二次噴油策略對(duì)汽油機(jī)細(xì)小顆粒物排放的影響

0 前言

2021年，我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成2608.2萬(wàn)輛和2627.5萬(wàn)輛，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)3.95億輛，保有量的快速增長(zhǎng)帶來(lái)了巨大的環(huán)境壓力。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國(guó)移動(dòng)源環(huán)境管理年報(bào)(2021年)》數(shù)據(jù)顯示

，2020年全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)顆粒物(PM)排放量達(dá)6.8萬(wàn)噸，汽車(chē)是污染物排放總量的主要貢獻(xiàn)者，其排放的PM超過(guò)總量90%。機(jī)動(dòng)車(chē)已成造成細(xì)顆粒物、光化學(xué)煙霧污染的重要原因。

經(jīng)濟(jì)全球化和“一帶一路”戰(zhàn)略為中國(guó)教育國(guó)際化提供了千載難逢的機(jī)遇。為了與“一帶一路”國(guó)家人民的發(fā)展和人才需求相對(duì)接，近年來(lái)，很多高職院校紛紛開(kāi)展了國(guó)際合作辦學(xué)項(xiàng)目，既“走出去”，也“請(qǐng)進(jìn)來(lái)”，為高職院校綜合實(shí)力的提升和人才規(guī)格提高提供了良好的途徑。但是，由于高職院校合作辦學(xué)起步較晚，辦學(xué)過(guò)程中面臨的問(wèn)題較多，影響了國(guó)際合作辦學(xué)的深入開(kāi)展。本文從高職院校合作辦學(xué)過(guò)程中學(xué)生跨文化交際能力培養(yǎng)所面臨的問(wèn)題著手，探索提高學(xué)生跨文化交際能力的方法，以促進(jìn)高職院校國(guó)際合作辦學(xué)更好地向前發(fā)展。

此前研究對(duì)柴油車(chē)顆粒物數(shù)量排放的關(guān)注更多，但隨著汽油機(jī)小型化增壓直噴技術(shù)的使用不可避免的引起較高的碳煙排放

。目前的國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)，只對(duì)23nm-2.5μm之間粒徑顆粒物進(jìn)行管控

，但汽油機(jī)排氣中顆粒物以核態(tài)為主,粒徑典型分布范圍3-30nm

，23nm以下粒徑顆粒物數(shù)量占總數(shù)量30%-40%

，且較小的顆?？赡鼙容^大的顆粒對(duì)人體健康的危害更大，因?yàn)樗鼈冊(cè)诤粑到y(tǒng)中的沉積效率更高，可以轉(zhuǎn)移到如大腦的其他區(qū)域

。因而在過(guò)去的幾年里，23nm以下粒子的排放已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注，正在討論將顆粒物數(shù)量測(cè)量的范圍由現(xiàn)在的23 nm以上擴(kuò)展到10nm 以上

。

噴油技術(shù)與后處理技術(shù)是目前公認(rèn)影響碳煙排放水平的關(guān)鍵因素，其中二次噴油策略會(huì)減少直噴增壓汽油機(jī)的碳煙排放

。本文在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上開(kāi)展汽油機(jī)細(xì)小顆粒物數(shù)量排放的研究，使用AVL公司最新生產(chǎn)的XAPP顆粒計(jì)數(shù)器，該設(shè)備可同時(shí)對(duì)PN10(10 nm 以上顆粒物數(shù)量)和PN23(23 nm以上顆粒物數(shù)量)進(jìn)行測(cè)量， 探究二次噴油策略對(duì)汽油機(jī)PN10和PN23影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)選取發(fā)動(dòng)機(jī)多個(gè)常用工況，通過(guò)INCA標(biāo)定軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)第一次噴油時(shí)刻(SOI)、第二次噴油結(jié)束時(shí)刻(EOI)、第二次噴油量所占比例(MFOSI)等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)測(cè)量PN10和PN23排放水平，探究二次噴油策略對(duì)汽油機(jī)PN10和PN23影響規(guī)律。

采樣技術(shù)。采樣是進(jìn)行食品微生物檢測(cè)工作的前提，只有對(duì)采樣階段進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能保證樣品符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，食品取樣分為大中小三種類型，對(duì)于小樣，是食品檢測(cè)中的主要樣品類型。一般情況下是先取大樣，然后分成中樣，最后選取小樣進(jìn)行測(cè)試。為了保證樣品微生物檢測(cè)的準(zhǔn)確性，在取樣過(guò)程中必須保證環(huán)境的無(wú)菌，同時(shí)采樣的物品也需進(jìn)行殺菌處理，保證樣品無(wú)菌污染。另外，對(duì)于不同的食品，狀態(tài)不同，在進(jìn)行取樣前需要針對(duì)性進(jìn)行前期處理工作，然后選擇最具代表的部分進(jìn)行取樣測(cè)試[2]。

智能樓宇平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)以下功能和目標(biāo)：①通過(guò)子系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備聯(lián)動(dòng)；②通過(guò)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和管理，實(shí)現(xiàn)智能樓宇的數(shù)據(jù)共享；③通過(guò)大數(shù)據(jù)的分析與處理，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行場(chǎng)景的即時(shí)有效控制；④為樓宇第三方應(yīng)用服務(wù)的接入提供平臺(tái)支撐。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)和油品

本次試驗(yàn)臺(tái)架主要由增壓直噴汽油機(jī)、測(cè)功機(jī)、水溫控制系統(tǒng)、顆粒物測(cè)量系統(tǒng)組成。本次試驗(yàn)采用了一套可以同時(shí)測(cè)量PN10和PN23的顆粒計(jì)數(shù)器，該設(shè)備集成了采樣系統(tǒng)和兩套凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)器(condensation particle counters,CPC)，設(shè)備原理圖見(jiàn)圖1。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

以一臺(tái)2021年生產(chǎn)的符合國(guó)六b階段法規(guī)的雙VVT渦輪增壓直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為試驗(yàn)對(duì)象。該發(fā)動(dòng)機(jī)排量2.0L，最大功率85kW，后處理系統(tǒng)使用三元催化器和顆粒捕集器，試驗(yàn)前，以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行充分磨合和性能核對(duì)，滿足顆粒物排放研究。試驗(yàn)用油為滿足國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)乙醇92汽油。

表2為常用工況下PN10和PN23以及兩者間百分比差距。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

合理選取兩次噴油中各參數(shù)，改變缸內(nèi)混合氣的燃燒過(guò)程，可以使碳煙排放得到改善，其中兩次噴油策略中較為重要的控制參數(shù)為第一次噴油開(kāi)始時(shí)刻，第二次噴油結(jié)束時(shí)刻和二噴噴油比例。

與原PN23系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)除了通過(guò)加熱蒸發(fā)管(ET)去除可揮發(fā)性顆粒，還在揮發(fā)性顆粒去除器(VPR)中增加了一個(gè)催化去除器(Catalytic Stripper)，用于與尾氣中碳?xì)浠衔锇l(fā)生氧化反應(yīng)并存儲(chǔ)硫化物，大大降低其對(duì)顆粒數(shù)量測(cè)試的影響。與此同時(shí)該套系統(tǒng)包含兩套CPC，且針對(duì)PN10的CPC進(jìn)行了升級(jí)，使其對(duì) PN10的計(jì)數(shù)效率大于50%，該套系統(tǒng)既滿足現(xiàn)行國(guó)六法規(guī)的測(cè)量PN23的顆粒物排放同時(shí)又滿足未來(lái)法規(guī)開(kāi)發(fā)需求。

圖2為兩次噴油策略中第一次噴油開(kāi)始時(shí)刻對(duì)冷機(jī)運(yùn)行工況PN10和PN23的影響。試驗(yàn)中，第一次噴油開(kāi)始時(shí)刻從上止點(diǎn)前310°CA時(shí)刻開(kāi)始，以10°CA步長(zhǎng)推遲進(jìn)行測(cè)試，并保證第一次噴油量不變。由圖可知，在上止點(diǎn)前310°CA時(shí)刻噴油，PN10和PN23較高，這是因?yàn)閲娪推饕话阍诨钊戏礁咨w上，當(dāng)活塞移動(dòng)到上止點(diǎn)附近時(shí)距離缸蓋較近，此時(shí)噴油器噴出的油撞擊活塞頂部，產(chǎn)生大量油膜，大量油膜揮發(fā)較慢，在點(diǎn)火前無(wú)法完全揮發(fā)，在局部形成較濃混合氣，進(jìn)而生成大量的碳煙，從圖中可知這一現(xiàn)象對(duì)PN10影響較PN23更為明顯。而在上止點(diǎn)前260°CA時(shí)刻噴油，因第一次噴油開(kāi)始時(shí)刻推遲，噴油時(shí)活塞頂部距離噴油器相比之前變遠(yuǎn)，噴油器噴出的油撞擊活塞頂部產(chǎn)生的油膜相對(duì)減少，點(diǎn)火前油膜大部分揮發(fā)完全，生成的PN10和PN23都明顯呈下降趨勢(shì)。但噴油時(shí)刻推遲并不是越靠后越好，當(dāng)噴油時(shí)刻持續(xù)推遲，雖然噴油器噴出的油撞擊活塞頂部產(chǎn)生的油膜越來(lái)越少，但會(huì)大大壓縮油氣混合時(shí)間，使油氣混合不均勻，造成缸內(nèi)局部存在部分濃區(qū)，碳煙量再次呈上升趨勢(shì)，雖然此時(shí)PN23數(shù)量級(jí)很低且沒(méi)有明顯改變，但PN10已明顯增加。

綜上所述，第一次噴油開(kāi)始時(shí)刻和第二次噴油結(jié)束時(shí)刻分別為上止點(diǎn)前260°CA和80°CA、二次噴油比例為0.7∶0.3，發(fā)動(dòng)機(jī)在1500r/min，3bar，出水溫度25℃冷機(jī)運(yùn)行條件下,發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性最佳,PN10和PN23達(dá)到一個(gè)相對(duì)較低水平。汽油機(jī)二次噴油策略相關(guān)參數(shù)的改變會(huì)使PN10和PN23增加1-3個(gè)數(shù)量級(jí)，且影響趨勢(shì)相同，但油膜較多，混合氣不均勻這些利于碳煙形成的條件對(duì)PN10影響更大，甚至在PN23數(shù)量級(jí)很低且沒(méi)有明顯改變的情況下，PN10放量已明顯增長(zhǎng)。

表1為本次試驗(yàn)選取該發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況，包含了90℃水溫工況和25℃水溫工況，工況以中低負(fù)荷工況為主。

由表2可知，發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況下PN10比PN23測(cè)量結(jié)果高2-6倍，從增幅上看，在90℃的發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況下顆粒物排放增加相對(duì)更為明顯。但發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在25℃水溫顆工況時(shí)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)缸內(nèi)和壁面溫度較低，燃油不容易霧化，會(huì)造成較濃的混合氣，促使大量碳煙的生成，PN10和PN23都有較高的數(shù)量級(jí)，更具代表性，本次實(shí)驗(yàn)后續(xù)研究選取1500r/min，3bar，出水溫度25℃冷機(jī)工況為主。

圖3為兩次噴油策略中第二次噴油結(jié)束時(shí)刻對(duì)冷機(jī)運(yùn)行工況PN10和PN23的影響。試驗(yàn)中，第二次噴油結(jié)束時(shí)刻從上止點(diǎn)前60°CA時(shí)刻開(kāi)始，以10°CA步長(zhǎng)提前進(jìn)行測(cè)試，并保證第二次噴油量不變。由圖可知，在上止點(diǎn)前60°CA時(shí)刻停止噴油，PN10和PN23較高，此時(shí)因?yàn)榈诙螄娪徒Y(jié)束時(shí)刻較晚，活塞更靠近上止點(diǎn)，不僅產(chǎn)生油膜較多，油氣混合時(shí)間較短，都會(huì)造成碳煙增多。隨著第二次噴油結(jié)束時(shí)刻提前，產(chǎn)生油膜相對(duì)減少，油氣混合更充分，直到第二次噴油結(jié)束時(shí)刻在上止點(diǎn)前80°CA時(shí)前，PN10和PN23都呈下降趨勢(shì)。但隨著第二次噴油結(jié)束時(shí)刻繼續(xù)提前，在第一次噴油開(kāi)始時(shí)刻確定下來(lái)基礎(chǔ)上，第一二次噴油間隔減少，削弱了二次噴油的效果，不利于形成更均勻混合氣，導(dǎo)致碳煙數(shù)量開(kāi)始增加，且依然對(duì)PN10影響更為明顯。

圖4為兩次噴油策略中第二次噴油量所占比例對(duì)冷機(jī)運(yùn)行工況PN10和PN23的影響。試驗(yàn)中，第二次噴油量所占比例從0.2開(kāi)始，以0.05步長(zhǎng)改變進(jìn)行測(cè)試，并保證兩次噴油時(shí)刻不變。由圖可知，第二次噴油量的增加，會(huì)使燃油汽化潛熱效果更好，更有利于抑制PN10和PN23的產(chǎn)生，在二次噴油比例為0.7∶0.3，PN10和PN23達(dá)到最低。但是第二次噴油較晚，過(guò)多增加二次噴油量，反而使混合氣混合質(zhì)量變差，造成PN10和PN23排放增加。

正中神經(jīng)、尺神經(jīng)SCV、MCV與自主神經(jīng)病變存在廣泛相關(guān)性，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。正中神經(jīng)與心臟自主神經(jīng)功能關(guān)系更為密切，SCV與心臟自主神經(jīng)功能關(guān)系更為密切。見(jiàn)表2。

這種規(guī)律在發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度90℃正常運(yùn)行條件下更為明顯，雖然水溫升高會(huì)使缸內(nèi)和壁面溫度提高，油膜更易揮發(fā)，燃油霧化水平提高，相對(duì)出水溫度25℃碳煙排放大量減少，但由圖5第一次噴油開(kāi)始時(shí)刻對(duì)正常運(yùn)行工況PN10和PN23的影響可知，PN23一直維持在10的四次方數(shù)量級(jí)，且變化較為遲緩，但隨著噴油時(shí)刻推遲，油氣混合時(shí)間較短，缸內(nèi)存在部分濃區(qū)使PN10增加了一個(gè)數(shù)量級(jí)，且變化明顯。根據(jù)以上規(guī)律，當(dāng)用PN10代替PN23評(píng)判排放碳煙水平時(shí)，可能會(huì)對(duì)汽油機(jī)二次噴油參數(shù)標(biāo)定提出更高要求。

3 結(jié)論

1)在該增壓直噴汽油機(jī)常用工況下，PN10比PN23測(cè)量結(jié)果高2-6倍，且在出水溫度90℃的工況下增加相對(duì)更為明顯。

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2)該增壓直噴汽油機(jī)二次噴油參數(shù)(第一次噴油開(kāi)始時(shí)刻、第二次噴油結(jié)束時(shí)刻、第二次噴油量所占比例)的改變會(huì)使PN10和PN23增加1-3個(gè)數(shù)量級(jí)，且影響趨勢(shì)相同，但對(duì)PN10影響更大。

3)無(wú)論是發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度25℃冷機(jī)運(yùn)行工況還是出水溫度90℃正常運(yùn)行工況，某些二次噴油參數(shù)的改變會(huì)造成在一定范圍內(nèi)PN23數(shù)量級(jí)很低且沒(méi)有明顯改變的情況下，PN10已明顯增長(zhǎng)。因此當(dāng)用PN10代替PN23評(píng)判排放碳煙水平時(shí)，會(huì)對(duì)汽油機(jī)碳煙排放標(biāo)定提出更高要求。

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