机油对GDI发动机微粒排放影响规律的研究

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1、分类号：TK411+.5单位代码：10183研究生学号：2015422121密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）机油对GDI发动机微粒排放影响规律的研究ResearchontheEffectofLubricatingOilonParticulateEmissionsofGDIEngine作者姓名：皮恒志专业：动力工程及工程热物理研究方向：GDI发动机微粒排放控制指导教师：李君教授培养单位：汽车工程学院2018年6月机油对ＧＤＩ发动机微粒排放影响规律的研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆＬｕｂｒｉｃａｔｉｎｇＯｉｌｏｎＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＥｍｉｓｓｉｏｎ

2、ｓｏｆＧＤＩＥｎｇｉｎｅ作者姓名：皮恒志专业名称：动力工程及工程热物理指导教师：李君教授学位类别：工学硕士２以。答辩日期：年〖月厶日！Ｉ未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：，是本人在指导教师的指导下所呈交学位论文，。独立进行研究工作所取得的成果除文中己经注明引用的内容外，本论文不包

3、含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。＇学位论文作者签名／尤／立毛：｜日期Ｓ６：別年月今ＨＩ摘要近年来，缸内直喷汽油机（GDI）凭借其良好的燃油经济性和瞬态响应特性赢得了广阔的市场，然而其微粒排放问题一直比较突出。在众多影响发动机微粒排放特性的因素中，机油对微粒排放的影响不容忽视。相关研究表明，机油具有粘度大，不易挥发，难以雾化等特性，少量机油参与缸内燃油的燃烧会较为显著地增加微粒排放；并且发动机排放的微粒中含有大量来自于机油的金属元素，其中的很多元素会对

4、人体健康造成一定的影响。相关的研究和报道指出，缸内直喷汽油机（特别是涡轮增压缸内直喷汽油机）存在较为明显的烧机油现象。鉴于此，本论文针对机油对GDI发动机微粒排放的影响规律进行了初步探究，开展了微粒数量浓度、质量浓度、粒径分布、微观形貌及元素组成等方面的研究。具体研究内容和成果如下：1.制定曲轴箱通风系统的改造方案，通过增大油气分离器压力控制阀上的压力弹簧的刚度来增加进入发动机气缸内燃烧的机油量，实现参与缸内燃烧的机油量可调节功能。采用机油耗台架测试法依次测出三种不同压力弹簧刚度，不同工况下的试验发动机的机油耗。试验结果表明，相同工况下，参与缸内燃烧的机油量与压力弹簧刚度呈正相关的关系。2.搭

5、建了GDI发动机微粒测试台架，采用二级稀释系统对发动机尾气进行适当稀释以使得进入粒径测量仪的尾气中微粒数量浓度满足粒径测量仪的测量要求。采用EEPS-3090微粒粒径测量仪测量了不同机油耗状态下GDI发动机的微粒排放情况，研究了微粒的数量浓度和质量浓度，微粒数量浓度粒径分布等参数的变化规律。试验结果表明，在大部分工况下，参与燃烧的机油量增加后，微粒数量浓度和质量浓度也随之增加，但粒径分布未呈现明显的变化规律。3.设计了微粒样本采集装置，使用铜网微栅支持膜采集用于微观观察和元素分析的微粒样本。采用TECNAI-F20场发射透射电子显微镜对微粒样本进行微观观察，并对基本碳粒子的粒径，重叠系数，层间

6、距等特征参数进行测量，统计分析。研究发现，参与燃烧的机油量增加后，微粒的典型微观形貌未发生明显改I变，基本碳粒子的粒径有变小的趋势，基本碳粒子平均重叠系数的变化相对较小；2000r/min转速，在大部分负荷工况下，参与燃烧的机油量增加后，平均层间距有所减小；100%负荷的速度特性下，参与燃烧的机油量增加后，基本碳粒子平均层间距未出现明显的单一变化规律。4.对比粒径测量仪测得的宏观微粒排放特性和微粒微观图像测量的统计结果发现，基本碳粒子的粒径分布要比粒径测量仪测得的微粒粒径分布要“狭窄”，对应基本碳粒子的峰值粒径比微粒的峰值粒径要大。参与燃烧的机油量增加后，2000r/min转速时，通过平均层间

7、距得到的微粒氧化性变化结论和微粒总的数量浓度变化规律比较吻合；100%负荷速度特性下，二者的结论不吻合。5.采用能量色散X射线光谱仪对微粒样本进行元素分析，发现GDI发动机排放的微粒中含有C、O、N、S、Si、P、Fe、Cu、Mn、Ca、Ti、Pb等元素。对比试验发动机油底壳内机油的元素检测结果，确定微粒中Mn、Ca、Ti、Pb等元素主要来自于机油。综上所述，GDI发动机机油参与缸内燃烧会对微粒排