【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 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)點是能準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，可測來那個碳煙在各種條件下的氧化速率。缺點是熱解質(zhì)量分析儀昂貴，且一次只能處理一個樣品。 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 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，一次可同時處理多個樣品。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，進行萃取。萃取液達到一定體積時，經(jīng)虹吸管流回?zé)俊＿@樣，容積在萃取液中循環(huán)流動，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，其沸點為 315K，比樣品中的 SOF 低得多。萃取一般連續(xù) 8 小時 就可完成，樣品原始質(zhì)量與殘渣質(zhì)量之差 就是 SOF 質(zhì)量。 該方法從原理上說，是測量柴油機排放微粒中 SOF 最準確的方法，且萃取可多次使用，不足之處就是耗時多，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)雜有機物進行更細致分析，因此結(jié)果表明，柴油機排氣微粒中可揮發(fā)成份隨發(fā)動機負荷的增大而減少，從 95%減到 65%左右。其余為不揮發(fā)的可燃物碳粒，不可燃的無機物極少。 分析影響微粒生成的因素 負荷與轉(zhuǎn)速的影響 圖 42 為柴油機的微粒排放量與負荷和轉(zhuǎn)速的關(guān)系。由圖看出：在高速小負荷時，單位油耗的微粒排放量較大，且隨負荷的增加，微粒排放量減??；而在低速大負荷時，微粒排放量又由于空燃比的增加而有所升高。 圖 42 所示柴油機的微粒排放量與負荷和轉(zhuǎn)速的關(guān)系 微粒排放量隨負荷有這樣的變化趨勢，是由于小負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；在大負荷時，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；在接近全負荷時微粒排放急劇增加（接近冒煙界限），這時雖然總體過量 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，是由于在小負荷時溫度低，以未燃油滴為主的微粒的氧化作用微弱。當轉(zhuǎn)速升高時，這種氧化作用又受到時間因素的制約，故微粒排放量隨轉(zhuǎn)速升高而增加；在大負荷時，轉(zhuǎn)速的升高有利于氣流運動的加強，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)性好的柴油機而言，其峰值濃度往往出現(xiàn)在低速大負荷區(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的微粒排放有明顯的影響。實驗表明，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。實驗表明，柴油機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，會帶來柴油機工作粗暴等嚴重后果。 噴油參數(shù)的影響 在直噴式柴油中，當所有其他參數(shù)不變時，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。但噴油提前會使燃燒噪聲和柴油機的機械負荷和熱負荷加大，還會引起 NOX排放量增加。 非常遲噴油是排煙下降 的原因是：這種噴油定時發(fā)生于最小滯燃氣之后，由于擴散火焰大部分發(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、噴油持續(xù)角、循環(huán)供油量、渦流比和發(fā)動機轉(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。 當大部分燃油在前半時間內(nèi)噴入汽缸時，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，當大部分燃油在后半時間噴入汽缸時，參與擴散燃燒的油量增多，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，燃油霧化和混合變差，對碳煙、未燃烴、 CO 的排放及發(fā)動機運轉(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。試驗證明，不論柴油機轉(zhuǎn)速高低、負荷大小，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，當噴油壓力從 42MPa 提高到 82MPa 時，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 適當增加空氣渦流，可使油滴蒸發(fā)加快?？諝饩砣肓吭龆啵欣诟纳苹旌蠚馄焚|(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，當噴油率較低時，增大空氣渦流會吹 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氣量的措施，都可以減少碳煙排放。適當提高燃燒室內(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) 柴油機的機內(nèi)凈化技術(shù) 機內(nèi)凈化著眼于降低燃燒室內(nèi)碳粒初始粒子的形成、通過改進發(fā)動機結(jié)構(gòu)或增加附加裝置達到微粒凈化的目的。 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，主要有以下幾個研究方向。 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，但會引起 N0 的增加 。 b. 燃燒方式的改進為了減少微粒排放，所以各國都在研究預(yù)混合燃燒方式的柴油機，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，提高了進氣速度，而降低充氣效率。但在發(fā)動機實際運行時，低轉(zhuǎn)速時要求較高的進氣渦流；而高速時要求有較低的進氣渦流。采用可變渦流進氣道技術(shù)可使運行中的渦流比在 ～ 之間變化，使發(fā)動機性能及微粒排放特性在整個范圍內(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，改善了進氣渦流和油霧分布，使燃燒狀況明顯優(yōu)化，同時也改善了活塞和噴嘴的冷卻條 件，從而減少微粒排放； e. 采