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高压共轨柴油机超细微粒排放特性分析

高压共轨柴油机超细微粒排放特性分析

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作者：赖春杰吉林大学

学位级别：硕士

随着经济的飞速发展，世界汽车保有量增长迅速。柴油机以其较高的热效率、良好的适应性及经济性、功率输出大等优点得到迅速发展，同时其氮氧化物（NOX）及微粒（PM）排放也越来越受到人们的广泛关注。随着排放法规的发展，越来越多的... 详细信息

随着经济的飞速发展，世界汽车保有量增长迅速。柴油机以其较高的热效率、良好的适应性及经济性、功率输出大等优点得到迅速发展，同时其氮氧化物（NOX）及微粒（PM）排放也越来越受到人们的广泛关注。随着排放法规的发展，越来越多的新技术逐渐在柴油机上得到应用。新技术的应用使微粒的生成与演化历程、高温反应热力学和动力学及理化性质发生变化，燃烧生成的微粒粒径更小，成分更为复杂，超细化程度更高，对环境及人体的危害更大;欧洲从EU-5b排放标准开始在对微粒质量排放量进行规定的同时对微粒排放的数量也进行了限制。因此，新一代高压共轨柴油机超细微粒（Dp≤100nm）排放特性研究具有重要的现实意义。本文建立了柴油机瞬态测控系统、微粒可溶性有机成分（SOF）分析平台,设计开发了分流式排气稀释、微粒采样系统及微粒粒度二级稀释系统。利用不同理化特性的石油组分制取了具有不同着火性及挥发性的燃料进行了超细微粒排放试验研究。确定了发动机微粒排放粒度分布测试的最佳稀释比范围，针对国IV高压共轨超低排放柴油机试验研究了燃料特性、废气再循环（EGR）及运转条件对发动机微粒粒度分布及形貌的影响规律，揭示了稳态及瞬态工况微粒排放粒度分布的特征及其差异性。研究结果表明：稳态工况微粒粒度分布曲线呈双峰结构，数量浓度分布核态微粒（Dp≤50nm）峰值区间为10～15nm，积聚态微粒（50nm＜Dp≤1000nm）峰值区间为50～100nm，瞬态过程中的微粒粒度分布曲线均为单峰结构，与对应稳态工况的双峰曲线存在明显差异。小比例添加EGR使小负荷稳态工况的核态微粒及总微粒数量减少，大负荷工况的各模态微粒排放数量均增加。瞬态工况下加入EGR使微粒排放中核态微粒比例下降，积聚态微粒的数量浓度增加，单位时间内总微粒排放数量降低。随燃料中硫含量增加，超细微粒及核态微粒排放数量增加，降低燃料含硫量有利于减少超细微粒排放。适当提高燃料十六烷值，将使滞燃期缩短，预混合燃烧量减少，扩散燃烧的比例增大，有助于减少核态微粒的排放数量，但十六烷值过大将导致积聚态微粒增多，通常十六烷值选择55-60比较合适。改善燃料的挥发性有助于改善燃油与空气的混合，可降低微粒排放质量，但将导致SOF及超细微粒排放数量增加。采用高分辨率电子显微镜获得的微粒形貌特征与微粒粒度分析仪测量结果具有很好的一致性，可作为超细微粒排放特征分析的有效手段。

关键词：高压共轨柴油机燃料特性超细微粒排放微粒粒度分布

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燃烧边界条件对柴油机微粒排放特性的影响

燃烧边界条件对柴油机微粒排放特性的影响

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作者：田震吉林大学

学位级别：硕士

目前全球汽车产业得到了快速发展，汽车在方便人们出行的同时也加剧了日益严重的环境问题。近年来全国范围内的雾霾问题使得汽车微粒排放物得到社会越来越多的关注，柴油机的微粒排放物是汽油机的几十倍，其微粒中含有多种致癌物质，对... 详细信息

目前全球汽车产业得到了快速发展，汽车在方便人们出行的同时也加剧了日益严重的环境问题。近年来全国范围内的雾霾问题使得汽车微粒排放物得到社会越来越多的关注，柴油机的微粒排放物是汽油机的几十倍，其微粒中含有多种致癌物质，对人体器官危害较大，而微粒对人体的危害与其粒径大小存在密切的联系，粒径较小的超细微粒（DP≦100nm）对人体危害更大。本文主要对不同燃油喷射策略及EGR条件下微粒排放特性进行了深入研究，重点探索燃烧边界条件对超细微粒粒度分布的影响规律。本文建立了国四柴油机试验测控平台，设计开发了电控高压共轨燃油喷射系统、电控EGR系统及排气稀释二级稀释系统。利用电控高压共轨喷射系统对柴油机燃油喷射规律、喷射正时及喷射脉宽进行精确控制;利用电控EGR系统对发动机进气成分及温度进行调节;利用排气二级稀释系统对柴油机排气微粒进行稀释和降温，以满足微粒测量要求。通过自行开发的电控系统实现柴油机燃烧边界条件的有效控制，利用稀释系统及粒度谱仪对微粒粒度分布进行准确测量，可以实现对不同燃烧边界条件下柴油机排气微粒粒度分布的测量，进而得出其各自影响规律。研究结果表明： 1、新代国IV柴油机微粒粒径大部分集中在5-200nm之间;对于不同工况，在中小负荷下，各模态微粒数量浓度随主喷时刻提前而均减少，大负荷下所有模态微粒数量浓度均随主喷时刻提前而增加;随预混燃烧比例增加，各模态微粒数量浓度减少，其中积聚态微粒降低幅度最大，且在中等负荷时降低效果明显。 2、对于燃油喷射系统参数，随预喷比例增加，核态微粒数量和比例均逐渐降低，积聚态微粒数量逐渐增加;随主后喷间隔的增加，核态峰值区间向小粒径方向移动，而积聚态微粒峰值区间向大粒径方向移动，核态微粒、超细微粒及总微粒数量逐渐降低，积聚态微粒数量逐渐升高;随喷射段数的增加，核态和积聚态微粒的微粒峰值区间均向小粒径方向移动，各模态微粒数量均降低，积聚态微粒数量下降最大，三段喷射较单段喷射降低幅度为97.2%;对于两段喷射，采用“主喷+后喷”较“预喷+主喷”降低微粒数量排放效果更为显著。 3、对于EGR率及EGR温度影响的研究表明，随EGR率增加，总微粒、核态微粒及超细微粒数量浓度均逐渐下降，积聚态微粒数量浓度增加，核态微粒及超细微粒比例降低;随EGR温度升高，各模态微粒数量浓度均逐渐增加，总微粒、核态微粒、积聚态微粒及超细微粒数量增幅均较大，核态微粒比例略微增加，超细微粒比例基本不变。

关键词：高压共轨柴油机 EGR 电控燃油喷射微粒粒度分布超细微粒排放

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