前 言

發動機的顆粒物質量和數量濃度排放是現行和未來輕重型車輛和非道路移動機械排放法規的管控重點。對柴油機而言，改善發動機氣缸內燃燒過程中顆粒物的氧化過程是降低柴油機顆粒物排放的有效手段之一。因此，深入研究燃燒過程中顆粒物的氧化機理對控制柴油機顆粒物排放具有十分重要的意義。

柴油機的缸內燃燒狀態是影響顆粒物高溫氧化行為的關鍵因素之一。除此之外，顆粒物本身的固有特性，如微觀結構、石墨化程度、表面官能團等決定了其氧化活性，在研究顆粒物的氧化行為時也應進行全面分析。尤其是現行排放階段的柴油發動機，其排氣顆粒的反應活性較低，顆粒物的氧化脫除難度大幅升高。在此背景下，顆粒物反應活性對其氧化行為的影響就顯得尤為重要。

顆粒物的氧化反應導致其總質量濃度排放降低。其中，在顆粒物內部基本粒子連接頸部發生的氧化反應將會導致連接鍵的弱化和斷裂，使較大尺寸的顆粒團聚體破碎成為多個小尺寸顆粒，最終引起顆粒物的總數量濃度排放顯著升高。此外，顆�；�本粒子內部氧化導致的整體結構坍塌也會導致小尺寸顆粒數量濃度的升高。因此，針對顆粒物的破碎特性進行研究對深入分析顆粒物的數量濃度排放特性具有重要意義。

本書共分為6章，主要內容包括柴油機顆粒物的缸內生成和氧化行為、顆粒物氧化模式、燃燒邊界條件對顆粒物氧化行為的影響、顆粒物微觀結構和化學特性對其氧化行為的影響、顆粒物的破碎行為。

本書主要依托國家重點基礎研究發展計劃（973）項目“化石燃料燃燒排放PM2.5源頭控制技術的基礎研究”（2013CB228502）、“面向發動機的湍流燃燒基礎研究”重大研究計劃培育項目“封閉空間內湍流燃燒過程中碳煙顆粒破碎機理的研究”（9174110051）和國家自然科學基金“柴油機排氣顆粒物的微尺度氧化反應模式及其形成機制研究”（52006054），并結合作者在發動機顆粒物排放控制領域的科學研究成果而成。盡管作者幾易其稿，但不妥之處仍在所難免，懇請讀者和同行專家批評指正。

作 者

2023年2月

前言
第1章 緒論 1
1.1 柴油機顆粒物的特征 2
1.2 柴油機顆粒物的生成和氧化機理 3
1.2.1 碳煙顆粒的生成機理 5
1.2.2 碳煙顆粒的氧化機理 6
1.3 碳煙顆粒氧化機理與柴油機顆粒物排放之間的關系 7
第2章 柴油機燃燒過程中的顆粒物氧化行為 10
2.1 基于缸內碳煙質量變化的氧化行為分析方法MOA 11
2.2 質量-氧化速率分析法MOA的應用可行性 13
2.2.1 實驗方法設計 14
2.2.2 柴油機單次燃燒過程中的碳煙氧化行為 20
2.2.3 柴油機多次燃燒過程中的碳煙氧化行為 22
第3章 柴油機燃燒過程中的顆粒物氧化模式 29
3.1 碳煙顆粒的氧化模式 30
3.1.1 等密度氧化/表面氧化（縮殼氧化） 31
3.1.2 等粒徑氧化/內部氧化 32
3.2 柴油機燃燒過程中的碳煙顆粒氧化模式 34
3.2.1 碳煙顆粒的基本粒子直徑變化率 35
3.2.2 碳煙的表面氧化反應時間尺度和擴散時間尺度 38
3.3 柴油機燃燒過程中碳煙顆粒氧化模式對微觀結構的影響 45
3.4 本章涉及的碳煙顆粒樣品分析方法 50
第4章 柴油機燃燒過程中顆粒物氧化行為的關鍵影響因素 54
4.1 燃燒邊界條件的影響 54
4.1.1 熱力學條件的影響 57
4.1.2 缸內混合狀態的影響 63
4.2 碳煙顆粒的氧化活性和物理化學性質的影響 69
4.2.1 碳煙顆粒的氧化活性 69
4.2.2 碳煙顆粒的物理特性 77
4.2.3 碳煙顆粒的化學特性 120
4.2.4 碳煙顆粒的理化特性與氧化活性的相關性 129
4.3 本章涉及的分析方法 132
4.3.1 缸內燃燒條件的計算 132
4.3.2 碳煙顆粒的物理特性表征 134
4.3.3 碳煙顆粒的化學特性表征 138
4.3.4 碳煙顆粒的氧化活性表征 143
第5章 柴油機燃燒過程中的顆粒物破碎行為 145
5.1 碳煙顆粒的破碎特性 145
5.1.1 團聚體破碎 145
5.1.2 基本粒子破碎 147
5.1.3 顆粒破碎行為的影響因素 149
5.2 碳煙顆粒破碎對顆粒數量濃度的影響 152
5.3 本章涉及的測試和數據分析方法 155
第6章 總結和展望 157
6.1 碳煙顆粒氧化模式分析 157
6.2 碳煙顆粒氧化行為分析在發動機顆粒物排放中的應用 158
附錄 159
參考文獻 164