IEGR对小型非道路柴油机性能影响的可视化研究

以某小型非道路柴油机为样机,搭建了柴油机缸内喷雾燃烧过程可视化研究平台,进行缸内燃烧过程高速摄影研究,分析内部废气再循环（Internal Exhaust Gas Recirculation,IEGR）对小型非道路柴油机燃烧及排放性能的影响规律。结果表明,引入IEGR会缩短滞燃期,延长燃烧持续期。IEGR在低负荷时可提高缸内燃烧温度,在中高负荷时则可以降低缸内燃烧温度。随着IEGR率增大,NOx逐渐降低,且这种降低的趋势随负荷率的增加愈趋明显,SOOT均有一定程度的升高,但并未严重恶化。IEGR对柴油机油耗有一定的改善效果,且随负荷率的减小,IEGR对油耗率的改善效果增强。     

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。     

缸内喷射CO2对柴油机均质压燃影响的初步研究

采用气体喷射系统向气缸内喷射CO2,研究了CO2喷射始点和循环喷射量对均质压燃(HCCI)柴油机燃烧特性和排放特性的影响。试验结果表明:CO2缸内喷射可以有效控制燃烧始点和降低NOx排放。随着CO2喷射始点提前和循环喷射量增大,爆发压力和缸内温度降低,低温和高温放热始点推迟,压力升高率降低;NOx排放降低,碳烟、HC和CO排放升高。另外,燃烧相位的改善,减小了压缩负功,使指示热效率也比未喷射CO2时增大。     

喷油策略与EGR对柴油机低温燃烧影响试验研究

为研究喷油策略及废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对柴油机低温燃烧特性和排放特性的影响,在一台电控高压共轨柴油机上进行了试验研究。研究结果表明:EGR率的升高提高了进气比热容,降低了缸内最高燃烧压力及缸内平均温度,延长了滞燃期,降低了NOx排放,由于进气氧浓度及碳烟氧化速率的降低,增加了碳烟排放;中小EGR率下,提高喷油压力,加速油气混合程度,可以有效降低碳烟排放;推迟燃烧重心CA50到上止点后7°之后造成燃烧效率降低,扩散燃烧持续期延长,导致碳烟排放升高。     

米勒循环协同废气再循环对高压直喷天然气船机的影响研究

基于CONVERGE建立了高压直喷(high-pressure direct injection,HPDI)天然气低速船机三维仿真模型,并基于该模型研究了米勒循环和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对发动机燃烧特性及污染物排放的影响规律,探究了米勒循环耦合EGR路线满足TierⅢ排放法规的可行性。研究结果表明,单独使用30%EGR率可满足TierⅢ排放标准,但指示油耗和碳烟排放增加显著;应用米勒循环降低NOx排放的潜力低于EGR;过大的排气门晚关角度会增大压气机工作负荷,且降低等量NO_x排放情况下油耗牺牲较大;采用25%EGR率耦合小程度米勒循环(排气门关闭时刻推迟5°曲轴转角)并适当提前天然气喷射正时(提前2°曲轴转角),可在指示油耗仅增加1.58%的前提下降低77%的NO_x排放,是满足TierⅢ排放法规可行的技术路线。     

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...     

米勒循环及低压废气再循环技术对汽油机性能的影响研究

在某2.0L涡轮增压商用车缸内直喷汽油机概念设计阶段,运用GT-Power软件进行了一维热力学计算分析,并着重研究了米勒循环技术与低压废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)技术对燃油经济性的影响。仿真结果显示,长米勒循环和短米勒循环都存在使燃油经济性达到最佳的可变气门正时角度。在中高转速范围内,因为质量流量和流速过高导致长米勒循环的缸内空气无法顺利回流,米勒效应减弱,所以短米勒循环的燃油经济性更好;另外长米勒循环具有两次泵气过程,致使其泵气损失也大于短米勒循环。在低转速范围内,短米勒循环的增压压力需求更大,导致其泵气损失大于长米勒循环,所以长米勒循环的燃油经济性更好。对于试验用汽油机来说,短米勒循环具有明显的优势。低压EGR技术能够使缸内最高温度降低,减轻爆震倾向,因此燃烧重心可以适当提前,从而改善燃油经济性。另外,EGR和新鲜空气总量的增加也使最高燃烧压力增大,有利于燃油经济性的提高。不同工况下,缸内最高温度均随EGR率的增加而降低,因此在一定范围内EGR率越高燃油经济性越好,涡前排温越低,但EGR冷却器需要的散热功率也增大。在发动机燃烧开发阶段,推荐采用短米勒循环技术并结合8%的EGR率。为了验证仿真结果的准确性,开展了性能试验,试验结果与仿真结果在趋势上有很好的一致性。     

米勒循环在小型增压汽油机典型工况的应用研究

针对某3缸增压小型化汽油机,基于一维和三维发动机循环仿真,分别研究了进气门早关(EIVC)和进气门晚关(LIVC)两种米勒循环形式对发动机油耗、爆震及燃烧特性的影响。结果表明:两种米勒循环形式均能有效降低全工况范围的燃油消耗率,平均降幅约为8%。与LIVC相比,低负荷时EIVC具有更大的节气门开度和进气压力,故泵气损失相对较小,具有更好的燃油经济性;而在高负荷区域,EIVC会显著降低缸内滚流和压缩终了时的湍动能,导致燃烧变慢,CA50相比LIVC滞后2.5°曲轴转角,燃油经济性和爆震抑制作用较差。     

外部EGR技术在高压缩比米勒循环发动机上的试验研究

为兼顾米勒循环发动机高负荷动力性和部分负荷燃油经济性,在高压缩比米勒循环发动机上应用外部EGR技术,通过将发动机的部分废气重新引入气缸实现对部分负荷燃烧过程的优化控制,改善发动机的燃油经济性和排放性能。在一台高压缩比米勒循环发动机上,将不同比率的废气重新引入气缸,探究外部EGR技术对高压缩比米勒循环发动机的性能和排放的影响。研究结果表明:在高压缩比米勒循环发动机上应用外部EGR技术,可有效降低发动机部分负荷下的泵气损失,改善燃油经济性,整车百公里油耗改善2.11%;同时可降低缸内最高燃烧温度及含氧量,大量减少NOx排放,部分工况点甚至可降低88.5%。     

热EGR氢内燃机的动力性和排放

基于进气道燃料喷射(port fuel injection,PFI)氢内燃机试验系统,研究了带热废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)系统氢内燃机的燃烧和排放特性。试验结果表明:采用热EGR能增大氢内燃机的滞燃期和燃烧持续期,显著降低缸内最高压力和温度;EGR率增大时平均有效指示压力和循环变动的变化并不显著,对整机的功率输出和平顺工作几乎没有影响,中高负荷时需要采用很大的EGR率才能大幅度降低NOx排放,在高负荷时控制排放所需的EGR率不大,高负荷时过大的EGR率可能造成燃料经济性和动力性的大幅度下降。     

轻型柴油机EGR与喷油正时的协同性能研究

以一台高压共轨轻型柴油机为样机,研究废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)和喷油正时协同作用对发动机燃烧特性、燃油消耗率、氮氧化物(NOx)和HC排放的影响。研究结果表明:随着EGR率增大,缸内最大压力有所下降,瞬时放热率峰值有所减小。随着喷油提前角增加,缸内最大压力增大,瞬时放热率峰值先增大后减小。EGR率与缸内最大压力降幅、瞬时放热率峰值降幅均具有较好的线性关系。随着EGR率的增大和喷油提前角的减小,NOx排放降低,燃油耗增加,而且存在一个最佳的EGR率和喷油提前角的组合区域使HC排放达到最低。为了实现降低NOx排放的同时有效控制燃油消耗率和避免HC排放升高,低负荷时选择高EGR率并结合大喷油提前角的控制策略;中等负荷时选择适中EGR率结合适中喷油提前角的控制策略。     

进气门预开启对柴油机内部废气再循环率控制适应性研究

针对柴油机内部废气再循环(IEGR)量不易精确调整和控制的难题,提出一种利用进气门预开启(IVPO)凸轮控制IEGR率的方法。通过改变进气门预开启时刻、持续角及升程三个不同特征设计参数,实现IEGR率不同梯度改变,达到自主调控IEGR率的目的。以某六缸增压柴油机为研究对象,应用GT-Power仿真分析软件建立目标柴油机性能仿真分析模型,得到不同进气门预开启各特征参数对IEGR率及功率、转矩、燃油消耗率等发动机性能的影响规律。仿真结果表明:进气门升程是影响IEGR率的主要因素,当需对IEGR率进行较大幅度调整时,可考虑采用调节升程的方法;当进气门预开启升程大于2.6mm时,柴油机燃油消耗率增速加快,需在参数选择时权衡利弊。IVPO开启时刻与持续角对IEGR率的影响度较小,其中改变持续角对发动机经济性影响较小,当需小幅度调节IEGR率时,可优先考虑采用调整气门持续角的方法。经柴油机台架性能及排放试验结果证实,IVPO特征参数对IEGR率的控制规律与仿真结论相符。     

缸内温度对柴油均质燃烧NOx排放影响的试验研究

采用在进气上止点附近进行燃油喷射,通过缸内高温残余废气促进燃油蒸发混合的方法,在单缸135柴油机上实现了柴油燃料的均质压燃(HCCI).对HCCI燃烧的燃烧特性和排放特性进行了测试分析,根据实测示功图计算了HCCI燃烧缸内温度,分析了其对NOx排放的影响,当缸内温度超过1700K时,将使HCCI燃烧的NOx排放显著增长.     

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。     

米勒循环配气机构动力学分析及对比

通过改变汽油机配气机构的凸轮型线,控制进气门早关(early intake valve closing,EIVC)和进气门晚关(late intake valve closing,LIVC),建立米勒循环配气机构的动力学模型,对6种进气门控制策略(3种EIVC和3种LIVC)进行动力学仿真,分析和对比原机配气机构与米勒...     

生物乳化柴油对柴油机性能的影响

在1 400 r/min负荷特性下研究生物乳化柴油对柴油机性能的影响,结果表明:满负荷时,生物乳化柴油的缸内燃烧压力和放热率略低于柴油,缸内燃烧温度有所降低;动力性方面,与柴油相比略微降低,E10和E15的经济性与柴油接近;当水和丁醇掺混比例增加时,颗粒物(particulate matter,PM)和氮氧化物(NOx)排放降低的越多。生物乳化柴油作为替代燃料能保证柴油机运行的稳定性,它可以同时降低柴油机的PM和NOx排放,具有良好的环境效益和经济效益。     

不同EGR循环方式对重型柴油机燃烧与排放特性的影响

针对一台共轨重型柴油机,从提升废气再循环(exhaust gas recycling,EGR)循环能力的角度研究了基于二级增压系统的高压EGR(HP-EGR)、低压EGR(LP-EGR)及基于LP-EGR的高、低级涡轮间废气能量分配对柴油机燃烧过程、性能和排放的影响规律。研究结果表明:与HP-EGR相比,LP-EGR受转速和负荷的影响减小,能够显著提升EGR的循环能力,使柴油机在更宽广的EGR率区域内运行,并将氮氧化物(NOx)降至更低水平;采用HPEGR时,涡前压力随EGR率增加呈线性下降,但LP-EGR的涡前压力与进气压力变化较小,同时在低速中、高负荷时获得较高的空燃比,并显著改善NOx排放与有效燃油消耗率(brake specific fuel consumption,BSFC)和NOx与碳烟排放的平衡关系;在中、高转速高负荷时,HPEGR进/排气压差随EGR率增加逐渐下降并更加低于LP-EGR,NOx-BSFC的平衡关系显著改善;而LP-EGR通过适当增大废气旁通阀开度能有效降低BSFC,同时对NOx-碳烟的平衡关系影响较小,但低转速高负荷时应采用关闭旁通阀的控制策略。     

汽油机废气滚流分层技术对燃烧排放特性影响的研究

为了充分利用废气分层技术,实现既改善排放又降低能耗的目的,对汽油机滚流分层技术的燃烧、排放特性随废气再循环(EGR)率的变化规律进行了研究。根据缸内温度的变化,探讨了废气再循环(EGR)率对发动机排放的影响;根据缸内示功图和燃烧放热率的变化,分析了燃烧持续期、燃烧规律等有关因素对发动机经济性的影响。此外,还讨论了调整点火正时的必要性,以及在最佳点火正时条件下发动机燃油经济性和排放特性。研究主要集中在中速、低负荷工况,结果表明,提出的分层方式可将废气再循环率提高20％,并且在不影响CO、HC排放的情况下大幅度降低NOx排放,结合点火正时的调整,功率输出大约可提高7％。     

进气门晚关机构和EGR模式对两级增压柴油机热效率和排放的影响

在低速中等负荷工况下对一台装有高压级带VGT的两级涡轮增压器(VGT+TC)的直列6缸重型柴油机进行了试验研究,对比分析进气门晚关机构(LIVC)开启与不开启、高压EGR系统(HP EGR)与低压EGR系统(LP EGR)以及不同VGT开度对柴油机热效率和排放的影响.研究表明,使用LIVC后,与EGR能产生协同作用,使缸内氧浓度和高温区域减少,有效降低NOx排放,同时延长滞燃期,当量比分布更加均匀,可有效降低碳烟排放,但碳烟排放对应EGR率变化存在一个临界EGR值,超过临界EGR率后,碳烟排放变差.使用LIVC对有效热效率的影响很小.在相同EGR率下,采用低压EGR系统时,具有更好的NOx和碳烟折中排放,同时有较高的有效热效率.     

米勒循环和废气再循环对涡轮增压汽油机燃烧性能的影响和优化

为了研究米勒循环和废气再循环对高负荷和最佳油耗点燃烧性能的影响,通过修改进气凸轮型线,将一台1.5L采用废气再循环的涡轮增压直喷汽油机由奥托循环改为米勒循环运行。试验结果显示,在对米勒循环和奥托循环两种不同运行方式进行的对比试验中,在低负荷下,米勒循环的泵气损失比奥托循环小。随着负荷的增加,米勒循环的影响开始减小,与奥托循环泵气损失的差异逐渐变小,阻碍米勒循环热效率的改进。此外,米勒循环还降低了压缩终了温度,从而增加了燃烧持续期和排气温度,使其难以提高最佳油耗点的燃油经济性。就废气再循环对米勒循环和奥托循环的影响也进行了对比试验。随着废气再循环率的增加,两种循环的热效率均呈现先升后降的趋势。但采用米勒循环减少了进气时间和气门升程,大大降低了缸内滚流比和湍动能,从而延迟了已燃50%质量分数对应的曲轴转角(MBF50)并延长了燃烧持续期,这使其在高负荷下的热效率和燃油经济性均低于奥托循环。