現(xiàn)代柴油機(jī)全氣缸取樣系統(tǒng)開發(fā)及缸內(nèi)微粒理化特性研究.pdf

1、隨世界柴油機(jī)保有量的持續(xù)增加，其排放微粒對環(huán)境和人類健康的危害日益嚴(yán)重，因此，研究柴油機(jī)微粒的生成機(jī)理及控制技術(shù)具有重大的現(xiàn)實意義。本文在CY6102直噴柴油機(jī)上，開發(fā)了一套可實現(xiàn)模擬增壓中冷、EGR和高壓共軌燃油噴射先進(jìn)柴油機(jī)技術(shù)的全氣缸取樣系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)對燃燒過程中微粒的理化特性進(jìn)行了研究，對碳煙形成歷程進(jìn)行了初步數(shù)值模擬。具體研究工作如下： 1.開發(fā)了柴油機(jī)全氣缸取樣裝置，主要包括取樣機(jī)構(gòu)、稀釋系統(tǒng)和氣門停開機(jī)構(gòu)；著重

2、進(jìn)行了筒刀總成、取樣口的設(shè)計和對搖臂軸的改造。 2.充分利用計算機(jī)的軟硬件資源，設(shè)計開發(fā)了以中斷技術(shù)為核心的電控單元(ECU)，并采用先進(jìn)的模糊控制策略設(shè)計了共軌壓力模糊閉環(huán)控制算法，使該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)噴油量、噴油定時以及取樣時刻、氣門關(guān)閉時刻、稀釋時刻的靈活可靠控制，而且能夠?qū)崿F(xiàn)共軌壓力的柔性調(diào)節(jié)。 3.采用電子低壓沖擊儀(ELPI)，測量燃燒過程中微粒的粒數(shù)、粒徑分布規(guī)律。測量結(jié)果表明，微粒粒數(shù)濃度隨曲軸轉(zhuǎn)角呈單峰

3、狀分布，峰值出現(xiàn)在14～18℃AATDC，燃燒后期約70％以上的微粒(粒數(shù)濃度)被氧化燃燒。微粒粒數(shù)、粒徑呈類似對數(shù)正態(tài)分布，頻度最大值出現(xiàn)在100～200nm之間。 4.運用場發(fā)射透射電鏡和圖像處理技術(shù)，考察了微粒的形態(tài)特性、基本碳粒子的微觀結(jié)構(gòu)和粒徑分布規(guī)律。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，(1)微粒呈現(xiàn)兩種形態(tài)，一種是由基本碳粒子凝結(jié)而成的典型微粒，另一種是富含金屬和非金屬元素的無定形微粒，其中金屬元素主要來源于潤滑機(jī)油，貫穿整個燃燒過程，

4、且獨立存在；另外，典型微粒具有分形結(jié)構(gòu)特性，分維數(shù)介于1.2～1.74之間，且在擴(kuò)散燃燒初期有降低的趨勢。(2)在柴油機(jī)高溫高壓的燃燒過程中，基本碳粒子逐漸向石墨化過渡，最終形成洋蔥狀的微晶結(jié)構(gòu)，其層數(shù)逐漸增多，層間距逐漸減小(0.39nm減小到0.36nm)；(3)基本碳粒子粒徑呈高斯分布，最大值出現(xiàn)在15～30nm之間；平均粒徑介于19.7～29.7nm之間，且在12～15℃A ATDC出現(xiàn)最大值。 5.將燃燒過程中微粒及其

5、中的可溶有機(jī)成分(SOF)進(jìn)行測量與分離，并采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)對SOF中的多環(huán)芳香烴進(jìn)行檢測分析。結(jié)果表明，(1)SOF質(zhì)量隨燃燒時刻的不同而有較大的變化。在燃燒初期，SOF占微粒的80％以上，隨著燃燒的進(jìn)程，SOF含量降低到20％左右。(2)多環(huán)芳香烴的總質(zhì)量隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律與碳煙質(zhì)量濃度隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律一致。另外，提高共軌壓力和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，PAHs的質(zhì)量降低。 6.采用通用STAR-CD軟件，建立