汽油直接噴射發動機碳煙氧化特性分析

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汽油直接噴射發動機碳煙氧化特性分析

在不同的發動機運行工況下，對汽油直接噴射（GDI）發動機的煙塵氧化特性進行試驗分析。對一臺2.4L GDI發動機進行煙塵采樣。利用熱重分析（TAG）、掃描電子顯微鏡、高分辨透射電鏡（HRTEM）和拉曼光譜分析，對GDI發動機煙塵樣本的氧化反應、成分和碳納米結構進行分析。根據分析提出GDI發動機煙塵氧化機制，其中包括有機可溶成分（SOF）的影響，弱碳鍵（WBC）和3種類型GDI發動機碳煙氧化。結果表明，與常規柴油煙塵相比，GDI煙塵包含更高的灰含量，且在灰的催化作用下氧化反應明顯增強。

提出一種改進的GDI發動機碳煙氧化的經驗動力學之間的相互關系，其能夠預測各種發動機運行工況下GDI發動機煙塵氧化率，不需要對發動機的動力學參數進行修改。通過TGA煙塵氧化試驗，確定了動力學參數。

不同于柴油煙塵，GDI發動機的煙塵具有幾乎不變的內在碳氧化反應，其不隨發動機運行條件變化。GDI發動機中的粉煤灰分為3種類型：燃燒產生的灰體、未燃盡灰體和氧化成灰。燃燒產生的灰體是石油添加劑燃燒的產物，未燃盡灰體是未參加反應排放的油霧。氧化成灰是微米大小的灰塵顆粒，由碳煙氧化過程中的灰體轉化而來。

粉煤灰的催化效果能夠主導先進內燃機的碳煙氧化反應，如低溫燃燒，其煙塵排量非常低。在發動機冷起動和預熱階段，汽油微粒過濾器起初會過濾掉大量的反應活性較低的冷灰。發動機預熱后，高活性灰將累積在冷灰上面。因此，煙塵過濾器中的總氧化反應將取決于驅動周期的持續時間。

刊名：Combustion and Flame（英）

刊期：2015年第2期

作者：Seungmok Choi et al

編譯：王維