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《清华大学》 2016年
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汽油组分对直喷汽油机一次和二次颗粒物生成影响的研究

王银辉  
【摘要】:缸内直喷(GDI)汽油机随着汽车燃油经济性法规日益加严而得到大规模应用,但面临着颗粒物排放的严峻挑战。中国市场汽油组分与欧美有较大差异,研究表明,油品是影响GDI汽油机颗粒物排放的重要因素,但国内外缺乏汽油组分对GDI汽油机一次和二次颗粒物的影响机理研究。本文围绕这一基本问题从以下三个方面开展研究。首先,在发动机台架上试验研究了不同汽油组分对GDI汽油机一次颗粒物、多环芳烃(PAH)、可挥发性有机物(VOC)等排放的影响;构建了中国市场汽油的五组分替代燃料模型,采用CHEMKIN软件的一维层流预混火焰模型以及包含105种组分395个反应的PAH生成机理,对汽油机燃烧过程中的PAH生成特性进行化学反应动力学解析。模拟计算和发动机台架试验结果一致,不仅揭示了不同汽油组分的PAH生成规律,即汽油组分生成PAH的影响程度依次是甲苯二异丁烯异辛烷和正庚烷乙醇,还揭示了汽油组分对GDI汽油机颗粒物排放的影响机理;汽油中芳烃含量增加,使PAH生成机理中的甲苯通过氧化裂解生成单环芳烃(A1)的反应路径得到加强,同时使烃组分裂解生成小分子,然后通过加成反应生成A1的反应路径相对减弱。其次,本文基于汽油车转毂排放与烟雾箱实验相结合的二次颗粒物试验系统,研究了不同芳烃含量汽油对进气道喷射(PFI)汽油机和GDI汽油机在北京城市循环工况下的一次颗粒物排放特性和二次颗粒物生成的影响。研究结果表明,汽油中芳烃含量增加,不仅导致PFI和GDI汽油车的一次颗粒物和VOC排放增加,还导致尾气二次有机气溶胶(SOA)生成量显著增长。PFI汽油机的SOA生成机理主要与A1芳香烃类VOC有关,而GDI汽油机的SOA生成机理主要与PAH等半挥发性有机物(SVOC)有关。最后,本文基于喷雾可视化分析、沉积物形貌分析和直喷汽油车耐久排放试验,研究了汽油清净剂和喷嘴沉积物对颗粒物排放的影响,系统阐述了影响原因。喷嘴沉积物导致喷射初期油滴速度增大、贯穿距增大、喷油结束时大油滴现象加剧,可能因喷雾碰壁、大油滴和沉积物吸附油雾等原因导致颗粒物排放显著增加。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TK411

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