柴油机排气燃油喷射器喷油品质的可视化研究

柴油机排气燃油喷射器喷油品质的可视化研究

柴油机因其具有较高的热效率、有助于进一步减少CO2排放而得到了广泛应用。但是，柴油机的颗粒物排放较高，需要采用柴油微粒过滤器（DPF）对排放中的颗粒物进行吸附。随着DPF使用时间的增加，需要定期除去DPF内部吸附的颗粒物，使DPF恢复到原来的工作状态，即DPF再生。通常，要氧化DPF中吸附的颗粒物，需要满足高温、富氧的条件。实际上，柴油机排气温度一般低于500℃，不能满足氧化颗粒物的温度要求。通过在柴油机排气冲程时向缸内喷射燃油，将形成的燃油喷雾带入排气管中。燃油喷雾在排气管中燃烧，提高排气温度。但是，这种喷射策略往往造成发动机喷雾湿壁和机油稀释，从而导致发动机的磨损。因此，采用专门的排气燃油喷射器，向排气管中直接喷射燃油。由于排气管几何形状等限制，因此需要对形成燃油喷雾的品质进行研究，以确保形成的燃油喷雾完全蒸发及燃油喷雾与废气最佳混合，从而在保证DPF再生的同时，减少燃油消耗。

分析排气燃油喷射器所形成燃油喷雾的品质时，若能将所形成的燃油喷雾和排气实现可视化，则能更加直观地反映出影响燃油喷雾品质的因素，从而进行可视化研究。研究前需要确定两个约束：一是研究场景需要能够反映出柴油机真实的工作环境；二是进行可视化研究时不能改变排气管的几何形状。因而，选择进行发动机的台架试验。试验时，采用一台6缸涡轮增压柴油机，该发动机采用高压柴油共轨喷射系统，且在排气管中安装专门的排气燃油喷射器。在排气管中布置可以发射激光的激光发射器，并利用光纤与外部接收器相连。发动机运行时，利用激光诱导分子荧光光谱法获得燃油喷雾和混合气的光谱图。改变排气流量、排气温度等因素，进行重复试验。试验结果表明：当排气燃油喷射器置于距离DPF较远时，形成的柴油喷雾可以完全蒸发并和排气形成良好的混合气；增加排气流量可显著改善燃油喷雾的品质；排气温度对燃油喷雾品质没有产生较大影响。

Matthieu Lecompte et al. SAE 2015-01-1647.

编译：王祥