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汽油直接噴射發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙氧化特性分析

在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況下，對(duì)汽油直接噴射（GDI）發(fā)動(dòng)機(jī)的煙塵氧化特性進(jìn)行試驗(yàn)分析。對(duì)一臺(tái)2.4L GDI發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)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(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)煙塵樣本的氧化反應(yīng)、成分和碳納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。根據(jù)分析提出GDI發(fā)動(dòng)機(jī)煙塵氧化機(jī)制，其中包括有機(jī)可溶成分（SOF）的影響，弱碳鍵（WBC）和3種類(lèi)型GDI發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙氧化。結(jié)果表明，與常規(guī)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(yīng)明顯增強(qiáng)。

提出一種改進(jìn)的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)碳煙氧化的經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)之間的相互關(guān)系，其能夠預(yù)測(cè)各種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況下GDI發(fā)動(dòng)機(jī)煙塵氧化率，不需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行修改。通過(guò)TGA煙塵氧化試驗(yàn)，確定了動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

不同于柴油煙塵，GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的煙塵具有幾乎不變的內(nèi)在碳氧化反應(yīng)，其不隨發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件變化。GDI發(fā)動(dòng)機(jī)中的粉煤灰分為3種類(lèi)型：燃燒產(chǎn)生的灰體、未燃盡灰體和氧化成灰。燃燒產(chǎn)生的灰體是石油添加劑燃燒的產(chǎn)物，未燃盡灰體是未參加反應(yīng)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(guò)程中的灰體轉(zhuǎn)化而來(lái)。

粉煤灰的催化效果能夠主導(dǎo)先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的碳煙氧化反應(yīng)，如低溫燃燒，其煙塵排量非常低。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)和預(yù)熱階段，汽油微粒過(guò)濾器起初會(huì)過(guò)濾掉大量的反應(yīng)活性較低的冷灰。發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱后，高活性灰將累積在冷灰上面。因此，煙塵過(guò)濾器中的總氧化反應(yīng)將取決于驅(qū)動(dòng)周期的持續(xù)時(shí)間。

刊名：Combustion and Flame（英）

刊期：2015年第2期

作者：Seungmok Choi et al

編譯：王維