低压废气再循环对阿特金森汽油机性能影响的试验研究

基于一台带有低压废气再循环（LP-EGR）系统的2.0 L自然吸气阿特金森（Atkinson）汽油机开展了不同废气再循环（EGR）率以及EGR与可变气门正时（VVT）耦合对发动机性能影响的试验研究。结果表明：LP-EGR可以抑制爆震，降低泵气损失，提高汽油机热效率，并减少NOx排放；在该发动机最高热效率点，设置27%的EGR率可使有效燃油消耗率改善7.4%；在中负荷工况点，随着EGR率的提高，燃烧稳定性逐渐变差，有效燃油消耗率先变好后变差；在外特性工况点，通入再循环废气导致充气效率下降，动力性下降。此外，研究发现，VVT与EGR对阿特金森汽油机燃油消耗率的影响存在耦合效应。     

凸轮轴调节装置对汽油机节能和环保的贡献(上)

汽油机燃油经济性不及柴油机的原因之一是,汽油机在部分负荷工况下通过节气门调节负荷,使得进气管内的压力降低,增加了发动机的泵气损失,而柴油机没有节气;原因之二是,汽油机的过量空气系数比柴油机小,使得热效率降低。因此,除了提高发动机负荷率以外,近年来国外汽车发动机行业还花费了大量的人力物力研究和开发汽油机减少泵气损失的技术和稀薄燃烧技术。笔者将以减少汽油机泵气损失为中     

理论空燃比下废气再循环率对汽油机性能的影响

为了提高某增压汽油机的性能,将其压缩比提高到11.5,并加装一套EGR循环系统。通过台架试验,在低速小负荷和中速中负荷工况下,研究了理论空燃比下废气再循环率对改造后汽油机性能的影响。结果表明:当EGR率小于20%时,采用合适的EGR率配合优化的点火时刻,可以使该发动机燃烧稳定,在保证发动机动力性的同时,指示热效率随着EGR率的增加不断升高;与无EGR时相比,EGR率为20%时,有效燃油消耗率在低速小负荷工况下降低了约4.5%,中速中负荷工况下降低了9.7%;随着EGR率的增加,THC排放增加,而NOx排放显著降低,CO排放在低速小负荷时出现上下波动的现象,而在中速中负荷工况时,随着EGR率的增加不断降低。     

米勒循环和低压EGR对混动专用发动机性能影响的研究

基于一台奥托循环增压发动机,通过采用高压缩比、进气门早关型线和高滚流进气道,再引入低压EGR,将其改造为混动专用发动机。通过试验研究米勒循环和低压EGR对混动专用发动机燃烧特性和经济性的影响。研究结果表明,在3200r/min的不同负荷工况点,与奥托循环相比,米勒循环点火提前角增大,且随负荷的增加,点火提前角的增幅先增加后减小;CA50减小至8°左右,燃烧持续期增大,排气温度增加;泵气损失减小,且随负荷的增加,降幅先增加后减小;米勒循环泵气损失的降低和CA50的减小使燃油消耗率降低了6.8%～11%,且将高效区域拓宽至全运行区的60%。在米勒循环发动机高效区工况引入低压EGR,随EGR率的增大,点火提前,CA50减小,燃烧持续期延长;EGR抑制爆震的作用使燃烧改善效果明显,在中负荷和大负荷工况获得的燃油消耗率最大降幅分别为5.6%和15.9%。     

EGR稀释的高膨胀比汽油机研究综述

高膨胀比汽油机作为降低汽油机油耗的技术方向之一,其可通过VCR或VVT技术实现阿特金森/米勒循环,在提高发动机热效率方面效果显著。但VCR技术应用尚不成熟,LIVC则存在进气回流、燃烧与排放控制方面的问题。同时总结了EGR与高膨胀比循环相结合优化汽油机工作过程的研究成果,并论述了EGR在汽油机节能减排方面的最新进展,提出了基于EGR稀释的高膨胀比汽油机高效清洁燃烧的技术路线。     

汽油/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及超细微粒排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料的燃烧和排放特性进行试验研究,分析不同汽油掺入比例对发动机的燃烧过程和微粒排放粒度分布的影响规律。结果表明,燃用汽油/柴油混合燃料改善了燃料的挥发性,有助于加快油气混合,增大预混合燃烧量,显著降低排气烟度,但会导致NO_x排放增加,在较大负荷工况下更为明显。引入适当的废气再循环,可同时降低NO、和微粒排放。随汽油掺入比例的增加,燃烧持续期缩短,有利于改善燃烧定容性,配合EGR、喷油参数等燃烧边界条件的控制,合理匹配燃烧相位,有利于提高发动机热效率。但过大的汽油掺入比例易导致燃料着火性变差,滞燃期延长,燃烧相位过于推迟,热效率有所降低。燃用汽油/柴油混合燃料时,微粒数量浓度分布曲线中核态微粒与积聚态微粒数量浓度峰值均向小粒径方向移动。随着负荷的增加,预混合燃烧量减少,汽油掺入比例对微粒排放浓度的影响加大。在中等负荷工况下,汽油掺入比例在40%以上的混合燃料能够有效降低积聚态微粒数量浓度。     

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.     

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。     

高负荷下应用米勒循环提升高压比汽油机热效率机理研究

对高负荷工况下应用进气阀早关(EIVC)或者迟关(LIVC)技术实现的米勒循环进行仿真计算,基于热力学第一定律比较分析两者改善高压缩比增压直喷汽油机热效率的机理。结果表明:几何压缩比的增加提高了发动机的理论热效率,但由于高负荷时的爆震限制使油耗恶化了1.9%;米勒循环的应用可以有效降低爆震倾向,与原发动机相比,采用EIVC与LIVC策略燃油经济性的分别提升2.4%和3.0%;对比分析EIVC与LIVC对汽油机热效率的影响发现,LIVC策略能使燃烧相位更加优化、缸内燃烧更为充分,使得其燃油改善效果好于EIVC策略。     

通过高压直接喷射实现高效率和低氮氧化物排放的氢燃烧方式

氢可以从各种再生能源中产生,因此预计,氢将会在社会长期能源需求中起到重要作用。传统氢发动机存在的一些缺点是:冷却损失较高导致热效率较低,以及不正常燃烧(回火、早燃、燃烧速度较快)限制了大负荷运行。氢燃料直接喷射是克服这些缺点的一种有效办法,但是要实现高效率和低氮氧化物(NOx)排放的燃烧方法还需要进行更详细的研究。采用一种试验性氢高压喷射器(最大喷射压力30 MPa)对高效率和低NOx排放的氢燃烧进行了研究。采用1台2.2 L 4缸涡流形燃烧室柴油机进行试验,氢喷射器安装在气缸中心,火花塞安装在预热塞位置。为了能向1个气缸提供氢气,对这台发动机进行了改装。通过控制喷油定时和点火定时研究了氢气的均相和分层燃烧。另外,还研究了联合使用火花点火的扩散燃烧(即火花点燃辅助扩散燃烧)。结果显示,采用高压直喷的分层扩散燃烧与传统的均相燃烧相比,指示热效率提高了约3%。热效率提高的原因是:(1)分层扩散燃烧改善了冷却损失与等容度之间的折衷关系;(2)接近上止点喷射的压力恢复效应十分有利于热效率的提高;(3)在废气再循环(EGR)与扩散燃烧相结合的情况下,能使EGR更为有效。通过抑制喷束的贯穿度以减少较多的冷却损失,使这台小型发动机达到了52%的优良指示热效率,并通过计算流体动力学和可视化缸内燃烧研究得到了证实。另外,还获得了一些有价值的认识:EGR除湿能增加工作气体的比热比,并能在降低NOx的同时提高热效率。     

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。     

废气再循环对高比例甲醇双燃料柴油机燃烧过程的影响

在4B26增压柴油机上,以进气管电控喷射的方式掺入甲醇,实现甲醇/柴油双燃料的燃烧。采用废气再循环技术拓宽高比例甲醇双燃料柴油机的工况范围,研究EGR对燃烧过程的影响规律。结果表明:适当的EGR率可以显著降低燃烧初期时的燃烧反应速度和加速度,缸内燃烧压力振荡明显减弱。随着EGR率的增加,甲醇/柴油预混合燃烧量减少,滞燃期缩短,燃烧持续期延长,燃烧最高温度降低;原甲醇/柴油双燃料燃烧放热以预混放热为主;引入EGR后,预混放热量减少,扩散放热量增加。随着EGR率的增加,放热率峰值降低;在相同工况下,保持掺混48%甲醇不变时,甲醇/柴油双燃料发动机的指示热效率随EGR率的增加而降低。     

汽油／柴油混合燃料对压燃式发动机预混燃烧及排放的影响EI北大核心CSCD

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料的预混合燃烧特性进行了试验研究,分析了汽油掺入比例、EGR以及喷油参数对发动机燃烧过程和排放的影响规律。结果表明:汽油/柴油混合燃料可有效延长燃烧过程的滞燃期,缩短燃烧持续期,有利于增大预混合燃烧量;提高汽油掺入比例,可有效拓展发动机实现预混压燃的负荷范围,能够在不引起NO_x增加的前提下显著降低排气烟度。采用汽油/柴油混合燃料配合EGR技术有利于同时降低NO_x及排气烟度,随着EGR的引入,NO_x排放呈线性下降趋势,且在低进气氧浓度条件下可实现较好的烟度排放。大负荷工况下,利用EGR和两段喷射协同控制策略,并合理匹配预喷参数,可在不降低热效率的情况下,进一步改善发动机的排放特性。     

汽油/柴油混合燃料对压燃式发动机预混燃烧及排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料的预混合燃烧特性进行了试验研究,分析了汽油掺入比例、EGR以及喷油参数对发动机燃烧过程和排放的影响规律。结果表明:汽油/柴油混合燃料可有效延长燃烧过程的滞燃期,缩短燃烧持续期,有利于增大预混合燃烧量;提高汽油掺入比例,可有效拓展发动机实现预混压燃的负荷范围,能够在不引起NO_x增加的前提下显著降低排气烟度。采用汽油/柴油混合燃料配合EGR技术有利于同时降低NO_x及排气烟度,随着EGR的引入,NO_x排放呈线性下降趋势,且在低进气氧浓度条件下可实现较好的烟度排放。大负荷工况下,利用EGR和两段喷射协同控制策略,并合理匹配预喷参数,可在不降低热效率的情况下,进一步改善发动机的排放特性。     

电子增压器对增压米勒循环汽油机性能影响的试验研究

为提高发动机有效热效率和动力响应性,在一台三缸增压米勒循环汽油机上,研究了电子增压器对发动机经济性和动力响应性的影响。结果表明:经济性方面,电子增压器能显著提高发动机低转速大负荷时的低压废气再循环引入能力,发动机在2 000 r/min、平均有效压力为1.4 MPa时低压最大EGR率从15%提升到25%,实现了39.5%的有效热效率。从能量平衡角度分析,热效率提升的主要因素是传热损失、排气损失和未燃HC损失的减少。动力响应性方面,发动机在1 500 r/min时,电子增压器的接入显著提高了发动机增压阶段的压力升高率,瞬态响应时间缩短了58%;同时,电子增压器起到发动机功率放大器的作用,消耗3 kW的电耗使发动机功率增加12 kW。     

涡流比对非单坡屋顶型燃烧室发动机燃烧性能的影响

鉴于在中型发动机市场对柴油机排气后处理的费用较为敏感,计划将John Deere 4045柴油机转换成具有较高EGR水平的汽油机。这一转换出现了一些轻型汽油机中从未遇见过的挑战,因为扁平式气缸盖中需要适应柴油机的气道,所以不能产生最佳的缸内紊流。随着气缸尺寸的增加,还容易发生爆燃和不完全燃烧现象。另外,用于减少爆燃的高度稀燃措施会使燃烧速率减缓。为了提高燃烧速率,采用不同的涡流水平进行了试验研究。用1种能实现不同气道遮蔽度的四气门缸盖进行的试验表明,提高涡流比可以缩短燃烧持续时间,但是,为了达到要求的涡流比,所需要的泵气功会相应增加。采用两气门缸盖可以克服四气门缸盖气道遮蔽时中出现的喘气问题。两气门缸盖采用低涡流气道设计可产生类似的涡流比,而采用高涡流气道设计时产生的涡流比是低涡流气道的2倍。试验结果阐明了1种涡流比与传热之间的折衷办法。虽然高涡流气道能稍微提高EGR的裕度和燃烧速率,但会使传热和泵气功显著增加,从而导致总效率下降。存在1个最佳的涡流比,可以通过改善燃烧速率和EGR裕度来克服泵气功和传热损失。     

用复合稀释燃烧改善直喷汽油机中小负荷油耗

为了降低直喷汽油机的泵气损失、提升热效率,提出了将稀薄燃烧与废气稀释相结合的复合稀释燃烧(LDC)的路线。在一台缸内直喷汽油机上进行了中小负荷下的试验,以研究影响复合稀释燃烧的因素,测量了发动机燃油经济性、燃烧特性及排放特性。结果表明:在200~600 kPa的平均有效压力下,复合稀释燃烧带来了4%~6%的油耗改善,同时,发动机的NOx排放不会急剧升高。对燃料能量分配的分析表明:稀释燃烧降低了发动机传热损失和泵气能量损失。因而,验证了复合稀释燃烧的可行性。     

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。     

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。     

高低压EGR对重型柴油机性能影响的试验研究

针对一台两级增压的高压共轨重型柴油机,围绕高压废气再循环(HP_EGR)和低压废气再循环(LP_EGR)在不同工况下对重型柴油机的两级增压系统、进排气参数和排放特性的影响机理展开试验研究.研究结果表明:不同工况下,仅开低压EGR对柴油机的两级增压系统、进排气参数基本无影响,而仅开高压EGR对以上参数影响较大;中速中高负荷在开低压EGR时,可明显改善NO x与燃油消耗率(BSFC)和NO x与烟度的Trade-off关系;而高速开高压EGR时,也可明显改善NO x与BSFC的Trade-off关系,但烟度会出现小幅度恶化趋势;在高速高负荷点开高压EGR时,存在由于泵气损失降低带来油耗下降和燃烧恶化带来油耗升高的平衡点,但在高速低负荷点并未出现类似平衡点;在高低压EGR分配策略方面,中速中高负荷时以低压EGR为主,高速低负荷时以高压EGR为主,高速高负荷时以高压EGR为主,低压EGR为辅,从而实现较低原排的同时拥有较好燃油经济性和烟度.