颗粒物排放的柴油机的碳烟和SOF.doc

直喷式柴油机基于烟尘和SOF颗粒物排放建模
摘要：
颗粒物质（PM）的排放是柴油发动机的主要污染物之一，它对人体健康有害而且影响大气能见度。在调查减少颗粒物排放过程中建立PM排放仿真模型是一个有用的工具。根据组成缸直喷柴油机的PM模型已经提出并规定了两个重要组成物去模拟PM排放。PM模型是基于一个准维多区燃烧模型，使用两个主要组成成分的机械结构：烟灰和可溶性有机馏份（SOF）。首先，准维多区燃烧模型中给出。然后，两个模型为烟灰和SOF排放被建立，再然后，两个模型都集成到一个单一的PM排放模型。烟灰排放模型是在一个主要的形成模型和一个氧化模型给出的。烟灰的最初形成模型为裕康烟灰形成模型，烟尘氧化是采用Nagle和Strickland-Constable模型。SOF排放模型是基于未燃烧的碳氢化合物（HC）排放模型，以及HC排放是HC初级形成模型和HC氧化模型的差异给出的。HC初级形成模型考虑了燃油喷射和在稀燃极限在点火延迟期和燃油在低压力和低的速度时涌出从喷嘴囊容积之后的混合。
为了验证PM排放的模型，用六缸带有增压中冷直喷式的柴油机进行实验。仿真结果表明实验数据十分满意，表明了PM仿真模型的有效性。计算结果表明，PM和烟尘形成率之间的差别主要是在早期燃烧阶段。SOF的形成在低负荷时对PM的形成有着重要的影响，在高负荷时烟尘的形成占 PM排放的主导地位。PM排放模型是为了帮助更好地理解直喷式柴油机的PM排放的形成过程，并且对PM排放的模拟以及直喷式柴油机的PM排放控制都是有用的。
关键词：柴油机; 可吸入颗粒物; 排放; 模型; 烟尘; 未燃碳氢化合物。
引言
在过去的十年，直喷（DI）柴油发动机的应用已经从商用车迅速扩大到乘用车，因为污染和噪声控制方面的改进已经实现尽管如此，直喷式柴油机产生比其他引擎多种颗粒物质（PM）的排放。排气PM除了水以外的任何可以通过过滤柴油机排气收集的物质[1,2]。在一般情况下，在PM在过滤器中收集通常被提取溶剂分为两部分[1-3] 。一种馏分是固体碳材料（碳黑）不能被有机溶液溶解。它是对人体健康有害病影响大气能见度。其他部分可以用有机溶液溶解，称为可溶性有机成分（SOF），即已吸附了烟尘或浓缩到过滤器。它是由未燃烧的燃料和润滑油以及它们的热综合成分。SOF多环芳烃（PAH）有可能会引起健康和环境危害诱变作用。这些问题使政府办法了越来越严格的废气排放律令，迫使制造商减少柴油发动机的废气排放。对于DI柴油发动机的一个重要挑战在于减少废气颗粒物的排放浓度。
在调查减少颗粒物排放时，对PM排放建立仿真模型是一个有效地措施。一个PM排放模型使设计规、工作条件和柴油发动机的PM排放量之间的关系更容易理解。目前，用于柴油发动机的准二维和多维燃烧模型发展到不同程度的精度[4–9]。在温度和组合物的空间差异，考虑到通过将气缸分成两个或多个不同的区域，其中每一个被视为理想的混合。废气排放可以视为局部温度和组织的函数。多维模型 [10-15] ，解决气缸的流场、解决质量、动量和能量守恒的控制方程，以及物种和化学动力学的控制方程。然而，这些模型的预测精度不能总是保证由于缺乏了解的一些重要现象，如喷雾破碎，燃料/空气混合或喷雾-壁相互作用。此外，这些模型对计算机存和计算时间要求非常苛刻。所以，多维燃烧模型更适合的基础研究课题。
由于上述原因，准二维燃烧模型仍然是在燃烧建模和发动机发展的重要工具。整个PM墨香排放量很少报告。因此，在柴油机PM排放的SOF模型需要建立一个可以提供整个PM排放的模型。
在这项工作中，基于组合模型来模拟从直喷式柴油机排输的PM的浓度的现象被提出。该模型是基于准维多区燃烧模型和PM的主要组合物的形成机制：直喷式柴油机的烟灰和SOF排放。烟灰和SOF排放排放可以分别建立，然后这两个模型都集成到一个单一的PM排放模型。为了验证PM排放模型，实验用 六缸并带有涡轮增压和中冷直喷式柴油机进行。
2. 准维多区燃烧模型
在这项研究中的准三维多区模型的基本概念是类似的裕康等人首先提出的一个模型 [4,16]。并已被许多研究人员 [5-9]。用于当前研究的模型由几个子模型：燃料喷雾渗透，空气夹带，燃料液滴的蒸发，点火延迟，由于燃烧和形成的污染物排放的热量释放。
在每个步骤喷入燃烧室的燃料被划分成在径向方向上分布的小区域，图1显示了某一瞬间的区域图。
随着时间步骤的进行，连续喷射使燃料喷雾包喷射在轴线方向。每个包中的区域被假定为燃料的质量相等，但根据不同的瞬时喷射率在包形成的时间在不同的包的区域中的燃料量可能会有所不同。在包中的燃料的质量可以计算使或用经验来设定喷射程序、腔室压力和喷油器的几何形状。假定区域之间没有混合，也没有交换。在径向方向上的区域的数目是固定的，无论注入的燃料的量或