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。     

废气再循环对车用柴油机性能与排放的影响

为了降低车用柴油机的NOx排放，研究了不同工况下EGR率对柴油机性能的影响。试验结果表明，采用EGR可以有效地降低NOx排放。大负荷比小负荷效果显著，但微粒的排放有所增加。小负荷采用EGR时可以改善发动机的燃烧，微粒排放基本没有变化。空燃比是影响微粒排放的关键因素，小负荷宜采用大EGR率，大负荷时宜采用小EGR率，以求在控制NOx排放降低的同时，总的微粒排放不至增加过多。     

废气再循环对天然气发动机性能影响研究

利用1台增压中冷天然气发动机,在2 840 r/min,75%和50%负荷、过量空气系数a为1.1~1.3稀混合气条件下研究了EGR对天然气发动机性能影响。结果表明:不同负荷和a下,随着EGR增加,NOx排放迅速降低,与单纯采用空气稀释相比,稀混合气加EGR联合稀释的方式更具降低NOx排放的潜力,75%负荷、a=1.3发动机达到稳定运行界限时(循环变动系数为10%)NOx排放降低到0.3 g/(kW.h),而单纯采用空气稀释时只能降低到1.92 g/(kW.h);当EGR率小于10%时,随着EGR增加,HC和CO排放缓慢增加,有效热效率缓慢下降,当EGR率超过10%后,HC,CO排放增加和有效热效率下降的速度都加快。小负荷时产生的NOx排放较少,且达到相同NOx排放目标值时所需的EGR量也较少,但是会产生较高的HC和CO排放及较低的热效率。     

富氧下EGR对增压中冷CNG发动机性能的影响

为了解富氧下EGR的效果,选取最经济的过量空气系数1.1的工况,进行了不同EGR率下发动机燃烧、排放和燃料经济性的试验。结果表明:小负荷时低EGR率可促进燃烧,大负荷低EGR率时缸内燃烧压力、放热率峰值变化不大,当EGR率大于5%后,燃烧过程后移;随着EGR率的增加,CO基本保持不变,HC排放小负荷时呈上升趋势,大负荷时呈下降趋势,NOx排放量迅速减少,但燃料经济性也下降。     

EGR在柴油机中的研究应用

将微粒捕捉氧化系统和EGR系统相结合 ,提出一种将EGR应用于柴油机的可行方法 ,并测录了NOx ,CO ,HC排放随EGR率的变化及EGR率对发动机性能的影响。试验表明发动机处于中小负荷工况时 ,采用EGR的效果很显著 ;当EGR率为 30 %左右时 ,发动机的排放及综合性能较好 ;发动机在大负荷工况时 ,不宜采用EGR。     

EGR对轻型柴油机超细颗粒排放的影响

基于1台匹配废气再循环(EGR)系统的轻型柴油机,在中低负荷下研究了EGR对发动机超细颗粒排放的影响.研究发现:各工况下,随EGR率的增大,颗粒排放中核模态颗粒数量浓度在各粒径下有所减少,核模态颗粒排放数量速率和质量速率有减少趋势,且在最大扭矩转速的低负荷工况更加明显;积聚态颗粒数量浓度在各粒径下都增加,积聚态颗粒排放数量和质量速率也都增加,且中负荷时更加明显,而积聚态颗粒数量浓度峰值粒径基本没有改变.随EGR率的增大,总的超细颗粒排放数量速率在最大扭矩转速的低负荷工况减小,而其他工况都明显增加.由于积聚态颗粒总质量浓度占超细颗粒总质量浓度比例达99%,所以超细颗粒排放质量速率也都增加,几何平均粒径也都明显增大.在低负荷较低EGR率和中负荷较大EGR率时,过高的喷油压力都将使超细颗粒排放数量速率增加.     

基于一维/三维模型耦合的富氧燃烧天然气发动机数值模拟

以某1.0L3缸汽油机为基础,利用GT-Power与Converge建立了天然气发动机耦合仿真模型,并利用原机试验数据对模型进行了验证,研究了进气富氧与EGR对天然气发动机性能的影响特性,对利用进气富氧与EGR改善天然气发动机的性能进行了探讨。结果表明,随进气氧气体积分数提高,天然气发动机平均有效压力显著提高,最大可提高22.8%(氧体积分数为28%时);同时缸内温度和NOx排放升高,排气与传热的能量损失增加,燃气消耗率略有升高。加入EGR可以降低富氧燃烧下天然气发动机燃气消耗率,随着EGR率增加,燃气消耗率主要呈先减小后增加趋势;且随进气氧浓度提高,各浓度下最低燃气消耗率对应的EGR率逐渐提高;NOx排放随EGR率增加而逐渐降低,在进气氧体积分数为23%,25%,27%,29%时,EGR率分别为10%,15%,20%,25%即可将NOx排放降到原机水平;利用进气富氧与EGR可以有效地改善天然气发动机动力不足与NOx排放高的状况。     

EGR增压柴油机的燃烧及排放特性研究

在1台增压中冷柴油机上,采用从涡轮前取气回流到压气机后的高压EGR系统,研究了恒定转速不同负荷下发动机的燃烧和排放特性。在同一工况下,随着EGR率增加,压缩终了混合气温度升高,着火延迟期缩短,燃气压力和温度下降,燃烧持续期延长。分析了柴油机燃烧过程及排放污染物的形成机理。研究发现,当发动机负荷由大变小时,随着EGR率增加,CO的形成因受温度控制增幅越来越大,HC受着火延迟期和供氧的影响增幅越来越小,NO_x的降幅几乎随EGR率呈线性变化,而排气烟度则呈二阶多项式趋势的恶化。     

车用柴油机EGR瞬态响应特性

应用自行开发的柴油机瞬态测试系统和电控EGR系统进行了EGR瞬态响应特性研究。结果表明:瞬态工况下由于EGR压差的增加和进气量的减小造成EGR率大幅度超调,增加幅值随瞬变率增加而增加;EGR本身会造成柴油机排气烟度增加,瞬态工况下EGR率的超调更加剧了这种恶化;与稳态工况相比,1600 r/min、5 s增负荷工况EGR率最大超调幅度达到43%,排气烟度增加6倍;2000 r/min增负荷工况EGR瞬态响应特性具有大致相同的规律。在发动机瞬变过程中需要制定相应的EGR瞬态控制策略,以降低瞬态排气烟度。     

基于Atkinson循环的混合动力汽车用发动机探讨

Atkinson循环发动机在低速小负荷时性能较差,但混合动力汽车在低速小负荷时采用电动机驱动避开其性能不好的工况范围,使其在中间负荷区域充分发挥优势。Atkinson循环利用进气门晚关控制负荷,减少了泵气损失和压缩功,可以更大程度地将热能转换为机械能,提高发动机热效率,从而降低燃油消耗;实际压缩比的降低使缸内燃烧温度降低,有利于改善NOX排放。采用Atkinson循环能提高整车的燃油经济性和排放性能。     

基于液压驱动气门的柴油机性能优化研究

在某柴油机上将传统凸轮驱动气门机构改进设计为液压驱动气门机构,利用仿真软件GT-Power建立液压驱动气门柴油机模型,分析进气滞后角、排气提前角和气门重叠角对柴油机动力性的影响,然后以扭矩最大为目标对配气正时进行联合仿真优化,最后对比两种内部EGR实现方法在不同负荷下的EGR率和对NOx排放量的改善效果。研究结果表明,在外特性下,液压驱动气门柴油机在中低转速时的动力性和经济性有了明显改善,扭矩比原机提高了5.6%,燃油消耗率降低了5.1%;但由于液压气门响应滞后,随着转速的升高,改善效果逐渐降低。在转速2 000r/min时,排气门晚关比排气门早关可以获得更大的EGR率,NOx排放量降幅也比排气门早关的大,在50%负荷时,NOx排放量降幅最大为23.8%。     

发动机燃用生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的性能试验

为了降低柴油机燃用中等比例生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放,在1 400r/min和2 000r/min不同负荷条件下,首先对比分析了发动机燃用生物柴油-柴油混合燃料与纯柴油的性能差异,然后在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别掺混10%和20%(体积比)的无水乙醇,测定了乙醇掺混比对发动机经济性、动力性和排放特性的影响。结果表明:与纯柴油相比,生物柴油-柴油混合燃料的有效燃油消耗率上升,动力性略有下降,炭烟排放降低,而NO_x排放升高。随着乙醇掺混比的增大,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的有效燃油消耗率升高,小负荷时受乙醇汽化潜热的影响导致有效热效率下降,中等负荷时乙醇对有效热效率的影响不大,而大负荷时乙醇的高含氧量能够提高发动机的有效热效率。1 400r/min和2 000r/min全负荷条件下,发动机的最大功率随乙醇掺混比的增大而下降。在不同负荷条件下,随着生物柴油-柴油-乙醇混合燃料中乙醇掺混比的增大,发动机的炭烟、NO_x和CO排放逐渐降低,小负荷时乙醇的高汽化潜热导致HC排放明显升高。     

EGR回路喷甲醇在柴油机上的应用研究

在YC6A220C柴油机上进行了进气道喷甲醇结合EGR的试验研究,在保持原柴油机动力性基本不变的基础上,研究了在不同负荷下,选用不同的EGR率和不同甲醇消耗率对原机的动力性、经济性、NOx和炭烟排放的影响。研究结果表明:单纯地使用EGR对于降低NOx效果比较明显,但是难以同时降低炭烟的排放,尤其当EGR率超过30%时,随着EGR率或者负荷的增加炭烟也急剧增加。向回路喷入适量甲醇后,不但可以保证NOx排放减少,而且炭烟排放也可以大幅度降低。在1 500r/min(最大扭矩转速)下,在EGR率为20%~35%,甲醇消耗率为50~70g/(kW·h)范围内,可以同时降低NOx和炭烟排放。发动机的动力性和燃油消耗略有降低,排放水平均低于燃用0号柴油。     

进气门晚关机构对高增压柴油机排放与热效率的影响

以某重型柴油机为研究对象,在低速中等负荷工况,通过对比进气门晚关机构开闭两种状态对两级增压系统匹配关系的影响,分析其对柴油机排放和热效率的影响。研究表明,喷油定时(上止点后-2.5°~8.5°)和EGR率(0%~21%)恒定时,使用进气门晚关(IVCA)机构后HC排放降低,有效热效率下降。当喷油定时不变,BNOxdif与BCOdif随着EGR率的增加而减少;当EGR率保持恒定时,随着喷油定时增加,BCOdif呈现先增加后减小的趋势,拐点在4.5°~6.5°(ATDC)之间;同时,开启IVCA机构后,EGR率在15.29%~21.16%,喷油定时在-2.5°~8.5°(ATDC)范围内,Bsootdif均小于0。在保证喷油定时恒定时,EGR率越大,Bsootdif越小。当量比在0.42~0.52范围内,保持喷油策略不变,使用IVCA机构致使进气流量减少,若当量比在原状态的基础上增加超过0.07,即可克服由于流量减少导致柴油机缸内平均温度和燃烧持续期增加对NOx生成的负面影响。     

汽油机掺醇燃烧甲醛排放及后处理适应性研究

进行了电喷汽油机燃用汽油和多种不同掺混比例甲醇汽油的试验研究,使用傅里叶红外光谱仪(FTIR)测量了普通三元催化器前后的甲醛排放。试验结果表明:甲醛排放量随掺醇比例、转速的增加而增大,随扭矩的增加先减少后增加;三元催化器对甲醛排放的催化转化效率随着掺醇比例的增加而减小;燃用M30以下低比例甲醇汽油时,催化器对甲醛排放的催化转化效率在多数工况都能达到85%以上,受工况影响并不明显;燃用M50以上中高比例甲醇汽油时催化器对甲醛排放的催化转化效率受工况影响较大,随着发动机转速、扭矩的增加而增加,在低转速低负荷下催化效率下降明显。     

M15甲醇柴油的燃烧过程及循环变动分析

通过增压中冷柴油机燃用M15甲醇柴油混合燃料的台架试验,研究了外部EGR对柴油机燃烧过程及循环变动的影响。结果表明:与燃用0号柴油比,原机燃用M15甲醇柴油工作柔和,循环波动小。低转速低负荷时宜采用小EGR率,滞燃期短,放热重心基本不变,循环波动小;中等负荷时可采用大EGR率,随着EGR率的增大,滞燃期延长,放热重心推后,最大燃烧压力循环变动率稍有上升,平均指示压力和最大压力升高率波动大幅降低。经相关性分析,低转速中低负荷下,滞燃期对循环波动影响较小,放热重心与最大压力升高率有着很好的线性关系。     

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。