柴油機早噴濕壁及顆粒排放物生成機理研究

《柴油機早噴濕壁及顆粒排放物生成機理研究》是依託天津大學，由梁興雨擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：柴油機早噴濕壁及顆粒排放物生成機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：梁興雨
• 依託單位：天津大學

項目摘要

柴油機早噴技術是實現高效清潔燃燒必要的技術措施，而燃油早噴會導致缸套濕壁現象的發生。本申請項目提出柴油機早噴濕壁及顆粒排放物生成機理研究，是以內燃機燃燒學和化學反應動力學為基礎，以數值模擬和實驗測試技術等為手段，開展燃油噴霧濕壁機理及顆粒排放物生成過程的研究。其主要內容包括：採用雷射診斷技術和CFD 多維模擬研究燃油早噴過程混合氣形成過程及燃油濕壁演化過程及機理；採用全氣缸取樣系統開展燃油濕壁過程中顆粒排放物生成演化歷程研究；採用多種技術途徑開展避免燃油濕壁的控制措施研究等。這些研究為揭示燃油濕壁導致的燃燒過程變化機理以及濕壁對排放產物的影響機理具有重要的理論意義，是對柴油機燃燒過程及機理的進一步揭示，在工程實際中可以為內燃機燃燒及排放控制技術提供新的理論和技術。

結題摘要

早噴技術是實現高效清潔燃燒必要的技術措施，而燃油早噴會導致缸套濕壁現象的發生。本課題以內燃機噴霧、燃燒學為基礎，以光學測試技術和模擬仿真技術為手段，進行了系統的研究。在自主搭建的定容彈系統中，利用光學診斷技術研究了柴油噴霧撞壁過程中附壁燃油量和附壁油膜形態的演變規律以及霧束撞壁後沿壁面的鋪展、卷吸情況，基於實驗結果，提出了具有理論和套用價值的關於附壁燃油率和附壁油膜分布形態特徵的經驗公式。為了研究柴油噴霧撞壁過程中近壁處混合氣濃度分布及流場特性，開展了模擬研究。為了考察早噴對實際發動機工作的影響以及控制早噴濕壁，採用實驗和模擬相結合的手段，研究了早噴參數對實際發動機工作過程各項性能的影響，提出了避免燃油濕壁的控制措施。 柴油噴霧撞壁過程的研究中，在所自主搭建的定容彈系統上，結合油膜測厚儀和高速攝影圍繞柴油撞壁過程附壁油膜的特徵進行了研究，探討不同噴射條件、不同環境條件以及燃油性質對霧束撞壁過程中燃油附壁率規律、油膜厚度分布規律、卷吸高度規律和鋪展半徑規律的影響，通過無量綱分析，得到了關於油膜特徵參數的經驗公式。並採用仿真手段考察了混合氣形貌分布、濃度分布以及流場分布。研究發現，撞壁燃油質量、近壁區域燃油飛濺/鋪展阻力、近壁區域卷吸強度以及混合時間是影響近壁區域混合氣呈現不同分布的主要因素。 在早噴參數對實際發動機工作過程影響的模擬研究中發現，除噴霧錐角為80°的情況以外，隨著早噴參數的改變，HCCI柴油機整機HC/CO排放主要取決於濕壁區域HC/CO排放的大小。濕壁區域HC/CO排放主要受到兩方面因素的影響，其一為殘餘附壁油膜質量，其二為濕壁區域混合氣分布均勻度。在噴油時刻以及噴霧錐角的選擇上，首先應考慮到燃油噴霧的撞壁位置，撞壁位置應儘可能設定在活塞頭部與燃燒室上沿的交角處。 為了考察早噴策略對發動機排放物的影響規律，進行了早噴發動機台架實驗研究，結果表明：隨著噴油提前角的增加，一氧化碳排放增加，直至上止點前40°左右趨於穩定，而早噴油量越多，其增長幅度越大。對於碳氫化合物，隨著噴油提前角的增加，其排放增加，在低轉速小負荷時，早噴油量越多增長幅度越大，而在中等轉速和負荷時規律不明顯。隨著潤滑油粘度的提高，其基本碳粒子的粒徑減小，微晶尺寸減小，微晶曲率增加，石墨化程度降低，其中可揮發性組分增加，說明顆粒物結構更加無序，缺陷化程度更高，更易氧化。