废气再循环率对高压缩比增压直喷汽油机燃烧与排放特性的影响

以一台采用废气再循环（exhaust gas recirculation,EGR）技术的增压直喷汽油机为研究样机，试验研究了高压缩比15.0时不同EGR率（0%、5%、10%、15%）下该机的燃烧和排放特性。研究结果表明，与常规的压缩比11.5相比，采用高压缩比15.0时，该机缸内最高燃烧压力升高，点火正时提前，燃烧持续期延长，平均指示压力变动系数增大，有效热效率显著提高；碳氢化合物（hydrocarbon,HC）排放和颗粒物数量增加，CO排放和颗粒物质量降低，NO_x排放略有升高。采用EGR技术能够有效抑制爆震和降低NO_x排放。相同工况下，随着EGR率升高，该机的燃烧持续期延长，平均指示压力变动系数增大，低负荷(制动平均有效压力（brake mean effective pressure,BMEP）为0.5 MPa)下的缸内最高燃烧压力逐渐下降，有效热效率变化不大。高负荷（BMEP为1.0 MPa）下的缸内最高燃烧压力先上升后下降，有效热效率整体呈上升趋势，高压缩比情况下该机EGR率为10%时的热效率最高，为38.45%;CO排放先减小后增加...     

复合EGR对增压柴油机性能和排放影响的试验研究

在一台两级增压高压共轨柴油机上,在B25和B50工况进行了高压、低压及复合EGR三种EGR方式的试验研究。研究结果表明:在试验研究工况,低压EGR能够保持充足进气量,实现较高EGR率,获得低NOx排放,并在较大EGR率范围保持低碳烟比排放,但是其泵气损失较高,燃油经济性较差。高压EGR在一定EGR率范围内可以有效降低泵气损失,但其对增压器工作能力影响较大,EGR引入能力受到限制;采用进气节流的方法,可以提升其EGR引入能力,但是会造成比油耗明显上升,同时碳烟比排放迅速增大。对高、低压EGR比例进行优化后的复合EGR方式能够有效降低泵气损失,在宽广EGR范围内保持良好的燃油经济性。同时,由于复合EGR一方面增强了EGR引入能力,同时具有较高的进气量,在B25工况复合EGR的EGR率在47%时,此时其NOx比排放为0.67g/(kW·h),碳烟比排放为0.016g/(kW·h);B50工况复合EGR率为33%时,NOx比排放为1.27g/(kW·h),碳烟比排放为0.080g/(kW·h)。复合EGR在较大EGR率下可以同时实现低NOx和碳烟比排放。     

中小功率农用柴油机的排放特性分析

为探讨并解决中小功率农用柴油机实际排放特性与台架试验结果差异大的问题，通过便携式排放测试系统(PEMS)检测分析其实际作业的排放特性。结果表明：在拖拉机旋耕作业过程中，柴油机处于重载状态，转速在额定点附近小范围内波动，作业平均功率相比非道路瞬态循环(NRTC)高约30.0%；氮氧化物(NO_x)排放质量流量随着负荷剧烈变化，CO排放质量流量相对比较稳定；整个试验的NO_x和CO的比排放量分别为0.414 g/(kW·h)和0.454 g/(kW·h)，分别比90%有效功工况下的基准比排放量低11.3%和10.6%。     

不同进气氛围耦合废气再循环对双燃料发动机工作过程的影响

基于正庚烷、甲烷、乙烷、丙烷多组分混合物简化动力学机理耦合三维计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）数值模型,模拟研究高替代率时不同进气氛围（H₂、O₂组分）耦合废气再循环（exhaust gas recirculation,EGR）对天然气/柴油双燃料发动机低负荷工作过程的影响机理。研究表明：在不同EGR率下,进气掺氢会使缸内燃烧速率显著加快,OH活性基浓度明显升高,CH₄排放显著降低,但CO排放升高;进气掺氧后,缸压及瞬时放热率峰值、最大压力升高率、最高燃烧温度及OH活性基浓度均升高,碳烟、CO和CH₄后期氧化作用增强使其最终排放降低,但NO_x排放升高。在EGR率小于29%,掺氢比小于2.5%时,在实现较低CO、碳烟排放的同时能显著降低CH₄排放和NO₂/NO_x比例;高EGR率时,进气掺氧能降低CO、碳烟排放,并改善CH₄与NO_x     

稀释燃烧对高压缩比直喷汽油机性能的影响

为探究稀释燃烧改善发动机性能的潜力，通过一台1.5 L高压缩比增压直喷汽油机开展台架试验，对比研究了空气稀释、废气再循环(EGR)稀释及复合稀释燃烧在不同稀释程度下对中速、中负荷工况下发动机性能的影响规律．结果表明：稀释燃烧延长了燃烧持续期，降低了有效燃油消耗率(BSFC)，减少了发动机传热损失，并降低了CO排放，稀释方式不同会导致HC和NO_x排放随稀释率的变化规律不同，但在高稀释率下，相比无稀释燃烧，HC排放升高，NO_x排放降低；相较于EGR，空气稀释对燃烧的抑制更弱，稀释边界更宽，BSFC降低效果更好，CO与HC排放显著更低，未燃损失更低，NO_x排放更高，且这些规律在相同稀释率、不同EGR占比的复合稀释燃烧的性能参数变化中同样存在，但有效热效率在过量空气系数φa=1.34、EGR率约为5%(稀释率为1.4)时达到最高，这与排气损失更低有关，此时相较原机，BSFC降低了5.7%,NO_x降低了33%，均比φa为1.40时的降幅更大，证明了复合稀释燃烧具备更强的节能减排潜力．     

侧卷流和复合卷流燃烧系统混合燃烧特性

为研究侧卷流燃烧系统(LSCS)和复合卷流燃烧系统(MSCS)对直喷式柴油机性能的影响,通过单缸柴油机台架开展了LSCS和MSCS的燃烧性能试验,结合仿真分析,揭示了LSCS和MSCS的缸内油、气混合特性．结果表明：在小负荷和高过量空气系数φa下,MSCS体现出较好的燃烧性能,相比于LSCS,其燃油消耗率最大降幅为3.6 g/(kW·h),碳烟排放最大降幅为0.13 g/(kW·h),燃烧持续期最大降幅为2.6°CA;但在大负荷和低φa下,LSCS体现出更好的燃烧性能,相比于MSCS,其燃油消耗率最大降幅为2.6 g/(kW·h),碳烟排放最大降幅为0.56 g/(kW·h),燃烧持续期最大降幅为2.8°CA．仿真结果表明：随负荷减小或φa增大,燃油射流贯穿能力减弱,复合卷流燃烧室的弧脊能更有效地提升油、气混合质量;随负荷增大或φa减小,燃油射流贯穿能力增强,复合卷流燃烧室的弧脊阻碍了燃油射流扩散,侧卷流燃烧室的分流造型能更显著地改善油、气混合过程．     

非道路柴油机气态污染物测量的不确定度研究

本文旨在研究非道路柴油机气态污染物排放测量的不确定度,非道路柴油机在发动机台架上运行了5次非道路稳态循环试验(NRSC),采用全流稀释采样系统和排放分析仪,对NO_x和HC排放进行测量,并对测量结果进行不确定度分析。将NO_x比排放的不确定度通过3个分量(NO_x质量流量、发动机功率、NO_x湿度校正系数)进行A类、B类不确定度评定。将HC比排放的不确定度通过2个分量(HC质量流量、发动机功率)进行A类、B类不确定度评定。研究结果表明:NO_x的比排放扩展不确定度为0.2471g/(kW·h),置信概率为95%;HC的比排放扩展不确定度为0.0017g/(kW·h),置信概率为95%。二者不确定度的最大贡献者是背景校正浓度重复性测量引入的A类不确定度,即发动机和后处理状态的稳定性对排放结果的不确定度影响较大。     

废气再循环对二甲醚/甲醇均质压燃燃烧过程影响的试验研究

在单缸柴油机上进行了冷却废气再循环(EGR)对二甲醚(DME)/甲醇均质压燃(HCCI)燃烧过程影响的试验研究。结果表明,EGR对拓宽二甲醚/甲醇HCCI发动机的最大负荷作用不大;随着EGR率增大,主燃烧开始时刻和放热峰值明显后移,主燃烧持续期延长,放热峰值降低。EGR率为25%时的最大爆发压力比没有EGR时降低了近1.3 MPa,最大爆发压力出现的位置推迟了7°CA;EGR率增大,二甲醚/甲醇HCCI发动机的指示热效率升高。对应给定的EGR率,存在一个热效率较高的DME比例区间;HC和CO排放随EGR率的增大而增加,随DME比例的增加而降低,NOx排放接近于零。控制EGR率和DME比例是控制二甲醚/甲醇HCCI发动机燃烧过程、性能和排放的关键。     

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。     

EGR对二甲醚发动机非法规污染物排放特性影响的研究

在一台2102QB型柴油机上用气相色谱检测法研究了燃用二甲醚时甲醛、二甲醚和甲酸甲酯等非法规污染物的排放特性,并研究了废气再循环(EGR)率对非法规排放物的影响规律。试验结果表明:二甲醚发动机的未燃二甲醚比排放较大,最大达到0.75g/(kW·h);甲醛和甲酸甲酯比排放相当且比二甲醚比排放低一个数量级,最大值分别为0.091g/(kW·h)和0.061g/(kW·h)。随着转速增加,二甲醚比排放降低,而甲醛的比排放先升高后降低;随着负荷增加,二甲醚、甲醛甲酸甲酯的比排放均降低。引入EGR以后,二甲醚比排放增加,但负荷越高增加量越少;甲醛呈现先增加后降低的趋势,且当负荷率小于40%时变化较为明显;甲酸甲酯呈现出典型低温氧化中间产物特征,随EGR率的增加呈现明显的先增加后降低的趋势。     

利用废气再循环与米勒循环提高氢内燃机压缩比的研究

建立了氢内燃机一维模型,分别仿真分析了废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)技术和米勒循环技术对抑制爆震及氮氧化物(NOx)排放的效果,最后结合两种技术探索了可达到的最大压缩比和最好的NOx排放性能.结果显示EGR技术对抑制NOx排放更有效,米勒循环对抑制爆震更有效,最终在本研究的工况...     

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.     

高滚流Atkinson循环燃烧系统研究

为进一步提高发动机热效率,提出高滚流Atkinson循环燃烧系统概念。其特征是采用高滚流气道和活塞组合,配合Atkinson循环和废气再循环(EGR)技术,提高缸内的滚流和湍流水平,加快燃烧速度,同时降低汽油机爆震倾向。利用GT-Power和AVL FIRE软件针对某型汽油机进行了一维整机工作过程和三维计算流体动力学(CFD)模拟分析。结果表明:高滚流气道有利于促进缸内滚流运动,滚流比由原机的0.5提高到2.6;配合高滚流活塞后,使进气过程中产生的缸内初始滚流和压缩过程中的滚流维持作用都比原机有所增强,湍动能水平提升6.3%,瞬时放热率与原机相比平均提高15%;在此基础上,采用进气门晚关的方式实现Atkinson循环,并增加EGR系统,降低高压缩比带来的爆震倾向,比油耗在整个万有特性中均呈下降趋势,最低比油耗区明显变大,最低比油耗相比原机下降11.3g/(kW·h)。     

气道喷水和废气再循环对重型柴油机性能和排放影响的优化匹配试验研究

在一台高压共轨重型柴油机上开展了气道喷水结合高压废气再循环(EGR)的试验研究。基于世界统一稳态测试循环(WHSC)各工况点探索引入高压EGR和气道喷水技术对柴油机排放和燃油经济性的影响;在此基础上对各工况的燃烧相位进行优化,得到WHSC各工况点下基于喷水和EGR的优化策略。结果表明:综合考虑排放和燃油经济性,低负荷工况宜单独引入高压EGR,并通过提前喷油时刻(start injection timing,SOI)优化燃烧相位;中高负荷工况宜少量喷水并引入适当EGR,满负荷则应单独采取气道喷水策略。WHSC加权结果表明,在保持较低的HC、CO和碳烟排放前提下,优化后的加权NOx比排放降低7.71g/(kW·h),降幅约45.2%,有效燃油消耗率降低约1.20g/(kW·h)。     

船用柴油机EGR技术仿真研究

采用某船用中速单缸柴油机进行了EGR对性能及排放影响的仿真研究,并进行了试验验证。研究结果表明,采用EGR技术后,NOx加权排放下降到1.94(g.(kW.h)-1),但加权燃油消耗率上升至9.93(g.(kW.h)-1);通过提前喷油和增加EGR率相结合进行优化,虽然NOx加权排放上升到2.09(g.(kW.h)-1),但加权燃油消耗率下降至4.36(g.(kW.h)-1),柴油机燃油经济性得到明显优化。试验验证显示:仿真和试验结果吻合较好,表明经标定的DI-jet燃烧模型精度满足要求,能较准确预测柴油机性能及排放。     

进气压力对汽油低温压燃的影响

在一台装有电液可变气门的单缸柴油机上,通过改变进气压力,研究了不同喷油正时和内部废气再循环(EGR)率下汽油压燃的燃烧特性和排放特性,并对实现汽油燃料高效清洁稳定低温燃烧(如平均指示压力循环波动系数5%,NOx排放低于0.4g/(kW·h),烟度低于0.1FSN,CO和HC排放尽可能低)的控制区间进行了探索研究。内部EGR通过排气门两次开启实现,发动机转速和循环喷油量分别固定为1 500r/min和28mg。研究结果表明,基于燃油早喷、较低内部EGR率和适量进气压力(0.12MPa)的协同控制可以使辛烷值为93的汽油在平均指示压力约为0.47MPa的工况下实现高效清洁燃烧。     

废气再循环和进气加热实现汽油机HCCI燃烧的性能对比

废气再循环和进气加热是实现汽油机HCCI燃烧的两种不同方式,其对HCCI燃烧性能的影响也不同,为此,在同一台汽油机上分别采用废气再循环和进气加热实现HCCI燃烧,并分析了其在HCCI燃烧性能上存在差异的机理.试验结果表明,相对于进气加热,废气再循环的工质比热容高,但由于稀释比较小,使得其工质总热容反而低,从而缸内燃烧温度高.废气再循环HCCI燃烧的未燃HC排放比进气加热的排放值低41%～59%;NOx排放是后者的2～20倍;而CO排放与负荷有关;其燃烧效率比进气加热HCCI的值高0.8%～14%.然而,由于进气加热的PMEP低,缸内工质比热比大,传热损失小,最终使得进气加热HCCI燃烧的ISFC比废气再循环HCCI燃烧的值低6.6%～16.4%.     

冷、热EGR对柴油机性能、燃烧及排放特性的影响

为在保持柴油机动力性和经济性能的同时有效改善其排放性能,在一台4缸柴油机上针对6、12、24mg循环喷油量的负荷工况(记作低、中、高负荷)对比研究了冷、热废气再循环(EGR)对性能、燃烧及排放特性的影响。结果表明:EGR的引入减少了新鲜进气量,整体上延长了滞燃期,减缓了燃烧放热速率,降低了压力升高率;热EGR提高了进气温度,使低负荷时的碳氢化合物(HC)排放显著降低,热效率提高,而高负荷高EGR率时由于过量空气系数偏低引起了热效率的明显降低,对最大压力升高率的降低作用也弱于冷EGR;随着EGR率的提高,三种负荷下的氮氧化物(NO_x)排放均大幅度降低,碳烟排放在低、中负荷时较低,而在高负荷时则明显升高,NO_x与碳烟排放之间出现此消彼长的矛盾趋势。冷的高EGR率下的碳烟排放升高幅度减小,有效地缓解了这种矛盾。综合分析低、中、高负荷下的热效率及排放,低负荷时为提高热效率宜采用热EGR,高负荷时为降低过高的压力升高率并兼顾热效率则更适合采用冷EGR。     

Control of backfire and NOx emission reduction in a hydrogen fueled multi-cylinder spark ignition engine using cooled EGR and water injection strategies

The experimental study was carried out on a constant speed multi-cylinder spark ignition engine fueled with hydrogen. Exhaust gas recirculation (EGR) and water injection techniques were adopted to control combustion anomalies (backfire and knocking) and reduce NOx emission at source level. The experimental tests were conducted on the engine with varied EGR rate (0%–28% by volume) and water to hydrogen ratio (WHR) (0–9.25) at 15 kW load. It was observed from the experiments that both the strategies can control backfire effectively, but water injection can effectively control backfire compared to EGR. The water injection and EGR reduce the probability of backfire occurrence and its propagation due to the increase in the requirement of minimum ignition energy (MIE) of the charge, caused mainly due to charge dilution effect, and reduction in flame speed respectively. The NOx emission was continuously reduced with increase in EGR rate and WHR, but at higher rates (of EGR and WHR), there was an issue of stability of engine operation. It was found from the experimental results that at 25% EGR, there was 57% reduction in NOx emission without drop in brake thermal efficiency whereas, with WHR of 7.5, the NOx emission was reduced by 97% without affecting the efficiency. The salient point emerging from the study is that water injection technique can control backfire with ultra-low (near zero) NOx emission without compromising the performance of the hydrogen fueled spark ignition engine.     

汽油/柴油双燃料高比例预混压燃燃烧与排放的试验

对汽油/柴油双燃料高比例预混燃烧(HPCC)模式的燃烧及排放特性进行了初步的试验研究.结果表明,通过改变柴油的喷射时刻、汽油比例,HPCC呈现出由多种燃烧模式组成的复合燃烧模式,可以实现极低的NOx和碳烟排放,并能保持较高的热效率.试验工况下,汽油比例为50%时,柴油喷油时刻在-58～-6,°CA ATDC时热效率较高,喷油时刻在-49,°CA ATDC和-16,°CA ATDC时分别出现碳烟和NOx排放峰值.进气压力影响HPCC着火滞燃期、燃烧反应速度和"失火"与"爆震"燃烧汽油比例限值,提高进气压力可以提高汽油比例,实现超低的NOx和碳烟排放,并降低HC排放,但CO排放有所升高.随着汽油比例的增加,NOx与碳烟排放降低,对于IMEP为0.5,MPa、汽油比例大于50%时,两者的原始排放分别低于0.4,g/(kW.h)、0.06,FSN,但HC和CO排放升高.