机振动与噪声仿真研究,利用Optistruct软件进行了油底壳结构形貌优化,研究了不同加强筋结构方案对整机关键点振动与噪声的影响情况。主要研究结果如下:(1)机体、曲轴模态分析与测试结构模态的精度是油底壳优化分析,多体动力学计算结果准确的关键,采用有限元分析和测试的方法研究发动机主要部件的模态规律。研究结果表明,机体、曲轴两个部件的测试与计算模态的相对误差在5%以内,气缸盖罩模态一阶偏差为6.11%,其他各阶在5%以内。油底壳属于典型的薄壁焊接件,前六阶振型中,第一二四五阶模态与有限元分析结果最大误差在10%以内,四个部件的振型一致性较好。(2)油底壳形貌优化及模态影响因数分析采用形貌优化的方法研究油底壳加强筋与刚度的变化关系,在相同的加强筋数量下,加强筋的起筋高度增加1mm,结构一阶模态平均增加35.4HZ。在相同的刚度要求下和起筋高度下,槽形比圆弧形的加强筋少50%,工艺性更好。采用流固耦合的方法,分析机油耦合作用下结构模态。研究表明,在机油耦合作用下,油底壳底部结构的一阶模态至少降低了 32.77HZ,而对高阶模态影响较小,随着机油容积的增加,一阶模态频率逐渐降低。(3)整机耦合激励下的油底壳振动噪声和动态应力分析首先分析发动机配气机构、活塞侧击力和主轴承的载荷分布规律,进而对油底壳进行整机耦合激励下的振动噪声和动态应力分析。研究结果表明,优化后油底壳表面的关键节点的最高速度级平均降低了 6.9dB;优化后结构模态升高,关键点的动态应力变化频率增大,底部最高应力降低1OMPa,上部集油区降低了2.8MPa;优化后在最大扭矩工况500HZ中心频率下,发动机次推力侧声压级最大降低了 6.14dB。

关键词：非道路柴油机油底壳形貌优化模态振动噪声

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非道路柴油机辐射噪声仿真分析与结构优化

非道路柴油机辐射噪声仿真分析与结构优化

作者：田小青武汉理工大学

学位级别：硕士

随着非道路机械的种类和保有量持续上升,以及国家相关政策法规的日益严格,非道路机械的NVH性能也受到越来越多的关注。作为非道路机械的动力源与噪声源,非道路发动机的振动噪声水平直接影响着对应机械的性能,控制其振动和噪声具有重要... 详细信息

随着非道路机械的种类和保有量持续上升,以及国家相关政策法规的日益严格,非道路机械的NVH性能也受到越来越多的关注。作为非道路机械的动力源与噪声源,非道路发动机的振动噪声水平直接影响着对应机械的性能,控制其振动和噪声具有重要的现实意义。目前,针对柴油机的减振降噪研究,主要侧重于道路用柴油机,对非道路柴油机的关注偏少。本文以某设计研发阶段的非道路柴油机为研究对象,对其进行振动响应分析与辐射噪声预测,为非道路柴油机的减振降噪研究提供一定的参考。本文通过理论计算与数值仿真,综合运用多体动力学方法、有限元法和边界元法,完成了对非道路柴油机的振动响应分析、辐射噪声预测与结构优化设计。(1)非道路柴油机有限元分析模型的建立。对柴油机整体结构进行了有限元网格离散,分析了不同网格尺寸对缸盖模态分析结果的影响,综合计算精度和模型规模,确定了关键零部件最佳网格尺寸;进行柴油机整体结构的模态分析,获得其振动特性。(2)非道路柴油机刚柔混合的多体动力学模型的建立。采用模态综合法,对曲轴进行柔性化处理,建立了非道路柴油机刚柔混合的多体动力学模型,其计算得到的活塞运动状态与理论推导一致;基于该模型计算了柴油机的轴承激励力、活塞侧推力及气体作用力等主要激励力的时域和频域数据。(3)非道路柴油机的振动响应分析。基于已经获得的激励力数据,确定各激励力实际的加载位置,完成柴油机工作过程的结构振动响应分析,获得柴油机表面振动速度的时域和频域数据。计算结果表明,缸盖罩、轴承是振动速度最大的部位,其次是机体的部分裙部及油底壳的底部。(4)非道路柴油机辐射噪声的预测。建立合适的分区域边界元网格模型,将非道路柴油机表面振动速度数据映射到边界元模型上,采用间接边界元法,对其进行辐射噪声的计算。结果显示,该柴油机在300-1500Hz频段内的辐射噪声贡献量较大,缸盖罩是最主要的噪声贡献面板。(5)基于结构优化的非道路柴油机辐射噪声控制。根据柴油机结构振动响应分析与辐射噪声计算结果,对缸盖罩与油底壳进行结构优化设计,结果显示优化后的模型噪声降低了1.17dB。

关键词：非道路柴油机振动辐射噪声优化

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非道路柴油机氧化亚氮排放特性试验研究

内燃机与动力装置 2023年第2期40卷 8-12,41页

作者：白凤月王振宇申富强张佑源吴春玲张琳景晓军中汽研汽车检验中心(天津)有限公司天津300300 东风柳州汽车有限公司广西柳州545500

基于非道路稳态和瞬态循环,对装配铜基选择性催化还原系统的某柴油机氧化亚氮N_(2)O排放特性进行试验研究。结果表明:稳态循环和冷、热起动瞬态循环下,N_(2)O比排放均较高,比排放分别为147.1、130.2、150.2 mg/(kW·h);稳态循环中,发动... 详细信息

基于非道路稳态和瞬态循环,对装配铜基选择性催化还原系统的某柴油机氧化亚氮N_(2)O排放特性进行试验研究。结果表明:稳态循环和冷、热起动瞬态循环下,N_(2)O比排放均较高,比排放分别为147.1、130.2、150.2 mg/(kW·h);稳态循环中,发动机负荷降低,N_(2)O排放增加;瞬态循环中,N_(2)O与原机NO_(x)排放特性相同;冷起动时的N_(2)O排放主要来自NH_(3)的氧化,主动再生可以大幅降低N_(2)O排放。

关键词：非道路柴油机 N_(2)O 选择性催化还原铜基催化剂

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