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％。     

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。     

气门重叠角对HCNG发动机回火性能的影响

为研究某高压缩比HCNG发动机的回火特性,进行了发动机回火工况台架试验,结合试验数据,建立HCNG发动机三维仿真模型,对不同气门重叠角下的回火性能进行仿真计算。试验与仿真结果表明:压缩比越高,发动机越容易回火;其他条件不变,较小的点火提前角容易引起回火;原机气门重叠角较大,压缩比提高,导致进气口富氢新鲜充量受热,这是造成回火的重要原因;随着气门重叠角的减小,发动机功率以及最高燃烧压力降低,当气门重叠角为0°时,可有效避免回火。     

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。     

HCNG发动机的多维数值模拟研究

利用KIVA-3V程序平台,建立起适用于不同掺氢比HCNG发动机燃烧模拟的数值模型。通过试验缸压值和燃烧放热率与模拟结果的对比,验证了该模型可靠性。利用该模型研究了0、30%和55%这3种不同掺氢比HCNG发动机燃烧过程中的缸内温度分布状态。研究结果表明,掺氢可以降低点火延迟期,提高燃烧速度和燃烧稳定性;掺氢比越高,缸内最高燃烧温度越高,不利于氮氧化物排放;可以通过增加过量空气系数、降低燃烧温度来减少氮氧化物排放。     

外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI燃烧的影响

考察了外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI发动机燃烧的影响。试验结果表明:外部热EGR可以推迟HCCI燃烧的着火时刻,减缓放热速率,但对于高辛烷值燃料的HCCI燃烧,它对更高EGR率的兼容能力不强,需要提高进气温度来提高燃烧的稳定性;随着EGR率的增加,燃烧持续期延长,缸内温度和压力峰值均减小,指示热效率也随着减小;NOx排放随着EGR率的增加在经过一个"拐点"后始终维持在一个较低的水平,而CO和HC的排放随着EGR率的增加显著增加,燃烧恶化。     

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。     

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。     

电液驱动可变气门机构性能试验及应用

基于电液驱动可变气门机构,设计了负气门重叠配气策略,并研究了其对汽油压缩着火(GCI)燃烧性能的影响。通过研究电磁阀输入信号对气门正时的影响,发现气门正时随电磁阀输入信号线性变化,在此基础上设计了负气门重叠控制策略。进一步地,在发动机着火状态下,验证气门升程曲线的可重复性,结果表明排气门升程波动比进气门略大,其最大波动幅值为0.2 mm,最大标准差为0.056 mm,重复性较好,满足使用要求。同时,随着气门开启持续期的减小,气门升程出现小幅降低。在上述基础上,研究了进、排气门正时对GCI燃烧性能的影响,其中排气门关闭时刻对内部EGR率的改变影响较大,对GCI燃烧性能的影响占主导作用。     

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。     

气相射流点火天然气发动机的燃烧及排放特性

射流点火是实现稳定的稀薄燃烧,大幅度提升发动机热效率的有效技术途径。该文利用设计的一种射流点火器,对气相射流点火(GJI)的燃烧开展研究,揭示了主动式射流点火(射流室内有补充燃料)和被动式射流点火(射流室内无补充燃料)的燃烧和排放特性。结果表明:相比于被动式射流点火,主动式射流点火将过量空气系数拓展至2.0,热效率提升1.5%;进一步引入废气再循环(EGR)后,热效率提升至44.5%。主动式射流点火时,最高热效率点NOx排放较被动式射流点火下降低66%,THC及CO排放的增加使燃烧效率降低3%;引入EGR后,NOx进一步降低79%,燃烧效率保持稳定在96%。     

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。     

EGR柴油机瞬态性能优化研究

以降低瞬态过程烟度和NO_x排放为目标,在一台高压共轨电控重型柴油机上进行了EGR对柴油机恒转速增扭矩5s典型瞬态过程燃烧和排放性能影响的优化研究。结果表明:瞬态过程中固定EGR阀开度造成EGR率"超调"、烟度剧增;与"全程轨压"策略相比,"分段轨压"有利于改善小负荷工况的燃烧热氛围,提高瞬态起始负荷并耦合"分段轨压"可以有效降低瞬态过程烟度峰值;EGR阀的开闭对瞬态性能影响最大,瞬态过程1.5s关阀、4s开阀的策略可以实现较好的烟度和NO_x排放折中,消光烟度峰值为9.2%,NO_x峰值稍有增加但增幅不大。     

电控液压驱动可变气门机构的应用研究

在1台装备了自主开发的电控液压驱动可变气门机构的进气道喷射单缸试验发动机上,成功地实现了汽油机SI燃烧和可控自燃(CAI)燃烧。研究结果表明,采用自主研制的电液无凸轮轴气门机构能够实现可变气门定时及可变气门开启持续期;该机构在SI模式下能满足发动机的动力性要求且燃油经济性和CO,HC排放有所改善;通过排气门早关、进气门晚开策略,在转速为1 000 r/min、过量空气系数为1的工况下,进气门开启506~511°CA,排气门关闭242~278°CA气门正时范围内实现了CAI燃烧,CAI燃烧获得的最大平均有效压力可达0.395 MPa。     

点火时刻对甲醇发动机燃烧及非法规排放的影响

针对甲醇发动机低温冷起动困难,在1台由1130单缸柴油机改造而成的直喷火花点火甲醇发动机上,利用CFD模拟软件AVL-Fire耦合甲醇氧化反应机理,通过电热塞将进气温度加热到283K,研究了点火时刻对甲醇发动机低温(266K)冷起动燃烧及非法规排放的影响。结果表明:提前点火时刻能够使缸内混合气得到较充分燃烧,减少未燃甲醇排放,当点火时刻由8°BTDC提前到11°BTDC时未燃甲醇排放显著减少;提前点火时刻能够降低甲醛排放,当点火时刻提前到17°BTDC、缸内最高燃烧温度超过1 300K时,甲醛快速氧化,甲醛排放显著减少。     

基于 GT-Power 的天然气发动机爆震分析与研究

为了改善增压天然气发动机的燃烧状况、提高发动机的性能,对某发电用增压天然气发动机爆震现象进行研究。利用 GT‐Power 软件建立了增压天然气发动机整机仿真模型,通过模拟数据与试验数据的对比验证了模型的准确性,然后在仿真模型中利用自主建立的爆震预测模型对天然气发动机的性能和爆震现象进行了模拟计算,并对得到的数值结果进行分析。结果表明：随着压缩比的增加,发动机发生爆震的可能性增大,爆震开始时刻提前,爆震强度增大,燃气消耗率呈现先减小后增大的趋势,压缩比为13时,燃气消耗率最小;随着点火提前角的增加,发动机发生爆震的可能性增大,爆震开始时刻提前,爆震强度基本不变,燃气消耗率变化趋势是先减小后增大,当点火提前角为－21°时,燃气消耗率最小。