柴油机瞬态工况排气颗粒数量及粒径分布规律

通过该项目的系统研究，深入认识了柴油机稳态工况、瞬态工况的排气颗粒数量及粒径分布规律；系统探索了柴油机燃用生物柴油、低硫柴油、低芳烃柴油、GTL 合成柴油的排气颗粒质量及组分特性、颗粒数量及粒径分布规律；对柴油轿车瞬态工况的排气颗粒数量及粒径分布规律进行了探索。 (1) 稳态工况：柴油机排气颗粒数量的粒径分布呈现明显的单峰或双峰对数分布形态，较小粒径的核态颗粒数量与较大粒径的聚集态颗粒数量存在“跷跷板”现象。在大多数情况下，随着负荷增加，核态颗粒数量逐渐下降，聚集态颗粒数量呈上升趋势。聚集态颗粒数量与排气烟度变化存在较高程度的正相关性。(2) 燃料特性：(a)随燃油硫含量、芳烃含量的降低，核态颗粒和聚集态颗粒数量大都同步下降，低硫含量减少了以核态颗粒形态排出的硫酸盐类，以碳烟颗粒为主的聚集态颗粒数量也有所降低。低芳烃含量则导致以碳烟颗粒为主的聚集态颗粒数量减少，也有利于降低SOF 排放，促使核态颗粒数量降低。(b)随生物柴油配比增加，在绝大多数工况下，降低了聚集态颗粒的数量，增加了核态颗粒的数量。(c)随GTL柴油配比增加，核态颗粒数量和聚集态颗粒数量大都下降。(3) 瞬态工况：(a)减转矩工况下，聚集态颗粒数量下降，核态颗粒数量持续上升。喷油量突减与缸内空燃比迅速增加，导致烟度和聚集态颗粒数量迅速下降，缸内温度降低，颗粒成核作用增强，核态颗粒数量持续上升。(b)增转矩工况下，喷油量瞬时突增导致缸内局部油气混合质量急剧恶化，以碳烟颗粒为主的聚集态颗粒数量上升，而核态颗粒数量则在瞬态初期突然增加出现峰值后迅速下降。因为后期缸内温度不断提高，SOF排放量减少导致核态颗粒数量下降。(c)增转速工况下，低转矩时转速突增，其核态颗粒数量迅速上升；中转矩时转速突增，油气混合的质量瞬时恶化，从而导致以碳烟颗粒为主的聚集态颗粒持续上升；高转矩时转速突增，缸内本来就处于局部瞬时混合气过浓状态，导致瞬时出现了更高的烟度值。(d)柴油轿车在NEDC 循环加速阶段，排气总颗粒数量增大，聚集态颗粒和核态颗粒数量均有所升高；在NEDC 循环减速阶段，聚集态颗粒数量降低，但核态颗粒数量却有所升高且占主导地位。 针对以上研究成果，已发表或录用相关论文24篇（已发表SCI 期刊论文2 篇；已发表EI 期刊论文8篇；已录用EI 期刊论文4篇），在审SCI 期刊论文5篇、EI 期刊论文3篇。

排气颗粒数量正在成为未来汽车法规控制的对象，而车用柴油机实际运行时多处于瞬态工况，研究柴油机瞬态工况颗粒数量排放及粒径分布规律，用于排气颗粒数量的控制研究，具有重要科学意义和应用价值。本项目以柴油机瞬态工况的排气颗粒数量为主要对象，进行颗粒数量排放及粒径分布规律的基础科学研究。重点研究柴油机两类典型瞬态工况（转矩瞬变和转速瞬变）的颗粒数量排放特性。基于不同瞬态工况模式（转矩和转速瞬变工况的递增和递减模式，不同转矩变化率和不同转速变化率）的柴油机性能和燃烧特性，探索瞬态工况下空燃比和燃烧参数对排气颗粒数量及粒径分布特性的影响规律。研究柴油机燃用不同硫含量燃油的瞬态颗粒数量排放及粒径分布特性，揭示燃油硫含量对瞬态工况颗粒数量排放特性的影响机制。本项目旨在促进柴油机瞬态排气颗粒特性的基础研究，深入认识瞬态工况的排气颗粒数量及粒径分布规律，为柴油机瞬态工况排气颗粒的危害控制提供理论基础和科学依据。

柴油机排气颗粒捕集器，亦称“柴油机排气颗粒过滤器”。利用微细孔结构或纤维材料的滤芯,采用扩散、拦截和撞击机理来捕集或过滤柴油机排气中的颗粒物的一种排气净化装置。一般安装在柴油机排气管后。

首先建立完善的汽油机加速瞬态工况动态模型，包括进排气特征模型、油膜蒸发模型等。然后模拟汽油机实际工作时的加速状态，对其燃烧特性进行试验研究。研究汽油机加速瞬态工况下的运转参数及其变化率与燃烧参数的关系；探讨燃烧参数的瞬态特性；研究汽油机加速瞬态工况下的进气、喷油及放热的动态响应；研究汽油机加速瞬态工况下排放指标的最敏感参数（空燃比）的变化规律以及油膜变化对其影响规律。最后针对实际瞬态空燃比控制过程中，氧传感器存在传输时滞，常规神经网络收敛速度慢，无法适用于实时性要求极高的瞬态空燃比控制等问题，设计基于混沌优化的复合自适应神经网络控制器优化汽油机加速瞬态空燃比，进而研究汽油机加速瞬态工况下的燃烧规律，证实其控制方法的有效性。该项目旨在为寻找汽油机加速瞬态燃烧规律、优化瞬态空燃比和降低排放奠定理论基础，为提高汽油机燃油利用率，降低排放量提供新的原理和方法，具有较大的理论意义和实用价值。

本标准规定了非贵金属催化型柴油机排气颗粒物过滤器的术语定义、要求、试验方法、检验规则以及产品标识、包装、运输与贮存。 2100433B