采用VNT/EGR和DOC降低柴油机排放的试验

在一台高压共轨柴油机上进行了采用基于可变喷嘴环涡轮增压器(VNT)的废气再循环(EGR)系统(VNT/EGR)和柴油机氧化催化器(DOC)降低排放的试验研究。结果表明,通过调节VNT开度可以有效实现EGR循环和控制EGR率,显著降低NOx排放,并且在一定EGR率范围内对烟度影响较小。提高喷射压力可以较明显改善NOx和烟度的折衷关系,采用合理的后喷参数能够在不明显影响经济性和NOx排放的前提下显著降低烟度。对燃烧室进行降低压缩比的合理设计也可以明显改善NOx和烟度的折衷关系。在燃烧系统优化的基础上,最终加装DOC的ESC循环排放测试结果满足了国Ⅳ要求,其中PM为0.0191g/(kW·h),NOx为2.88g/(kW·h),HC和CO排放远低于国Ⅳ限值。     

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。     

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)。     

VNT可变涡轮增压器与柴油机的匹配研究

根据一款WG增压柴油机原机的基本结构参数和试验数据,匹配一款VNT废气涡轮增压器,建立VNT增压柴油机的GT-Power一维计算模型,并对柴油机外特性工况和ESC工况进行仿真计算研究。分别以动力性和经济性参数为分析指标,对外特性工况和ESC工况的VNT开度进行优化选择。研究表明,开度优化选择后的VNT柴油机与柴油机原机相比,外特性转矩均有较大幅度提高,最大转矩工况的运行范围拓宽,且VNT增压器的转速在整个转速范围内提高,联合运行曲线的高效率范围扩展;ESC工况加权比油耗值下降幅度约为3.8%,且空燃比增大,VNT柴油机经济性获得提升。可以得出结论,VNT可变涡轮增压器与柴油机匹配良好。     

可变喷嘴涡轮增压器喷嘴环叶片位置对柴油机性能的影响

针对普通废气涡轮增压器低速响应和高速功率不能同时兼顾的特点,对可变喷嘴涡轮增压器(VNT)进行了试验研究。通过试验分析了喷嘴环叶片位置对柴油机性能的影响,并得到了VNT的优化脉谱。同时进行了VNT的瞬态响应研究。研究结果表明:VNT通过改变涡轮喷嘴环面积可与柴油机各工况实现最佳匹配,燃油消耗率在全工况范围内明显改善,在高速低负荷时燃油消耗率降低最多,达到了10%;通过增加低速的进气量,VNT对柴油机低速高负荷工况性能有明显改善,扭矩约增加15N·m,油耗率降低2%,烟度从原机4.5 BSU降低到2.5 BSU;通过与原机外特性的对比,在中高速的NO_x和烟度排放与原机相差不大,在低速区NO_x增加约100×10~(-6),烟度降低2 BSU,在整个转速范围内油耗率降低2%～3%。     

双循环EGR对VGT柴油发动机NO_x排放和油耗影响的模拟分析

对一台采用高压废气再循环系统(HP-EGR)的VGT柴油发动机进行台架试验,结合试验数据用GT-Power软件搭建出原机仿真模型。在此模型基础上,添加一条低压废气再循环(LP-EGR)回路,构成双循环废气再循环系统(dual-EGR)。仿真分析在某些稳态工况下,HP-EGR和LP-EGR所占废气再循环总量比例变化对该柴油机氮氧化物(NO_x)排放和比油耗(BSFC)的影响,并进行试验验证。研究结果表明:LP-EGR所占比例在一定程度内提高可以降低进气温度,降低NO_x排放量,提高的程度取决于中冷器的冷却能力,NO_x排量至少可降低0.4g/(kW·h);BSFC也随LP-EGR比例的升高,进气温度的降低而降低,但其同时还受VGT叶片开度的影响,BSFC至少可降低8.5g/(kW·h)。     

增压中冷柴油机EGR数值模拟与试验研究

建立了带废气再循环(EGR)系统的增压中冷柴油机工作过程热力学计算模型,并进行数值模拟,模拟计算与试验结果表明两者基本吻合,误差在合理范围内。在此基础上,研究EGR在不同工况下对柴油机动力性、经济性和排放性的影响,并根据柴油机的综合性能对各工况下最佳EGR率进行优化,得出理想的EGR控制MAP图。最后按照模拟计算结果搭建试验平台,并进行试验研究。研究结果表明:13工况排放测试循环工况的NOx和碳烟排放分别为3.0g/(kW.h)和0.45g/(kW.h),满足欧Ⅳ排放法规的要求。     

基于数值模拟的某柴油机燃烧室优化研究

用AVL FIRE软件建立了柴油机喷雾燃烧过程研究的计算模型,根据模型分析了燃烧室关键特征对经济性和排放的影响,并设计了燃烧室优化方案。研究发现,在A100工况,优化方案改善了油气混合状况,提高了空气利用率,并加速了燃烧后期速度,使得经济性得到提高,同时NO_x排放也有所增加;而在部分负荷A25工况,优化方案降低了燃烧室碗底的流动速度,减少了壁面传热损失,经济性得到提高,同时NO_x排放也有所降低。发动机台架试验结果表明,相对于原始方案,优化方案的外特性油耗平均降低了约2.0g/(kW·h);ESC循环加权油耗降低了2.2g/(kW·h),且加权NO_x比排放相当。     

外部EGR对于汽油机性能和排放的影响研究

外部废气再循环(EGR)技术可以提升汽油机的燃油经济性,降低爆震倾向,搭建了低压EGR系统,研究了外部EGR对于汽油机性能和排放的影响.外部EGR可以降低NOx和CO排放,但是THC排放增加.通过优化后处理配方比例,可以降低后处理成本;对于经济性,EGR率达到23％,油耗可以降低约10 g/(kW·h),对于动力性,E...     

可变涡轮增压器在柴油机国Ⅵ换气系统开发中的试验研究

在一台满足国Ⅳ排放法规的4缸柴油机上,进行了满足国Ⅵ排放法规的换气系统开发的试验研究,试验采用可变喷嘴环涡轮增压器(VNT)和废气再循环(EGR)控制阀,对EGR率的引入进行精确控制,配合喷油参数的调节,研究其对柴油机性能和排放的影响。结果表明:VNT可实现发动机EGR率的有效引入,可大幅度降低发动机机内NOx排放水平,但烟度上升明显;EGR阀配合VNT关闭度调节,在保持机内NOx排放不变的基础上,可实现比油耗(BSFC)和烟度的折中;在引入EGR的基础上,配合喷油参数优化,可在满足发动机国Ⅵ原排放控制目标的前提下,保持发动机BSFC水平与原机基本相当或略好。     

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。     

非道路柴油机的排放特性研究

目前,非道路柴油机的排放认证测试均采用稳态工况循环,为了掌握非道路柴油机的瞬态排放特性与稳态排放特性的差异,寻求降低瞬态排放的方法,针对某满足非道路国Ⅲ排放标准的柴油机进行了万有排放特性、NRSC稳态循环及NRTC瞬态循环的排放测试研究。试验结果表明:该柴油机的NRSC稳态测试循环的NO_x,HC及CO的比排放分别为3.339,0.226,0.964g/(kW·h);NRTC循环的NO_x、HC及CO的比排放分别为3.904,0.284,1.555 g/(kW·h);NRTC循环的NO_x+HC的比排放值超过了现阶段非道路国Ⅲ排放标准限值0.2 g/(kW·h)且NO_x比排放比NRSC循环高0.6g/(kW·h)。     

EGR技术降低低速二冲程柴油机NOx排放的计算研究

针对国产化二冲程低速柴油机HHM 6S350设计了高压EGR方案,通过仿真计算研究了EGR对柴油机油耗和NOx排放的影响。结果表明:EGR能有效降低NOx排放,在选定的EGR方案下全负荷工况加权排放达到TierⅢ排放标准,但是油耗增加较多。研究了提前喷油对6S350在高EGR率时的影响。结果表明:油耗随喷油提前而降低,但NOx排放上升。受最高气缸压力的限制,设置25%、50%、75%、100%负荷下喷油始角分别较原机提前6、6、7、4℃A,全负荷NOx加权排放为2.98(g·(k W·h)-1),符合TierⅢ排放要求,而加权油耗仅上升2.1%。     

多次喷射与EGR耦合控制对柴油机性能和排放影响的试验研究

在一台电控共轨柴油机上,进行了多次喷射和EGR的耦合控制对柴油机的燃烧和排放特性影响的试验研究。在试验工况下(1849r/min、600N.m),通过调节EGR率将NOx控制在2.0g/(kW.h),研究不同喷射策略和EGR对性能和排放的影响。研究结果表明,单次喷射不同主喷定时下将NOx控制在2.0g/(kW.h)所需要的EGR率随主喷定时的推迟而降低,碳烟先下降后上升。在试验工况下预喷射改善排放的效果不明显,优化的后喷参数可以显著降低碳烟排放。与单次喷射相比,多次喷射耦合EGR控制可以显著地降低碳烟排放,油耗率变差,HC和CO有所上升。因此,喷油控制策略的选择取决于后处理器对原始排放值的要求。     

基于当量燃烧的天然气发动机燃烧室优化研究

在一台采用废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)策略的当量燃烧天然气发动机上开展了不同挤气比、压缩比的活塞对燃烧、热效率和排放影响的对比试验研究。结果表明:在50%负荷与中低转速75%负荷下,增大EGR率拓展了爆震边界,使得主燃烧相位(CA50)提前,指示热效率提高;而在100%负荷及高转速75%负荷下,EGR率的增大对燃烧持续期的延长作用更为明显,且CA50后移,指示热效率降低。增大压缩比和适当增大挤气比有利于增强缸内湍流运动,加快天然气火焰传播速度,使CA50更靠近上止点,热功转换效率提高,最高指示热效率提高了0.24%,NO_x和CH_4排放分别升高了2.30g/(kW·h)、0.55g/(kW·h)。进一步增大挤气比会受到爆震的限制,最佳点火时刻推迟,燃烧定容度小,燃烧持续期延长,最高指示热效率下降了0.51%,NO_x和CH_4排放分别降低了2.20g/(kW·h)、0.44g/(kW·h),CO排放升高了0.36g/(kW·h),因此挤气比存在一个优化的范围。     

不同增压型式在柴油机国Ⅵ换气系统开发中的试验研究

在1台满足国Ⅳ排放法规的4缸轻型柴油机上,进行了面向于满足国Ⅵ排放法规的换气系统开发的试验研究,试验分别采用废气放气阀式涡轮增压器(WGT)和可变喷嘴环涡轮增压器(VNT),配合废气再循环(EGR)阀开度的调节,研究其对柴油机性能的影响,试验结果表明:增压器压气机和涡轮机效率随EGR阀开度变化不大,VNT压气机效率与WGT基本相当,而涡轮机效率在发动机中高速工况提升明显,整体高出15%～20%;VNT在发动机中高转速工况,平均泵气压力(PMEP)和空燃比整体优于WGT,发动机换气系数改善3%～5%,燃烧热效率提升1.5%左右;在满足发动机国Ⅵ机内原始排放目标的情况下,发动机匹配VNT,经济性改善明显,较WGT综合油耗可改善2%～3%。     

船用两级增压柴油机性能仿真研究

在一台船用柴油机上进行了两级增压性能仿真研究,分析了进排气旁通和高压级涡轮旁通对船用两级增压柴油机性能的影响。以原机单级增压柴油机计算数据为对比基准,计算研究了不同工况下船用两级增压柴油机的性能和排放特性,研究结果表明:与原机相比,两级增压柴油机燃油消耗率比原机平均降低了10.25(g·(k W·h)-1),涡前排温平均降低69.31℃,NOx加权排放降低了0.73(g·(k W·h)-1),柴油机经济性、热负荷以及NOx排放特性得到显著改善。     

大气压力/VNT/EGR对车用柴油机性能与排放的影响

为了研究可变喷嘴涡轮增压(VNT)技术、排气再循环(EGR)技术及大气压力三者共同作用对车用柴油机性能与排放的影响,利用大气压力模拟装置开展了相应的试验研究,基于响应曲面法以响应曲面图的形式分析研究VNT喷嘴环开度、EGR阀开度及大气压力3个参数交互作用对柴油机性能与排放的影响。结果表明:随着大气压力的降低及EGR阀开度的增大,柴油机动力性下降,经济性恶化。当VNT与EGR耦合时,在最大转矩工况,在EGR阀关闭及开度较小时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩呈现增大的趋势,有效燃油消耗率逐渐降低;而在EGR阀开度较大及全开时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩降低,油耗升高。在标定功率工况,无论EGR阀置于何种开度,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩均增大,油耗均降低。随着大气压力的升高,NOx比排放升高,烟度降低。当VNT与EGR耦合时,在不同的运行工况下,NOx比排放与烟度表现出不同的变化趋势。欲获得良好的整机性能,针对不同的运行工况,需要合理匹配VNT喷嘴环开度与EGR阀开度。     

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%.     

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。