現(xiàn)代柴油機(jī)UNIVER全氣缸特性研究
隨世界柴油機(jī)保有量的持續(xù)增加，其排放微粒對環(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，UNIVER開發(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)的全氣缸取樣系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)對燃燒過程中微粒的理化特性進(jìn)行了研究，對碳煙形成歷程進(jìn)行了初步數(shù)值模擬。

現(xiàn)代柴油機(jī)UNIVER全氣缸特性研究
開發(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)和氣門停開機(jī)構(gòu)；著重進(jìn)行了筒刀總成、取樣口的設(shè)計(jì)和對搖臂軸的改造。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），測量燃燒過程中微粒的粒數(shù)、粒徑分布規(guī)律。測量結(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)、粒徑呈類似對數(shù)正態(tài)分布，頻度zui大值出現(xiàn)在100~200nm之間。運(yùn)用場發(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。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定形微粒，其中金屬元素主要來源于潤滑機(jī)油，貫穿整個(gè)燃燒過程，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。在柴油機(jī)高溫高壓的燃燒過程中，基本碳粒子逐漸向石墨化過渡，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。將燃燒過程中微粒及其中的可溶有機(jī)成分（SOF）進(jìn)行測量與分離，并采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）對SOF中的多環(huán)芳香烴進(jìn)行檢測分析。該系統(tǒng)能夠完成高達(dá)五次噴射的噴油器噴油波形的合成，脈沖寬度、脈沖間隔、脈沖次數(shù)、脈沖定時(shí)均可靈活控制。在全氣缸取樣裝置上對開發(fā)的多脈沖噴射系統(tǒng)和燃燒分析系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明，開發(fā)的多脈沖噴射系統(tǒng)zui大噴射壓力為110MPa,預(yù)噴定時(shí)可靈活設(shè)定，預(yù)噴持續(xù)期可保持在0-160us之間，可實(shí)現(xiàn)模擬現(xiàn)代高壓共軌柴油機(jī)多次噴射功能；燃燒分析系統(tǒng)能以0.5oCA的采樣分辨率采集缸內(nèi)壓力，并實(shí)時(shí)對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算表征出內(nèi)燃機(jī)燃燒過程的特征參數(shù)和取樣時(shí)刻，滿足有關(guān)研究工作的要求。

現(xiàn)代柴油機(jī)UNIVER全氣缸特性研究
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。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)行對比分析。碳煙質(zhì)量形成歷程的模擬結(jié)果與實(shí)測值的變化趨勢基本*。