柴油機(jī)UNIVER全氣缸取樣及缸內(nèi)微粒理化特性 
隨世界柴油機(jī)保有量的持續(xù)增加,其排放微粒對(duì)環(huán)境和人類健康的危害日益嚴(yán)重,因此,研究柴油機(jī)微粒的生成機(jī)理及控制技術(shù)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。在CY6102直噴柴油機(jī)上,開(kāi)發(fā)了一套可實(shí)現(xiàn)模擬增壓中冷、EGR和高壓共軌燃油噴射*柴油機(jī)技術(shù)的UNIVER全氣缸取樣系統(tǒng),并利用該系統(tǒng)對(duì)燃燒過(guò)程中微粒的理化特性進(jìn)行了研究,對(duì)碳煙形成歷程進(jìn)行了初步數(shù)值模擬。

柴油機(jī)UNIVER全氣缸取樣及缸內(nèi)微粒理化特性 
具體研究工作如下:開(kāi)發(fā)了柴油機(jī)UNIVER全氣缸取樣裝置,主要包括取樣機(jī)構(gòu)、稀釋系統(tǒng)和氣門(mén)停開(kāi)機(jī)構(gòu);著重進(jìn)行了筒刀總成、取樣口的設(shè)計(jì)和對(duì)搖臂軸的改造。充分利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了以中斷技術(shù)為核心的電控單元(ECU),并采用*模糊控制策略設(shè)計(jì)了共軌壓力模糊閉環(huán)控制算法,使該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)噴油量、噴油定時(shí)以及取樣時(shí)刻、氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻、稀釋時(shí)刻的靈活可靠控制,而且能夠?qū)崿F(xiàn)共軌壓力的柔性調(diào)節(jié)。采用電子低壓沖擊儀(ELPI),測(cè)量燃燒過(guò)程中微粒的粒數(shù)、粒徑分布規(guī)律。測(cè)量結(jié)果表明,微粒粒數(shù)濃度隨曲軸轉(zhuǎn)角呈單峰狀分布,峰值出現(xiàn)在14~18°CA ATDC,燃燒后期約70%以上的微粒(粒數(shù)濃度)被氧化燃燒。微粒粒數(shù)、粒徑呈類似對(duì)數(shù)正態(tài)分布,頻度zui大值出現(xiàn)在100~200nm之間。運(yùn)用場(chǎng)發(fā)射透射電鏡和圖像處理技術(shù),考察了微粒的形態(tài)特性、基本碳粒子的微觀結(jié)構(gòu)和粒徑分布規(guī)律。針對(duì)目前普通擺動(dòng)氣缸不能實(shí)現(xiàn)行程中任意點(diǎn)準(zhǔn)確定位的問(wèn)題,研制了擺動(dòng)伺服氣缸。構(gòu)建擺動(dòng)伺服氣缸控制子系統(tǒng),對(duì)擺動(dòng)伺服氣缸控制特性進(jìn)行分析,研究利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)阻尼角度進(jìn)行預(yù)測(cè),為有效抑制定位過(guò)程中的擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)精確定位,提出阻尼角度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)亩ㄎ豢刂撇呗浴?duì)擺動(dòng)伺服氣缸性能試驗(yàn)結(jié)果表明:在采用阻尼角度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)亩ㄎ豢刂撇呗韵聰[動(dòng)伺服氣缸既保持氣壓傳動(dòng)高速特性又實(shí)現(xiàn)行程范圍內(nèi)任意位置的快速、精確定位,實(shí)驗(yàn)表明阻尼定位均能在0.15 s內(nèi)實(shí)現(xiàn),且過(guò)程平穩(wěn)無(wú)速度突變,實(shí)際位移無(wú)超調(diào)和震蕩,定位誤差在±1.0°以內(nèi)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),微粒呈現(xiàn)兩種形態(tài),一種是由基本碳粒子凝結(jié)而成的典型微粒,另一種是富含金屬和非金屬元素的無(wú)定形微粒,其中金屬元素主要來(lái)源于潤(rùn)滑機(jī)油,貫穿整個(gè)燃燒過(guò)程,且獨(dú)立存在;另外,典型微粒具有分形結(jié)構(gòu)特性,分維數(shù)介于1.2~1.74之間,且在擴(kuò)散燃燒初期有降低的趨勢(shì)。在柴油機(jī)高溫高壓的燃燒過(guò)程中,基本碳粒子逐漸向石墨化過(guò)渡,zui終形成洋蔥狀的微晶結(jié)構(gòu),其層數(shù)逐漸增多,層間距逐漸減小(0.39nm減小到0.36nm);基本碳粒子粒徑呈高斯分布,zui大值出現(xiàn)在15~30nm之間;平均粒徑介于19.7~29.7nm之間,且在12~15°CA ATDC出現(xiàn)zui大值。將燃燒過(guò)程中微粒及其中的可溶有機(jī)成分(SOF)進(jìn)行測(cè)量與分離,并采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)對(duì)SOF中的多環(huán)芳香烴進(jìn)行檢測(cè)分析。結(jié)果表明,SOF質(zhì)量隨燃燒時(shí)刻的不同而有較大的變化。在燃燒初期,SOF占微粒的80%以上,隨著燃燒的進(jìn)程,SOF含量降低到20%左右。

柴油機(jī)UNIVER全氣缸取樣及缸內(nèi)微粒理化特性 
多環(huán)芳香烴的總質(zhì)量隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律與碳煙質(zhì)量濃度隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律*。另外,提高共軌壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,PAHs的質(zhì)量降低。采用通用STAR-CD軟件,建立了碳煙計(jì)算模型,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。碳煙質(zhì)量形成歷程的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值的變化趨勢(shì)基本*。