柴油機排氣燃油噴射器噴油品質的可視化研究

柴油機排氣燃油噴射器噴油品質的可視化研究

柴油機因其具有較高的熱效率、有助于進一步減少CO2排放而得到了廣泛應用。但是，柴油機的顆粒物排放較高，需要采用柴油微粒過濾器（DPF）對排放中的顆粒物進行吸附。隨著DPF使用時間的增加，需要定期除去DPF內部吸附的顆粒物，使DPF恢復到原來的工作狀態，即DPF再生。通常，要氧化DPF中吸附的顆粒物，需要滿足高溫、富氧的條件。實際上，柴油機排氣溫度一般低于500℃，不能滿足氧化顆粒物的溫度要求。通過在柴油機排氣沖程時向缸內噴射燃油，將形成的燃油噴霧帶入排氣管中。燃油噴霧在排氣管中燃燒，提高排氣溫度。但是，這種噴射策略往往造成發動機噴霧濕壁和機油稀釋，從而導致發動機的磨損。因此，采用專門的排氣燃油噴射器，向排氣管中直接噴射燃油。由于排氣管幾何形狀等限制，因此需要對形成燃油噴霧的品質進行研究，以確保形成的燃油噴霧完全蒸發及燃油噴霧與廢氣最佳混合，從而在保證DPF再生的同時，減少燃油消耗。

分析排氣燃油噴射器所形成燃油噴霧的品質時，若能將所形成的燃油噴霧和排氣實現可視化，則能更加直觀地反映出影響燃油噴霧品質的因素，從而進行可視化研究。研究前需要確定兩個約束：一是研究場景需要能夠反映出柴油機真實的工作環境；二是進行可視化研究時不能改變排氣管的幾何形狀。因而，選擇進行發動機的臺架試驗。試驗時，采用一臺6缸渦輪增壓柴油機，該發動機采用高壓柴油共軌噴射系統，且在排氣管中安裝專門的排氣燃油噴射器。在排氣管中布置可以發射激光的激光發射器，并利用光纖與外部接收器相連。發動機運行時，利用激光誘導分子熒光光譜法獲得燃油噴霧和混合氣的光譜圖。改變排氣流量、排氣溫度等因素，進行重復試驗。試驗結果表明：當排氣燃油噴射器置于距離DPF較遠時，形成的柴油噴霧可以完全蒸發并和排氣形成良好的混合氣；增加排氣流量可顯著改善燃油噴霧的品質；排氣溫度對燃油噴霧品質沒有產生較大影響。

Matthieu Lecompte et al. SAE 2015-01-1647.

編譯：王祥