汽油直接喷射发动机碳烟氧化特性分析



汽油直接喷射发动机碳烟氧化特性分析

在不同的发动机运行工况下，对汽油直接喷射（GDI）发动机的烟尘氧化特性进行试验分析。对一台2.4L GDI发动机进行烟尘采样。利用热重分析（TAG）、扫描电子显微镜、高分辨透射电镜（HRTEM）和拉曼光谱分析，对GDI发动机烟尘样本的氧化反应、成分和碳纳米结构进行分析。根据分析提出GDI发动机烟尘氧化机制，其中包括有机可溶成分（SOF）的影响，弱碳键（WBC）和3种类型GDI发动机碳烟氧化。结果表明，与常规柴油烟尘相比，GDI烟尘包含更高的灰含量，且在灰的催化作用下氧化反应明显增强。

提出一种改进的GDI发动机碳烟氧化的经验动力学之间的相互关系，其能够预测各种发动机运行工况下GDI发动机烟尘氧化率，不需要对发动机的动力学参数进行修改。通过TGA烟尘氧化试验，确定了动力学参数。

不同于柴油烟尘，GDI发动机的烟尘具有几乎不变的内在碳氧化反应，其不随发动机运行条件变化。GDI发动机中的粉煤灰分为3种类型：燃烧产生的灰体、未燃尽灰体和氧化成灰。燃烧产生的灰体是石油添加剂燃烧的产物，未燃尽灰体是未参加反应排放的油雾。氧化成灰是微米大小的灰尘颗粒，由碳烟氧化过程中的灰体转化而来。

粉煤灰的催化效果能够主导先进内燃机的碳烟氧化反应，如低温燃烧，其烟尘排量非常低。在发动机冷起动和预热阶段，汽油微粒过滤器起初会过滤掉大量的反应活性较低的冷灰。发动机预热后，高活性灰将累积在冷灰上面。因此，烟尘过滤器中的总氧化反应将取决于驱动周期的持续时间。

刊名：Combustion and Flame（英）

刊期：2015年第2期

作者：Seungmok Choi et al

编译：王维