降低稀燃汽油机NOx排放技术进展

节能和环保的要求，使得稀燃技术越来越受到人们的重视。然而，由于稀燃的富氧燃烧，使得NOx排放降低较小。介绍了国内外降低稀燃汽油机NOx排放技术的进展情况。     

在稳定性指标制约下汽油机应用稀燃和EGR的局限性

本文应用微机检测发动机稳定性指标,在一台采用涡流室火花塞组成快速燃烧系统的汽油机中,对影响燃油消耗率、NO_x排放和稳定性指标的主要参数如空燃比、点火提前角和废气再循环率进行了试验研究。结果进一步表明:在稳定性指标制约条件下,稀燃能节油,但不能降低NO_x排放;EGR能降低NO_x排放,但不能节油。     

电控五气门汽油机稀燃与废气再循环性能对比研究

在一电控喷射稀薄燃烧五气门汽油机上,以稀薄燃烧汽油机电控开发系统及相应的废气再循环系统为试验平台,对五气门汽油机在各种进气模式下实施稀混合气燃烧及废气再循环时的燃油消耗率和排放性能进行了详细的试验研究,进而对本发动机的稀燃性能与废气再循环性能进行了比较,分析实施不同方法对发动机性能的不同影响效果,实验结果表明,采用分层EGR技术以后,EGR比率可达32％,稀燃和分层废气再循环都有效地降低了NOx排放,分层废气再循环对NOx降低的效果更为明显,而且降低速度更快,尤其在中、低负荷,可以使排气中的NOx降低85％～95％．对于油耗,稀燃的效果显然要好于废气再循环,在较高负荷尤为明显,稀燃可显著降低HC、CO,分层EGR对HC、CO排放降低幅度不大。     

增压柴油机废气再循环技术的应用研究

随着排放标准更加严格,为了降低增压柴油机NOx的排放,采用并联的文曲利管EGR系统,可克服在高负荷工况下排气压力低于进气压力的困难,能实现废气再循环,并分析了不同工况下EGR率对增压柴油机性能的影响.     

废气再循环与燃料辛烷值对均质压燃发动机性能和排放影响的试验研究

在一台单缸直喷式柴油机上研究了废气再循环（EGR）对不同辛烷值燃料均质压燃（HCCI）发动机性能和排放特性的影响。结果表明，混合气较稀，EGR对指示热效率影响较小，其影响和燃料辛烷值有关；混合气变浓，EGR对指示热效率的影响增大。不同辛烷值燃料最高指示热效率出现在高EGR率、混合气较浓的区域，并且靠近爆震燃烧边界，辛烷值为60的燃料最高指示热效率最高，并且覆盖的工况区域最宽。高EGR率区域，EGR对HC排放的影响十分明显，EGR率升高，HC排放急剧增大，而且随着燃料辛烷值增大，这种趋势越明显；CO排放与缸内燃烧温度有较大的相关性，EGR率升高，CO排放升高。NOx排放出现急剧升高的“拐点”是判断HCCI爆震燃烧的一个重要判据，EGR率增大，“拐点”出现的混合气浓度增大，在正常工作范围内，NOx排放极低，EGR对NOx排放几乎没有影响。     

内部废气再循环对低负荷火花辅助汽油压燃影响试验研究

在一台装有电液可变气门的单缸发动机上研究了内部废气再循环（internal exhaust gas recirculation, iEGR）对火花辅助汽油压燃（spark-assisted gasoline compression ignition, SAGCI）的影响,并对SAGCI+iEGR、SAGCI（无iEGR）、汽油压燃（gasoline compression ignition, GCI）结合iEGR(GCI+iEGR)3种策略进行了对比。结果表明,随着iEGR率的升高,SAGCI策略自燃燃烧速度加快,稳定燃烧的喷油和点火区域变宽,CO和碳氢化合物总量（total hydrocarbon, THC）排放得到有效改善,但传热损失增加,热效率降低。比较SAGCI+iEGR、SAGCI、GCI+iEGR策略发现,三者均能将低负荷稳定燃烧的界限拓展至循环喷油量15 mg(0.15 MPa平均指示压力),其中SAGCI+iEGR策略能降低进气条件的限制,同时避免高iEGR率的后燃现象,在循环喷油量15 mg的负荷下有最高38.5%的指示热效率,并且排放效果能有效改善。为达到最高热效率...     

废气再循环改善均质压燃发动机高负荷爆燃的试验研究

针对均质压燃发动机高负荷易爆燃的问题,在1台均质压燃发动机上加装废气再循环装置,把燃烧废气冷却后引入到进气中,在台架上进行试验并验证其可行性.试验结果袁明,采用高浓度的EGR能够有效抑制HCCI发动机的爆燃并拓宽高负荷的工况范围,发动机峰值压力升高率降低,着火时刻推迟,有效放热时间增长,缸内最大压力峰值降低.     

稀燃天然气掺氢发动机的热效率与排放特性

为了分析在天然气中掺入不同体积比的氢气对发动机经济性和排放性的影响,在一台6缸火花点火天然气发动机上开展了体积掺氢比在不同工况下对热效率和排放特性影响的试验研究.结果显示掺氢可以拓宽发动机的稀燃极限,提高燃烧速度,使得最佳转矩点火提前角(MBT)相对推迟;在点火提前角不变的情况下掺氢对热效率没有明显优势,而且会使NOx排放升高.而在MBT时,掺氢可以一定程度上提高发动机的指示热效率,降低未燃CH4和CO的排放,改善NOx与未燃碳氢(主要为CH4)的trade-off关系.掺氢的优势还体现在可以让发动机高效的工作在更稀的情况下,从而有利于降低NOx的排放和传热损失.     

高效稀燃发动机预燃室试验研究

为了研究预燃室点火技术的稀燃点火能力及预燃室点火技术对发动机性能的影响,用热力学单缸机试验的方法对比研究了不同点火方式的点火能力,并研究了预燃室点火条件下,进排气相位、滚流气道、预燃室设计对发动机性能的影响。研究结果表明:与传统的火花塞点火线圈点火方式相比,主动预燃室点火能量大,能稳定点燃λ>2.4的均质稀燃混合气,有效拓展稀燃极限;在预燃室点火条件下,通过优化进排气相位和滚流气道,结合合理的预燃室设计参数及发动机工况点的优化能提升热效率,试验测试已实现52.5%的指示热效率。     

直喷汽油机采用不同缸内稀释技术的性能研究

针对一款4缸1.5L废气涡轮增压缸内直喷汽油(GDI)发动机,进行了废气再循环(EGR)缸内稀释燃烧技术、空气缸内稀释燃烧技术与原机燃烧的经济性、排放特性对比试验研究。研究了不同缸内稀释技术对发动机性能和排放影响的变动规律,并对比分析了相同稀释率下、采用不同稀释技术时发动机的性能变化。结果表明:空气稀释率在49.5%时比油耗相比原机下降6.2%,而EGR稀释率在20.5%时经济性改善4.2%,在相同稀释率时,EGR稀释可采用更为提前的点火角实现更优的燃烧相位,但空气稀释所带来的多变指数提升使其经济性优于EGR稀释,且发动机燃烧系统对空气稀释程度具有更强的容忍性;NOx排放在空气稀释率为11.0%时达到峰值水平,随后随着稀释率的提高不断下降,而EGR稀释的NOx排放随着稀释率的提高持续大幅下降;空气稀释的CO排放水平远低于原机,EGR稀释的CO排放随着稀释率的增加而略有下降;对于HC排放,空气稀释的排放量低于EGR稀释,而当空气稀释率由49.5%增加为68.0%时,HC排放出现较大幅度上升。     

不同增压系统对重型柴油机性能和排放影响的试验研究

在一台电控高压共轨重型柴油机上,基于高压冷却废气再循环(EGR),对比研究了带废气放气阀式单级固定涡轮截面增压器(WGT)、单级可变涡轮截面增压器(VGT)、二级固定涡轮截面增压器(WGT-FGT)和二级可变涡轮截面增压器(VGT-FGT)四种增压方式对柴油机性能与排放的影响。结果表明:可变截面相对固定截面增压系统(VGT相对WGT,VGT-FGT相对WGT-FGT),能显著提高涡前与进气压差,实现更高EGR率和更低的NO_x排放,同时能够提高进气充量,从而改善燃烧过程。随着NO_x比排放的降低,四种增压方式的油耗都呈现上升趋势,并且VGT-FGT、VGT、WGT-FGT和WGT的燃油消耗率依次升高。当NO_x原始排放控制在5.0g/(kW·h)左右,采用WGT-FGT时燃油消耗率相对WGT获得一定改善(与VGT和VGT-FGT相当),碳烟排放与VGT-FGT接近,明显优于WGT。随NO_x排放降低,可变截面增压系统相对固定截面增压系统逐渐表现出优势:当NO_x原始排放控制在3.5g/(kW·h)左右,VGT可以获得与VGT-FGT接近的燃油经济性和碳烟排放;当NO_x原始排放更低(2.8g/(kW·h)以下),VGT-FGT降低油耗和碳烟排放的优势更加明显。     

稀燃和EGR对汽油发动机性能影响研究

基于一台带有低压废气再循环系统的1.5 L涡轮增压直喷汽油发动机进行了稀燃和废气再循环(EGR)影响发动机燃烧性能的试验研究。结果表明,随着稀释率的上升,EGR和稀燃均导致发动机滞燃期、燃烧持续期延长,燃烧重心提前,有效燃油消耗率下降,排气温度下降,平均绝热指数上升。相同稀释率下,相比稀燃,EGR的滞燃期长,燃烧重心提前,两者燃烧持续期基本相等,稀释极限低,绝热指数小,排气温度低。在稀释率分别为20%、35.9%时,最大可减小有效燃油消耗率4.7%、7.2%。热容对燃油经济性的影响占主导地位,相同稀释率下,循环变动系数小于3%时,相比稀燃,EGR具有更好的燃油经济性。     

EGR对减少UHC和CO排放的影响与分析

分析了二冲程均质发动机UHC和CO的来源,介绍了一种能够大幅度降低UHC和CO的方法.试验是在二冲程发动机怠速废气再循环量较大情况下进行的,怠速时,通过在SI二冲程发动机上增加EGR,发现UHC从7 800×10-6降低到3 000×10-6,CO从3%降低到0.2%,循环变动也减小了.EGR中的活性物质与新鲜充量充分反应改善了预燃过程.由此证明,可以通过增加EGR实现发动机稳定运行,并在当量比和稀燃条件下得到了同样结果.试验表明,UHC和CO主要来自余隙中的残余燃料,说明燃烧温度不是影响UHC和CO的主要因素,决定因素是第一阶段燃烧前缸内发生的预燃反应程度.活性物质的重要性已被试验证实,试验中用氮气和空气代替EGR稀释混合气,发现火花点火在EGR中是可行的,在空气和氮气中却不行.     

GP210稀燃天然气发动机缸内流动与燃烧模拟分析

基于流动、传热、化学反应及湍流燃烧分析,对GP210稀燃天然气发动机进行了三维流动与燃烧模拟计算。模拟计算结果和试验数据的比较显示:二者偏差在5%以内,表明模拟计算较准确可靠。对模拟计算结果进行分析,提出了该机型缸内气体流动及燃烧的优化方向,为后续提高效率、降低排放提供了理论依据。     

A comparative study of lean burn and exhaust gas recirculation in an HCNG-fueled heavy-duty engine

Two dilution strategies, exhaust gas recirculation (EGR) with a stoichiometric mixture and excess air with a lean mixture, were investigated for an 11 L, 6-cylinder H₂-blended compressed natural gas (HCNG) engine. The engine was operated at 1260 rpm and 50% of maximum engine load (575 Nm) at maximum brake torque for each strategy. To evaluate the EGR approach, the stoichiometric combustion mode was varied, and to evaluate the lean combustion mode, the excess air ratio was varied. The maximum EGR rate and lean flammability limit were constrained by the combustion stability. The dilution rate was employed to compare the dilution effect on engine performance and emission levels under identical levels of the dilution for both combustion modes. The thermal efficiencies under stoichiometric combustion with EGR were lower than those under lean combustion, owing to a higher pumping loss and a lower combustion speed. The total hydrocarbon emissions under the lean combustion mode were lower than those under the stoichiometric combustion mode only when the combustion speed was relatively slow, due to the higher mixing rate caused by the active combustion. As the dilution rate was increased in the lean combustion mode, the rate of decrease in NO_x emissions slowed compared to the stoichiometric combustion mode. The lowest level of engine-out NO_x emissions was observed under lean combustion.     

扬州石化厂干气资源用于热电联产的项目分析

以扬州石化厂干气资源作为锅炉燃料的热电联产项目为例，介绍了主要技术要点及其应用效果。为类似石化企业的全厂热效率的提高指出了方向。     

氢气直喷对发动机燃烧及排放性能的影响

基于一台高压直喷汽油机,将汽油直喷喷射器替换为氢气直喷喷射器,试验研究了发动机燃用氢气与汽油时的燃烧和排放特性差异。采用空气稀释,进一步分析了氢气发动机稀薄燃烧模式下热效率提升潜力及氮氧化物排放特性,明确了氢气燃料对发动机燃烧及污染物排放的影响规律。结果表明,当量燃烧模式下,相比汽油发动机,氢气发动机的燃烧持续期明显缩短,有效热效率降低,NO_x排放升高,CO及总碳氢（total hydrocarbon, THC）排放显著降低。提高氢气发动机的过量空气系数有助于改善有效热效率。在中等负荷工况下,过量空气系数为2.7时有效热效率可达43.5%。增大过量空气系数,氢气发动机能够在保持较高燃烧稳定性的情况下显著降低NO_x排放。在低负荷工况下,当过量空气系数大于2.3时NO_x排放最低可降低至44×10^-6。