柴油機UNIVER全氣缸取樣及缸內微粒理化特性 
隨世界柴油機保有量的持續增加,其排放微粒對環境和人類健康的危害日益嚴重,因此,研究柴油機微粒的生成機理及控制技術具有重大的現實意義。在CY6102直噴柴油機上,開發了一套可實現模擬增壓中冷、EGR和高壓共軌燃油噴射*柴油機技術的UNIVER全氣缸取樣系統,并利用該系統對燃燒過程中微粒的理化特性進行了研究,對碳煙形成歷程進行了初步數值模擬。

柴油機UNIVER全氣缸取樣及缸內微粒理化特性 
具體研究工作如下:開發了柴油機UNIVER全氣缸取樣裝置,主要包括取樣機構、稀釋系統和氣門停開機構;著重進行了筒刀總成、取樣口的設計和對搖臂軸的改造。充分利用計算機的軟硬件資源,設計開發了以中斷技術為核心的電控單元(ECU),并采用*模糊控制策略設計了共軌壓力模糊閉環控制算法,使該系統不僅可以實現噴油量、噴油定時以及取樣時刻、氣門關閉時刻、稀釋時刻的靈活可靠控制,而且能夠實現共軌壓力的柔性調節。采用電子低壓沖擊儀(ELPI),測量燃燒過程中微粒的粒數、粒徑分布規律。測量結果表明,微粒粒數濃度隨曲軸轉角呈單峰狀分布,峰值出現在14~18°CA ATDC,燃燒后期約70%以上的微粒(粒數濃度)被氧化燃燒。微粒粒數、粒徑呈類似對數正態分布,頻度zui大值出現在100~200nm之間。運用場發射透射電鏡和圖像處理技術,考察了微粒的形態特性、基本碳粒子的微觀結構和粒徑分布規律。針對目前普通擺動氣缸不能實現行程中任意點準確定位的問題,研制了擺動伺服氣缸。構建擺動伺服氣缸控制子系統,對擺動伺服氣缸控制特性進行分析,研究利用BP神經網絡對阻尼角度進行預測,為有效抑制定位過程中的擾動實現精確定位,提出阻尼角度動態補償的定位控制策略。對擺動伺服氣缸性能試驗結果表明:在采用阻尼角度動態補償的定位控制策略下擺動伺服氣缸既保持氣壓傳動高速特性又實現行程范圍內任意位置的快速、精確定位,實驗表明阻尼定位均能在0.15 s內實現,且過程平穩無速度突變,實際位移無超調和震蕩,定位誤差在±1.0°以內。研究結果發現,微粒呈現兩種形態,一種是由基本碳粒子凝結而成的典型微粒,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油,貫穿整個燃燒過程,且獨立存在;另外,典型微粒具有分形結構特性,分維數介于1.2~1.74之間,且在擴散燃燒初期有降低的趨勢。在柴油機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構,其層數逐漸增多,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zui大值。將燃燒過程中微粒及其中的可溶有機成分(SOF)進行測量與分離,并采用氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)對SOF中的多環芳香烴進行檢測分析。結果表明,SOF質量隨燃燒時刻的不同而有較大的變化。在燃燒初期,SOF占微粒的80%以上,隨著燃燒的進程,SOF含量降低到20%左右。

柴油機UNIVER全氣缸取樣及缸內微粒理化特性 
多環芳香烴的總質量隨曲軸轉角的變化規律與碳煙質量濃度隨曲軸轉角的變化規律*。另外,提高共軌壓力和發動機轉速,PAHs的質量降低。采用通用STAR-CD軟件,建立了碳煙計算模型,并與實驗結果進行對比分析。碳煙質量形成歷程的模擬結果與實測值的變化趨勢基本*。