缸内直喷汽油机颗粒排放的热物理特性研究.pdf

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1、第4期（总第219期)车用发动机No.4(SerialNo.219)2015年8月VEHICLEENGINEAug.2015缸内直喷汽油机颗粒排放的热物理特性研究徐长建，董伟，于秀敏，何玲，孙平，麻斌(吉林大学汽车工程学院汽车仿真与控制国家重点试验室，吉林长春130025)摘要：为了研究缸内直喷汽油机颗粒的热物理特性，基于某发动机试验台架设计了二级热稀释系统。采用EEPS3090粒谱仪对不同稀释比、加热温度、蒸发温度下的颗粒粒径分布和农度进行了试验研究。试验结果表明：不同稀释比下颗粒数量农度随粒径的增大呈现对数正态双峰分布，不同加热温度和蒸发温度下颗粒数量农度随粒径增大呈现三峰分

2、布；较大稀释比对核态数量总农度影响较大，加热温度高于200°C后颗粒数量农度趋于稳定，蒸发温度对积聚态颗粒有较大影响。关键词：汽油机；缸内直喷；颗粒；粒径；浓度DOI：10.3969/j.issn.1001-2222.2015.04.014中图分类号：TK411.51文献标志码：B文章编号：1001-2222(2015)04-0070-06随着电控技术的发展和排放法规的日益严格，等[12]。Jaime等研究了稀释比对颗粒的热物理特性缸内直喷汽油机（GDI)成为研究热点[1_2]。与传统影响，发现随着稀释比的减小，颗粒的平均几何直径进气道喷射汽油机相比，缸内直喷汽油机将汽油直会增大

3、[13]。ImadA.Khalek等人研究表明，不同接喷射到气缸内，可以实现更加灵活、精确的空燃比的取样条件和稀释系统选择会对颗粒的浓度和尺寸控制，提高了燃油经济性，但是缩短了燃油与空气混分布特征有较大的影响[14]。合的时间，同时燃油喷射到气缸壁和活塞顶部造成国V排放法规对挥发性粒子去除器设计有明确湿壁以及局部的混合不均匀现象，增加了颗粒排要求，去除器由初级粒子稀释装置（PND1)、蒸发管放[3_4]。在欧V排放法规中已经将直喷汽油机颗粒(ET)、次级稀释装置（PND2)串联组成[15]。PND1排放纳入法规测试要求[5]。壁温要求在150〜400°C之间，且不高于PND2壁发

4、动机排气颗粒是指在大气条件下排气各组分温。本研究结合国V排放法规，自行设计了一套部中除了水以外的任何类型的分散物质[6]。发动机排分流稀释系统，通过测量稀释比、稀释温度、蒸发温气颗粒根据粒径不同划分为3类，即核态颗粒度对颗粒的浓度和粒径分布的影响来研究颗粒排放(Dp<50nm)、积聚态颗粒(50nm1000nm)，其中排气超细颗粒由核1试验设备及方案态和积聚态两部分构成[7]。颗粒粒径越小，对人体的危害越大，能引发心血管疾病和癌症，对人体的危1.1试验设备害可能超过交通事故，因此对颗粒排放特性的研究试验选用的是某1.8L直喷增压

5、发动机，增压显得尤为迫切[8^]。核态颗粒主要是由挥发性、半方式为涡轮增压，该发动机采用顶置凸轮轴技术并挥发性有机物，含硫化合物，固体单质碳以及金属盐带有可变配气正时技术，其主要技术参数见表1。类组成。积聚态颗粒主要是不完全燃烧形成的碳粒试验台架见图1。测功机为CW160,通过测功通过吸附碳氢化合物等其他化合物凝结形成，它以机控制系统控制发动机的工作状态并实时监测发动团聚物的形式存在[11]。研究表明，纳米颗粒稳定性机的进气温度、机油温度、水温等运行参数。X传感很差，特别是核态颗粒的物理结构显著被周围环境器为LAMBDA.LA4,配合宽域氧传感器LSU4.2影响，例如，稀释温度、

6、稀释比、停留时间、空气湿度对发动机空燃比进行控制。排放测量设备采用收稿日期：2015-03-18;修回日期：2015-05-28基金项目：吉林省科学技术厅自然基金项目（130101JC01009568);国家自然科学基金（51406066)作者简介：徐长建（1988—），男，硕士，主要研究方向为发动机电子控制关键子系统开发；1181112508@qq.com。2015年8月徐长建，等：缸内直喷汽油机颗粒排放的热物理特性研究•71•MEXA-7100DERG尾气分析仪，可以测量排放的道进行了加热控制，同时满足法规中要求的在传输CO，HC，NCX浓度，同时测量稀释后和稀释前C02通道

7、中的停留时间。因为每次测量时稀释通道的加浓度来计算稀释比。粒径测量仪器为EEPS3090排热温度和蒸发温度不能保持绝对相同，导致测量有放颗粒物粒谱仪，其主要功能是测量发动机尾气颗误差，其范围在5%以内，满足法规要求。粒物浓度以及颗粒的粒径分布，其测量范围是5.6〜560nm，能在1s内提供10组颗粒物分布。为满足粒谱仪对排气温度和颗粒浓度的要求，发动机排出的废气需要通过排气稀释系统稀释，再进入粒谱仪。发动机控制系统采用课题组自主研发的ECU，该ECU为基于具备协处理器的MC9SX