基于缸内快速采样的发动机排放物生成与演化机理的研究

运用快速气体采样技术揭示HCCI发动机缸内HC、CO、NOx和醛类物质的生成机理和演化历程，提出过高的CO和HC排放控制策略。为此，将电控柴油机喷油器改装成一个快速气体采样阀，在不影响发动机稳定运行的条件下，通过对气口喷射燃料的HCCI发动机工作历程内不同时刻、不同位置（气缸盖底面、燃烧室中心、气缸周围边界层）附近的气体进行直接采样（连续采样、多次平均），用低温氮气对采集气体进行"冻结"，运用排放分析设备和气相色谱仪对所采气体的HC、CO、NOx和醛类物质的浓度进行测量，得到各种排放物在不同位置的时间历程曲线，从而分析他们的产生机理。考察发动机运行工况、边界条件、燃料特性对各种排放物产生渠道的影响，在此基础上提出排放控制策略。

开展了均值充量压缩燃烧过程中HC/CO生成、分布与消耗历程的研究。以正庚烷均质混合气为研究对象，在某一固定的当量比下，采用快速采样方法分别测量了靠近汽缸盖底面和气缸壁侧面不同距离（0、1、2、3、4mm）的区域内混合气在全反应历程内的HC/CO浓度，考察了边界层各个区域对整个燃烧室的HC/CO贡献比例，比较了平顶活塞和挤气活塞对排放物分布规律的影响，揭示混合气组分（二氧化碳浓度）、燃料辛烷值、燃料组分（丁醇正庚烷混合燃料）等发动机运行条件和边界条件对缸内排放物生成与氧化历程的影响。揭示了HCCI燃烧的排放物生成与演化机理，评价了燃烧室各个区域对最终排放的贡献比例，初步完成了项目任务书的要求。通过这些研究得到了一些新的发现：.（1）在较高压缩比下，混合气发生明显的低温反应，从而使边界层区域内的气溶胶也低迅速蒸发汽化，导致其浓度在反应前逐渐升高并形成一个峰值。而采用较小压缩比时，由于着火延时较长，低温反应速率较低、强度较弱，低温反应所释放的热量不足以液滴燃料迅速蒸发，因此在反应前燃烧室内各测试点的HC浓度并没有升高的现象，而是呈现缓慢下降的趋势；.（2）随着压缩比的降低，边界层厚度明显增加。然而值得注意的是，由于流场的作用，燃烧室盖端和燃烧室侧面的边界层厚度因受到压缩挤流的影响而不完全相同；.（3）采用挤气活塞降低了缸内混合气温度，HC高温氧化时刻推迟、氧化速率降低。但是挤气活塞消除了汽缸盖底边的边界层效应，而增加了汽缸体侧面的边界层厚度；.（4）平顶活塞的HC主要来源于靠近燃烧室盖端、活塞顶端以及燃烧室侧面1.5 mm以内的边界层区域，而燃烧室核心区域对HC排放的贡献比例很小。使用挤气活塞时，靠近燃烧室壁面0.5 mm的区域和余隙容积的HC排放贡献比例高达33%~55%，且随压缩比的升高而增；.（5）当在较大压缩比下CO和CO2开始生成时刻几乎同步；而在较小压缩比下二氧化碳的生成明显延迟于CO的生成；在高压缩比下，边界层区域CO开始生成的时刻差别不大，核心区域稍微提前而汽缸壁面区域略微滞后；在小压缩比下，壁面区域CO的开始生成的时刻明显滞后于核心区域的生成时刻。.研究成果发表论文6篇，其中SCI论文3篇，中文EI期刊论文2篇，其他中文论文1篇。