同志社大学分析直喷发动机中的喷雾冲击和壁膜形成
- 来源：盖世汽车
- 2024/8/30 11:16:46
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随着人们担忧空气污染的有害影响，车辆排放标准变得日益严格。这些法规有助于明显减少交通来源产生的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物和颗粒物。欧盟7级排放标准将于2026年实施，通过为10纳米颗粒物排放设定阈值，并要求在零下7℃下进行低温排放测试，进一步收紧了这些限制。
据外媒报道，为了帮助改善燃烧过程并减少颗粒物排放，日本同志社大学(Doshisha University)的研究人员揭示了燃油喷雾如何在直喷发动机内形成壁膜。这项研究为寒冷条件对壁膜形成的影响及其对颗粒物排放的贡献提供了有价值的见解。
该研究团队由同志社大学(Doshisha University)前博士生、现为日本产业技术综合研究所(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)研究员的Dai Matsuda博士领导，同志社大学的Jiro Senda和Eriko Matsumura也参与其中。
直接燃油喷射汽车因具有更高的燃油效率而广受欢迎，与进气道喷射系统相比可节省10%-20%。然而，将燃油喷射到如此靠近发动机的位置，这会减少燃油蒸发和与空气混合的时间，从而导致燃油混合物更浓，气缸壁上的沉积物增加。而这可能导致燃烧不充分和排气中的颗粒物含量更高。Matsuda博士表示：“当注入一定量的燃油时，其中一些会撞击到壁上，一些会附着在壁上，而没有破裂的壁膜就是最终数量。这项研究旨在阐明壁膜形成过程中现象与质量之间的关系。”
为了模拟发动机缸壁上壁膜的形成，研究人员将异辛烷注入可以控制温度和喷射压力的壁面。之所以选择异辛烷，是因为其在低温下的表现与汽油相似。在该装置中，异辛烷通过干冰冷却的喷油器以45度角注入到壁面上。壁面温度通过直接连接到其侧面的热交换器进行调节。然后将壁表面安置在用氮气密封的容器中，以消除空气中水分的影响。
研究人员采用两种方法来测量粘附在壁上的燃油喷雾的质量：一种是吸收法，即在燃油喷射后对放在壁上的卫生棉进行称重；另一种是全内反射激光诱导荧光(TIR-LIF)法，即使用激光来检测与燃油混合的标记物的荧光。实验发现，当燃油喷雾撞击壁面时，随着时间的推移，更多的燃油附着在壁面上，从而导致壁膜变厚。该厚度在喷雾结束时达到最大值。在这个峰值之后，附着在壁上的燃油量迅速下降，然后趋于稳定。这表明在喷雾停止后壁膜破裂。
在燃油喷射温度为253 K(零下20.15℃)时，喷雾壁撞击比(即撞击在壁上的燃油量与喷射燃油总量的比例)与293 K(19.85℃)相比增加了8.4%。这是因为较冷的燃油更粘，并且不能有效地雾化，导致撞击壁的液滴更少但更大。然而，较大的液滴的粘附效率低于较小、更分散的液滴，并且最终在喷雾停止后从薄膜上脱落。此外，较高的喷射压力导致更多的燃油溅到壁上，从而减少了最终附着在壁上的燃油量。Matsuda博士表示：“冷燃料增加了喷雾撞击率，从而导致壁粘附率更高。”
这些发现提供了对壁膜形成的详细见解，有助于优化燃油喷射策略，开发更清洁、更高效的直喷发动机。
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