低压EGR对GDI增压汽油机外特性下性能和排放影响

通过一款涡轮增压汽油直喷(gasoline direct injection,GDI)发动机低压废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)的试验,研究了EGR率和点火提前角的综合作用对增压GDI发动机的燃烧、缸压、排放和油耗等方面的影响。结果表明,在GDI增压发动机中加入EGR后,由于废气的稀释和热容作用,使缸内燃烧持续期增大,排气温度下降,燃烧相位也发生了改变。这对发动机外特性的有利影响是油耗减少,CO和NO_x排放也明显减少;不利影响是EGR的加入提高了增压发动机的排气压力,导致泵气损失增加。此外,总碳氢(total hydro carbons,THC)排放也有所增加。在GDI增压汽油机中使用EGR系统并配合点火角的调节能够有效提高热效率,降低NO_x排放。     

高/低压EGR对汽油机和增压器影响的试验研究

在一款涡轮增压汽油缸内直喷(gasoline direct injection,GDI)汽油机上进行了高压(HP)废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)和低压(LP)EGR对发动机和增压器性能影响的试验研究。分别对比了HP EGR和LP EGR系统在外特性和部分负荷工况对发动机燃烧、油耗、进排气的影响及增压器相应的工况变化,并分析了出现这些变化的原因。结果表明,汽油机EGR系统能够优化缸内燃烧,减少泵气损失,从而降低油耗。低压EGR系统在部分负荷工况热效率比高压EGR更高,主要原因为低压EGR系统的涡轮增压器可利用的尾气能量更多,且进入发动机的废气温度较低,能进一步优化缸内燃烧。     

废气再循环对车用汽油机热功转换过程的影响

为提高车用汽油机部分负荷下的燃油经济性,探讨了废气再循环(EGR)对汽油机热功转换过程的影响。基于某款汽油机的性能试验数据,搭建并标定其仿真模型,研究了多种部分负荷工况下EGR对汽油机性能的影响。结果表明:就换气循环而言,随着EGR率的增大,进气压力增大,泵气平均有效压力(PMEP)减小,未冷却的EGR对PMEP减小的幅度更大;就高压循环而言,燃烧温度下降导致传热损失下降,从而使高压循环热效率增加。由缸内热平衡分析可知,有效热效率的提高主要依赖于缸内传热损失的减小,其次才是泵气损失的减小。在1 300r/min、0.295MPa时,采用20%的EGR率可以使有效热效率提升4.5%。     

进气VVT对低压EGR汽油机油耗影响研究

基于一台带有低压废气再循环(EGR)回路的小排量增压进气道喷射(PFI)发动机,研究了进气正时(VVT)对低压EGR汽油机油耗与燃烧特性的影响。结果表明:EGR率越小,泵气损失越大,EGR率较小时泵气损失随EGR率的变化程度较小,EGR率较大时泵气损失随EGR率变化程度较大;进气门开启时刻相对于上止点提前或滞后均会使泵气损失减小。在1 850r/min、0.45MPa工况下,进气门在上止点前10°、28°曲轴转角和上止点后24°曲轴转角开启可使泵气损失依次减小2.3%、11.9%和18.8%;进气门开启时刻越提前或迟后,EGR率越大,对应的燃烧持续期和滞燃期越大,燃油消耗率越小;与原机相比(燃油消耗率为294.49g/(kW·h)),综合优化EGR率和进气门开启时刻后(EGR率为10%、进气门开启时刻为上止点后25°曲轴转角)的最佳燃油消耗率为283.44g/(kW·h),可使燃油消耗率提高3.8%。     

高/低压EGR对两级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,进行了高压废气再循环(HP-EGR)和低压废气再循环(LP-EGR)对柴油机燃烧、性能和排放影响的试验研究。研究结果表明:随EGR率增加,LP-EGR的高低压级压气机的压比和流量变化较小,而HP-EGR的高压级和低压级压气机都由中心高效区向低效区和流量减小的方向偏移,并快速靠近喘震线;低负荷时,HP-EGR的滞燃期延长,预混合燃烧比例较高,燃烧持续期缩短,更好地改善了NOx排放与油耗率和碳烟排放之间此消彼长的关系;低速高负荷时,随EGR率增加,相对HP-EGR,LP-EGR能提高两级增压系统的效率和做功能力,明显提高氧燃当量比,同时显著改善NOx排放与油耗率和碳烟排放之间此消彼长的关系;中高转速高负荷时,随EGR率增加,HP-EGR的进排气压差逐渐下降并越加低于LP-EGR,使得泵气损失明显减少,NOx排放与油耗率和碳烟排放之间此消彼长的关系好于LP-EGR。     

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。     

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。     

废气再循环方式对汽油机燃烧和颗粒排放特性的影响

研究了不同废气再循环(EGR)方式下,汽油机的燃烧与颗粒排放特性.结果表明,由进气道引入废气的分层废气再循环(分层EGR)方式与由节气门前引入废气再循环(总管EGR)方式相比,汽油机稳定燃烧的EGR率范围大,而且前者比后者的汽油机指示热效率高.在相同负荷下,分层EGR方式下汽油机连续循环中各个循环的指示平均有效压力比总管EGR方式下的更加集中,前者的燃烧更稳定.两种EGR方式下汽油机排气中单位体积内的核态颗粒物和表面积数随着EGR率的增加而降低,而且在相同EGR率下,分层EGR方式下的值比总管EGR下的值高.单位体积内积聚态颗粒物数和总表面积随着EGR率的增加,先减少后增加,但在相同EGR率下,分层EGR方式下的值要比总管EGR下的值低.     

高低压回路EGR对柴油机燃烧过程影响的试验研究

在一台重型电控高压共轨柴油机上布置了高压和低压回路废气再循环(EGR)系统,并以此为基础研究了高低压回路EGR联合运行时,EGR率和高低压EGR比例对发动机缸内燃烧过程的影响,以及低负荷工况下发动机排气温度在EGR作用下的提升效果,研究结果表明:提高EGR率或增大高压EGR所占比例,都会导致进入缸内的新鲜空气量减少,最高燃烧压力下降,滞燃期延长,燃烧持续期延长;随着EGR率的提高,发动机有效热效率降低,此时需要逐渐减少高压EGR比例;引入EGR可以提升发动机低负荷工况的排气温度,但相同EGR率下,高压EGR比例越大,则排气温度提升幅度也越大。     

可变进气门升程对汽油机泵气损失的控制及对燃烧过程的影响

为了降低汽油机部分负荷泵气损失,改善燃油经济性,在自主开发的进排气门升程和相位全可变的4VVAS(4 variable valve actuation system)单缸汽油机上开展了可变进气门升程控制负荷的试验研究,研究了进气门升程对进气量和负荷的控制作用以及进气门升程控制对泵气损失以及燃烧过程的影响,比较分析了采用可变进气门升程对汽油机性能的影响.研究结果表明.保持节气门全开,通过采用进气门升程调整的负荷控制方式,与节气门控制负荷方式相比,部分负荷的泵气损失可以降低20%～30%,指示燃油消耗率降低3%～12%,中低转速下机械损失也有所降低.但是燃烧过程持续期会变长,影响了燃油经济性的进一步改善.     

汽油机不同稀释方式对性能和排放影响的对比研究

在某自然吸气汽油机上针对全球普遍采用的2000r/min、0.2MPa BMEP和1600r/min、0.26MPa BMEP工况,在台架上对缸内残余废气系数、外部EGR率和过量空气系数(稀薄燃烧)进行了对比试验。分析了上述不同缸内稀释方式对汽油机性能和排放的影响。提出了一个能对三者在同一基础上进行对比的缸内稀释因子α参数,并导出了α与缸内残余废气系数、EGR率及过量空气系数之间的关系式。在α统一基准下对三种稀释方法的试验数据进行对比,并对其影响程度及机理进行分析。研究结果表明:从提高进气压力、减小泵气损失的角度上看,缸内残余废气的影响最明显,稀薄燃烧次之,EGR率的影响最小;从对缸内燃烧过程的影响来看,EGR率的影响最明显,缸内残余废气次之,稀薄燃烧最不明显;从对油耗的改善效果来看,稀薄燃烧的影响最明显,缸内残余废气次之,EGR率的影响最小;从降低缸内氮氧化物浓度的效果来看,EGR率的影响最明显,缸内残余废气次之,稀薄燃烧影响最小。     

汽油机外部EGR节油技术的应用

建立带有EGR系统的汽油机一维计算模型,研究了汽油机外部废气再循环对NEDC循环工况节油性能的影响,并对固定的转速及负荷工况下,EGR率与比油耗的关系进行了分析,并进行了试验验证,模拟分析结果与试验结果吻合良好,表明通过在排气歧管上将废气再循环引入进气系统能够在保证发动机动力性能的前提下,减小泵气损失,从而降低发动机的比油耗。     

利用废气滞留改善缸内直喷汽油机部分负荷性能的研究

废气滞留比传统的废气再循环具有更好的稀释和加热混合气作用,有利于减小汽油机中小负荷泵气损失,降低油耗.在一台缸内直喷汽油机(GDI)上对比研究了部分负荷下利用负阀重叠(NVO)产生废气滞留对于发动机性能的影响.结果表明,利用废气滞留方法可使发动机油耗降低5%～16%,并且随着负荷减小节油效果明显.分析表明,废气滞留可以提高进气歧管压力,明显降低泵气损失;混合气温度提高促进燃烧更完全,使燃烧效率得以提高;但燃烧速度会有一定程度降低,循环波动有所增大;综合作用下使得有效热效率提高.同时,废气滞留作用可降低缸内直喷汽油机HC、CO排放,尤其可显著降低NOx排放达70%以上.     

不同EGR形成方式对汽油机性能影响的仿真研究

利用GT-Power软件仿真探讨了降低排气门升程、提前和推迟排气正时、提前进气正时4种方式形成的内部废气再循环(EGR)对汽油燃烧和性能的影响。仿真结果表明,随着内部EGR率的增加,4种方式的发动机燃烧重心均推迟,燃烧持续期均延迟。但4种方式在形成相同的内部EGR率时,提前进气正时使发动机燃烧重心推迟更明显,燃烧持续期增长也更多,缸内燃烧温度最低,因此传热损失也最小,另外提前进气正时后泵气损失也最小,所以提前进气正时形成的内部EGR油耗更低,减少了22%。     

甲醇在二冲程点燃式内燃机中的应用研究

为了开发石油代用能源,许多国家正在研究在四冲程内燃机上燃烧甲醇和甲醇-汽油混合燃料的问题。本文对二冲程汽油机以煤制甲醇作燃料时的功率、燃料消耗率、燃烧稀薄混合气的能力和排放特性进行了试验研究。二冲程汽油机改烧甲醇后,功率和热效率都有提高,尤其是提高压缩比后,最大功率和热效率都可提高近1/3。在排气成分方面,与燃烧汽油时相比,排气中NO_x和CO含量都有所下降。但是,由于扫气过程中有一部分甲醇未经燃烧而直接排出,以致排气中甲醇和甲醛含量都大大增加。经初步使用钯催化剂进行催化反应后,排气申甲醇和甲醛排放量可降低到燃烧汽油时的水平。     

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...     

基于不同EGR系统的发动机性能仿真研究

对不同排气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)系统对发动机性能的影响进行仿真分析。结果表明:单路EGR系统缩小涡轮尺寸可以产生较高EGR率,但是油耗较高;单向阀在涡轮尺寸较大时具有较好地提高EGR率的效果;与单EGR冷却器相比,两路EGR系统双EGR冷却器具有提高EGR率的潜力;两路EGR系统+单向阀泵气损失小,EGR效率高且油耗低。     

内部EGR和燃料辛烷值对小负荷低温燃烧的影响

将不同比例的正庚烷和异辛烷掺混得到3种不同辛烷值的混合燃料PRF70、PRF80和PRF90,在单缸直喷柴油机上研究了燃料辛烷值和基于排气门两次开启的内部EGR策略对高辛烷值燃料小负荷低温燃烧的影响.结果表明,小负荷工况(平均指示压力小于0.3,MPa)下,适当增大内部EGR率能提高缸内温度,改善高辛烷值燃料的燃烧稳定性和HC、CO排放,但内部EGR率过大时由于废气的稀释作用增强,对高辛烷值燃料小负荷燃烧带来不利影响;燃料辛烷值对高辛烷值燃料的燃烧有影响,随着辛烷值增大,着火始点推迟,放热速率降低,HC和CO排放升高,燃烧稳定性下降.通过采用合适的喷油时刻、内部EGR策略结合辛烷值优化能够实现高辛烷值燃料在小负荷工况的稳定燃烧.     

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．     

稀释方式与进气包角对发动机影响的试验研究

基于1台带有低压废气再循环系统(EGR)的涡轮增压直喷汽油发动机,使用2种进气凸轮包角,首先研究了米勒循环部分负荷燃烧特性,之后研究了米勒循环、奥托循环耦合EGR、稀薄燃烧(简称稀燃)等技术的节油潜力。结果表明,米勒循环在部分负荷节气门开度大、进气压力高、泵气损失小,燃烧重心提前,燃烧持续期变长,排气温度上升,能减少有效燃油消耗率(BSFC),但随着负荷的增加,节油能力下降。米勒循环的进气包角小,进气时间短,进气门升程低,进气门处的节流损失大,导致米勒循环的缸内滚流比、湍动能、缸内湍流速度与活塞平均速度的比值(U_(prime)/C_m)大幅下降。米勒循环与奥托循环发动机稀燃的节油能力均大于EGR。由于米勒循环缸内主要流动参数低于奥托循环,米勒循环在搭配EGR技术和稀燃技术时的燃油经济性改善程度明显低于奥托循环。米勒循环机型的后续优化方向是提高缸内滚流强度。