顆粒物排放的柴油機(jī)的碳煙和SOF

1、直噴式柴油機(jī)基于煙塵和SOF顆粒物排放建模摘要：顆粒物質(zhì)（PM）的排放是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要污染物之一，它對(duì)人體健康有害而且影響大氣能見(jiàn)度。在調(diào)查減少顆粒物排放過(guò)程中建立PM排放仿真模型是一個(gè)有用的工具。根據(jù)組成缸內(nèi)直噴柴油機(jī)的PM模型已經(jīng)提出并規(guī)定了兩個(gè)重要組成物去模擬PM排放。PM模型是基于一個(gè)準(zhǔn)維多區(qū)燃燒模型，使用兩個(gè)主要組成成分的機(jī)械結(jié)構(gòu)：煙灰和可溶性有機(jī)餾份（SOF）。首先，準(zhǔn)維多區(qū)燃燒模型中給出。然后，兩個(gè)模型為煙灰和SOF排放被建立，再然后，兩個(gè)模型都集成到一個(gè)單一的PM排放模型。煙灰排放模型是在一個(gè)主要的形成模型和一個(gè)氧化模型給出的。煙灰的最初形成模型為?？禑熁倚纬赡Ｐ停瑹焿m氧化是

2、采用Nagle和Strickland-Constable模型。SOF排放模型是基于未燃燒的碳?xì)浠衔铮℉C）排放模型，以及HC排放是HC初級(jí)形成模型和HC氧化模型的差異給出的。HC初級(jí)形成模型考慮了燃油噴射和在稀燃極限在點(diǎn)火延遲期和燃油在低壓力和低的速度時(shí)涌出從噴嘴囊容積之后的混合。為了驗(yàn)證PM排放的模型，用六缸帶有增壓中冷直噴式的柴油機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)十分滿意，表明了PM仿真模型的有效性。計(jì)算結(jié)果表明，PM和煙塵形成率之間的差別主要是在早期燃燒階段。SOF的形成在低負(fù)荷時(shí)對(duì)PM的形成有著重要的影響，在高負(fù)荷時(shí)煙塵的形成占 PM排放的主導(dǎo)地位。PM排放模型是為了幫助更好地理解直噴

3、式柴油機(jī)的PM排放的形成過(guò)程，并且對(duì)PM排放的模擬以及直噴式柴油機(jī)的PM排放控制都是有用的。關(guān)鍵詞：柴油機(jī); 可吸入顆粒物; 排放; 模型; 煙塵; 未燃碳?xì)浠衔铩?. 引言在過(guò)去的十年，直噴（DI）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)從商用車迅速擴(kuò)大到乘用車，因?yàn)槲廴竞驮肼暱刂品矫娴母倪M(jìn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)盡管如此，直噴式柴油機(jī)產(chǎn)生比其他引擎多種顆粒物質(zhì)（PM）的排放。排氣PM除了水以外的任何可以通過(guò)過(guò)濾柴油機(jī)排氣收集的物質(zhì)1,2。在一般情況下，在PM在過(guò)濾器中收集通常被提取溶劑分為兩部分1-3 。一種餾分是固體碳材料（碳黑）不能被有機(jī)溶液溶解。它是對(duì)人體健康有害病影響大氣能見(jiàn)度。其他部分可以用有機(jī)溶液溶解，稱為可溶

4、性有機(jī)成分（SOF），即已吸附了煙塵或濃縮到過(guò)濾器。它是由未燃燒的燃料和潤(rùn)滑油以及它們的熱綜合成分。SOF多環(huán)芳烴（PAH）有可能會(huì)引起健康和環(huán)境危害誘變作用。這些問(wèn)題使政府辦法了越來(lái)越嚴(yán)格的廢氣排放律令，迫使制造商減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放。對(duì)于DI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要挑戰(zhàn)在于減少?gòu)U氣顆粒物的排放濃度。在調(diào)查減少顆粒物排放時(shí)，對(duì)PM排放建立仿真模型是一個(gè)有效地措施。一個(gè)PM排放模型使設(shè)計(jì)規(guī)范、工作條件和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的PM排放量之間的關(guān)系更容易理解。目前，用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)二維和多維燃燒模型發(fā)展到不同程度的精度49。在溫度和組合物的空間差異，考慮到通過(guò)將氣缸分成兩個(gè)或多個(gè)不同的區(qū)域，其中每一個(gè)被視

5、為理想的混合。廢氣排放可以視為局部溫度和組織的函數(shù)。多維模型 10-15 ，解決氣缸內(nèi)的流場(chǎng)、解決質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒的控制方程，以及物種和化學(xué)動(dòng)力學(xué)的控制方程。然而，這些模型的預(yù)測(cè)精度不能總是保證由于缺乏了解的一些重要現(xiàn)象，如噴霧破碎，燃料/空氣混合或噴霧-壁相互作用。此外，這些模型對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間要求非?？量?。所以，多維燃燒模型更適合的基礎(chǔ)研究課題。由于上述原因，準(zhǔn)二維燃燒模型仍然是在燃燒建模和發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的重要工具。整個(gè)PM墨香排放量很少報(bào)告。因此，在柴油機(jī)PM排放的SOF模型需要建立一個(gè)可以提供整個(gè)PM排放的模型。在這項(xiàng)工作中，基于組合模型來(lái)模擬從直噴式柴油機(jī)排輸?shù)腜M的濃度的現(xiàn)象

6、被提出。該模型是基于準(zhǔn)維多區(qū)燃燒模型和PM的主要組合物的形成機(jī)制：直噴式柴油機(jī)的煙灰和SOF排放。煙灰和SOF排放排放可以分別建立，然后這兩個(gè)模型都集成到一個(gè)單一的PM排放模型。為了驗(yàn)證PM排放模型，實(shí)驗(yàn)用 六缸并帶有渦輪增壓和中冷直噴式柴油機(jī)進(jìn)行。2. 準(zhǔn)維多區(qū)燃燒模型在這項(xiàng)研究中的準(zhǔn)三維多區(qū)模型的基本概念是類似的裕康等人首先提出的一個(gè)模型 4,16。并已被許多研究人員 5-9。用于當(dāng)前研究的模型由幾個(gè)子模型：燃料噴霧滲透，空氣夾帶，燃料液滴的蒸發(fā)，點(diǎn)火延遲，由于燃燒和形成的污染物排放的熱量釋放。在每個(gè)步驟噴入燃燒室的燃料被劃分成在徑向方向上分布的小區(qū)域，圖1顯示了某一瞬間的區(qū)域圖

7、。隨著時(shí)間步驟的進(jìn)行，連續(xù)噴射使燃料噴霧包噴射在軸線方向。每個(gè)包中的區(qū)域被假定為燃料的質(zhì)量相等，但根據(jù)不同的瞬時(shí)噴射率在包形成的時(shí)間在不同的包的區(qū)域中的燃料量可能會(huì)有所不同。在包中的燃料的質(zhì)量可以計(jì)算使或用經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)定噴射程序、腔室壓力和噴油器的幾何形狀。假定區(qū)域之間沒(méi)有混合，也沒(méi)有交換。在徑向方向上的區(qū)域的數(shù)目是固定的，無(wú)論注入的燃料的量或時(shí)間步長(zhǎng)，并通過(guò)平衡計(jì)算要求的精度。然而，在軸向方向上的區(qū)域的數(shù)目由注入時(shí)間和計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)確定。燃料噴霧終止，新鮮空氣進(jìn)入這些區(qū)域。燃料液滴蒸發(fā)和燃燒發(fā)生在每個(gè)區(qū)域的邊界內(nèi)。假定在不同區(qū)域之間的新鮮空氣夾帶，沒(méi)有質(zhì)量和能量交換。每個(gè)獨(dú)立的區(qū)域都經(jīng)歷了它自己的

8、溫度、當(dāng)量比和組成的歷史，整個(gè)汽缸體的壓力被假定為是均勻的，并且在所有的區(qū)域隨時(shí)間的變化而變化。用熱力學(xué)第一定律和質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒應(yīng)用微分方程描述每個(gè)區(qū)域的狀態(tài)。差分方程解得每個(gè)區(qū)域的局部溫度，氧氣和污染物濃度。提出了污染物排放模型，但其他模型不在本文中詳細(xì)的給出。圖1. 原理區(qū)分布在噴射2. 煙灰排放模型一般來(lái)說(shuō)，煤煙排放模型可分為兩個(gè)部分 4,5,7,11,14,17,18 ：一個(gè)煙灰初級(jí)形成模型和一個(gè)煙灰氧化模型。在氣相中的煙塵的初級(jí)形成模型以分子碰撞率和燃料片段的濃度為基礎(chǔ)。在這種方式中，來(lái)自燃料分子的活性自由基核聚集形成更大的核。煙塵的氧化過(guò)程也依賴于氣相碰撞，類似于煙灰的基本形成

9、，但所涉及的分子是碳和氧。氧或自由基，穿透粒子內(nèi)部燃燒，降低粒子直徑?，F(xiàn)在，它被廣泛接受，除了溫度，燃料蒸汽的局部濃度和局部濃度的氧，對(duì)煙灰的形成速率是至關(guān)重要的，基本上影響的煙灰氧化速率。煙塵的臨界值取決于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的當(dāng)量比和氣體溫度，在一般情況下，在氣缸內(nèi)的氣體和氧氣的氧氣缺乏，可能會(huì)導(dǎo)致較高的煙灰形成率。一般情況下，凈煙灰的形成率表示為形成的比率減去氧化的比率，并且它是在這項(xiàng)研究中，碳煙生成率一直采用?？的Ｐ?4 評(píng)價(jià)。煙灰的形成率表示為Af是形成的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，必須調(diào)整以適應(yīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)射數(shù)據(jù)。Fuel是未燃燒的燃料蒸氣的質(zhì)量，P和T的缸內(nèi)壓力和溫度，分別和Ef是碳煙生成的活化能。Nagle和

10、Strickland-Constable（NSC）煙塵氧化模型應(yīng)用研究。NSC的模型是基于氧化實(shí)驗(yàn)碳在氧氣環(huán)境中在一個(gè)范圍內(nèi)的局部壓力。兩種反應(yīng)的反應(yīng)為止被假設(shè)在碳煙顆粒表面：反應(yīng)性高的A點(diǎn)和反應(yīng)性低的B點(diǎn)，表面覆蓋A位置型的部分為xA并且剩余部分（1-xA）是由B位置型覆蓋。氧化反應(yīng)如下 19 ：NSC的碳煙氧化率：MC是碳分子量（12g/mol），S是煙塵的密度（2000 kg/m3），s是煙塵的直徑（3*108 m3），soot是凈煙灰質(zhì)量和表面的氧化速度Rox。Rox的定義是A位置所占比例xA為Po2氧分壓在NSC氧化模型和氧分壓的速率常數(shù)是4. SOF排放模型未燃燒的碳?xì)浠衔铮℉C

11、）組成的柴油機(jī)尾氣排放是復(fù)雜的，延伸到大的分子范圍。較輕的HC排放物排出，較重的HC排放將主要吸附在固體煙塵并且一點(diǎn)點(diǎn)凝聚在過(guò)濾器上。最后，較重的HC排放的PM排放成為SOF。因此，在建立SOF排放模型，對(duì)HC排放模型進(jìn)行分析和建立。從柴油機(jī)HC排放主要來(lái)自1,2：（1）過(guò)稀混合（2）過(guò)濃混合（3）猝熄或啞火。4.1. 過(guò)稀混合物從燃油噴射到氣缸中入手，在燃料空氣當(dāng)量比的燃料噴射分布發(fā)展。當(dāng)混合的量比稀燃極限還要稀薄時(shí)混合比隨時(shí)間迅速增加。在燃料噴霧在點(diǎn)火時(shí)，燃料在接近噴霧邊界時(shí)已經(jīng)混合超過(guò)稀燃極限并且不會(huì)自燃或維持一個(gè)上個(gè)快速的反應(yīng)。這種混合物只能被相對(duì)緩慢的熱氧化反應(yīng)是不完整的。在這個(gè)區(qū)域

12、，未燃燒的燃料和部分氧化的產(chǎn)品會(huì)存在。其中未被燃燒就從氣缸中逸出。從這些稀燃區(qū)域的未燃HC的多少取決于噴油量點(diǎn)火延遲時(shí)、與空氣的混合速度在這期間和在何種程度上有利于自點(diǎn)火?？偽慈糎C排放與點(diǎn)火延遲長(zhǎng)度之間是相關(guān)的。當(dāng)延遲時(shí)間超過(guò)其最小值的增加，HC排放也增加。在這項(xiàng)工作中使用了相關(guān)的表達(dá)式 20 。表達(dá)式在穩(wěn)定和瞬態(tài)操作時(shí)提供了良好的預(yù)測(cè)能力。它如下：為點(diǎn)火延遲位置，P和T 為壓力和溫度以及為燃料-空氣當(dāng)量比。在點(diǎn)火延遲期間噴射的燃料量表示為其中QID是噴油量點(diǎn)火延遲期間，DQf/ dt是瞬時(shí)噴油率，Cd是流量系數(shù)，An是噴嘴孔的通流面積，Pn在噴嘴孔在噴入氣缸之前的壓差，f是燃料的密度。根據(jù)

13、以上分析，從過(guò)稀燃料的HC排放量可以表示為燃料在點(diǎn)火延遲期噴入的一部分，它是其中Kol是從過(guò)稀的燃料在點(diǎn)火延遲期噴入氣缸時(shí)   HC排放的一部分4.2. 過(guò)濃混合物兩種來(lái)源的燃料進(jìn)入氣缸燃燒并且導(dǎo)致HC排放由于與空氣混合慢或正在與空氣混合。一種是在燃燒過(guò)程中，以低速度離開(kāi)噴嘴噴嘴的燃料。這里的主要來(lái)源是噴嘴囊容積。二是多余的燃油進(jìn)入氣缸的燃料供應(yīng)過(guò)量的條件下。在正常的操作條件下，第一種情況主要影響過(guò)濃混合物。在噴油結(jié)束時(shí)，噴油器內(nèi)的填充量為燃油。由于燃燒和膨脹過(guò)程的進(jìn)行，這種燃料加熱汽化在低速、低壓力時(shí)通過(guò)噴嘴進(jìn)入氣缸。這種燃料蒸汽將與空氣混合，并可能逃離主燃燒過(guò)程。因此引起過(guò)濃混合

14、。其中Vsac是囊體積，xsac是燃料從囊體到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸餾分蒸發(fā)的一部分。4.3. 猝熄或啞火HC的排放可能是猝熄的源頭，根據(jù)噴霧撞擊燃燒室壁的程度。啞火也可能增加HC排放水平，但在正常操作范圍內(nèi)，完全啞火在精心設(shè)計(jì)和充分控制引擎時(shí)是不太可能發(fā)生。所以，在正常的操作條件下柴油發(fā)動(dòng)機(jī)HC排放的兩個(gè)主要來(lái)源：（1）燃料混合在延遲期比稀燃極限還要??；（2）混合不均勻的燃料，燃料在低速、低壓力在燃燒過(guò)程離開(kāi)噴嘴。在這項(xiàng)研究中，凈排放模型為一二階段模型分為兩部分：HC初級(jí)形成模型和HC氧化模型。HC排放模型由HC排放的初級(jí)形成和氧化模型給出。HC主要形成模型考慮了燃油在點(diǎn)火延遲期間在稀薄極限燃燒之后的混

15、合在低壓低速噴嘴囊體涌出時(shí)，它表示為而燃料烴餾分可以逃避主燃燒過(guò)程燃燒或部分反應(yīng)，某些碳?xì)浠衔镅趸梢园l(fā)生在膨脹和排氣過(guò)程。烴類氧化率已被確定在一些不同的研究和幾個(gè)不同的經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)的形式被提出的整體反應(yīng)速率方程。一個(gè)合理的適合于未燃HC燃耗的氧化率的表達(dá) 2 ：AHC是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，XHC和XO2是HC和O2的摩爾分?jǐn)?shù)。凈形成率為HC的初步形成和氧化率之間的差異，如下：SOF排放是較重的HC排放，并在HC排放中SOF的比例變化與不同類型的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和操作條件。它是由為了確定系數(shù)ksh，轉(zhuǎn)速n和扭矩Ttq介紹確定操作條件，和一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)M也介紹了不同類型的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。詳細(xì)的表達(dá)式如下：Ktq是

16、負(fù)載系數(shù)，Ktq= Ttq/ Ttqmax。Ttq佛年工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩和Ttqmax是發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩。速度系數(shù)Kn= N / Nrat。N是工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速，Nrat是柴油機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。M是不同類型的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和m1和m2的系數(shù)，他們分別系數(shù)反映了載荷和轉(zhuǎn)速對(duì)SOF和HC的影響。然后，最終的SOF模型可以結(jié)合公式計(jì)算。（14）（16）及（18）。5. PM排放模型由于PM的排放是由宴會(huì)和SOF排放，PM排放模型可以通過(guò)結(jié)合上述兩種模型：碳煙模型和SOF模型。它表示為6. 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)是用一六缸重型柴油機(jī)（斯太爾WD615.67）。發(fā)動(dòng)機(jī)是直列并配有增壓中冷。柴油機(jī)的主要規(guī)格有表1。利用AVL S

17、PC472智能采樣器測(cè)定PM。該系統(tǒng)滿足ECE R49.91542EEC和歐III對(duì)PM測(cè)量的要求。取樣器是稀釋的顆粒重量測(cè)量分流隧道。從發(fā)動(dòng)機(jī)總排氣流量只有一小部分流被采樣到的迷你稀釋通道，并在系統(tǒng)內(nèi)部與空氣稀釋。最后，PM使用梅特勒-托利多ax205電子分析天平稱重，可讀性和重現(xiàn)性的平衡測(cè)試結(jié)果分別為0.01毫克和0.015毫克。在這項(xiàng)研究中，ECE 13工況下的重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放進(jìn)行分析。從通常的ECE R4913模式樣本的方法不同，在每一個(gè)測(cè)試模式在排氣時(shí)分別取樣。首先，為了消除干擾物質(zhì)的影響，在烘箱中放了49玻璃纖維濾紙（500）并且加熱2小時(shí)。在紙張質(zhì)量穩(wěn)定后，用玻璃纖維濾紙

18、稱重。然后，濾紙被放在一個(gè)干凈的和干燥的瓶子，在采取的時(shí)候它是必要的。然后使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在同一工作條件下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)5分鐘，49玻璃纖維濾紙是用來(lái)從柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采取PM樣本的。從柴油機(jī)的13個(gè)工況下的排放量分別得到了相同的方法，然后，這些過(guò)玻璃纖維濾紙分別在恒溫設(shè)備（100）加熱。每一個(gè)過(guò)濾器的重量在一個(gè)恒定的溫度和濕度的條件下用精確的電子分析天平稱量。濾紙連續(xù)加熱，直到它的質(zhì)量是穩(wěn)定的。7. 結(jié)果與討論在每一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)下的柴油機(jī)的實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量流量。結(jié)果見(jiàn)表2。7.1. PM和煙塵形成率根據(jù)Eqs.（1）、（18）和（19），PM在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10模式下的形成率，在1500 rmin（最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速）和模式

19、在2400 r/min（額定轉(zhuǎn)速），背計(jì)算于圖211。為了理解煙塵排放的PM排放的關(guān)系，圖2-11顯示了煙塵與PM排放的比較。PM和煙塵排放在圖10曲線上會(huì)有類似的趨勢(shì).第一，他們兩個(gè)在開(kāi)始迅速增加。這是因?yàn)闊焿m在初級(jí)粒子形式會(huì)迅速出現(xiàn)在燃燒過(guò)程的早期，然而，PM在一開(kāi)始和煙塵有著類似的趨勢(shì)。表1 測(cè)試柴油機(jī)規(guī)格表2 柴油機(jī)試驗(yàn)點(diǎn)圖2: 在10%負(fù)載，1500r/min PM和煙塵的形成率。圖3: 在25%負(fù)載，1500r/min PM和煙塵的形成率。圖4: 在50%負(fù)載，1500r/min PM和煙塵的形成率。圖5: 在75%負(fù)載，1500r/min PM和煙塵的形成率。圖6: 在100%負(fù)

20、載，1500r/min PM和煙塵的形成率。圖7: 在10%負(fù)載，2200r/min PM和煙塵的形成率。圖8： 在25%負(fù)載，2200r/min PM和煙塵的形成率。圖9： 在50%負(fù)載，2200r/min PM和煙塵的形成率。圖10： 在75%負(fù)載，2200r/min PM和煙塵的形成率。圖11： 在100%負(fù)載，2200r/min PM和煙塵的形成率。圖12:在1500r/min下PM的測(cè)量與計(jì)算。圖13:在2200r/min下PM的測(cè)量與計(jì)算。然后，速度和煙塵的形成迅速下降后的峰值，表明的基本形成率的粉末和煙塵下降，氧化速率迅速上升。當(dāng)形成率低于零，表明氧化速率已超過(guò)了主要的形成率。然

21、后，形成率達(dá)到其最小值，氧化率和主要形成率之間的差異有其最大值。在燃燒過(guò)程的早期階段形成的PM和煙塵主要消耗。最后，PM和煙塵的形成率上升緩慢，并且一個(gè)緩慢的氧化過(guò)程也進(jìn)行了?？傮w上，在早期階段PM的形成過(guò)程時(shí)間短，后續(xù)PM快速氧化過(guò)程也是短暫的大多數(shù)PM在早期燃燒階段形成可在短時(shí)間內(nèi)氧化。隨后在膨脹過(guò)程中的緩慢氧化是由PM和空氣的混合速率控制并逐漸減慢。從圖211，可以看出，煙塵在PM的形成過(guò)程中的主導(dǎo)作用，但是SOF在低負(fù)荷時(shí)形成也具有重要的影響。PM和煙塵兩者的形成率差異主要是在早期的燃燒階段。它們的區(qū)別是由SOF的導(dǎo)致。在圖2、4、無(wú)花果。9 - 10%，7，25%和50%負(fù)載在150

22、0轉(zhuǎn)/分鐘和2200個(gè)/分鐘，下午和煙塵的形成率之間的差異是不同的。這是因?yàn)槿剂系漠?dāng)量比，在中，低負(fù)載和點(diǎn)火延遲時(shí)間較長(zhǎng)的空氣是較低的。更過(guò)濃混合區(qū)以外的稀燃極限在點(diǎn)火延遲，缸內(nèi)溫度低，氧化速度慢，所以相對(duì)更多的碳?xì)浠衔锛捌溲趸a(chǎn)物離開(kāi)SOF吸附煙塵。在圖6，5，10和11，75%和100%負(fù)載在1500轉(zhuǎn)/分鐘和2200個(gè)/分鐘，下午和煙塵的形成率之間的差異并不明顯。隨著載荷的增加，氣缸內(nèi)的溫度升高，點(diǎn)火延遲時(shí)間縮短，點(diǎn)火后燃油的比例增加。在整個(gè)下午的形成減弱，形成的影響，和之間的差異點(diǎn)和煙塵的形成減少。因此，柴油機(jī)SOF的形成在低負(fù)荷時(shí)對(duì)PM的形成具有重要影響，并且宴會(huì)的形成在高負(fù)荷時(shí)影

23、響整個(gè)PM形成的過(guò)程。 7.2. PM的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證PM排放模型，測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的PM質(zhì)量通量的計(jì)算是根據(jù)式（19），從表2的試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)PM排放值比較。結(jié)果示于圖12和13。結(jié)果表明，PM計(jì)算的和實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量通量的有很好的成效。PM排放模型是基于PM、宴會(huì)和SOF的主要成分并且它是由PM、SOF排放模型組成。它顯示了PM排放的實(shí)際屬性。仿真和實(shí)測(cè)值之間的比較表明，該模型的有效性。8. 總結(jié)以PM模型為基礎(chǔ)DI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的模型已制成并改進(jìn)以用來(lái)模擬PM排放。PM排放模型是基于準(zhǔn)三維多區(qū)燃燒模型和組成PM的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)：煙灰和SOF。首先，給出了準(zhǔn)維多區(qū)燃燒模型。然后煙塵排放模型和SOF模型分別

24、被建立。煙塵模型的建立主要基于初級(jí)粒子形成模式和氧化模式的差異。煙灰初級(jí)粒子模型是裕康煙灰形成模型，the Nagle和Strickland-Constable 模型為碳煙氧化模型。SOF排放模型是基于HC排放模型，并且HC模型基于HC初級(jí)粒子形成模型和HC氧化模型的差異。HC初級(jí)形成模型考慮了燃油在點(diǎn)火延遲期見(jiàn)稀燃極限之后的噴射和混合，和燃油在低壓力、低轉(zhuǎn)速涌出從噴嘴囊體。最后，碳煙模型和SOF模型集成到一個(gè)單一的PM排放模型。為了驗(yàn)證該模型，實(shí)驗(yàn)是用六缸、增壓中冷柴油機(jī)。仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，表明了該模型的有效性。計(jì)算結(jié)果表明，PM和煙塵的形成率的差異主要是在早期燃燒階段。SOF的形

25、成在低負(fù)荷時(shí)對(duì)PM的形成具有重要影響，而煙灰的形成占據(jù)了整個(gè)PM形成過(guò)程。該P(yáng)M模型有助于更好地了解柴油機(jī)的微粒排放過(guò)程，對(duì)模擬柴油機(jī)的排放，以及柴油機(jī)的排放控制具有很好的實(shí)用性。致謝This study was supported by the National Basic Research Program (No. 2001CB209205), the China Postdoctoral Science Foundation (No. 2005037151) and Shanghai Postdoctoral Scientific Program (No. 06R214151).文獻(xiàn)1C

26、olin RF, Allen TK. Internal combustion engine. New York: John Wiley & Sons; 2001.2Heywood JB. Internal combustion engine fundamentals. New York: McGraw-Hill; 1988.3Tan PQ, Deng KY, Lu JX. Analysis of particulate matter compo-sition from a heavy-duty diesel engine. Proc Inst Mech Eng, Part D, J A

27、utomobile Eng 2004;218(11):132531.4Hiroyasu H, Kadota T, Arai M. Development and use of a spray combustion modeling to predict diesel engine e ciency and pollutant emissions, part 1: combustion modeling. Bull JSME 1983;26(214): 56975.5Kouremenos DA, Rakopoulos CD, Hountalas DT. Multi-zone combustion

28、 modelling for the prediction of pollutants emissions and performance of DI diesel engines. SAE Paper 970635, 1997.6Gao Z, Schreiber W. A multizone analysis of soot and NOx emission in a D.I. diesel engine as a function of engine load, wall temperature, and intake air O2 content. ASME Paper 2000-ICE

29、-314, 2000.7Stiesch G, Merker GP. A phenomenological model for accurate and time e cient prediction of heat release and exhaust emissions in direct injection diesel engines. SAE Paper 1999-01-1535, 1999.8Welch S, Moss JB. Zonal modelling of diesel engine smoke emission. IMechE Paper C499/027/96, 199

30、6.9Lipkea WH, Dejoode AD. Direct injection diesel engines soot modeling: formulation and results. SAE Paper 940670, 1994.10Hou ZX, Abraham J. Three-dimensional modeling of soot and NO in a direct injection diesel engine. SAE Paper 950608, 1995.11Taskinen P, Von Hollen P, Karvinen R, Liljenfeldt G, S

31、alminen H. Simulation of combustion, soot and NOx emissions in a large medium speed diesel engine. SAE Paper 981449, 1998.12Golovitchev VL, Niklas N. Detailed chemistry sub-grid model of turbulent spray combustion for the KIVA code. ASME Paper 1999-ICE-237, 1999.13Yi Y, Hessel R, Reitz R. The influe

32、nce of physical input parameter uncertainties on multidimensional model predictions of diesel engine performance and emissions. SAE Paper 2000-01-1178, 2000.14De Risi A, Manieri DF, Laforgia D. A theoretical investigation on he e ects of combustion chamber geometry and engine speed on soot and NOx emissions. ASME Paper 1999-ICE-