燃料成分對柴油機(jī)顆粒物微觀物理特性及氧化活性的影響.pdf

1、燃油成分特性和發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況直接關(guān)系到柴油機(jī)排氣顆粒物的微觀物理特性及其氧化特性,且后兩者之間又有著緊密的內(nèi)在聯(lián)系。因此,研究不同燃料成分和工況下柴油機(jī)排氣顆粒物的微觀物理特性及其氧化特性的演化規(guī)律,將為深入認(rèn)知顆粒物形成機(jī)理以及優(yōu)化柴油機(jī)顆粒物排放控制技術(shù)提供有益的理論參考。本文基于一臺國Ⅳ電控高壓共軌柴油機(jī)建立了顆粒物取樣系統(tǒng),并采用透射電子顯微鏡技術(shù)、圖像處理技術(shù)、拉曼光譜分析技術(shù)和熱重分析技術(shù)等表征手段,系統(tǒng)開展了燃料成分和柴油

2、機(jī)工況對排放顆粒物微觀物理特性和氧化特性影響規(guī)律的研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.從TEM圖像發(fā)現(xiàn),歐Ⅳ柴油(E4)和摻混20％生物柴油的歐Ⅳ柴油(B20)所生成顆粒物中包含有較多的基本碳粒子數(shù)和枝鏈,而間接法煤制柴油(FT)所排放顆粒物的相應(yīng)結(jié)構(gòu)元素較少;隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的增大,顆粒物的基本碳粒子數(shù)、枝鏈數(shù)、鏈簇整體的尺度及聚集程度均有所增加。
　　2.柴油機(jī)排氣顆粒物的分形維數(shù)隨著扭矩的增大而增大,隨著轉(zhuǎn)速的

3、升高而減小,其數(shù)值大小介于1.47～1.96之間;三種燃料所生成顆粒物的分形維數(shù)大小順序為:E4顆粒物>B20顆粒物>FT顆粒物。此外,三種顆粒物的基本碳粒子粒徑均呈單峰分布,且其分布范圍隨扭矩的增加而增大,隨轉(zhuǎn)速的升高而減小;而三種顆粒物中基本碳粒子的平均粒徑均介于15.48～25.80nm之間,大小順序為:E4顆粒物>B20顆粒物>FT顆粒物。
　　3.燃用三種燃料時各個工況下排氣顆粒物的微晶尺寸、層面間距和微晶曲率的平均值分

4、別介于0.863~1.092nm、0.341~0.375nm和1.420~1.513之間,且均呈單峰分布;其中,微晶尺寸隨扭矩的增加的增大,隨轉(zhuǎn)速的升高而減小,而層面間距和微晶曲率的變化規(guī)律與其相反。燃料成分的差別僅對三種顆粒物微觀結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的大小有影響,而對其隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的變化規(guī)律沒有影響。
　　4.三種燃料所生成排氣顆粒物的石墨化程度隨發(fā)動機(jī)扭矩的增大而升高,隨轉(zhuǎn)速的升高而降低;三種顆粒物IG/ID值的大小順序為:FT

5、顆粒物>E4顆粒物>B20顆粒物。
　　5.三種燃油所生成顆粒物的起始氧化溫度Ti、最大氧化速率溫度Tmax、中間氧化溫度T1/2和燃盡溫度Th分別在394.0~504.0℃、482.5~608.5℃、471.5~581.0℃和514.0~622.5℃之間變化。三種燃油所生成排氣顆粒物氧化特征溫度的大小順序為:FT顆粒物>E4顆粒物>B20顆粒物。另外,具有混亂的、無定形內(nèi)部碳層結(jié)構(gòu)的顆粒物要比石墨化的顆粒物具有更低的氧化特性溫度