機外凈化技術(shù)對GDI發(fā)動機顆粒排放的影響_王亞

1、第期（總第期）年月車用發(fā)動機（）機外凈化技術(shù)對發(fā)動機顆粒排放的影響王亞，李君，劉宇，尹乾熙（）吉林大學汽車仿真與控制國家重點實驗室，吉林長春研究了怠速工況、最大扭矩工況及常用工況下三效催化器（）摘要：通過缸內(nèi)直噴汽油機顆粒測量試驗，和汽油機用顆粒捕集器（對發(fā)動機尾氣中顆粒數(shù)量濃度及質(zhì)量濃度的處理效率。結(jié)果表明：在低轉(zhuǎn)速小負荷）三效催化器與顆粒捕集器對顆粒具有較高的處理效率；隨著轉(zhuǎn)速與負荷的增加，兩者的處理效率均下降，三工況，效催化器對顆粒處理能力明顯降低，而顆粒捕集器整體保持較高的捕集效率；當二者聯(lián)合工作時，在常用行駛工況下對顆粒的捕集效率達到由于尾氣空速增加，顆粒捕集器捕集效率下降導致整以上

2、。在高轉(zhuǎn)速大負荷工況，個后處理系統(tǒng)對顆粒的處理效率降低。關(guān)鍵詞：缸內(nèi)直噴汽油機；顆粒；排放控制；催化轉(zhuǎn)化器；顆粒捕集器：（）中圖分類號：文獻標志碼：文章編號：汽油缸內(nèi)直噴技術(shù)是汽油機發(fā)展史上重要的里程碑，由于燃油直接在氣缸內(nèi)霧化蒸發(fā)，提高了發(fā)動提高了機充氣效率且避免了進氣門油膜濕壁問題，。然噴油系統(tǒng)控制精度和發(fā)動機瞬態(tài)響應特性其結(jié)構(gòu)參數(shù)見表。增壓汽油機，該發(fā)動機使用的后處理器為兩段式三效催化器，使用的后處理系統(tǒng)為不含涂覆的白載體，結(jié)構(gòu)參數(shù)見表。顆粒測量設(shè)備主要有粒徑分析儀和廢氣分析儀。由于汽油機相對，于傳統(tǒng)柴油機顆粒排放粒徑小、質(zhì)量輕為適應而燃油直噴技術(shù)導致混合氣混合時間縮短，出現(xiàn)局）部混合氣

3、過濃的現(xiàn)象，因此缸內(nèi)直噴汽油機（的顆粒物質(zhì)量和數(shù)量顯著高于傳統(tǒng)汽油機和帶顆粒捕集器（的柴油機。同時考慮顆粒對人體的危）害以及對大氣環(huán)境的破壞，進一步降低發(fā)動機。顆粒排放迫在眉睫本試驗自行設(shè)計稀釋系統(tǒng)對密度量程范圍，（。該系統(tǒng)包見圖）排氣進行適當?shù)南♂尯屠鋮s括稀釋通道、流量控制閥、空氣泵、電加熱管（避免稀。試驗表釋通道內(nèi)的尾氣由于溫度過低造成凝結(jié)）明，如采用過小的稀釋比，稀釋后的顆粒濃度仍然較大，超過粒徑分析儀的測量范圍；如采用較大的稀釋比，稀釋后的顆粒濃度過小，造成測量誤差較大。因控制稀釋比為得此通過調(diào)節(jié)流量控制閥，左右，到了較好的測量精度，試驗重復性誤差低于。試驗工況選擇包含怠速工況、最大扭

4、矩工況（在內(nèi)的發(fā)動機常用工況。·，），顆粒采集點見圖）分別代表發(fā)動機原，三處（始顆粒排放、經(jīng)處理和經(jīng)處理后的顆粒排放。及對尾氣中顆粒的數(shù)量及質(zhì)量處理效率分別可按以下公式計算：顆粒捕集器是目前公認的能夠有效消除顆粒的，后處理裝置利用捕集器載體多孔介質(zhì)的特性對顆粒進行物理捕集，使顆粒在載體內(nèi)逐漸積累，以達?，F(xiàn)階段在柴油機顆粒捕集到消除顆粒的目的，基礎(chǔ)上衍生出汽油機顆粒捕集器（器（）乘用車在現(xiàn)有三效催化器（的基礎(chǔ)上，增加）組合而成的復式機外凈化后處理技術(shù)成為業(yè)內(nèi)研究的重點和熱點。本研究主要探討不同工況下復合式機外凈化技術(shù)對顆粒排放的影響規(guī)律，為汽油機尾氣后處理技術(shù)奠定理論和試驗基礎(chǔ)。試驗設(shè)

5、備及方案試驗發(fā)動機選擇現(xiàn)階段國內(nèi)技術(shù)較成熟的；修回日期：收稿日期：）基金項目：國家國際科技合作專項項目（，作者簡介：王亞（男，碩士，研究方向為發(fā)動機污染物排放控制；）。·車用發(fā)動機·年第期，。式中：為顆粒質(zhì)量處理效率；為顆粒數(shù)量處理效率。表發(fā)動機基本參數(shù)發(fā)動機型號發(fā)動機類型排量配氣機構(gòu)缸徑行程最大功率·最大功率轉(zhuǎn)速發(fā)動機原始排放、流經(jīng)和流經(jīng)下，顆粒數(shù)量和質(zhì)量濃度變化情況。怠速工況發(fā)動機原始排主要由于怠速工況放顆粒物數(shù)量以核態(tài)顆粒為主，轉(zhuǎn)速較低，缸內(nèi)氣流運動較弱，殘余廢氣量較大，導不利于顆致燃燒不完全。并且缸內(nèi)燃燒溫度較低，粒物氧化，產(chǎn)生較多的核態(tài)顆粒物，同時顆粒物

6、中易。試驗表明尾氣經(jīng)過揮發(fā)的有機物含量較高直列缸核態(tài)顆粒數(shù)量濃度明顯降低，后，對核態(tài)顆粒數(shù)量濃度的處理效率高達。尾氣經(jīng)過由于核態(tài)顆后，載體的物理捕集作用，粒數(shù)量分布已經(jīng)不存在波峰，此時的捕集效率同樣高達 。最大扭矩··最大扭矩轉(zhuǎn)速表后處理系統(tǒng)基本參數(shù)指標項目材質(zhì)直徑長度孔數(shù)孔·堇青石堇青石 鈦酸鋁圖 怠速工況顆粒數(shù)量粒徑分布孔道壁厚孔道邊長涂覆厚度·載體密度·載體比熱容·（導熱系數(shù)·）圖 怠速工況顆粒質(zhì)量粒徑分布圖 怠速工況顆粒數(shù)量濃度變化圖發(fā)動機臺架布置方案試驗結(jié)果分析發(fā)動機怠速工況顆粒處理特性圖和圖分別示出怠速工況下，顆

7、粒數(shù)量和質(zhì)量粒徑分布結(jié)果。圖和圖分別示出怠速工況圖怠速工況顆粒質(zhì)量濃度變化··年月王亞，等：機外凈化技術(shù)對發(fā)動機顆粒排放的影響發(fā)動機原始排放中顆粒質(zhì)量從圖可以發(fā)現(xiàn)，粒徑分布呈現(xiàn)為核態(tài)顆粒與積聚態(tài)顆粒的雙峰分布，尾氣流經(jīng)后，顆粒整體質(zhì)量明顯下降。核態(tài)顆粒質(zhì)量降幅較大，質(zhì)量濃度從降進一步說明在怠速工況下低到，對核態(tài)顆粒有較高處理效率。同時積聚態(tài)顆粒質(zhì)量也有所降低，從降低到。依據(jù)數(shù)量和質(zhì)量處理效率公式，對顆粒質(zhì)量濃度的處理效率為其中核態(tài)顆粒處理效率（，積聚態(tài)顆粒處理效率為，）對顆粒質(zhì)量濃度的捕集效率為其中核態(tài)顆粒（捕集效率，積聚態(tài)顆粒捕集效率為。）同時結(jié)合圖和圖可發(fā)現(xiàn)，經(jīng)處理后的

8、尾氣中積聚態(tài)顆粒數(shù)量濃度變化不大。結(jié)果表明主要由于起燃能夠大幅降低核態(tài)顆粒，后氧化還原反應放熱提高了載體內(nèi)部溫度，且空速較低，為顆粒物在中氧化創(chuàng)造了良好條件，有助于顆粒中附著的部分易揮發(fā)有機物以及核態(tài)顆粒由于粒徑相氧化或部分氧化。而對于積聚態(tài)顆粒，對較大，不易于在載體中氧化消失，因此相比于化學反應對顆粒的處理作用，物理捕集作用對積聚態(tài)顆粒具有更高的捕集效率，同時還能有效降低核態(tài)顆粒。發(fā)動機最大扭矩工況顆粒處理特性圖表明在最大扭矩工況下，顆粒排放以積聚態(tài)單峰分布為主。尾氣流經(jīng)后，由于對積聚態(tài)顆粒處理作用有限，顆粒數(shù)量有所減少但此時對顆粒數(shù)量濃度的處理效率變化很小，僅為尾氣經(jīng)過后顆粒質(zhì)。圖表明，量

9、降低也不明顯。尾氣流經(jīng)后大部分顆粒被載體捕集，對核態(tài)顆粒數(shù)量濃度捕集效率為，對積聚態(tài)顆粒數(shù)量濃度捕集效率為對核態(tài)顆。同時降低顆粒質(zhì)量濃度，粒、積聚態(tài)顆粒和總顆粒質(zhì)量的捕集效率分別為對比怠速工況，。 圖最大扭矩工況顆粒質(zhì)量粒徑分布顆粒捕集效率有所降低，這主要由于大負荷工況尾布朗運動壁面捕集效果下降，導致顆粒氣空速增加，捕集器的捕集作用降低。發(fā)動機常用工況顆粒捕集特性除本研究選擇和提及的兩個工況點外，發(fā)動機常用轉(zhuǎn)速范圍負荷，進行了發(fā)動機常用工況顆粒排放測試試驗，拓展研究和對顆粒捕集效率的影響規(guī)律。結(jié)果見圖和圖 。圖 最大扭矩工況顆粒數(shù)量粒徑分布圖后處理系統(tǒng)對顆粒數(shù)量處理效率 ·車用發(fā)動機

10、·年第期采好的捕集效果。發(fā)動機運行在常用行駛工況時，用整個后處理系統(tǒng)對顆的布置方式，粒質(zhì)量的捕集效率能達到以上。結(jié)論）在低轉(zhuǎn)速小負荷工況，對顆粒具有較高的處理效率，但隨著轉(zhuǎn)速和負荷增加，其處理效率明顯下降；從整體上看，對顆粒數(shù)量的處理效率優(yōu)于對顆粒質(zhì)量的處理效率，主要是由于更適用于小粒徑核態(tài)顆粒的氧化消除，而對于大粒徑的積聚態(tài)顆粒氧化作用有限，而積聚態(tài)顆粒盡管數(shù)量較低，但質(zhì)量比重較大；）與對顆粒的處理效率相比，的捕集效率具有相似的規(guī)律，在低轉(zhuǎn)速小負荷時具有較好的捕集效率，但隨轉(zhuǎn)速和負荷的增加，受空速的影響，其捕集效率降低，但降幅不明顯，并且對核態(tài)顆粒和積聚態(tài)顆粒均具有較高的捕集效率；

11、）與聯(lián)合工作能使發(fā)動機在常用工況下保持以上的顆粒質(zhì)量和顆粒數(shù)量捕集但在高轉(zhuǎn)速大負荷時，隨尾氣空速增加，載體效率；壁面對于顆粒過濾、沉積能力減弱，導致后處理系統(tǒng)整體捕集效率下降。參考文獻：李君，李德剛缸內(nèi)直噴汽油機技術(shù)發(fā)展趨勢楊世春，（）：分析車用發(fā)動機，圖后處理系統(tǒng)對顆粒質(zhì)量處理效率劉伍權(quán)，趙麒缸內(nèi)直噴技術(shù)在小型汽油機上的薛云，（）：應用研究車用發(fā)動機，金銀龍，劉迎春，等汽車尾氣對人體健康的危程義斌，（）：衛(wèi)生研究，害內(nèi)燃機燃燒與排放西安：西安交通大學蔣德明出社，魏紅彥，劉長青柴油機新型顆粒捕集技術(shù)的裴小娜，（）：研究內(nèi)燃機，：，：，宋崇林，裴毅強，等缸內(nèi)直噴汽油機顆粒物粒潘鎖柱，（）：徑分布特性天津大學學報，柴油機顆粒捕集器再生特性仿真研究長春：徐哲吉林大學，（下轉(zhuǎn)第頁）及對顆粒圖對比了、數(shù)量的處理效率。在低轉(zhuǎn)速小負荷時，與但隨對顆粒數(shù)量濃度都表現(xiàn)出較高處理效率，著轉(zhuǎn)速和負荷的增加，對顆粒數(shù)量處理效率下降趨勢明顯，對顆粒的捕集效率下降幅度較小，常用工況范圍內(nèi)對顆粒數(shù)量的捕集效率最低為平均效率能達到，以上。從整個后處理系統(tǒng)效率看，聯(lián)合作用能保持較高的顆粒數(shù)量處理效率，平均效率能達到。圖對比了、及對顆粒質(zhì)量的處理效率?？傮w上看，與對顆粒質(zhì)量的處理效率變化趨勢相似，都呈現(xiàn)隨轉(zhuǎn)速及負荷增大而降低的趨勢。但與圖對比可以發(fā)現(xiàn)，對顆粒質(zhì)量處理效率整體低于顆粒數(shù)量處理效率。這主要由于對顆