柴油機瞬態工況排氣顆粒數量及粒徑分布規律

《柴油機瞬態工況排氣顆粒數量及粒徑分布規律》是依託同濟大學，由譚丕強擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：柴油機瞬態工況排氣顆粒數量及粒徑分布規律
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：譚丕強
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

排氣顆粒數量正在成為未來汽車法規控制的對象，而車用柴油機實際運行時多處於瞬態工況，研究柴油機瞬態工況顆粒數量排放及粒徑分布規律，用於排氣顆粒數量的控制研究，具有重要科學意義和套用價值。本項目以柴油機瞬態工況的排氣顆粒數量為主要對象，進行顆粒數量排放及粒徑分布規律的基礎科學研究。重點研究柴油機兩類典型瞬態工況（轉矩瞬變和轉速瞬變）的顆粒數量排放特性。基於不同瞬態工況模式（轉矩和轉速瞬變工況的遞增和遞減模式，不同轉矩變化率和不同轉速變化率）的柴油機性能和燃燒特性，探索瞬態工況下空燃比和燃燒參數對排氣顆粒數量及粒徑分布特性的影響規律。研究柴油機燃用不同硫含量燃油的瞬態顆粒數量排放及粒徑分布特性，揭示燃油硫含量對瞬態工況顆粒數量排放特性的影響機制。本項目旨在促進柴油機瞬態排氣顆粒特性的基礎研究，深入認識瞬態工況的排氣顆粒數量及粒徑分布規律，為柴油機瞬態工況排氣顆粒的危害控制提供理論基礎和科學依據。

結題摘要

通過該項目的系統研究，深入認識了柴油機穩態工況、瞬態工況的排氣顆粒數量及粒徑分布規律；系統探索了柴油機燃用生物柴油、低硫柴油、低芳烴柴油、GTL 合成柴油的排氣顆粒質量及組分特性、顆粒數量及粒徑分布規律；對柴油轎車瞬態工況的排氣顆粒數量及粒徑分布規律進行了探索。 (1) 穩態工況：柴油機排氣顆粒數量的粒徑分布呈現明顯的單峰或雙峰對數分布形態，較小粒徑的核態顆粒數量與較大粒徑的聚集態顆粒數量存在“蹺蹺板”現象。在大多數情況下，隨著負荷增加，核態顆粒數量逐漸下降，聚集態顆粒數量呈上升趨勢。聚集態顆粒數量與排氣煙度變化存在較高程度的正相關性。(2) 燃料特性：(a)隨燃油硫含量、芳烴含量的降低，核態顆粒和聚集態顆粒數量大都同步下降，低硫含量減少了以核態顆粒形態排出的硫酸鹽類，以碳煙顆粒為主的聚集態顆粒數量也有所降低。低芳烴含量則導致以碳煙顆粒為主的聚集態顆粒數量減少，也有利於降低SOF 排放，促使核態顆粒數量降低。(b)隨生物柴油配比增加，在絕大多數工況下，降低了聚集態顆粒的數量，增加了核態顆粒的數量。(c)隨GTL柴油配比增加，核態顆粒數量和聚集態顆粒數量大都下降。(3) 瞬態工況：(a)減轉矩工況下，聚集態顆粒數量下降，核態顆粒數量持續上升。噴油量突減與缸內空燃比迅速增加，導致煙度和聚集態顆粒數量迅速下降，缸內溫度降低，顆粒成核作用增強，核態顆粒數量持續上升。(b)增轉矩工況下，噴油量瞬時突增導致缸內局部油氣混合質量急劇惡化，以碳煙顆粒為主的聚集態顆粒數量上升，而核態顆粒數量則在瞬態初期突然增加出現峰值後迅速下降。因為後期缸內溫度不斷提高，SOF排放量減少導致核態顆粒數量下降。(c)增轉速工況下，低轉矩時轉速突增，其核態顆粒數量迅速上升；中轉矩時轉速突增，油氣混合的質量瞬時惡化，從而導致以碳煙顆粒為主的聚集態顆粒持續上升；高轉矩時轉速突增，缸內本來就處於局部瞬時混合氣過濃狀態，導致瞬時出現了更高的煙度值。(d)柴油轎車在NEDC 循環加速階段，排氣總顆粒數量增大，聚集態顆粒和核態顆粒數量均有所升高；在NEDC 循環減速階段，聚集態顆粒數量降低，但核態顆粒數量卻有所升高且占主導地位。 針對以上研究成果，已發表或錄用相關論文24篇（已發表SCI 期刊論文2 篇；已發表EI 期刊論文8篇；已錄用EI 期刊論文4篇），在審SCI 期刊論文5篇、EI 期刊論文3篇。