基于透射電子顯微鏡的GDI汽油機(jī)碳煙特性分析

研究了汽油缸內(nèi)直噴（GDI）汽油機(jī)油槽內(nèi)碳煙顆粒物的尺寸、分布、聚合物的形狀以及初級(jí)顆粒的納米結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為1.6L、渦輪增壓中冷、直噴、火花點(diǎn)火的現(xiàn)代輕型歐6發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在試驗(yàn)室測(cè)試臺(tái)上，通過(guò)SchenckW150渦流測(cè)力計(jì)（CP工程CADET發(fā)動(dòng)機(jī)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）進(jìn)行控制。由CP工程FMS-400重力系統(tǒng)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗。該發(fā)動(dòng)機(jī)在特定穩(wěn)態(tài)、暖機(jī)操作條件下工作。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為 1600～3700r/min，扭矩為30～120Nm。在進(jìn)行兩次燃油沖洗步驟下，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行30h。從油槽中獲取燃油樣本，經(jīng)過(guò)溶劑萃取、離心和乙醚清洗步驟后，利用透射電子顯微鏡（TEM）和高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）觀察并分析燃油樣本。測(cè)量碳煙聚合物的長(zhǎng)度、寬度和分形尺寸。

研究發(fā)現(xiàn)，在宏觀上，GDI汽油機(jī)的碳煙聚合物與輕型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的很類(lèi)似，其平均長(zhǎng)度和寬度分別為153nm和59nm，54%的聚合物的長(zhǎng)寬比小于2.5。采用迭代方法計(jì)算碳煙聚合物的分形維數(shù)，其平均值為1.44。相反，在微觀上，碳煙聚合物的初級(jí)顆粒與典型柴油碳煙顆粒不同，GDI汽油機(jī)初級(jí)顆粒的形狀是不規(guī)則的球形，其平均直徑為36nm，有13nm的偏差。揮發(fā)性層狀石墨結(jié)構(gòu)沉積在碳煙初級(jí)粒子的外表面。采用TEM對(duì)樣本中非碳煙納米顆粒分析表明，樣本中存在大量的燃油添加劑和磨損的金屬屑。

刊名：TribologyInternational（英）

刊期：2015年第86期

作者：A.LaRoccaetal

編譯：趙喚