预喷策略耦合EGR对DN双燃料发动机工作过程的影响

基于三维流体力学软件,模拟研究了不同预喷策略耦合EGR对柴油/天然气(DN)双燃料发动机燃烧和排放特性的影响,研究表明:柴油预喷射量(FDIR)固定,预喷时刻(FDIT)提前至-10(°)CA ATDC以前时,燃烧质心(CA 50)更加靠近上止点,有利于降低CH_4、HC、CO和Soot排放,但NO_x排放大于单次喷射且在-20(°)CA ATDC时达到峰值;FDIT提前至-10(°)CA ATDC时,FDIR的增加对排放影响不大,FDIT提前至-10(°)CA ATDC以前时,较大的FDIR使CH_4、HC、CO和Soot排放保持在较低水平;随EGR率增加,不同预喷策略下CH_4、HC、Soot、CO排放总体呈上升趋势;当EGR率达到15%、FDIT提前至-20(°)CA ATDC、FDIR为30%时各项排放值均低于单次喷射;当EGR率达到25%时,缸内燃烧变差,不同预喷策略下NO_x排放均降至最低,CO、Soot排放都超过了单次喷射。     

柴油机掺烧生物柴油NO_x和Soot排放控制研究

对柴油机燃用生物柴油-0号柴油混合燃料的NO_x和Soot排放特性进行了仿真研究。在柴油机参数不作任何改变的情况下燃用体积分数分别为10%,20%,30%,40%和50%的生物柴油混合燃料,与原机的NO_x和Soot排放特性进行对比。研究表明:随着混合燃料中生物柴油体积分数的增加,柴油机Soot排放降低,NO_x排放增大。EGR的引入使柴油机NO_x排放降低,同时也使Soot排放增加。在1 800r/min中低负荷工况下,大比例生物柴油-0号柴油混合燃料应用于柴油机时,可通过调节EGR率使得柴油机NO_x和Soot排放都控制到与原机相当。     

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。     

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。     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油的试验研究

在1台电控高压共轨柴油机和装有该型号发动机的轿车上,进行不同掺混比生物柴油—柴油混合燃料的性能对比试验,分析了在不同转速和负荷下柴油机燃用不同掺混比混合燃料的动力性、经济性和排放性。研究结果表明:生物柴油与柴油相比,在2 200 r/min负荷特性下,有效能耗率减少,NOx排放增加较多,中小负荷炭烟排放基本相同,大负荷炭烟排放明显降低,中小负荷HC排放明显降低,大负荷HC排放基本一致,CO排放基本不变;在外特性下,功率略有增加,HC排放和炭烟排放均有所降低,CO排放和NOx排放增加。     

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。     

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。     

共轨柴油机燃用柴油-异丙醇混合燃料的燃烧与排放特性

在1台高压共轨柴油机上研究了柴油-异丙醇混合燃料的燃烧与排放特性。结果表明：在不同发动机负荷和不同EGR率下,与柴油相比,柴油-异丙醇混合燃料的滞燃期明显延长,预喷燃料峰值放热率增加,主喷燃料峰值放热率略有降低,中高负荷下扩散燃烧强度明显增加,峰值缸内平均温度增加;NO_x排放略有增加,炭烟排放、颗粒物数量浓度和体积浓度均显著降低。与燃用柴油相比,柴油-异丙醇混合燃料联合EGR可以同时降低NO_x和颗粒物排放。     

EGR率和进气温度耦合作用下的低温燃烧试验研究

基于冷热废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)双回路系统,通过进气温度与EGR率解耦控制,研究了EGR率和进气温度对柴油低温燃烧和排放的影响,并在低温燃烧负荷上限探索EGR率和进气温度耦合作用规律。研究结果表明,负荷上限时,进气温度升高对进气充量的稀释作用占主导地位,进气温度升高对燃烧起抑制作用。EGR率和进气温度的耦合作用在负荷上限时体现在:低EGR率、高进气温度时,燃烧始点提前、燃烧持续期增大;高EGR率、低进气温度时,指示功增加,平均有效压力增大。EGR率升高,NO_x排放量降低,进气温度升高,HC,CO排放量升高。     

酚类抗氧化剂抑制生物柴油氧化及对排放影响的试验研究

针对生物柴油氧化安定性较差、NO_x排放较高的问题,选用酚类抗氧化剂如迷迭香、茶多酚和丁基羟基茴香醚,分别添加到生物柴油中,测量了生物柴油在不同氧化时间下的过氧化值。在186F柴油机台架上,燃用添加不同抗氧化剂的生物柴油,测量了标定转速、不同负荷时的NO_x和HC排放。试验结果表明:与没有添加抗氧化剂的生物柴油相比,经过4 320h后,添加迷迭香的生物柴油过氧化值最大降低了0.028mol/kg,降幅近48%,生物柴油的氧化安定性得到明显改善;与B20调和生物柴油相比,添加迷迭香、茶多酚抗氧化剂的K1B20与K2B20调和生物柴油的HC排放的平均值有小幅升高,添加丁基羟基茴香醚的BHAB20调和生物柴油的HC排放平均降幅为25%;标定转速不同负荷时,添加抗氧化剂,NO_x排放均下降,在75%负荷时,添加迷迭香的K1B20相对B20的NO_x最大降幅为9.4%。3种抗氧化剂中,迷迭香抗氧化剂对于提高生物柴油氧化安定性和降低柴油机燃烧生物柴油NO_x排放的效果最好。     

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。     

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。     

甲醇—柴油混合燃料在共轨发动机上的燃烧和排放特性研究

在1台电控高压共轨增压发动机上,不改变原机结构,采用甲醇—柴油混合燃烧的方式,进行燃烧排放特性分析。结果表明:在相同转速下,发动机的当量燃油消耗率随负荷的增加而降低;随着甲醇含量增加,发动机的最高燃烧压力、最高燃烧放热率和最高燃烧温度都逐渐升高;中低负荷时,发动机的CO和HC排放随着负荷的升高而减小,燃用混合燃料时较燃用柴油略有升高,且甲醇含量越高升高越多;燃用混合燃料时发动机的NO_x和炭烟排放较燃用柴油时有所降低,且随着负荷的升高而增大。     

EGR氛围参数对柴油机颗粒物氧化特性的影响

针对柴油机EGR氛围产生的颗粒,采用热重分析法,考察了各颗粒样品的氧化失重过程,分析了EGR率、EGR废气组分、EGR温度等EGR氛围参数对颗粒氧化特性的影响,研究了不同氧化氛围、升温速率等氧化氛围参数对颗粒氧化过程的影响。结果表明,随着EGR率的升高,颗粒中SOF组分含量增加,炭烟组分含量减少,失重率峰值在低温失重区升高,在高温失重区降低,且对应的峰值温度均增加。相同EGR率时,随着EGR废气温度的升高,颗粒的氧化性能随着反应温度的提高而降低。EGR组分不同时,与废气、N2循环相比,在CO2循环下生成的颗粒失重速率更快,反应温度降低,颗粒更易氧化。随着升温速率的提高,颗粒的失重率峰值变化不大,颗粒的氧化反应出现滞后现象,特征点温度升高,颗粒的氧化性能随着升温速率的提高而降低。     

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。     

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。     

汽油掺混PODE3-4对发动机燃烧和排放的影响

为了实现汽油在发动机上的压缩燃烧，在一台4缸四冲程压燃式发动机上使用不同掺混比的聚甲氧基二甲醚(PODE_3-4)-汽油混合燃料，探究了在不同负荷下的燃烧和排放特性。结果表明：在小负荷工况(0.13,0.38 MPa)下，掺混PODE_3-4使缸内燃烧压力和放热率升高；在大负荷工况(0.88,1.13 MPa)下，放热率随掺混比增加逐渐降低；对于排放特性，随着负荷的增加，NO_x和Soot排放逐渐升高，当负荷大于0.38 MPa时，CO和HC排放均保持在较低水平；随着掺混比的增加，Soot、CO、HC、苯和甲醛等污染物排放呈现出降低的态势，而NO_x排放变化不大。     

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。