【摘要】：近年來,缸內(nèi)直噴汽油機(jī)(GDI)憑借其良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和瞬態(tài)響應(yīng)特性贏得了廣闊的市場,然而其微粒排放問題一直比較突出。在眾多影響發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放特性的因素中,機(jī)油對(duì)微粒排放的影響不容忽視。相關(guān)研究表明,機(jī)油具有粘度大,不易揮發(fā),難以霧化等特性,少量機(jī)油參與缸內(nèi)燃油的燃燒會(huì)較為顯著地增加微粒排放;并且發(fā)動(dòng)機(jī)排放的微粒中含有大量來自于機(jī)油的金屬元素,其中的很多元素會(huì)對(duì)人體健康造成一定的影響。相關(guān)的研究和報(bào)道指出,缸內(nèi)直噴汽油機(jī)(特別是渦輪增壓缸內(nèi)直噴汽油機(jī))存在較為明顯的燒機(jī)油現(xiàn)象。鑒于此,本論文針對(duì)機(jī)油對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放的影響規(guī)律進(jìn)行了初步探究,開展了微粒數(shù)量濃度、質(zhì)量濃度、粒徑分布、微觀形貌及元素組成等方面的研究。具體研究內(nèi)容和成果如下:1.制定曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的改造方案,通過增大油氣分離器壓力控制閥上的壓力彈簧的剛度來增加進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒的機(jī)油量,實(shí)現(xiàn)參與缸內(nèi)燃燒的機(jī)油量可調(diào)節(jié)功能。采用機(jī)油耗臺(tái)架測(cè)試法依次測(cè)出三種不同壓力彈簧剛度,不同工況下的試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油耗。試驗(yàn)結(jié)果表明,相同工況下,參與缸內(nèi)燃燒的機(jī)油量與壓力彈簧剛度呈正相關(guān)的關(guān)系。2.搭建了GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒測(cè)試臺(tái)架,采用二級(jí)稀釋系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣進(jìn)行適當(dāng)稀釋以使得進(jìn)入粒徑測(cè)量儀的尾氣中微粒數(shù)量濃度滿足粒徑測(cè)量儀的測(cè)量要求。采用EEPS-3090微粒粒徑測(cè)量儀測(cè)量了不同機(jī)油耗狀態(tài)下GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的微粒排放情況,研究了微粒的數(shù)量濃度和質(zhì)量濃度,微粒數(shù)量濃度粒徑分布等參數(shù)的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明,在大部分工況下,參與燃燒的機(jī)油量增加后,微粒數(shù)量濃度和質(zhì)量濃度也隨之增加,但粒徑分布未呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律。3.設(shè)計(jì)了微粒樣本采集裝置,使用銅網(wǎng)微柵支持膜采集用于微觀觀察和元素分析的微粒樣本。采用TECNAI-F20場發(fā)射透射電子顯微鏡對(duì)微粒樣本進(jìn)行微觀觀察,并對(duì)基本碳粒子的粒徑,重疊系數(shù),層間距等特征參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,統(tǒng)計(jì)分析。研究發(fā)現(xiàn),參與燃燒的機(jī)油量增加后,微粒的典型微觀形貌未發(fā)生明顯改變,基本碳粒子的粒徑有變小的趨勢(shì),基本碳粒子平均重疊系數(shù)的變化相對(duì)較小;2000r/min轉(zhuǎn)速,在大部分負(fù)荷工況下,參與燃燒的機(jī)油量增加后,平均層間距有所減小;100%負(fù)荷的速度特性下,參與燃燒的機(jī)油量增加后,基本碳粒子平均層間距未出現(xiàn)明顯的單一變化規(guī)律。4.對(duì)比粒徑測(cè)量儀測(cè)得的宏觀微粒排放特性和微粒微觀圖像測(cè)量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn),基本碳粒子的粒徑分布要比粒徑測(cè)量儀測(cè)得的微粒粒徑分布要“狹窄”,對(duì)應(yīng)基本碳粒子的峰值粒徑比微粒的峰值粒徑要大。參與燃燒的機(jī)油量增加后,2000r/min轉(zhuǎn)速時(shí),通過平均層間距得到的微粒氧化性變化結(jié)論和微�？偟臄�(shù)量濃度變化規(guī)律比較吻合;100%負(fù)荷速度特性下,二者的結(jié)論不吻合。5.采用能量色散X射線光譜儀對(duì)微粒樣本進(jìn)行元素分析,發(fā)現(xiàn)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)排放的微粒中含有C、O、N、S、Si、P、Fe、Cu、Mn、Ca、Ti、Pb等元素。對(duì)比試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼內(nèi)機(jī)油的元素檢測(cè)結(jié)果,確定微粒中Mn、Ca、Ti、Pb等元素主要來自于機(jī)油。綜上所述,GDI發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油參與缸內(nèi)燃燒會(huì)對(duì)微粒排放產(chǎn)生較大影響,降低發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油消耗量不僅可提高整機(jī)可靠性和使用壽命,更可降低微粒排放量,以及對(duì)人體有害的鉛(Pb)、鉻(Cr)等元素的排放。本文的研究工作揭示了機(jī)油參與缸內(nèi)燃燒對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放特性的影響規(guī)律,為提高機(jī)油品質(zhì),降低GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放提供了理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK411.5
【圖文】：

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文缸內(nèi)直噴汽油機(jī)將燃油直接噴入氣缸內(nèi)，使噴油控制更靈活，有利于提和實(shí)現(xiàn)稀燃。近年來，缸內(nèi)直噴汽油機(jī)憑借其良好的經(jīng)濟(jì)性和更快的動(dòng)性而贏得了廣闊的市場。2015 年歐洲新生產(chǎn)的汽車中，配置缸內(nèi)直噴汽車占了總數(shù)的 76%[7]。然而，GDI 汽油車相對(duì)于傳統(tǒng)的 MPI 汽油車所M2.5 排放問題不容忽視。圖 1.1 為國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)對(duì)市場上典型的中小排在符合法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車尾氣測(cè)試系統(tǒng)上利用 MEXA-1000SPCS 測(cè).5 數(shù)量值（PN）[8]。從圖中可以看出，相比于其它類型輕型車，GDI 汽.5 排放水平處在國四柴油車和國四 MPI 汽油車之間，其數(shù)量級(jí)為 1012#國四 MPI 汽油車一個(gè)數(shù)量級(jí)。

它們數(shù)量非常少，且具有很大的隨機(jī)性。發(fā)動(dòng)機(jī)排放微粒中主要為核態(tài)微粒和積聚態(tài)微粒[11][12]。圖1.2 為發(fā)動(dòng)機(jī)微粒典型的粒徑分布示意圖[13]。從圖中可以看出，典型發(fā)動(dòng)機(jī)微粒數(shù)量濃度和質(zhì)量濃度粒徑均呈現(xiàn)近似正態(tài)分布，數(shù)量濃度的峰值出現(xiàn)在 20nm 粒徑附近，質(zhì)量濃度峰值出現(xiàn)在 200nm 粒徑附近。核態(tài)微粒占據(jù)絕大部分的數(shù)量，多達(dá) 90%。積聚態(tài)微粒占據(jù)了大部分的質(zhì)量，約占總質(zhì)量的 80%。圖 1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)微粒典型的粒徑分布

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文的成分和生成機(jī)理 為發(fā)動(dòng)機(jī)微粒典型的微觀形貌示意圖[14]，發(fā)動(dòng)機(jī)排放微粒微粒為主。核態(tài)微粒主要由燃油燃燒過程中生成的可揮發(fā)酸鹽和燃燒不完全所生成的碳?xì)浠衔锏�；積聚態(tài)微粒主成的碳煙通過團(tuán)聚并吸附可溶性有機(jī)物和硫酸鹽等而形成

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2765116