電控共軌柴油機曲軸箱排放及其形成研究.pdf

1、內燃機曲軸箱排放正受到越來越多的關注和研究。目前有部分發(fā)動機，特別是非道路用柴油機，仍采用開式曲軸箱通風系統(tǒng)。隨排放標準的加嚴，內燃機排氣管排放物明顯降低，曲軸箱排放相應地占總排放的比例日趨上升。本文采用試驗結合數值模擬的方法研究電控共軌柴油機曲軸箱氣體/顆粒排放及其形成。
　　建立了曲軸箱可視化試驗臺，研究曲軸箱內機油破碎現(xiàn)象及柴油機轉速的影響。研究表明：隨轉速提高，機油弧條數增加；機油弧長隨時間呈現(xiàn)正比例上升，油弧掃略面積隨時

2、間先緩增后急增；機油弧圓心基本在一條與X軸成45°角的直線上，隨轉速增加，機油弧圓心分布逐漸分散，背離曲軸旋轉軸心的傾向增加，機油運動的循環(huán)變動也變大；隨時間發(fā)展，機油質點集平均速度波動變大，分離趨向明顯，高轉速下，機油弧逐漸變成機油滴。
　　采用樹狀自適應網格和實時追蹤兩相界面的VOF方法數值模擬了機油氣體相互作用，并溫度補償式體積法試驗研究機油充氣率。發(fā)現(xiàn)：機油滴在下落過程中被壓縮成近橢圓形；機油滴撞擊機油面會出現(xiàn)三種現(xiàn)象：機

3、油滴機油面融合、融合飛濺過渡和機油滴飛濺；帶有溫度補償的評價方法非常有必要；機油瞬時機油充氣率和機油溫度隨時間迅速降低并接近于零和環(huán)境溫度；機油充氣率對油氣混合物影響機油破碎過程的參數有一定影響。
　　試驗研究了柴油機曲軸箱顆粒的數量/質量排放、揮發(fā)和氧化特性及多環(huán)芳烴排放。結果表明：曲軸箱粒徑分布在小負荷下呈單峰，大負荷下雙峰，且負荷增大降低了核模態(tài)顆粒數量，增加了積聚態(tài)顆粒數量；顆粒數量隨轉速提高而降低；隨噴油推遲，核模態(tài)顆粒

4、數量降低而積聚態(tài)顆粒先降后升；曲軸箱顆粒樣品中揮發(fā)性有機物占比超過95％，且隨轉速和負荷幾乎不變；曲軸箱和排氣管顆粒中PAHs比排放率均隨負荷減小，其中，3環(huán)和4環(huán)芳烴所占比例最大；曲軸箱與排氣管顆粒排放的當量毒性相當。
　　建立了電控共軌柴油機曲軸箱排放綜合試驗臺。首先以CO為標記物，對穩(wěn)態(tài)工況關聯(lián)研究了缸內燃燒、排氣管和曲軸箱HC排放及噴油參數。結果表明：曲軸箱通風流量隨轉速、負荷而上升；曲軸箱排氣量占排氣管的比例隨負荷而減小

5、，隨噴油推遲逐漸降低，變化量隨轉速升高而減??；氣缸竄氣對曲軸箱HC排放的貢獻在5~35%之間。曲軸箱氣體排放量因為累積效應強且無法采用后處理裝置消除而不可忽視，盡管曲軸箱氣體排放比排氣管低一到兩個數量級。
　　關聯(lián)研究了柴油機冷起動過程的燃油噴射、缸內燃燒、瞬態(tài)轉速、排氣管和曲軸箱HC排放及噴油參數的影響。研究發(fā)現(xiàn)：冷起動過程中，從第2循環(huán)開始，噴油器開始噴油，排氣管HC排放迅速增至峰值后快速減小至穩(wěn)定值，曲軸箱排放從起動開始就快

6、速增大并穩(wěn)定。低環(huán)境溫度比高環(huán)境溫度時冷起動更困難，排氣管HC排放高，但曲軸箱HC排放的穩(wěn)定值變化不大；隨噴油推遲，排氣管HC排放最高值和穩(wěn)定值均有所降低，上止點噴油時，排氣管HC排放值很高，曲軸箱HC排放隨噴油推遲而降低；隨設定油軌壓力增大，曲軸箱和排氣管HC排放降低。加入預噴后，加速階段的缸壓峰值比單次噴射有所降低，且隨主預噴間隔變化不大，隨預噴油量的增加先降后增，排氣管HC排放在進入怠速后繼續(xù)增大，且增速隨著主預噴間隔而增大，隨預