電控共軌柴油機(jī)曲軸箱排放及其形成研究.pdf

1、內(nèi)燃機(jī)曲軸箱排放正受到越來(lái)越多的關(guān)注和研究。目前有部分發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是非道路用柴油機(jī)，仍采用開(kāi)式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)。隨排放標(biāo)準(zhǔn)的加嚴(yán)，內(nèi)燃機(jī)排氣管排放物明顯降低，曲軸箱排放相應(yīng)地占總排放的比例日趨上升。本文采用試驗(yàn)結(jié)合數(shù)值模擬的方法研究電控共軌柴油機(jī)曲軸箱氣體/顆粒排放及其形成。
　　建立了曲軸箱可視化試驗(yàn)臺(tái)，研究曲軸箱內(nèi)機(jī)油破碎現(xiàn)象及柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。研究表明：隨轉(zhuǎn)速提高，機(jī)油弧條數(shù)增加；機(jī)油弧長(zhǎng)隨時(shí)間呈現(xiàn)正比例上升，油弧掃略面積隨時(shí)

2、間先緩增后急增；機(jī)油弧圓心基本在一條與X軸成45°角的直線上，隨轉(zhuǎn)速增加，機(jī)油弧圓心分布逐漸分散，背離曲軸旋轉(zhuǎn)軸心的傾向增加，機(jī)油運(yùn)動(dòng)的循環(huán)變動(dòng)也變大；隨時(shí)間發(fā)展，機(jī)油質(zhì)點(diǎn)集平均速度波動(dòng)變大，分離趨向明顯，高轉(zhuǎn)速下，機(jī)油弧逐漸變成機(jī)油滴。
　　采用樹(shù)狀自適應(yīng)網(wǎng)格和實(shí)時(shí)追蹤兩相界面的VOF方法數(shù)值模擬了機(jī)油氣體相互作用，并溫度補(bǔ)償式體積法試驗(yàn)研究機(jī)油充氣率。發(fā)現(xiàn)：機(jī)油滴在下落過(guò)程中被壓縮成近橢圓形；機(jī)油滴撞擊機(jī)油面會(huì)出現(xiàn)三種現(xiàn)象：機(jī)

3、油滴機(jī)油面融合、融合飛濺過(guò)渡和機(jī)油滴飛濺；帶有溫度補(bǔ)償?shù)脑u(píng)價(jià)方法非常有必要；機(jī)油瞬時(shí)機(jī)油充氣率和機(jī)油溫度隨時(shí)間迅速降低并接近于零和環(huán)境溫度；機(jī)油充氣率對(duì)油氣混合物影響機(jī)油破碎過(guò)程的參數(shù)有一定影響。
　　試驗(yàn)研究了柴油機(jī)曲軸箱顆粒的數(shù)量/質(zhì)量排放、揮發(fā)和氧化特性及多環(huán)芳烴排放。結(jié)果表明：曲軸箱粒徑分布在小負(fù)荷下呈單峰，大負(fù)荷下雙峰，且負(fù)荷增大降低了核模態(tài)顆粒數(shù)量，增加了積聚態(tài)顆粒數(shù)量；顆粒數(shù)量隨轉(zhuǎn)速提高而降低；隨噴油推遲，核模態(tài)顆粒

4、數(shù)量降低而積聚態(tài)顆粒先降后升；曲軸箱顆粒樣品中揮發(fā)性有機(jī)物占比超過(guò)95％，且隨轉(zhuǎn)速和負(fù)荷幾乎不變；曲軸箱和排氣管顆粒中PAHs比排放率均隨負(fù)荷減小，其中，3環(huán)和4環(huán)芳烴所占比例最大；曲軸箱與排氣管顆粒排放的當(dāng)量毒性相當(dāng)。
　　建立了電控共軌柴油機(jī)曲軸箱排放綜合試驗(yàn)臺(tái)。首先以CO為標(biāo)記物，對(duì)穩(wěn)態(tài)工況關(guān)聯(lián)研究了缸內(nèi)燃燒、排氣管和曲軸箱HC排放及噴油參數(shù)。結(jié)果表明：曲軸箱通風(fēng)流量隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷而上升；曲軸箱排氣量占排氣管的比例隨負(fù)荷而減小

5、，隨噴油推遲逐漸降低，變化量隨轉(zhuǎn)速升高而減??；氣缸竄氣對(duì)曲軸箱HC排放的貢獻(xiàn)在5~35%之間。曲軸箱氣體排放量因?yàn)槔鄯e效應(yīng)強(qiáng)且無(wú)法采用后處理裝置消除而不可忽視，盡管曲軸箱氣體排放比排氣管低一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　關(guān)聯(lián)研究了柴油機(jī)冷起動(dòng)過(guò)程的燃油噴射、缸內(nèi)燃燒、瞬態(tài)轉(zhuǎn)速、排氣管和曲軸箱HC排放及噴油參數(shù)的影響。研究發(fā)現(xiàn)：冷起動(dòng)過(guò)程中，從第2循環(huán)開(kāi)始，噴油器開(kāi)始噴油，排氣管HC排放迅速增至峰值后快速減小至穩(wěn)定值，曲軸箱排放從起動(dòng)開(kāi)始就快

6、速增大并穩(wěn)定。低環(huán)境溫度比高環(huán)境溫度時(shí)冷起動(dòng)更困難，排氣管HC排放高，但曲軸箱HC排放的穩(wěn)定值變化不大；隨噴油推遲，排氣管HC排放最高值和穩(wěn)定值均有所降低，上止點(diǎn)噴油時(shí)，排氣管HC排放值很高，曲軸箱HC排放隨噴油推遲而降低；隨設(shè)定油軌壓力增大，曲軸箱和排氣管HC排放降低。加入預(yù)噴后，加速階段的缸壓峰值比單次噴射有所降低，且隨主預(yù)噴間隔變化不大，隨預(yù)噴油量的增加先降后增，排氣管HC排放在進(jìn)入怠速后繼續(xù)增大，且增速隨著主預(yù)噴間隔而增大，隨預(yù)