稀燃條件下廢氣再循環(huán)對(duì)缸內(nèi)直噴汽油機(jī)微粒排放粒徑分布的影響

麻斌,董偉,高瑩,孫平,何玲,徐長(zhǎng)建,蒲超杰

(吉林大學(xué)汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,130025,長(zhǎng)春)

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稀燃條件下廢氣再循環(huán)對(duì)缸內(nèi)直噴汽油機(jī)微粒排放粒徑分布的影響

麻斌,董偉,高瑩,孫平,何玲,徐長(zhǎng)建,蒲超杰

(吉林大學(xué)汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,130025,長(zhǎng)春)

在一臺(tái)壁面/空氣導(dǎo)向組合式噴霧的汽油缸內(nèi)直噴(GDI)發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行廢氣再循環(huán)(EGR)實(shí)驗(yàn),以研究稀燃條件下EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)和分層模式下微粒排放粒徑分布及燃燒的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:EGR的引入會(huì)抑制缸內(nèi)燃燒,使缸壓和瞬時(shí)放熱率峰值降低、燃燒相位推遲、碳?xì)浠衔锱欧旁龆?在均質(zhì)和分層模式下隨著EGR率升高,核態(tài)粒子數(shù)量濃度均呈先降后增的趨勢(shì),即存在最優(yōu)EGR率使核態(tài)粒子數(shù)量濃度最低,均質(zhì)模式下最優(yōu)EGR率為8%,降幅為未加入EGR時(shí)的50%左右,而分層模式最優(yōu)EGR率為5%,降幅只有20%左右;在分層模式下,積聚態(tài)粒子數(shù)量濃度隨EGR率不斷升高而持續(xù)降低;均質(zhì)模式相較分層模式產(chǎn)生的積聚態(tài)粒子較少、核態(tài)粒子較多,2 000 r/min相較1 500 r/min產(chǎn)生的積聚態(tài)粒子較多、核態(tài)粒子較少。該結(jié)果可為直噴汽油機(jī)稀薄燃燒的微粒排放控制提供參考。

直噴汽油機(jī);稀燃;均質(zhì)模式;分層模式;廢氣再循環(huán);微粒排放

作為最具經(jīng)濟(jì)效益的先進(jìn)汽油機(jī)技術(shù)之一,汽油缸內(nèi)直噴(gasoline direct injection, GDI)技術(shù)在降低燃油消耗率及低碳排放方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。一方面因?yàn)楦變?nèi)直噴汽油的霧化吸熱,使得GDI發(fā)動(dòng)機(jī)比進(jìn)氣道噴射(port fuel injection, PFI)發(fā)動(dòng)機(jī)擁有更為出色的抗爆性能,從而允許采用更高的壓縮比,同時(shí)缸內(nèi)燃油霧化吸熱也有助于增加發(fā)動(dòng)機(jī)新鮮充量;另一方面也因?yàn)镚DI發(fā)動(dòng)機(jī)相較PFI發(fā)動(dòng)機(jī)擁有更為出色的稀燃特性。

文獻(xiàn)[1-2]研究結(jié)果顯示,采用稀燃的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)可以在保證燃燒穩(wěn)定的前提下獲得更高的燃燒效率,進(jìn)一步降低GDI發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率,節(jié)油效果相較PFI發(fā)動(dòng)機(jī)可達(dá)20%～25%。然而,工作于稀燃條件的GDI發(fā)動(dòng)機(jī),也帶來(lái)兩方面區(qū)別于PFI發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制問(wèn)題:一方面其獨(dú)特的混合氣制備方式將不可避免地縮短了缸內(nèi)混合氣制備時(shí)間,并有可能出現(xiàn)燃油濕壁等現(xiàn)象,相較PFI發(fā)動(dòng)機(jī)其會(huì)產(chǎn)生更高的微粒排放且該問(wèn)題在當(dāng)量混合氣及加濃混合氣條件下同樣存在[3-4];另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)三效后處理裝置在稀燃條件下將出現(xiàn)對(duì)NOx轉(zhuǎn)化效率急劇降低的問(wèn)題,需要采用廢氣再循環(huán)(exhaust gas recirculation, EGR)、三效后處理裝置配合NOx吸附催化劑及間歇性加濃混合氣等技術(shù)控制NOx排放[5]。

文獻(xiàn)[6-7]研究顯示,三效催化器對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)核態(tài)粒子的產(chǎn)生有明顯的抑制作用,對(duì)積聚態(tài)粒子則影響不大。文獻(xiàn)[8]研究顯示,GDI發(fā)動(dòng)機(jī)排放的微粒數(shù)量濃度及核態(tài)粒子數(shù)量濃度與微?？倲?shù)量濃度之比隨點(diǎn)火角的提前而增大。文獻(xiàn)[9]研究顯示,GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒粒徑分布隨過(guò)量空氣系數(shù)的增大,由核態(tài)、積聚態(tài)雙峰分布變化為核態(tài)單峰分布,且總數(shù)量濃度降低。文獻(xiàn)[10-11]研究顯示,在GDI發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷工況下應(yīng)用EGR技術(shù),CO2排放最多可降低17%,碳?xì)浠衔?HC)、CO、NOx排放最多可降低80%,且冷EGR可有效抑制爆震。文獻(xiàn)[12]研究了EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放的影響,結(jié)果表明在多個(gè)工況下EGR可顯著降低微粒排放,且在部分工況內(nèi)部EGR在降低微粒排放方面比外部EGR更有效。

針對(duì)EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃條件下微粒排放特性的影響,本文利用一臺(tái)1.8 L直列四缸壁面/空氣導(dǎo)向組合式GDI發(fā)動(dòng)機(jī),在稀燃條件下結(jié)合自主開發(fā)的電子控制單元(ECU),分別研究了GDI發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)和分層2種燃燒模式中EGR率rEGR對(duì)微粒排放的影響。

1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架及測(cè)控系統(tǒng)

本文實(shí)驗(yàn)采用的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)為壁面/空氣導(dǎo)向組合式噴霧,噴油器安裝于進(jìn)氣道側(cè)缸壁,進(jìn)氣道內(nèi)安裝滾流擋板,活塞頂面有專門設(shè)計(jì)的凹坑,發(fā)動(dòng)機(jī)具體參數(shù)如表1所示。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

注:額定功率轉(zhuǎn)速為5 000～6 200 r/min;額定扭矩轉(zhuǎn)速為1 500～4 200 r/min。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制采用實(shí)驗(yàn)室自主開發(fā)的實(shí)驗(yàn)ECU,主控芯片為飛思卡爾16位雙核處理芯片9S12XDP-512,噴油器及高壓油泵驅(qū)動(dòng)模塊采用意法公司L9781專業(yè)級(jí)芯片實(shí)現(xiàn)。圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架布置方案,圖2為實(shí)驗(yàn)臺(tái)架實(shí)物,圖3為實(shí)驗(yàn)ECU實(shí)物。

HC、NOx、CO、CO2等常規(guī)排放測(cè)試由AVL公司產(chǎn)Di-Gas-4000完成;發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)量空氣系數(shù)由ETAS公司產(chǎn)LANBDA.LA4配合氧傳感器LSU4進(jìn)行監(jiān)測(cè);燃燒過(guò)程監(jiān)測(cè)及燃燒參數(shù)測(cè)試由日本Ono Sokki公司產(chǎn)DS9100型燃燒分析儀配合AVL公司產(chǎn)火花塞式缸壓傳感器和Kistler角標(biāo)儀完成。微粒測(cè)量采用TSI Model3090發(fā)動(dòng)機(jī)排放顆粒光譜儀,共分22級(jí),粒徑測(cè)量范圍為5～560 nm。由于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中微粒含量較高,在進(jìn)行測(cè)量之前需先進(jìn)行稀釋采樣,而相關(guān)研究顯示,稀釋采樣條件對(duì)微粒測(cè)量精度尤其是核態(tài)粒子(粒徑≤30 nm) 的測(cè)量有很大影響[13],故我們自行開發(fā)了GDI發(fā)動(dòng)機(jī)排氣微粒2級(jí)熱稀釋采樣裝置,具體工作原理參見文獻(xiàn)[14],結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示。利用該設(shè)備可精確控制稀釋溫度、稀釋停留時(shí)間、稀釋比等排氣稀釋過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)[14]。經(jīng)過(guò)前期實(shí)驗(yàn),選取了稀釋比為260、稀釋溫度為200 ℃,以保證較高的實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性和實(shí)驗(yàn)精度。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架布置

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架實(shí)物

圖3 自主研發(fā)的實(shí)驗(yàn)ECU

圖4 熱稀釋采樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

實(shí)驗(yàn)選取發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃條件下1 500 r/min及2 000 r/min小負(fù)荷工況,分別研究EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)和分層2種燃燒模式下微粒排放粒徑分布和總數(shù)量濃度dN/dlg(Dp/nm)的影響,其中N為每毫升微粒的個(gè)數(shù),Dp為微粒粒徑。表2對(duì)具體實(shí)驗(yàn)工況參數(shù)進(jìn)行了描述。

表2 實(shí)驗(yàn)工況參數(shù)描述

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

通常將發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放按照當(dāng)量直徑劃分為核態(tài)、積聚態(tài)和粗態(tài)3種。核態(tài)粒子粒徑在3～30 nm之間,積聚態(tài)粒子粒徑在30～500 nm之間,粗態(tài)粒子粒徑大于2 500 nm。由于粗態(tài)粒子數(shù)量較少,對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放影響不大[15],所以此處不再討論。

2.1 EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)模式下微粒排放影響

1 500 r/min及2 000 r/min均質(zhì)燃燒模式下,EGR率對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放粒徑分布及總數(shù)量濃度的影響規(guī)律分別如圖5和圖6所示。

(a)1 500 r/min

圖6 均質(zhì)燃燒模式EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放總數(shù)量濃度的影響

由圖5可見:均質(zhì)燃燒模式下積聚態(tài)粒子的數(shù)量濃度很小,核態(tài)粒子的較多,其中1 500 r/min工況粒徑峰值在10 nm附近,2 000 r/min工況粒徑峰值小于10 nm;隨EGR率不斷加大,2種轉(zhuǎn)速工況的核態(tài)粒子數(shù)量濃度均呈U型變化趨勢(shì),且拐點(diǎn)出現(xiàn)在EGR率為8%時(shí)。由圖6可見,隨EGR率不斷升高,2種轉(zhuǎn)速工況的微粒總數(shù)量濃度也呈U型變化趨勢(shì),與核態(tài)粒子數(shù)量濃度變化趨勢(shì)一致,且最大值出現(xiàn)在EGR率為0時(shí)。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程生成的HC化合物及燃料不完全燃燒生成的碳煙粒子是GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放的主要誘因,前者通過(guò)吸附作用形成核態(tài)粒子,后者通過(guò)吸附作用及團(tuán)聚形成積聚態(tài)粒子[16-17]。為了進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,測(cè)量了上述均質(zhì)燃燒工況下、不同EGR率時(shí)的燃燒參數(shù)和排氣中HC含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),如圖7～圖9所示。

(a)缸壓

(b)瞬時(shí)放熱率圖7 1 500 r/min均質(zhì)燃燒模式下EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒參數(shù)的影響

如圖7、圖8所示,1 500 r/min和2 000 r/min均質(zhì)工況下,隨著EGR率不斷升高,缸壓和瞬時(shí)放熱率峰值持續(xù)減小、燃燒相位右移,即缸內(nèi)放熱過(guò)程趨于遲緩。這主要是因?yàn)閺U氣的熱容效應(yīng)和稀釋作用隨EGR率升高不斷增強(qiáng),熱容效應(yīng)使缸內(nèi)燃燒溫度降低,稀釋作用使缸內(nèi)氧濃度降低,兩者共同抑制了缸內(nèi)燃燒,使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒相位后移,燃燒溫度降低,后燃增多。由圖9可見,隨EGR率升高,排氣中HC含量呈先小幅增大后急劇增大的變化趨勢(shì)。

分析可知,實(shí)驗(yàn)工況在小EGR率時(shí)核態(tài)粒子濃度減小、粒徑峰值左移。原因是小EGR率導(dǎo)致的后燃使膨脹行程中缸內(nèi)溫度升高,對(duì)核態(tài)粒子產(chǎn)生的氧化作用加強(qiáng),但此時(shí)燃燒產(chǎn)生HC化合物濃度并沒有大幅提升,這有利于減小核態(tài)粒子數(shù)量濃度和粒徑峰值;大EGR率時(shí),雖然膨脹行程中較高的缸內(nèi)溫度對(duì)核態(tài)粒子的氧化作用依然存在,但大EGR率導(dǎo)致燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的HC含量急劇增大,由此提高了HC化合物的成核幾率,導(dǎo)致核態(tài)粒子數(shù)量濃度增大,粒徑峰值右移。

(a)缸壓

(b)瞬時(shí)放熱率圖8 2 000 r/min均質(zhì)燃燒模式下EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒參數(shù)的影響

圖9 均質(zhì)燃燒模式下EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)HC排放的影響

2.2 EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)分層模式下微粒排放的影響

1 500 r/min及2 000 r/min分層燃燒模式下,EGR率對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放粒徑分布及總數(shù)量濃度的影響規(guī)律分別如圖10、圖11所示。

由圖10可見,分層燃燒模式下,發(fā)動(dòng)機(jī)排氣微粒呈核態(tài)、積聚態(tài)雙峰分布,其中積聚態(tài)粒子粒徑峰值在50 nm附近,核態(tài)粒子粒徑峰值在10 nm附近。隨EGR率不斷升高,2種轉(zhuǎn)速工況的核態(tài)粒子數(shù)量濃度和粒徑峰值均呈U型變化趨勢(shì),拐點(diǎn)發(fā)生在EGR率為5%時(shí),不同于均質(zhì)模式,小EGR率對(duì)分層模式下核態(tài)粒子的抑制作用較小,且核態(tài)粒子數(shù)量濃度最大值出現(xiàn)在EGR率為0時(shí)。積聚態(tài)粒子隨EGR率的不斷升高呈現(xiàn)出數(shù)量濃度降低、粒徑峰值左移,即粒徑減小的變化趨勢(shì)。如圖11所示,由于實(shí)驗(yàn)工況下積聚態(tài)粒子與核態(tài)粒子變化趨勢(shì)不統(tǒng)一,所以粒子總數(shù)量濃度無(wú)明顯變化趨勢(shì)。

(a)1 500 r/min

(b)2 000 r/min圖10 分層燃燒模式下EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放粒徑分布的影響

圖11 分層燃燒模式下EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放總數(shù)量濃度的影響

同樣,為了進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,測(cè)量了上述分層燃燒工況在不同EGR率時(shí)的燃燒參數(shù)和排氣中HC含量,如圖12～圖14所示。

(a)缸壓

(b)瞬時(shí)放熱率圖12 1 500 r/min分層燃燒模式下EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒參數(shù)的影響

如圖12、圖13所示,1 500 r/min和2 000 r/min分層工況下,隨著EGR率的不斷升高,缸壓和瞬時(shí)放熱率峰值持續(xù)減小、燃燒相位右移,即類似于均質(zhì)模式,分層模式燃燒同樣受到EGR熱容效應(yīng)和稀釋作用的抑制,該抑制作用隨EGR率的升高而加強(qiáng)。另一方面,如圖14所示,分層模式下排氣中HC含量隨著EGR率的升高呈現(xiàn)較為均勻地增大趨勢(shì),且除個(gè)別點(diǎn)外,HC排放低于均質(zhì)燃燒模式。這是因?yàn)樵谙∪脊r下分層燃燒模式相較均質(zhì)燃燒模式擁有更加合理的缸內(nèi)混合氣分布,所以燃燒效率更高,HC排放降低。

(a)缸壓

(b)瞬時(shí)放熱率圖13 2 000 r/min分層燃燒模式下EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒參數(shù)的影響

分析可知:實(shí)驗(yàn)工況下小EGR率導(dǎo)致核態(tài)粒子數(shù)量濃度降低、粒徑峰值左移。原因是小EGR率導(dǎo)致的后燃增多使膨脹行程中缸內(nèi)溫度升高,對(duì)核態(tài)粒子產(chǎn)生的氧化作用增強(qiáng)造成的,但分層模式后燃量較少,故這種核態(tài)粒子的降幅隨之減小;隨著EGR率繼續(xù)升高,燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的HC含量隨之增大,HC化合物的成核幾率增大,而此時(shí)膨脹行程中缸內(nèi)溫度對(duì)核態(tài)粒子的氧化作用有限,最終導(dǎo)致核態(tài)粒子數(shù)量濃度顯著增大、粒徑峰值右移。發(fā)動(dòng)機(jī)引入EGR后,積聚態(tài)粒子的產(chǎn)生明顯受到了抑制。這主要是因?yàn)镋GR直接導(dǎo)致缸內(nèi)最高燃燒溫度降低,其抑制了缸內(nèi)不完全燃燒燃油的脫氫及熱裂解作用,即抑制了碳煙粒子生成,同時(shí)降低了已生成碳煙粒子的吸附作用,從而使積聚態(tài)粒子濃度降低、粒徑峰值左移。另外,EGR引發(fā)的膨脹行程缸內(nèi)溫度升高、燃油濕壁及局部混合不均現(xiàn)象減弱等也有助于減少積聚態(tài)粒子的數(shù)量。

圖14 分層燃燒模式下EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)HC排放的影響

2.3 燃燒模式和轉(zhuǎn)速對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放的影響

值得注意的是,同等EGR率下GDI發(fā)動(dòng)機(jī)工作于不同轉(zhuǎn)速和燃燒模式,其微粒排放特性有很大區(qū)別,此處對(duì)上述4種工況在EGR率為8%時(shí)的微粒排放特性進(jìn)行了分析。定燃燒模式時(shí),2種轉(zhuǎn)速下GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放粒徑分布對(duì)比如圖15所示;定轉(zhuǎn)速時(shí),2種燃燒模式下GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放粒徑分布對(duì)比如圖16所示。

由圖15可見,在2種燃燒模式下,發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放均呈現(xiàn)出隨轉(zhuǎn)速的升高核態(tài)粒子濃度降低、積聚態(tài)粒子濃度升高的變化趨勢(shì)。分析可知,轉(zhuǎn)速升高使得發(fā)動(dòng)機(jī)散熱損失減小、缸內(nèi)溫度升高,由此增強(qiáng)了HC化合物、核態(tài)粒子在高溫下的氧化幾率,較高的轉(zhuǎn)速也會(huì)減小HC化合物在缸內(nèi)停留的時(shí)間,從而抑制HC化合物向核態(tài)發(fā)展,最終導(dǎo)致2 000 r/min工況核態(tài)粒子數(shù)量濃度小于1 500 r/min工況。另一方面,2 000 r/min工況采用更高的燃油噴射壓力,使得燃油濕壁現(xiàn)象加劇,燃燒過(guò)程產(chǎn)生的碳煙粒子增多,從而導(dǎo)致2 000 r/min工況積聚態(tài)粒子濃度大于1 500 r/min工況。

(a)均質(zhì)燃燒模式

(b)分層燃燒模式圖15 不同轉(zhuǎn)速下GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放粒徑分布對(duì)比

由圖16可見,在2種轉(zhuǎn)速下,均質(zhì)模式產(chǎn)生的核態(tài)粒子均高于分層模式,而積聚態(tài)粒子則遠(yuǎn)低于分層模式。分析可知,分層燃燒模式的燃油噴射時(shí)刻靠近壓縮上止點(diǎn),導(dǎo)致燃油濕壁現(xiàn)象加劇,燃料不完全燃燒產(chǎn)生的碳煙粒子團(tuán)聚和吸附作用加強(qiáng),它一方面產(chǎn)生了數(shù)量濃度遠(yuǎn)高于均質(zhì)燃燒模式的積聚態(tài)粒子,另一方面碳煙粒子對(duì)HC化合物的大量吸附使HC化合物自身的成核作用受到了抑制,從而導(dǎo)致該模式下核態(tài)粒子數(shù)量濃度較均質(zhì)燃燒模式低。

(a)1 500 r/min

(b)2 000 r/min圖16 不同燃燒模式下GDI發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放粒徑分布對(duì)比

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)一臺(tái)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行EGR實(shí)驗(yàn),研究了稀燃條件下EGR率對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)和分層模式下微粒排放的影響,獲得結(jié)論如下。

(1)EGR的引入會(huì)抑制缸內(nèi)燃燒,使缸壓和瞬時(shí)放熱率峰值降低、燃燒相位推遲。隨著EGR率不斷升高,均質(zhì)燃燒模式下HC排放呈先小幅增大后急劇增大的變化趨勢(shì),分層燃燒模式下HC排放則呈現(xiàn)較為均勻的增大趨勢(shì)。

(2)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)均質(zhì)燃燒模式比分層燃燒模式產(chǎn)生的積聚態(tài)粒子數(shù)量濃度低,核態(tài)粒子數(shù)量濃度則較高;1 500 r/min工況比2 000 r/min工況產(chǎn)生的積聚態(tài)粒子數(shù)量濃度低,核態(tài)粒子數(shù)量濃度則較高。

(3)在均質(zhì)模式下引入EGR,核態(tài)粒子數(shù)量濃度隨EGR率的不斷升高呈U型變化趨勢(shì),變化拐點(diǎn)發(fā)生在EGR率為8%時(shí),較未加入EGR時(shí)降幅約50%,發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放的總數(shù)量濃度變化趨勢(shì)與核態(tài)粒子一致。

(4)在分層模式下引入EGR,核態(tài)粒子數(shù)量濃度隨EGR率的不斷升高呈U型變化趨勢(shì),但不同于均質(zhì)模式,拐點(diǎn)發(fā)生在EGR率為5%時(shí),且降幅較未加入EGR時(shí)只有20%左右;積聚態(tài)粒子數(shù)量濃度隨EGR率的不斷升高呈持續(xù)降低趨勢(shì),在EGR率為18%時(shí)濃度最低,發(fā)動(dòng)機(jī)微粒排放的總數(shù)量濃度無(wú)明顯變化。

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(編輯 苗凌)

Effects of EGR on the Particle Emission Size Distribution in Lean Burn Condition for Gasoline Direct Injection Engine

MA Bin,DONG Wei,GAO Ying,SUN Ping,HE Ling,XU Changjian,PU Chaojie

(State Key Laboratory of Automobile Simulation and Control, Jilin University, Changchun 130025, China)

The effects of exhaust gas recirculation (EGR) on the combustion and particle emissions of a gasoline direct injection (GDI) engine in homogeneous or stratified combustion mode under lean burn condition were investigated by an EGR experiment on a GDI engine with a combination of wall-guiding spray and air-guiding spray. The results show that the adoption of EGR suppresses the cylinder combustion, reduces the peak values of cylinder pressure and instantaneous heat release rate, delays the combustion phase and increases the emission of hydrocarbon. In the homogeneous and stratified mode, the nucleation particle number concentration firstly decreases and then increases with the increasing EGR rate, so there exists an optimum EGR rate to lead to a least number concentration of nucleation mode particles. The optimum rate of 8% results in a 50% reduction of concentration in the homogeneous mode while the rate of 5% results in a 20% reduction of concentration in the stratified mode. The number concentration of accumulation mode particle decreased with the increase of EGR rate in the stratified mode. The number concentration of accumulation mode gets less and the number concentration of nucleation mode gets more in the homogeneous mode compared with the stratified mode. The number concentration in accumulation mode gets more and the number concentration in nucleation mode less at the speed of 2 000 r/min compared with the speed of 1 500 r/min.

gasoline direct injection engine; lean burn condition; homogeneous mode; stratified mode; particulate emission

10.7652/xjtuxb201605013

2015-11-03。 作者簡(jiǎn)介:麻斌(1989—),男,博士生;董偉(通信作者),女,副教授。 基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51406066);吉林省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(130101JC01009568)。

時(shí)間:2016-03-01

http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20160301.1017.010.html

TK417

A

0253-987X(2016)05-0087-08