润滑油对颗粒物生成影响机理的实验研究

为揭示润滑油对颗粒排放物生成影响的机理，本申请项目提出进行润滑油对颗粒排放影响的实验研究。本申请项目是以内燃机燃烧学为基础，以测试技术和化学分析技术为手段，在电控高压共轨柴油机及取样系统上对润滑油在缸内蒸发、裂解以及形成颗粒排放物的过程进行演化历程测试分析，开展颗粒排放物生成过程中润滑油的富集特征及影响机理研究，考察润滑油量、润滑油种类、润滑油添加剂以及润滑油中金属元素对颗粒物生成影响的机理，并对比开展氢燃料发动机的颗粒物演化历程分析，作为柴油机生成颗粒物研究的参考比对依据。在此基础上，开展基于添加剂配方、缸内燃烧环境、缸套变形、润滑油量的排放控制策略研究。开展以上研究工作是对柴油机颗粒物生成和演化规律的进一步揭示，具有重要的学术价值。在工程实际中可以为内燃机微粒生成机理以及排放控制技术提供新的理论和技术。

为揭示润滑油对颗粒排放物生成影响的机理，本课题以内燃机燃烧学为基础，以测试技术和化学分析技术为手段，在电控高压共轨柴油机及全气缸取样系统上，对润滑油在缸内形成颗粒排放物的过程进行了演化历程测试分析，并开展了颗粒排放物生成过程中润滑油的富集特征及影响机理研究，考察了润滑油量、润滑油种类、润滑油添加剂等对颗粒物生成的影响。在此基础上，开展了基于缸套变形、活塞环设计等方面的排放控制策略研究。.在润滑油缸内颗粒物生成过程研究中，在所开发的电控柴油机及全气缸取样系统上，结合电子低压冲击仪对电控柴油机缸内微粒进行了研究，探讨燃烧过程中微粒的粒数粒径分布规律、质量分布规律、典型微粒的形态结构特性以及元素组成等。经过实验测试和分析，发现润滑油对柴油机颗粒物的影响包含两个方面，一是影响颗粒物的生成及氧化，主要体现在对超细颗粒物理化特性的影响上；二是影响非典型颗粒排放，主要体现在较大尺寸的絮状非典型颗粒上，该颗粒出现在燃烧初期，贯穿整个燃烧过程并发生氧化和燃烧，燃烧后期存在吸附碳烟微粒并进一步增大的现象。.在润滑油对颗粒物富集特征及影响方面，采用润滑油或添加剂与燃油掺混燃烧的方式考察了颗粒物的粒径分布，粒数分布的规律。研究发现，基础油和添加剂对柴油机颗粒物排放的结果影响各不相同，基础油和抗氧剂对颗粒物排放的影响较大，抗泡剂对颗粒物排放的影响较小，主要的影响表现在核态颗粒物的出现，并且颗粒物的微观形貌发生较大的变化，颗粒物的边界变得模糊，成分更加复杂。.在润滑油缸内消耗特征的研究中发现，润滑油缸内消耗的四种模式中，一般情况都是缸壁蒸发占主导地位，其余三种模式消耗量均较少，缸壁蒸发量跟发动机运行工况密切相关，但不随活塞环参数的改变而改变。基于上述发现所开展的润滑油耗控制技术主要从缸套变形以及活塞环设计上入手，活塞环与缸套的贴合程度对润滑油耗具有重要的影响，通过对活塞环参数进行优化设计可以一定程度地控制润滑油耗。