同志社大學分析直噴發動機中的噴霧沖擊和壁膜形成

2024-08-30 11:16:46來源：蓋世汽車關鍵詞：直噴發動機閱讀量：20920

導讀：據外媒報道，為了幫助改善燃燒過程并減少顆粒物排放，日本同志社大學的研究人員揭示了燃油噴霧如何在直噴發動機內形成壁膜。

　　隨著人們擔憂空氣污染的有害影響，車輛排放標準變得日益嚴格。這些法規有助于明顯減少交通來源產生的一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物和顆粒物。歐盟7級排放標準將于2026年實施，通過為10納米顆粒物排放設定閾值，并要求在零下7℃下進行低溫排放測試，進一步收緊了這些限制。

　　據外媒報道，為了幫助改善燃燒過程并減少顆粒物排放，日本同志社大學(Doshisha University)的研究人員揭示了燃油噴霧如何在直噴發動機內形成壁膜。這項研究為寒冷條件對壁膜形成的影響及其對顆粒物排放的貢獻提供了有價值的見解。

　　該研究團隊由同志社大學(Doshisha University)前博士生、現為日本產業技術綜合研究所(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)研究員的Dai Matsuda博士領導，同志社大學的Jiro Senda和Eriko Matsumura也參與其中。

　　直接燃油噴射汽車因具有更高的燃油效率而廣受歡迎，與進氣道噴射系統相比可節省10%-20%。然而，將燃油噴射到如此靠近發動機的位置，這會減少燃油蒸發和與空氣混合的時間，從而導致燃油混合物更濃，氣缸壁上的沉積物增加。而這可能導致燃燒不充分和排氣中的顆粒物含量更高。Matsuda博士表示：“當注入一定量的燃油時，其中一些會撞擊到壁上，一些會附著在壁上，而沒有破裂的壁膜就是最終數量。這項研究旨在闡明壁膜形成過程中現象與質量之間的關系。”

　　為了模擬發動機缸壁上壁膜的形成，研究人員將異辛烷注入可以控制溫度和噴射壓力的壁面。之所以選擇異辛烷，是因為其在低溫下的表現與汽油相似。在該裝置中，異辛烷通過干冰冷卻的噴油器以45度角注入到壁面上。壁面溫度通過直接連接到其側面的熱交換器進行調節。然后將壁表面安置在用氮氣密封的容器中，以消除空氣中水分的影響。

　　研究人員采用兩種方法來測量粘附在壁上的燃油噴霧的質量：一種是吸收法，即在燃油噴射后對放在壁上的衛生棉進行稱重；另一種是全內反射激光誘導熒光(TIR-LIF)法，即使用激光來檢測與燃油混合的標記物的熒光。實驗發現，當燃油噴霧撞擊壁面時，隨著時間的推移，更多的燃油附著在壁面上，從而導致壁膜變厚。該厚度在噴霧結束時達到最大值。在這個峰值之后，附著在壁上的燃油量迅速下降，然后趨于穩定。這表明在噴霧停止后壁膜破裂。

　　在燃油噴射溫度為253 K(零下20.15℃)時，噴霧壁撞擊比(即撞擊在壁上的燃油量與噴射燃油總量的比例)與293 K(19.85℃)相比增加了8.4%。這是因為較冷的燃油更粘，并且不能有效地霧化，導致撞擊壁的液滴更少但更大。然而，較大的液滴的粘附效率低于較小、更分散的液滴，并且最終在噴霧停止后從薄膜上脫落。此外，較高的噴射壓力導致更多的燃油濺到壁上，從而減少了最終附著在壁上的燃油量。Matsuda博士表示：“冷燃料增加了噴霧撞擊率，從而導致壁粘附率更高。”

　　這些發現提供了對壁膜形成的詳細見解，有助于優化燃油噴射策略，開發更清潔、更高效的直噴發動機。

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