本文關(guān)鍵詞：電控共軌柴油機曲軸箱排放及其形成研究

  更多相關(guān)文章： 柴油機 曲軸箱排放 顆粒排放 機油破碎 機油充氣 起動過程

【摘要】：內(nèi)燃機曲軸箱排放正受到越來越多的關(guān)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(fēng)系統(tǒng)。隨排放標準的加嚴,內(nèi)燃機排氣管排放物明顯降低,曲軸箱排放相應(yīng)地占總排放的比例日趨上升。本文采用試驗結(jié)合數(shù)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(nèi)機油破碎現(xiàn)象及柴油機轉(zhuǎn)速的影響。研究表明:隨轉(zhuǎn)速提高,機油弧條數(shù)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(zhuǎn)速增加,機油弧圓心分布逐漸分散,背離曲軸旋轉(zhuǎn)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(zhì)點集平均速度波動變大,分離趨向明顯,高轉(zhuǎn)速下,機油弧逐漸變成機油滴。采用樹狀自適應(yīng)網(wǎng)格和實時追蹤兩相界面的VOF方法數(shù)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?shù)脑u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(shù)有一定影響。試驗研究了柴油機曲軸箱顆粒的數(shù)量/質(zhì)量排放、揮發(fā)和氧化特性及多環(huán)芳烴排放。結(jié)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(shù)量,增加了積聚態(tài)顆粒數(shù)量;顆粒數(shù)量隨轉(zhuǎn)速提高而降低;隨噴油推遲,核模態(tài)顆粒數(shù)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(zhuǎn)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(dāng)量毒性相當(dāng)。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(guān)聯(lián)研究了缸內(nèi)燃燒、排氣管和曲軸箱HC排放及噴油參數(shù)。結(jié)果表明:曲軸箱通風(fēng)流量隨轉(zhuǎn)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,隨噴油推遲逐漸降低,變化量隨轉(zhuǎn)速升高而減小;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(yīng)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(shù)量級。關(guān)聯(lián)研究了柴油機冷起動過程的燃油噴射、缸內(nèi)燃燒、瞬態(tài)轉(zhuǎn)速、排氣管和曲軸箱HC排放及噴油參數(shù)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(shè)定油軌壓力增大,曲軸箱和排氣管HC排放降低。加入預(yù)噴后,加速階段的缸壓峰值比單次噴射有所降低,且隨主預(yù)噴間隔變化不大,隨預(yù)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(yù)噴間隔而增大,隨預(yù)噴量增加變化不大,曲軸箱HC排放穩(wěn)定值比單次噴射時略高。
【關(guān)鍵詞】：柴油機 曲軸箱排放 顆粒排放 機油破碎 機油充氣 起動過程
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK423
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 發(fā)動機曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)12-16
• 1.2.1 閉式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)12-15
• 1.2.2 開式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)15-16
• 1.3 柴油機曲軸箱排放研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 柴油機曲軸箱排放形成研究現(xiàn)狀18-25
• 1.4.1 曲軸箱內(nèi)氣體運動18-20
• 1.4.2 曲軸箱內(nèi)機油運動20-22
• 1.4.3 曲軸箱油底殼內(nèi)機油空氣相互作用22-25
• 1.5 有待解決的問題25
• 1.6 本文主要研究內(nèi)容25-27
• 第二章 柴油機曲軸箱內(nèi)機油顆粒形成的試驗研究27-45
• 2.1 概述27
• 2.2 試驗裝置及試驗方法27-30
• 2.2.1 試驗裝置27-29
• 2.2.2 數(shù)據(jù)處理方法29-30
• 2.3 連桿軸承泄漏機油的形態(tài)發(fā)展過程30-34
• 2.4 機油弧幾何參數(shù)變化34-41
• 2.5 機油質(zhì)點/機油滴集平均速度41-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 第三章 柴油機曲軸箱內(nèi)機油撞擊機油面的研究45-66
• 3.1 概述45
• 3.2 計算模型及計算方法45-48
• 3.3 機油滴-機油面相互作用過程48-54
• 3.3.1 低速撞擊過程49-51
• 3.3.2 中速撞擊過程51-54
• 3.3.3 高速撞擊過程54
• 3.4 機油面結(jié)構(gòu)的變化54-56
• 3.5 撞擊過程機油滴-機油面間空氣的壓縮過程分析56-57
• 3.6 機油充氣率的測試研究57-65
• 3.6.1 測試裝置及測試方法58-60
• 3.6.2 機油充氣率隨時間的變化60-61
• 3.6.3 柴油機工況的影響61-63
• 3.6.4 機油充氣率對機油破碎的影響分析63-65
• 3.7 本章小結(jié)65-66
• 第四章 柴油機曲軸箱顆粒排放及組成的試驗研究66-87
• 4.1 概述66
• 4.2 試驗裝置及試驗方法66-71
• 4.2.1 細微顆粒粒徑測試方法68-69
• 4.2.2 顆粒成分及揮發(fā)和氧化特性測試方法69
• 4.2.3 顆粒多環(huán)芳烴測試方法69-71
• 4.3 曲軸箱細微顆粒數(shù)量及粒徑分布分析71-76
• 4.3.1 柴油機負荷的影響71-73
• 4.3.2 柴油機轉(zhuǎn)速的影響73-75
• 4.3.3 柴油機噴油定時的影響75-76
• 4.4 曲軸箱顆粒組成及揮發(fā)和氧化特性分析76-82
• 4.4.1 顆粒中VOC和Soot的比例76-77
• 4.4.2 顆粒中VOC的揮發(fā)特性77-80
• 4.4.3 顆粒中Soot的氧化特性80-82
• 4.5 曲軸箱顆粒PAHs排放研究82-86
• 4.6 本章小結(jié)86-87
• 第五章 柴油機曲軸箱氣體排放的試驗研究87-97
• 5.1 概述87
• 5.2 試驗裝置及試驗方法87-88
• 5.2.1 試驗柴油機及試驗油品87-88
• 5.2.2 試驗方法88
• 5.3 柴油機工況對曲軸箱通風(fēng)參數(shù)和氣體排放的影響88-91
• 5.3.1 對缸內(nèi)燃燒過程的影響88-89
• 5.3.2 對曲軸箱通風(fēng)參數(shù)的影響89-90
• 5.3.3 對曲軸箱氣體排放的影響90-91
• 5.4 噴油定時對曲軸箱通風(fēng)參數(shù)和氣體排放的影響91-93
• 5.4.1 對缸內(nèi)燃燒過程的影響91-92
• 5.4.2 對曲軸箱通風(fēng)參數(shù)的影響92
• 5.4.3 對曲軸箱氣體排放的影響92-93
• 5.5 曲軸箱氣體排放溯源分析93-96
• 5.5.1 數(shù)據(jù)分析方法94-95
• 5.5.2 排氣量的曲排比分析95
• 5.5.3 氣缸竄氣和機油對曲軸箱HC排放的貢獻95-96
• 5.6 本章小結(jié)96-97
• 第六章 柴油機冷起動時曲軸箱氣體排放研究97-118
• 6.1 概述97
• 6.2 試驗裝置及研究方法97-98
• 6.3 柴油機冷起動過程和瞬態(tài)HC排放分析98-104
• 6.3.1 冷起動過程中噴油、燃燒和HC排放綜合分析98-101
• 6.3.2 冷起動典型循環(huán)的噴油、燃燒和HC排放分析101-104
• 6.4 環(huán)境溫度對柴油機冷起動過程和排放的影響104-106
• 6.4.1 對冷起動性能的影響104-105
• 6.4.2 對冷起動過程中HC排放的影響105-106
• 6.5 噴油定時對柴油機冷起動過程和排放的影響106-108
• 6.5.1 對冷起動過程中噴油和燃燒的影響106-107
• 6.5.2 對冷起動過程中HC排放的影響107-108
• 6.6 油軌壓力對柴油機冷起動過程和排放的影響108-111
• 6.6.1 對冷起動過程中噴油和燃燒的影響108-110
• 6.6.2 對冷起動過程中HC排放的影響110-111
• 6.7 主預(yù)噴間隔對柴油機冷起動過程和排放的影響111-114
• 6.7.1 對冷起動過程中噴油和燃燒的影響111-113
• 6.7.2 對冷起動過程中HC排放的影響113-114
• 6.8 預(yù)噴油量對柴油機冷起動過程和排放的影響114-116
• 6.8.1 對冷起動過程中噴油和燃燒的影響114-115
• 6.8.2 對冷起動過程中HC排放的影響115-116
• 6.9 本章小結(jié)116-118
• 第七章 全文總結(jié)和工作展望118-121
• 7.1 全文總結(jié)118-120
• 7.2 工作展望120-121
• 創(chuàng)新點說明121-122
• 參考文獻122-130
• 附錄1 曲軸箱和排氣管顆粒中VOC和Soot的比例130
• 附錄2 試驗工況下VOC的最快揮發(fā)溫度和Soot的氧化溫度130-131
• 附錄3 曲軸箱顆粒中包含的16種PAHs成分的比排放率131-132
• 附錄4 排氣管顆粒中包含的16種PAHs成分的比排放率132-133
• 符號與縮寫133-135
• 博士學(xué)位期間已發(fā)表和錄用的論文和申請的專利135-137
• 參加科研項目和獲得的獎勵137-138
• 致謝138-141

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