柴油机微粒过滤器的研究

介绍了柴油机微粒的组成及产生的原因：阐述了柴油机微粒过滤器设计时要考虑的问题；介绍了紊流沉淀器的结构及工作原理，在此基础上设计了一个柴油机微粒催化过滤器并进行了相应的实验，达到了预期成果。     

降低柴油机微粒排放的氧化催化剂

在北美大型柴油机评价工况试验中,测定了净化可溶性有机物(SOF)氧化催化剂的性能。结果,初期能够有效地降低微粒排放,但随着发动机的运转,微粒排放又有增加的倾向。这是由于催化剂上吸附了硫酸盐,必须在硫酸盐的吸附稳定后才能进行性能评价。对于硫酸盐生成量较多的催化剂,因硫酸盐的增加抵消了SOF的降低,因而不能减少微粒的排放。为了减少微粒排放,重要的是抑制硫酸盐的生成。     

碳烟微粒催化氧化过程动力学分析

本主要开发了对柴油机碳烟微粒催化氧化过程的动力学分析研究。采用热重分析技术，获得了在四种不同催化剂的分别作用下，描述碳烟微粒氧化全过程听热重实验曲线，确定出其显的着火特性，运用动力学方程对热重曲线进行了数学处理，计算出对应的动力学参数，通过对比反应活化能和着火点温度，实现了对催化剂活性的有效评价与筛选。     

直喷式柴油机微粒排放简化预测模型

提出了一个直喷式柴油机微粒排放量简化预测模型．该模型可用于确定WD615．67及类似机型柴油机按ECER49十三工况法微粒加权比排放量，不必进行碳氢、碳烟和微粒排放量的复杂测试。     

利用进气反吹缸内燃烧再生的柴油机微粒过滤器

开发了一种以耐高温滤袋为过滤元件的柴油机排气微粒过滤器系统。采用相同的两个滤袋,一个用于过滤柴油机排气中的微粒,把微粒沉积在滤袋的外表面,另一个利用自然进气流反方向把已沉积在滤袋外表面的微粒吹掉,使微粒随进气流再回到气缸内,在燃烧室中燃烧,达到袋滤器再生的目的。通过系统中各阀门的开关保证二个滤袋在规定的时间间隔按"过滤"和"再生"模式轮换工作。所开发的系统在一台单缸柴油机上进行了验证性试验。结果表明,袋滤器能保证90%的过滤效率。在过滤时间和再生时间相等的稳定工况下,可保证袋滤器的阻力不超过允许值。当再生间隔为10 min时,维持最大过滤阻力为13.3 kPa。这表明进气过程不仅能把滤袋捕集的微粒重新吸回气缸中,而且微粒能在燃烧室中烧掉,使滤袋不需辅助手段自行再生。     

柴油机微粒陶瓷过滤器红外再生的试验研究

通过试验发现，柴油机微粒陶瓷过滤器红外再生方法的主要影响因素有再生用废气量、加热器的功率及结构和再生策略等。加热器功率影响再生的时间；再生用废气量影响再生过程中过滤器陶瓷体内部的最高温度与平均温度；再生策略影响陶瓷体内最高温度的出现部位。试验结果证明，这些因素不仅影响再生效率和过滤器用陶瓷的使用寿命，而且它们之间相互影响和制约。     

柴油机燃烧形成微粒的形态特性及微量元素分析

基于电控燃油喷射柴油机的全气缸取样系统,利用场发射透射电子显微镜和图像处理技术,对柴油机燃烧过程中形成微粒的形态特性和微量元素进行了分析.结果表明,柴油机燃烧过程中形成的微粒主要呈现两种形态:一种是由基本碳粒子凝结而成的典型微粒;另一种足富含金属和非金属元素的无定形微粒.其中金属元素主要来源于润滑机油,贯穿整个燃烧过程,且独立存在.另外,典型微粒具有分形结构特性,分维数介于1.2～1.74,且在扩散燃烧初期有降低的趋势.     

柴油机排气微粒样品分离方法的研究

将柴油机排气微粒分为有机组份和干组份的３种方法,即热解质量分析法（ＴＧ）、索氏萃取法（ＳＥ）和真空挥发法（ＶＶ）作了对比研究。结果表明,ＴＧ需要复杂昂贵的设备,而且效率较低。ＳＥ只适用于稳定性较好的采样滤纸,如涂敷聚四氟乙烯的滤纸,而且一次只能处理少量样品。ＶＶ对采样滤纸要求不高,一次处理样品量多达十几,甚至几十个。用ＳＥ和ＶＶ得出的结果基本一致。ＶＶ可作为一种实用方法加以推荐。     

微粒陶瓷过滤器和EGR在柴油机中的应用

通过联合使用废气再循环(EGR)和高过滤效率的红外再生微粒陶瓷过滤器,同时降低了柴油机的微粒和NOx排放.重新优化了过滤器再生用废气量,使其与EGR共同使用时过滤器的过滤效率和再生性能无明显变化,只是挂烟速度有所加快.同时,开发了一种新型的基于宽范围氧传感器的闭环反馈控制EGR系统,在不同的柴油机工况下,测定了不同EGR率时柴油机的空燃比α及NOx、CO和HC的排放值.最后得到了NOx、CO和HC的排放值随过量空气系数的倒数σ和EGR率变化的脉谱图.利用脉谱图拟合得出了最佳EGR率和σ之间的关系,为新型ECR系统的实用化铺平了道路.     

车用柴油机排气颗粒物中有机组分和无机组分的分析

采用等离子发射光谱-质谱联用仪、离子色谱仪和物理化学方法,对直喷式和涡流室式两种达到欧Ⅱ排放水平的轻型车用柴油机颗粒物的有机可溶成分、金属阳离子、阴离子进行定性和定量分析,并确定了柴油机颗粒物的成分谱图,试验结果表明,对于直喷式柴油机,有机酸、有机碱、脂肪烃类有机物、芳香烃类有机物、中极性有机物和高极性有机物6种组分在SOF中占有的比例分别为11．64％、15．21％、12．32％、9．97％、41．35％和9．51％．直喷柴油机微粒中,无论N系或S系阴离子的含量都明显小于涡流室式柴油机,而且直喷型柴油机的样品中没有检测出亚硝酸根离子．金属离子的分析表明,Ca的含量明显高于其他元素,在柴油机颗粒物中有机可溶成分和单质碳占主要成分,而金属阳离子和阴离子所占比例低于4％。     

柴油机基于缸压的闭环反馈控制技术

为改善柴油机预混合燃烧(PCCI)模式下的燃烧稳定性和分缸均匀性,研发了基于缸压的闭环反馈控制技术.该系统采用由两个控制单元组成的分布式结构,燃烧状态解析单元(iCAT)实时采集发动机各缸缸压-曲轴转角数据,计算缸内燃烧状态指标如平均指示压力(IMEP)、50%放热点(CA50)等,并将结果通过CAN网络发送到发动机控制单元(ECU),ECU据此对喷油参数进行调整,以精确控制发动机的燃烧状态.试验在一台经过系统升级的4缸2.5,L高压共轨柴油机上进行,结果表明,iCAT实时计算精度与燃烧分析仪测量精度基本一致,与燃烧分析仪数据相比,IMEP最大偏差为0.53%,CA50最大偏差为0.33,°,CA,闭环控制后,无论是传统CI燃烧还是PCCI燃烧,燃烧稳定性和各缸不均匀性都得到明显改善.     

基于试验缸压曲线的船用柴油机燃烧噪声分析

基于某船用柴油机单缸试验机的试验缸压曲线,采用频谱分析的方法,建立缸压曲线和燃烧噪声之间的关系。根据柴油机的燃烧过程,将缸压曲线分解为倒拖缸压、燃烧振荡压力和"剩余"燃烧压力曲线。分析发现:在全负荷工况,10～300 Hz低频声压值主要由倒拖缸压决定; 1. 8～20 kHz高频声压值主要由燃烧振荡压力决定; 0. 3～1. 8 k Hz中高频声压值主要由"剩余"燃烧压力决定。分析表明:喷油正时提前,中低频的声压值增大,高频声压值略有增大;柴油机转速上升,全频段的声压值均增大;负荷越大,10～600 Hz的声压值越大,对2～20 kHz的高频燃烧噪声影响较小。     

柴油机排气中可溶性有机物排放的特性

通过柴油机台架试验,在一款柴油机上加装氧化型催化转化器(DOC)装置,研究了DOC前/后排气颗粒物中可溶性有机物(SOF)和固相多环芳烃(PAHs)的变化趋势,分析了不同转速和负荷对SOF及PAHs排放的影响以及排气中SOF及PAHs排放在排气过程中的变化规律.结果表明:DOC能明显降低排气中SOF及PAHs排放,SOF最高减排为50.69%,PAHs最高减排为83.28%,同时PAHs的毒性当量最高降低为49.31%.随着柴油机转速增加,燃烧过程后燃增加,排气中SOF及PAHs有增加的趋势,而随负荷的增加,缸内燃烧温度升高,各成分氧化速率加快使得SOF及PAHs排量逐渐降低.随排气输运距离增加,排气组分冷凝现象加重致使SOF及PAHs排量明显升高.     

柴油机缸内微粒粒数粒径分布规律的研究

基于柴油机全气缸取样系统,采用商用电子低压冲击仪(ELPI)和透射电子显微镜(TEM),对柴油机燃烧过程中凝聚微粒的粒数浓度、粒径分布和基本碳粒子的粒径分布进行了研究.研究结果表明,凝聚微粒粒数浓度随曲轴转角呈单峰状分布,峰值出现在上止点后14～18℃A,燃烧后期约70%以上的微粒粒数被氧化燃烧;凝聚微粒粒数、粒径呈类似对数正态分布,频度最大值出现在100～200 nm.构成凝聚微粒的基本碳粒子粒径呈高斯分布,最大值出现在15～30 nm,平均粒径为19.7～29.7 nm,且在上止点后12～15℃A出现最大值.     

非直喷式柴油机气态污染物形成历程研究

本文应用新研制的全气缸取样系统测量了一台S195型涡流室式柴油机气缸内NO_x、CO浓度随曲轴转角的变化历程。考查了负荷、转速和喷油提前角对NO_x、CO浓度变化历程的影响。实验结果同计算机模拟结果作了对比,两者基本吻合。     

柴油机燃用正庚烷及柴油时多环芳香烃与碳烟的演化规律

基于电控燃油喷射柴油机的全气缸取样系统,使用气相色谱-质谱联用仪及程序升温大体积进样方法,对柴油机燃用正庚烷和柴油过程中缸内多环芳香烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)和碳烟的演化规律进行了试验研究.结果表明:在燃烧过程中,芘、苯并[a]芘质量随曲轴转角呈单峰变化,萘、芴质量随曲轴转角呈"S"型变化趋势(先降低后升高再降低);碳烟的生成趋势与缸内温度呈较好的一致性,且碳烟与芘随曲轴转角具有相似的单峰状质量变化趋势,只是碳烟峰值出现的时刻稍有滞后.此外,正庚烷与柴油在柴油机中燃烧时生成的PAHs与碳烟具有相似的演化规律.     

高压共轨柴油机缸压闭环控制系统开发及试验

针对高压共轨柴油机各缸工作不均匀的问题,以CA4DLD18E5高压共轨柴油机为对象,采用缸压闭环控制技术开发了一套由基础控制器(BC)和缸压闭环快速原型控制器(PRPC)组成的缸压闭环控制系统.PRPC采集各缸的缸压,计算燃烧特征参数IMEP和CA50,按缸压闭环控制策略将各缸修正后的喷油正时和喷油脉宽发送给BC,实现...     

车用直喷柴油机排气微粒的排放规律

在直喷式车用柴油机的各种稳态工况下测量了排气微粒、微粒的不可溶组份和微粒的可溶组份的排放规律。试验结果表明，微粒的可溶组份主要产生于中、小负荷。微粒的不可溶组份峰值在大负荷，随空燃比减小而增加。     

涡流运动降低柴油机混合气浓度及碳烟排放的数值分析

为了揭示涡流运动对柴油机混合气形成及碳烟排放的影响规律，采用经过实验验证的喷雾及湍流模型，用CFD数值分析软件对某车用柴油机燃烧室内不同涡流条件下柴油喷雾的混合气浓度、速度矢量场、燃油液滴空间分布及油束特性进行了模拟计算．模拟结果表明，当涡流比从0到5．0依次增大时，过喷孔轴线的铅垂面内喷雾浓度场局部浓区燃空当量比逐渐降低，而过喷孔轴线且与铅垂面垂直的平面内喷雾浓度场局部浓区的燃空当量比则先降后升，而不是逐渐下降．只有合理选择剖切平面，即选择过喷孔轴线且与铅垂面垂直的平面，才能正确评价涡流运动对燃烧室内混合气浓度分布及碳烟形成区域分布的影响规律．组织燃烧室内气流运动，须兼顾与气缸轴线垂直的水平面内的涡流运动和过气缸轴线的铅垂面内的湍流或滚流运动．涡流比太大，铅垂面内的湍流或滚流太弱，会削弱喷雾射流对燃烧室底部空气的卷吸，降低燃烧室底部的空气利用率．随涡流比增大，射流顺涡流方向的弯曲度增大，不同喷孔的油束会发生相互干涉，在靠近气缸中心的区域内形成局部浓混合气，不利于降低碳烟排放．对具体的燃烧室结构和喷油系统，合理匹配涡流运动十分必要．