Adaptation Strategy for Exhaust Gas Recirculation and Common Rail Pressure to Improve Transient Torque Response in Diesel Engines

Fuel injection limitation algorithms are widely used to reduce particulate matter (PM) emissions under transient states in diesel engines. However, the limited injection quantity leads to a decrease in the engine torque response under transient states. To overcome this issue, this study proposes an adaptation strategy for exhaust gas recirculation (EGR) and common rail pressure combined with a fuel injection limitation algorithm. The proposed control algorithm consists of three parts: fuel injection limitation, EGR adaptation, and rail pressure adaptation. The fuel injection quantity is limited by adjusting the exhaust burned gas rate, which is predicted based on various intake air states like air mass flow and EGR mass flow. The control algorithm for EGR and rail pressure was designed to manipulate the set-points of the EGR and rail pressure when the fuel injection limitation is activated. The EGR controller decreases the EGR gas flow rate to rapidly supply fresh air under transient states. The rail pressure controller increases the rail pressure set-point to generate a well-mixed air-fuel mixture, resulting in an enhancement in engine torque under transient states. The proposed adaptation strategy was validated through engine experiments. These experiments showed that PM emissions were reduced by up to 11.2 %, and the engine torque was enhanced by 5.4 % under transient states compared to the injection limitation strategy without adaptation.     

基于喷油提前角一EGR阀开度联合标定的欧Ⅳ柴油机试验研究

以某4缸、增压直喷柴油机为样机,利用专业试验台架,对样机的喷油提前角和EGR阀开度进行了不同工况下的标定,使样机的排放指标达到欧Ⅳ排放标准.验证了喷油提前角和EGR系统对柴油机排放的影响,找到了使发动机排放达到最理想状态时的最佳喷油提前角和EGR阀开度.     

EGR阀升程规律对重型柴油机瞬态工况排放特性的影响

基于1台配备废气再循环系统(EGR)的重型柴油机,试验研究了瞬态工况下EGR阀升程规律对重型柴油机排放特性的影响。针对恒转速变扭矩与恒扭矩变转速过渡工况设计了5种EGR阀升程规律,根据升程走势可分为3种类型:线性升程,上凸型升程以及下凹型升程。结果表明:瞬变过程中,初始EGR阀开度变化速率对NO_x生成影响巨大,NO与NO_x排放规律基本吻合,EGR阀升程规律对NO_2排放影响甚微。不同EGR阀升程规律下烟度变化规律相同,呈先增后减的趋势,但峰值明显不同。EGR阀升程规律对燃油经济性影响不大。     

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。     

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%。     

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。     

采用电控直列泵+冷却EGR技术的国Ⅲ柴油机排放性能的研究

研究了采用电控直列泵+冷却EGR技术的国Ⅲ柴油机强制关闭EGR阀对ESC、ETC和ELR循环排放的影响.分析了在调整喷油提前角后的ESC循环试验结果.比较了满足国Ⅲ排放法规的直列泵、电控单体泵和高压共轨3种技术的ESC循环的油耗率.研究结果表明,国Ⅲ柴油机在关闭EGR阀后NO_x大幅上升,超过了法规限值;虽通过调整喷油提前角可达到国Ⅲ排放的要求,但油耗率上升,动力性下降;与其它技术相比,采用电控直列泵+冷却EGR技术时国Ⅲ柴油机ESC循环油耗率最低.     

EGR对车用柴油机性能影响的试验研究

结合某废气涡轮增压和高压共轨小型4缸柴油机国Ⅳ排放达标工作,进行了计算机在线实时控制EGR对柴油机性能影响的试验研究,通过试验分析了EGR对NOx、烟度、排气温度、燃油消耗率的影响规律,并对EGR率与喷油提前角的匹配作了进一步的研究。结果表明,为降低柴油机NOx排放,不同工况应采取不同的EGR率;烟度、排气温度、燃油消耗率均随着EGR率的增加而增大;EGR率和喷油提前角应实现良好的匹配,才能保证NOx排放和燃油消耗率都能达到要求,其中小EGR率匹配小喷油提前角,大EGR率匹配大喷油提前角。     

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。     

单缸EGR发动机压缩比优化及涡轮增压器匹配研究

在1台气道喷射单缸EGR发动机上,独立控制EGR缸喷油及点火,实现燃料改质,研究了不同压缩比对发动机性能的影响,此外还匹配了不同涡轮增压器,用于改善外特性扭矩。试验结果表明:单缸EGR能有效改善发动机的燃油经济性,NOx和CO排放性能均所改善,但THC排放恶化,动力性能下降;提高压缩比能有效提高发动机的热效率,降低燃油消耗,但过高压缩比使发动机爆震倾向严重,限制发动机外特性扭矩;通过匹配小涡轮增压器低速扭矩有所改善。     

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。     

排气道EGR策略对CAI燃烧过程影响的模拟研究

通过一维流体动力学软件GT-Power与化学动力学软件CHEMKIN联合模拟发动机循环,建立乙醇燃料排气道EGR模型,研究了发动机CAI燃烧的控制因素。分析了排气道EGR策略中的排气门晚关、进气门晚开和进气门开启时刻与排气门关闭时刻同时变化3种配气定时方案对EGR率的影响。由模拟计算可知排气道EGR策略对发动机缸内的换气过程、燃烧过程有强烈的影响。模拟结果表明:随着排气门逐渐晚关,EGR率增大,进气门关闭时刻缸内温度升高;进气门晚开策略中,EGR率受进气回流的影响较大;排气门晚关、进气门晚开同时变化策略扩大了CAI燃烧的EGR率范围;适当的EGR率有利于CAI燃烧的实现,EGR率过低或过高将导致失火和爆震,在不同的转速下EGR率的分布也不相同。     

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。     

负荷控制方式对甲醇发动机性能影响的试验研究

在1台2L柴油机改装的点火式甲醇发动机上分别采用节气门、节气门联合EGR以及单纯EGR的方式来控制发动机负荷,试验负荷选择了全负荷的50%和75%,过量空气系数保持在1附近,调整点火角,进行动力性和排放性试验。研究发现:两种负荷下都是采用节气门联合EGR控制负荷时发动机的动力性和经济性最好;两种负荷下的HC排放随控制方式的不同而不同,但均为节气门控制负荷时HC排放最低;两种负荷下的CO排放随控制方式的不同而不同,但都是节气门控制负荷时CO排放最高;两种负荷下的NOx排放规律相似,均为节气门开度越大,NOx排放越低。     

Effects of split injection,oxygen enriched air and heavy EGR on soot emissions in a diesel engine

The effects of split injection, oxygen enriched air, and heavy exhaust gas recirculation (EGR) on soot emissions in a direct injection diesel engine were studied using the KIVA-3V code. When split injection is applied, the second injection of fuel into a cylinder results in two separate stoichiometric zones, which helps soot oxidation. As a result, soot emissions are decreased. When oxygen enriched air is applied together with split injection, a higher concentration of oxygen causes higher temperatures in the cylinder. The increase in temperature promotes the growth reaction of acetylene with soot. However, it does not improve acetylene formation during the second injection of fuel. As more acetylene is consumed in the growth reaction with soot, the concentration of acetylene in the cylinder is decreased, which leads to a decrease in soot formation and thus soot emissions. A combination of split injection, a high concentration of oxygen, and a high EGR ratio shows the best results in terms of diesel emissions. In this paper, the split injection scheme of 75.8.25, in which 75% of total fuel is injected in the first pulse, followed by 8°CA of dwell time, and 25% of fuel is injected in the second pulse, with an oxygen concentration of 23% in volume and an EGR ratio of 30% shows a 45% reduction in soot emissions, with the same NOx emissions as in single injection.     

Reduction of engine emissions via a real-time engine combustion control with an egr rate estimation model

Vehicle emissions regulations are becoming increasingly severe and remain a principal issue for vehicle manufacturers. Since, WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures) and RDE (real driving emission) regulations have been recently introduced, the engine operating conditions have been rapidly changed during the emission tests. Significantly more emissions are emitted during transient operation conditions compared to those at steady state operation conditions. For a diesel engine, combustion control is one of the most effective approaches to reduce engine exhaust emissions, particularly during the transient operation. The concern of this paper is about reducing emissions using a closed loop combustion control system which includes a EGR rate estimation model. The combustion control system calculates the angular position where 50 % of the injected fuel mass is burned (MFB50) using in-cylinder pressure for every cycle. In addition, the fuel injection timing is changed to make current MFB50 follow the target values. The EGR rate can be estimated by using trapped air mass and in-cylinder pressure when the intake valves are closed. When the EGR rate is different from the normal steady conditions, the target of MFB50 and the fuel injection timing are changed. The accuracy of the model is verified through engine tests, as well as the effect of combustion control. The peaks in NO level was decreased during transient conditions after adoption of the EGR model-based closed loop combustion control system.     

电喷摩托车的动态工况波形测试（1）

电喷摩托车的喷油脉宽并非恒定不变,本文测试的只是原地运转无负载情况下的优客摩托车喷油脉宽,实际工作时,喷油脉宽还受发动机温度、进气温度、发动机节气门开度和转速（负载变化）、蓄电池电压等多方面因素的影响。在闭环控制状态下,除了这些因素外,氧传感器的反馈电压信号也是影响喷油脉宽控制的因素。同样,点火提前角和点火线圈一次侧导通角的控制也受以上因素的影响。     

基于进气流量的电控柴油机EGR系统控制策略研究

针对现代电控柴油机废气再循环系统的功能和作用,对EGR系统的控制策略进行了分析,设计了基于实现发动机理论进气需求量为控制目的,对EGR阀和TVA阀进行联合控制的策略。通过MATLAB/Sim-ulink软件平台编写了EGR和TVA联合控制策略,并使用Targetlink工具生成C代码且集成到试验ECU。在发动机试验台架上,对控制系统中的基本MAP图进行标定并对EGR系统的控制功能进行了验证。台架试验结果表明,该控制策略通过对EGR和TVA的联合控制,可以实现对柴油机各工况下新鲜进气量的快速准确控制,控制效果满足预期要求。     

基于EGR分层的直喷汽油机进气道结构优化研究

为了实现废气围绕在可燃混合气周围,并且废气较浓区域集中于燃烧室底部的EGR分层形式,基于1台缸内直喷汽油机,利用CFD仿真软件Fire针对原机切向气道结构以及切向气道与螺旋气道相结合的气道形式进行了仿真,探究其实现预期EGR分层的潜力,并从缸内进气流场角度分析EGR分层机理。结果表明:原机切向气道由于滚流在压缩冲程中被大幅削弱,不能形成研究预期的EGR分层形式;采用切向气道与螺旋气道相结合的进气道结构形式可以使滚流在压缩冲程中具有较好的保持性,并结合EGR相位调整,实现了约10%的EGR分层梯度,EGR分层形式符合研究预期。     

电磁驱动配气机构单缸汽油机的电控系统开发

为应用电磁驱动配气机构的单缸汽油机设计了基于DSP(TMS320F2812)的电控系统,此电控系统除常规的喷油、点火等控制功能外,还可通过调节进、排气门控制参数(气门开启时刻、关闭时刻以及气门升程)直接调节进气量,进而实现发动机不同工况下的稳定运转。完成了初步的运行试验,验证了电控系统的可行性,为进一步应用电磁驱动配气机构提高发动机性能的研究打下了基础。