内部EGR对柴油机燃烧排放性能影响的研究

本文提出一种采用双峰排气凸轮实现内部EGR的方案,并利用AVL FIRE软件对某柴油机的工作过程进行三维数值模拟,研究了内部EGR对发动机进气过程中缸内气体流场、湍动能分布、O2浓度分布、放热率和燃烧排放物的影响规律,进行了采用与不采用内部EGR 8个工况的排放对比试验,验证了双峰排气凸轮方案对降低柴油机NOx排放的效果,为低成本改进柴油机的燃烧排放性能提供了参考。     

EGR对高压共轨柴油机小负荷工况燃烧过程及排放性能的影响

以某轻型车用高压共轨柴油机为样机,研究了在小负荷工况条件下,EGR率对柴油机排放、燃烧过程及燃油消耗的影响。试验结果表明:EGR减小了缸内最高燃烧压力及压力峰值,使压力升高率略有增加,降低了瞬时放热率与峰值,延长了燃烧持续期,降低了缸内温度峰值及平均温度。在小负荷工况,EGR可以同时有效改善NOx,HC及CO排放,当EGR阀全开,EGR率为42%时,NOx排放降低了38.7%,HC降低了39.6%,CO排放降低了21.3%;PM排放先随着EGR率增加而减小,EGR率超过某一值后,PM排放增加,整个PM排放曲线呈现"鱼钩"状变化趋势。EGR对小负荷工况燃油耗性能影响不大。     

CO2缸内喷射对直喷柴油机燃烧排放特性的影响

在一台单缸直喷柴油机上用CO2喷射来模拟EGR,研究了CO2缸内喷射始点和喷射量对直喷柴油机燃烧和排放的影响.结果表明:CO2喷射始点提前时,燃烧始点推迟,NOx排放降低.与外部EGR类似,增大缸内CO2喷射量,也可明显降低NOx排放;但是碳烟排放先增大后减小.     

不同稀释燃烧技术对GDI汽油机性能的影响

在发动机试验台上,对1.5 L四缸缸内直喷涡轮增压汽油机分别进行了过量空气稀释燃烧、EGR稀释燃烧与原机的经济性、排放特性对比试验研究。结果表明,过量空气稀释燃烧技术具有较大的缸内多变指数,同时可以采用更大的点火提前角,获得了最优的燃烧相位和经济性;EGR稀释的HC排放高于原机和过量空气稀释的燃烧;原机与EGR稀释的CO排放水平相当,而过量空气稀释燃烧处于较低水平;EGR稀释燃烧技术由于燃烧温度的降低与低氧氛围的因素使其NOx排放处于最低水平。为实际改善汽油机的经济性和排放特性提供理论依据。     

燃烧室形状对直喷式柴油机燃烧过程影响的仿真研究

利用CFD模拟软件Fire模拟研究了柴油机不同径深比的缩口形燃烧室对缸内混合气形成、燃烧过程和排放物形成的影响。研究结果表明:三维仿真模拟缸内压力和放热率曲线与试验值基本一致;SF5型燃烧室喷雾贯穿距长,喷雾碰壁早,燃油蒸气反弹使得喷雾分布不均匀,局部出现缺氧,炭烟排放较高;SF5型燃烧室缸内混合气混合良好,燃烧完全,缸内温度较高,NOx生成量大,可以采取推迟喷油的方式降低缸内燃烧温度,从而降低NOx排放。     

喷孔数调控活性分层对乙醇-柴油双燃料燃烧的影响

基于1台自然吸气的单缸柴油机,结合缸内三维燃烧仿真计算,研究了不同直喷正时、不同预混比例条件下,直喷喷油器的喷孔数对乙醇-柴油双燃料发动机燃烧和排放特性的影响。结果表明,优化直喷喷油器的喷孔数,能影响直喷柴油的缸内分布,调控乙醇-柴油双燃料发动机燃烧过程。减少喷孔数,可以有效降低缸内高活性柴油的分布区域,减少初始着火的位置,从而降低缸内最高燃烧压力和压力升高率,并且可以在炭烟排放保持较低水平的基础上,降低氮氧化物(NO_x)排放。随着乙醇预混比例的增大,喷孔数对燃烧和排放的影响先增大后减小。随着喷油提前角的增大,由于直喷燃油在缸内混合较为均匀,喷孔数的影响作用逐渐减小。     

压缩比和EGR率对预混压燃柴油机燃烧和排放的影响

利用CONVERGE软件研究不同压缩比和EGR率对预混压燃(PCCI)柴油机燃烧和排放的影响规律。在1 650 r/min转速50%负荷下,采用小喷油锥角和4次多脉冲预喷射喷油策略实现PCCI燃烧。结果表明,降低压缩比能够显著推迟缸内着火时刻,强化油气混合,同时降低NOx和干碳烟的排放,但油耗会提高;随着EGR率的增大,缸内着火延迟时间越长,燃烧爆发压力、缸内平均温度、瞬时放热率峰值和缸内压力升高率则相应降低,同时NOx排放下降,干碳烟排放升高,油耗升高。     

VNT和EGR耦合对柴油机性能及排放特性影响的试验研究

针对VNT-EGR技术在国六柴油机上的应用,研究了VNT与EGR耦合对柴油机经济性和排放特性的影响规律。通过VNT与EGR开度的正交试验,并结合喷油参数进行与柴油机的优化匹配。研究结果表明:VNT增压器与EGR同时工作时,EGR开度增加导致可利用的排气能量降低,增压器的效率向低效率区域移动,减小VNT开度可改善这一现象;相同EGR开度下,减小VNT开度可以提高柴油机的空燃比,在炭烟排放水平相同的条件下,可以实现更大的EGR率,进一步降低NO_x比排放,炭烟与NO_x的总体排放水平有所降低,燃油消耗率随VNT开度的减小呈先降低后升高的趋势,是泵气损失与缸内燃烧状况共同作用的结果;VNT与EGR开度的正交优化大幅度降低了NO_x比排放,烟度与油耗有所上升,但低速大负荷的经济性会有所改善,配合喷油参数优化,可以在满足NO_x原排的条件下,经济性最优。     

EGR 对甲醇-柴油组合燃烧柴油机燃烧和排放的影响

利用三维仿真软件AVLFire建立进气道喷射甲醇、缸内喷射柴油的模型,应用试验结果验证了模型的正确性。改变2200r／min,136N·m工况下的EGR率（0％,5％,15％,25％和35％）,分析了EGR对甲醇‐柴油组合燃烧发动机燃烧过程和排放的影响。结果表明：与EGR率为0相比,随着EGR率增加,甲醇‐柴油组合燃烧发动机着火延迟期先缩短后延长,缸内最高压力降低,EGR率为5％时,着火延迟期缩短2°曲轴转角;随着EGR率增加,放热率曲线由双峰分布向单峰分布转变,最高温度下降,高温持续时间缩短;随着EGR率增加,NOx排放降低,CO和炭烟排放上升,与EGR率为0时比,EGR率为15％时的NOx排放量降低了54％。     

EGR对柴油机TR燃烧系统性能影响的试验研究

重点研究冷却EGR对柴油机TR系统的燃烧和排放性能影响,并在一台4气门单缸135柴油机上进行试验研究。研究结果表明,EGR能有效降低NOx排放,但同时发动机的烟度排放有一定幅度的上升。     

基于负阀重叠EGR策略的HCNG发动机仿真

为降低HCNG发动机NOx排放,采用负阀重叠EGR策略,利用AVL-Fire软件对HCNG发动机不同进气门开启角(θIVO)下的进气过程和燃烧过程进行了三维仿真计算,对比分析了采用负阀重叠前后发动机缸内EGR分布和燃烧过程。仿真结果表明:负阀重叠EGR策略下,排气门关闭角(θEVC)固定为340°曲轴转角不变,当θIVO为380°曲轴转角时,既可避免发生回火又能保证一定的进气量及充气效率;采用负阀重叠后,在压缩冲程后期,缸内EGR率呈梯度分布(靠近火花塞位置EGR率较低),更有利于着火及火焰传播;采用负阀重叠可降低缸内最高燃烧压力及最高温度,但会减少进入气缸的新鲜工质,降低发动机功率;通过负阀重叠实现内部EGR可降低NOx排放,但会导致着火困难,燃烧速度变慢;提高点火能量可缩短着火落后期和燃烧持续期,加快燃烧速度。     

柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的仿真研究

采用GT-Power软件模拟分析了不同EGR率和喷油正时对柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的影响。研究表明:随着EGR率的增加,最高燃烧压力下降,缸内最高平均温度逐渐升高,燃烧相位后移,有效燃油消耗率增加,热效率降低,NO_x排放大幅度降低,炭烟排放、CO排放和THC排放都升高。在相同的EGR率下,随着喷油正时的延迟,最高燃烧压力和缸内平均燃烧温度降低,燃烧放热相位后移,燃油消耗率先减小后增加,热效率先升高后降低,NO_x排放降低,炭烟排放先升高后降低,CO排放和THC排放同时升高。通过调节EGR率和喷油正时可同时使NO_x排放和炭烟排放低于原机,但是会导致燃油消耗率和热效率大幅度恶化,且CO和THC排放升高。     

进气管内EGR分布的CFD模拟计算

对于采用EGR技术路线的多缸柴油机,EGR在各缸均匀分布可以确保燃烧质量,降低裸机排放。建立了某六缸国ⅣEGR柴油机进气管三维模型,采用一维和三维模拟软件相结合,对EGR在进气管内的分布进行了流动机理的模拟分析,评估了EGR各种导入方案以及进气管相关零部件结构设计对EGR和空气混合的影响。对模型进行了CFD稳态计算,研究了4种节气门位置对EGR和空气混合的影响。     

内外EGR和喷油压力对柴油机低温燃烧的影响

在1台装有电液可变气门的单缸柴油机上,通过改变内外EGR策略和喷油压力,对柴油机小负荷工况下低温燃烧的燃烧特性和排放特性进行了试验研究。内部EGR通过排气门两次开启实现,发动机转速和喷油量分别固定为1 500r/min和20mg/cycle。研究结果表明,通过高EGR率控制可以实现超低NOx排放,其中采用高喷油压力可以降低内部EGR的炭烟排放,而采用低喷油压力可以降低外部中冷EGR的HC和CO排放。在内外EGR耦合控制策略中,提高内部EGR比例可以降低HC和CO排放,但改善效果逐渐减弱,同时为了抑制炭烟排放,需要结合更高喷油压力,而提高外部中冷EGR比例可以获得较高热效率。     

高低压EGR对增压天然气发动机燃烧与排放的影响

通过台架试验对一台增压天然气发动机分别采用高压废气再循环(EGR)和高低压废气再循环系统时发动机的燃烧与排放特性进行了试验研究,并结合数值模拟方法对发动机的能量平衡进行了定量分析,探究不同EGR引入系统对天然气发动机经济性的影响.发动机台架试验结果表明:与高压EGR相比,发动机采用高低压EGR系统时,火焰发展期和快速燃烧期缩短,燃烧相位提前,缸内最高燃烧压力和最大瞬时放热率增加;HC和CO排放降低,NO x排放增加;燃气消耗率下降4.5％ ～9.3％.发动机能量平衡分析结果表明:发动机采用高低压EGR系统时摩擦损失增加,泵气损失、传热损失和排气能量损失减少,其中,排气能量损失的减少幅度最大.     

EGR对柴油-天然气双燃料发动机稀燃的影响

在一台由柴油机加装天然气供给系统改装而成的双燃料发动机上进行试验,分别研究了EGR率和过量空气系数(a)随喷油提前角变化对双燃料发动机的影响。结果表明:当EGR率为0时,a过大导致热效率降低。增大喷油提前角使着火提前,燃烧得以改善,最大压力升高率和最高燃烧压力提高,热值折合燃料消耗率降低。喷油提前角一定时,最大压力升高率、最高燃烧压力随EGR率的增大先升高后降低,热值折合燃料消耗率先降低后升高,EGR率为20%时热值折合燃料消耗率达到最低值。采用EGR技术能有效降低NOx排放,但HC,CO,CH4和炭烟排放随着EGR率的增大而增大;增大喷油提前角使缸内柴油预混燃烧比例增加,HC,CO,CH4和炭烟排放降低。因此,采用EGR时应适当增加喷油提前角。     

柴油机工况参数对离子电流影响的试验研究

在1台改装的4缸高压共轨柴油机上,结合自行开发的柴油机离子电流检测系统,研究了EGR率、转速、冷却水温度等工况参数对柴油机离子电流特性的影响.研究结果表明:柴油机离子电流的峰值和积分值随着EGR率和转速的增大而降低,并随着冷却水温度的升高而上升;不同工况参数下,离子电流相位CAI50总是滞后于燃烧相位CA50,同时离子电流相位CAI50和燃烧相位CA50的变化规律一致,证明了离子电流信号能够可靠地反映缸内的燃烧状态.     

车用柴油机冷EGR系统的试验研究

冷EGR技术不仅可以有效降低NOx排放，而且有助于减少因柴油机采用EGR引起的微粒排放量的增加。本文进行了车用柴油机冷EGR系统的试验，研究了冷EGR对柴油机排放性能的影响。并且，对冷EGR和喷油延迟这两种降低柴油机NOx排放措施进行比较。     

燃烧方式对氢内燃机燃烧和排放的影响研究北大核心

基于氢内燃机试验样机建立内燃机三维实体模型,耦合详细氢空气化学反应机理,运用Converge软件建立氢内燃机CFD仿真模型并进行验证,仿真分析了中高负荷下稀薄燃烧和当量燃烧两种燃烧方式下氢燃料内燃机的燃烧特性和NO_x排放规律。仿真结果表明:在氢气供给量相同的情况下,稀薄燃烧比当量燃烧速度更快,OH浓度更高,因而稀薄燃烧会得到更高的缸内压力,更有利于动力性的发挥;两种燃烧方式下的缸内最高平均温度较为接近,但当量燃烧方式下最高温度相位相对滞后,可以有效降低NO_x排放。采用EGR技术可以实现当量燃烧,但过大的EGR率也会带来内燃机动力性能下降。     

裂解气对稀燃甲醇发动机性能影响的仿真研究

基于甲醇发动机三维模型，通过CONVERGE仿真软件计算分析了EGR稀释和空气稀释下进气道喷射裂解气对甲醇发动机燃烧特性和排放特性的影响。结果表明：掺烧甲醇裂解气后，缸内混合气分布趋于均匀；同一稀释比下，甲醇裂解气掺烧对空气稀释下燃烧速率的提高要大于EGR稀释；相同裂解气掺烧比下，EGR稀释的CO排放和HC排放明显高于空气稀释，NO_x排放明显低于空气稀释，甲醇裂解气掺烧在空气稀释下对CO和NO_x排放的降低相对于EGR稀释更为明显，HC排放则相反；随着甲醇裂解气掺烧比的增大，EGR稀释下的最高综合指示热效率逐渐逼近空气稀释，在裂解气掺烧比达到30%时，两种稀释方式的最高综合指示热效率只相差2.6%。