燃烧边界条件对柴油机微粒排放特性的影响

【摘要】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。
【作者】田震；
【导师】孙万臣；
【作者基本信息】吉林大学，动力工程，2014，硕士
【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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