EGR对生物柴油燃烧的影响研究

应用三维CFD耦合化学动力学机理建立生物柴油燃烧化学反应动力学模型,计算研究了EGR对生物柴油燃烧和排放特性的影响,结果表明:在高当量比(>0.6)和高EGR率时,EGR对生物柴油燃烧的影响程度变大。EGR率为55%时,对于当量比为0.43的工况,NOx排放降低了91%;当量比为0.6的工况,NOx排放降低了98.3%。随着EGR率增加,Soot生成量快速增加。当量比增加,EGR对Soot生成的影响加剧。     

EGR率对高压共轨柴油机燃烧性能影响的多维仿真

为了预测不同废气再循环(exhaust gas recirculaction,EGR)率对某型高压共轨柴油机性能的影响,采用AVL FIRE软件建立了该柴油机缸内的多维仿真模型,并与试验结果进行对比,验证了模型的正确性;对样机采用不同的EGR率进行缸内模拟计算,分析研究了不同EGR率对柴油机缸内燃烧过程参数及排放(NOx和Soot)的影响。结果表明:随着EGR率从0.00增加到0.20,柴油机缸内燃烧速率减小,爆压和最高温度分别下降了4.0%和3.9%,累计放热量下降了3.5%,滞燃期增加了0.9℃A,同时缸内NOx排放生成区域明显减少,但Soot排放生成区域明显增加。     

LP-EGR对增程器GDI汽油机燃烧和排放的影响

为进一步降低燃油消耗率和有害排放,开发增程器专用发动机,在一台缸内直喷(GDI)汽油机上选取增程器的3个运行工况点,开展了当量比燃烧模式下的低压废气再循环(LP-EGR)试验研究.结果表明:随着废气再循环(EGR)率的增加、点火时刻的推迟,缸内压力和放热率峰值降低且推迟,燃烧持续期延长,缸内燃烧由爆震逐渐过渡到失火,NOx排放降低.随着EGR率的增加,HC排放升高,CO和PM排放降低.点火时刻对HC、CO和颗粒物(PM)排放的影响规律随EGR率的变化而不同.引入EGR前、后的颗粒物总数量(PN)浓度值均在较低的数量级(105/cm^3).3个工况点综合优化后的最低有效燃油消耗率为219.1 g/(kW·h),较原机降低了7.75%.     

进气压力对柴油机低温燃烧的影响

通过改变进气压力,研究了不同EGR率下的燃烧和排放特性.结果表明,除了温度和压力之外,过量空气系数对滞燃期也有较大的影响.随进气压力变大,Soot峰值升高,对应的EGR率也增大,在相同的Soot排放时,可以选择更大的EGR率以进一步降低NOx排放.虽然低温燃烧解决了NOx和Soot之间的Trade-Off,但产生了燃油经济性、CO和THC排放与Soot之间的Trade-Off.对整个EGR率进行了分区,通过中等EGR率和高EGR率性能和排放对比,从工程应用角度来看,对Soot-Bump之前的中等EGR率低温燃烧区域进行燃烧优化将是满足未来排放法规的重点.     

电动增压与EGR结合对柴油机NOx和Soot的影响

通过仿真软件对某型废气涡轮增压柴油机加装电动增压器后,柴油机最大功率以及烟度排放得到改善,但是柴油机NOx排放增加。我们将电动增压与高压EGR结合,构建电动增压器结合高压EGR的连接回路,通过电动增压器同时将新鲜空气和废气进行增压后进入气缸。研究表明,柴油机低转速满负荷和中低负荷(30%)时,EGR率分别达到25%和15%时,柴油机NOx排放降低到原机以下的同时Soot排放并未超过原机;柴油机在低转速30%负荷时,采用电动增压+高EGR率(50%,55%,60%),气缸内燃烧温度降低至1 210K,实现了低温燃烧,NOx和Soot排放同时降低。     

预混合二甲氧基甲烷对生物柴油发动机燃烧与排放的影响

在单缸发动机上研究了气口喷射低沸点、高含氧量的二甲氧基甲烷(DMM)对生物柴油发动机的燃烧和排放特性的影响.研究表明:在直喷生物柴油当量比不变的条件下增加预混合DMM的量,整个燃烧的着火时刻和放热中心时刻提前,但是扩散燃烧时间延长,放热结束时刻拖后;在预混合DMM当量比不变时,减小直喷生物柴油的当量比会使得着火延迟.此外,当预混合比例增加到某一值后会使得最大缸内燃烧压力和最大压力升高率显著增加.在排放方面,预混合DMM会使得cO和HC排放明显上升,在某一比例达到最大值,之后却随着预混合比例的增加而大幅度降低;碳烟排放总是随着预混合比例增加而显著降低,最大可以降低35%-55%;NOx的排放规律有明显不同,在各种当量下,预混合比例在20%左右可以将NOx降低35%左右,继续增加预混合比例会使得NOx降低幅度减小.     

EHN添加对柴油-正丁醇混合燃料燃烧和排放特性的影响

在柴油-正丁醇混合燃料(正丁醇体积含量为40%)中添加了2%的硝酸异辛脂(EHN),并与柴油、柴油-正丁醇燃料做了燃烧和排放特性的对比。研究结果表明:EHN的添加可缩短滞燃期,降低缸内最高燃烧压力,燃烧噪声与纯柴油达到同一水平。在高废气再循环(EGR)率下,NOx排放增加,NO2所占比例升高。和纯柴油相比,碳烟排放峰值降低了80%,即EHN添加解决了低十六烷值含氧燃料在压燃发动机上的燃烧噪声和碳烟排放这一新的矛盾。EHN添加对CO和THC排放影响的规律相似,高EGR率时CO和THC排放都增加,且CH4比例急剧升高。     

正丁醇对柴油机低温燃烧和排放的影响

在一台改造的单缸柴油机上,研究了柴油中掺入正丁醇燃料在不同EGR率、进气压力下对燃烧、性能和排放的影响.结果表明,柴油中添加正丁醇燃料使着火滞燃期延长,缸内最大爆发压力和燃烧温度下降,低温燃烧"失火"的EGR率降低,指示油耗减少,燃油经济性改善;正丁醇可明显降低碳烟排放,使烟度随EGR率变化趋势更加"平坦",烟度峰值对应的EGR率,变低,正丁醇比例越高,烟度越低;正丁醇对气体排放的影响与进气压力有关,正丁醇可以有效降低NOx排放,进气压力越大,正丁醇降低NOx的效果越明显;进气压力为0.15 MPa时,正丁醇比例越大,CO排放越低,但进气压力为0.24 MPa时,B20燃料CO排放最高;正丁醇对THC排放影响不大,但B20燃料在高EGR率条件下,其THC排放明显增大.因此,柴油燃料添加正丁醇是降低低温燃烧烟度和NOx排放,改善低温燃烧性能的有效途径.     

燃烧参数对汽油/柴油双燃料HPCC性能和排放影响的试验

在一台改造的单缸柴油机上,转速为1,500,r/min、平均指标压力为0.9,MPa工况进行了不同参数对汽油/柴油双燃料高比例预混合低温燃烧(HPCC)方式燃烧和排放性能影响的试验研究.结果表明,调整EGR率和汽油比例可实现HPCC燃烧过程优化,在保持发动机高燃油经济性的前提下使NOx和碳烟(Soot)排放大幅降低;进气压力对Soot的影响不明显,但进气压力过低将限制汽油比例的提高,NOx排放偏高,进气压力过高使燃烧效率和热效率降低;提高柴油喷油压力,滞燃期延长,最大压升率及最大爆发压力降低;提高喷油压力可同时降低NOx和Soot排放,但喷油压力对燃烧效率、指示油耗、HC和CO排放影响不大.在HPCC燃烧中,通过优化EGR率、汽油比例、进气压力和柴油喷油压力,在不使用后处理器的前提下可使NOx和Soot排放分别低于0.4,g/(kW.h)和0.003,g/(kW.h),并保持较高的热效率,但HC和CO排放偏高,需要采用有较高转换效率的氧化后处理器加以解决.     

不同大气压力下掺烧10%体积含量生物柴油对共轨柴油机燃烧和排放的影响

对高压共轨柴油机在不同大气压力下掺烧10%体积含量生物柴油(B10)和石化柴油的燃烧和排放特性进行了试验研究。试验结果表明:外特性工况下,与原机相比,3 200r/min和1 200r/min时B10的最高燃烧压力、峰值压升率略低,峰值放热率略高;2 200r/min时B10的最高燃烧压力、峰值压升率和放热率均略高;HC和CO排放均降低;大气压力81kPa时B10的NOx排放降低1.2%～10.0%,碳烟减少4.8%～20.4%,大气压力100kPa时NOx排放增加1.0%～4.3%,碳烟减少6.2%～16.8%。等功率工况下,与原机相比,B10的最高燃烧压力、峰值压升率和放热率略高,碳烟和NOx排放有不同程度的降低。外特性工况下,与大气压力81kPa时相比,100kPa下原机和B10的最高燃烧压力、峰值压升率和放热率均略高;NOx排放增加12.0%～369.2%,碳烟减少23.2%～34.6%。等功率工况下,与大气压力81kPa时相比,100kPa下原机和B10的最高燃烧压力、峰值压升率和放热率均略高,NOx排放增加14.5%～330.7%,低转速的增加幅度较大,碳烟减少4.6%～74.4%,HC和CO排放均增加。关键词:内燃机;高压共轨柴油机;生物柴油;燃烧;不同大气压力;排放