【文章內(nèi)容簡介】 規(guī)定加熱速率加熱到 923K，保溫 5 分鐘 。在這段時(shí)間內(nèi)，其中部分可以蒸發(fā)，用熱天平測量的微粒質(zhì)量減少量代表其中可揮發(fā)部分，用此法測得的主要是高沸點(diǎn) HC 和硫酸鹽，基本與 SOF 吻合。然而將氣體氛換成空氣，在相同溫度下，樣品進(jìn)一步減少的質(zhì)量對應(yīng)被氧化的碳煙組 合，殘留的就是微量灰分。 該方法的優(yōu)點(diǎn)是能準(zhǔn)確快捷的得出樣品質(zhì)量損失率變化的連續(xù)曲線，可據(jù)此定量分析 VF 中不同餾分，可測來那個(gè)碳煙在各種條件下的氧化速率。缺點(diǎn)是熱解質(zhì)量分析儀昂貴，且一次只能處理一個(gè)樣品。 真空揮發(fā)法 真空揮發(fā)法是將微粒樣品置于真空干燥箱內(nèi)，在真空度 95Kpa 以上，溫度在 473k以上加熱 3 小時(shí) 左右，其質(zhì)量變化即為微粒中 VF 含量。此方法設(shè)備簡單，操縱方便，真空干燥箱具有較大的容積，一次可同時(shí)處理多個(gè)樣品。但是不能連續(xù)記錄質(zhì)量的變化，收集 VF 較困難。 索式萃取法 對微粒中 的 SOF 可采用索式萃取法采集，常用的索式萃取法如下圖 41 所示： 1冷凝管 2提取管 3虹吸管 4連接管 5提取瓶 圖 41 索式萃取法 盛有容積的燒瓶置于恒溫浴缸中，用水加熱使容積蒸發(fā)，上升到冷凝管中，冷凝物回到樣品室中浸泡樣品，進(jìn)行萃取。萃取液達(dá)到一定體積時(shí)，經(jīng)虹吸管流回?zé)俊＿@樣，容積在萃取液中循環(huán)流動(dòng)，不斷將微粒中的 SOF 帶到燒瓶中，直到萃取完全。 萃取溶劑通常采用二氯甲烷，其沸點(diǎn)為 315K，比樣品中的 SOF 低得多。萃取一般連續(xù) 8 小時(shí) 就可完成，樣品原始質(zhì)量與殘?jiān)|(zhì)量之差 就是 SOF 質(zhì)量。 該方法從原理上說，是測量柴油機(jī)排放微粒中 SOF 最準(zhǔn)確的方法，且萃取可多次使用，不足之處就是耗時(shí)多，操作較復(fù)雜。 汽車排放微粒中的 SOF 成份復(fù)雜，可通過氣相色譜儀 GC 進(jìn)一步分析，以弄清其中各種 HC 的來源。一般低于 C19 的 HC 來自柴油，高于 C28 的則來自潤滑油。如果色譜儀與質(zhì)譜儀連用，則可對復(fù)雜有機(jī)物進(jìn)行更細(xì)致分析，因此結(jié)果表明，柴油機(jī)排氣微粒中可揮發(fā)成份隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增大而減少，從 95%減到 65%左右。其余為不揮發(fā)的可燃物碳粒，不可燃的無機(jī)物極少。 分析影響微粒生成的因素 負(fù)荷與轉(zhuǎn)速的影響 圖 42 為柴油機(jī)的微粒排放量與負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的關(guān)系。由圖看出：在高速小負(fù)荷時(shí)，單位油耗的微粒排放量較大，且隨負(fù)荷的增加，微粒排放量減小；而在低速大負(fù)荷時(shí)，微粒排放量又由于空燃比的增加而有所升高。 圖 42 所示柴油機(jī)的微粒排放量與負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的關(guān)系 微粒排放量隨負(fù)荷有這樣的變化趨勢，是由于小負(fù)荷是空燃比和溫度均較低，氣缸內(nèi)稀薄混合氣區(qū)較大，且處于燃燒界限之外而不能燃燒，造成冷凝集合的有利條件，從而有較多微粒（主要成分是未燃燃油成份和部分氧化反應(yīng)產(chǎn)物）生成；在大負(fù)荷時(shí)，空燃比和溫度均較高，造成 了裂解和脫氫的有利條件，使微粒（主要成份是碳煙）排放量又有了升高；在接近全負(fù)荷時(shí)微粒排放急劇增加（接近冒煙界限），這時(shí)雖然總體過量 空氣系數(shù)尚大于 1,但由于燃燒室內(nèi)可燃混合氣不均勻，局部會(huì)有過濃，導(dǎo)致煙粒大量生成。 微粒排放量與轉(zhuǎn)速有如此變化關(guān)系，是由于在小負(fù)荷時(shí)溫度低，以未燃油滴為主的微粒的氧化作用微弱。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，這種氧化作用又受到時(shí)間因素的制約，故微粒排放量隨轉(zhuǎn)速升高而增加；在大負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速的升高有利于氣流運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，使燃燒速度加快，對碳煙微粒在高溫條件下與空氣混合氧化起了促進(jìn)作用，故以碳煙為主的微粒 排放量隨轉(zhuǎn)速的升高而減小。如僅考慮碳煙排放，對車速適應(yīng)性好的柴油機(jī)而言，其峰值濃度往往出現(xiàn)在低速大負(fù)荷區(qū)。 燃料的影響 柴油中的芳香烴含量及柴油的餾程對柴油機(jī)的微粒排放有明顯的影響。實(shí)驗(yàn)表明，燃油中芳香烴含量及餾程越高，在相同的條件下，微粒排放量越大；而烷烴含量越高，微粒排放量越少。 燃油的十六烷值對煙粒排放也有明顯的影響。實(shí)驗(yàn)表明，柴油機(jī)的排煙濃度隨十六烷值的提高而增大。其原因可能是由于十六烷值較高的燃油穩(wěn)定性較差，在燃燒過程中碳粒的生成速率較高所致。若從燃油的十六烷值對燃燒過程的影響考慮，則 由于十六烷值的燃油具有良好的發(fā)火性，故排煙濃度較大。然而，以降低十六烷來獲得排煙的改善，會(huì)帶來柴油機(jī)工作粗暴等嚴(yán)重后果。 噴油參數(shù)的影響 在直噴式柴油中，當(dāng)所有其他參數(shù)不變時(shí)，提前噴油或非常遲的噴油，可以降低排氣煙度，如圖 43 所示。 圖 43 噴油參數(shù) 提前噴油使排煙下降的原因是：滯燃期隨噴油提前角的加大而延長，因此使著火前的噴油量較多，燃燒溫度較高，燃燒過程結(jié)束較早，從而使排氣煙度下降。但噴油提前會(huì)使燃燒噪聲和柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷加大，還會(huì)引起 NOX排放量增加。 非常遲噴油是排煙下降 的原因是：這種噴油定時(shí)發(fā)生于最小滯燃?xì)庵?，由于擴(kuò)散火焰大部分發(fā)生在膨脹過程中，火焰溫度腳底，使碳煙的生成速率降低。 (1) 噴油規(guī)律的影響 在噴油定時(shí)、噴油持續(xù)角、循環(huán)供油量、渦流比和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的條件下，直噴式噴油規(guī)律對 NO 和碳煙排放的影響如圖 44 所示。 當(dāng)大部分燃油在前半時(shí)間內(nèi)噴入汽缸時(shí)，參與預(yù)混燃燒的油量增多，故排煙濃度低而 NO 濃度高；反之，當(dāng)大部分燃油在后半時(shí)間噴入汽缸時(shí)，參與擴(kuò)散燃燒的油量增多，故排煙濃度高而 NO 濃度低。 在提高初始噴油速率的前提下，如能減少噴油持續(xù)角，可使燃燒過程較快結(jié)束 ，以改進(jìn)碳煙排放。 圖 44 直噴式噴油規(guī)律對 NO 和碳煙排放的影響 (2) 噴油嘴不正常噴射的影響 當(dāng)噴油嘴由于針閥密封面漏油或針閥落座緩慢而造成滴漏，或針閥落座后再次升起而產(chǎn)生二次噴射時(shí)，燃油霧化和混合變差，對碳煙、未燃烴、 CO 的排放及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)均有不利影響。 (3) 噴油壓力的影響 提高噴油壓力，改善燃油霧化（減少油霧的平均直徑），能促進(jìn)燃油與空氣的混合，改善汽油混合的均勻性，從而減少煙粒的生成。試驗(yàn)證明，不論柴油機(jī)轉(zhuǎn)速高低、負(fù)荷大小，煙粒排放均隨最大噴油壓力的提高而降低。應(yīng)注意，在較高的轉(zhuǎn)速和較大 負(fù)荷（較大循環(huán)供油量）下，同樣的噴油裝置有較高的噴油壓力。采用較高的噴油壓力還可以使柴油機(jī)具有較高的 EGR 耐力。增大 EGR 率可降低 NOX排放，但也往往導(dǎo)致煙粒和 HC排放上升。從圖可看出，當(dāng)噴油壓力從 42MPa 提高到 82MPa 時(shí)，煙粒排量可下降一半以上， HC 的排放量下降 1/3 左右。 空氣渦流的影響 適當(dāng)增加空氣渦流，可使油滴蒸發(fā)加快?？諝饩砣肓吭龆?，有利于改善混合氣品質(zhì)，以減少碳煙排放量。但是，對減少碳煙排放有力的渦流，不一定有利于減少其他微粒和 有害物的排放。例如，當(dāng)噴油率較低時(shí)，增大空氣渦流會(huì)吹 散較多的燃油，形成較寬的過稀不著火區(qū)，使未燃烴排放量增加。 其他因素的影響 由于高溫缺氧是造成碳煙生成量增加的重要原因，所以凡能提高充氣效率以增大進(jìn)氣量的措施，都可以減少碳煙排放。適當(dāng)提高燃燒室內(nèi)的空氣溫度和壁溫，可以改善燃料著火條件，減少微粒排放。 5 現(xiàn)如今主要采用的凈化技術(shù) 柴油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù) 機(jī)內(nèi)凈化著眼于降低燃燒室內(nèi)碳粒初始粒子的形成、通過改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)或增加附加裝置達(dá)到微粒凈化的目的。 優(yōu)化燃燒過程 燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化燃燒過程對微粒產(chǎn)生的影響最大，也是研究的熱點(diǎn)，主要有以下幾個(gè)研究方向。 a. 燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)化與噴油有關(guān)的參數(shù)主要有噴油量、噴油嘴端壓力、噴油嘴結(jié)構(gòu)和噴油提前角。噴油系統(tǒng)的性能直接影響燃油的霧化和混合氣的質(zhì)量，最終影響微粒排放特性。例如，增加噴油嘴孔數(shù)、采用電控技術(shù)和提高噴射壓力可以使燃油在燃燒室內(nèi)更均勻地分布，減少燃油碰壁，將有利于減少微粒排放，但會(huì)引起 N0 的增加 。 b. 燃燒方式的改進(jìn)為了減少微粒排放，所以各國都在研究預(yù)混合燃燒方式的柴油機(jī)，這樣，可使燃油與空氣充分混合，盡量避免在高溫 缺氧情況下燃油裂解成碳粒的可能性； c. 進(jìn)氣渦流的優(yōu)化在高壓噴射的情況下采用低渦流比有利于減少微粒排放。這是由于渦流比大，提高了進(jìn)氣速度，而降低充氣效率。但在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)，低轉(zhuǎn)速時(shí)要求較高的進(jìn)氣渦流；而高速時(shí)要求有較低的進(jìn)氣渦流。采用可變渦流進(jìn)氣道技術(shù)可使運(yùn)行中的渦流比在 ～ 之間變化，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能及微粒排放特性在整個(gè)范圍內(nèi)得到優(yōu)化； d. 四氣門技術(shù)采用四氣門結(jié)構(gòu)，使活塞上的燃燒凹坑和缸蓋上的噴油嘴布置在燃燒室中央，改善了進(jìn)氣渦流和油霧分布，使燃燒狀況明顯優(yōu)化，同時(shí)也改善了活塞和噴嘴的冷卻條 件，從而減少微粒排放； e. 采