掺氢比对柴油机掺氢EGR燃烧过程的影响

在一台视窗上置式柴油机可视化试验装置上用高速摄影机记录下油门全开时柴油机掺氢EGR燃烧过程的火焰照片,应用三基色法计算了燃烧温度场,结合示功图和放热率曲线分析了掺氢比对掺氢EGR燃烧过程的影响.结果表明:当EGR率一定时,随着掺氢比的增加,着火时刻呈现提前的趋势,燃烧持续时间发生相应改变;缸内最大爆发压力增加,达到峰值压力的时间提前;放热率峰值增加,放热率曲线整体提前;缸内最高温度和平均温度相应增高.当EGR率较大时,燃料不能充分燃烧,热效率下降,随着掺氢比的增加,燃烧过程随之改善.     

进气加湿耦合涡流比对船用柴油机燃烧和排放的影响

针对某一款四冲程船用柴油机,利用商业模拟软件AVL-Fire建立柴油机三维数值模型,研究进气加湿耦合涡流比对燃烧的影响以及改善NOx和碳烟折中关系的潜力,给出优化方案,得到满足TierⅢ排放法规的技术路线并保证指示燃油消耗率增长在2%以下.结果表明,加湿率增大,缸内温度和压力的峰值均降低,且最大降幅都约为2%;滞燃期延长,燃烧重心后移,对燃烧热效率不利.缸内温度和进气氧浓度的下降有效降低了NOx排放,最大降低幅度约为56.7%.一定的涡流比可以促进油气混合,而太大的涡流比会降低油束贯穿距,使喷雾前端偏转角度增大,影响油气混合.涡流比的增大对NOx和碳烟的排放形成先增后降的影响,在涡流比为0.5时碳烟排放最低.此外,对各种进气加湿率和初始涡流比获得的结果进行优化,其中有9种算例同时降低了NOx和碳烟排放,并且在初始涡流比为0.50时,加湿率100%和80%的两种方案满足TierⅢ的排放标准.     

缸盖涡流比对柴油机性能的影响

为提高柴油机制造精度和生产一致性,基于缸盖涡流比设计标准及生产一致性控制方法,进行生产调查,研究缸盖涡流比生产一致性真实分布;通过仿真研究分析缸盖涡流比对柴油机性能的影响,并进行台架试验验证,确定涡流比的最优设计。结果表明：涡流比为1.1～1.3对NO_x比排放、483烟度比排放和燃油消耗率的影响均较小,可以保证发动机可靠性、性能和排放均满足要求。     

柴油机分段喷射及涡流匹配燃烧和排放特性

为探究柴油机分段喷射及涡流改善燃油经济性的潜力和机理,在单缸机上进行了有、无进气涡流时不同分段喷射策略的试验,5%,预喷比例、10°,CA间隔工况的燃油消耗率比单次喷射降低6.1,g/(k W·h),NO_x排放增加200×10~(-6)(体积分数);有、无涡流对比试验中,在过量空气系数为1.6时,加入涡流比为1.0的涡流,燃油消耗率仍降低2.0,g/(k W·h),NO_x排放增加120×10~(-6).内窥镜试验利用KL因子表征碳烟浓度,上止点后16°,CA,单次喷射工况KL因子为1.22,分段喷射工况KL因子为0.75,有涡流分段喷射工况KL因子为0.21.仿真分析表明,小预喷、短间隔分段喷射和适当进气涡流的加入,均使得主喷油束可以利用预喷产生的热氛围且不被其束缚,从而改善燃油经济性,降低缸内碳烟浓度.     

EGR对柴油机燃烧影响的可视化研究

基于单缸柴油机和phantom高速相机,搭建柴油机燃烧过程可视化平台,进行EGR对柴油机燃烧影响的可视化研究。在不同EGR率条件下分析了EGR对燃烧过程和火焰温度的影响规律。研究表明,通过可视化平台可以从燃烧室底部直接拍摄燃烧火焰。在小负荷、自然吸气条件下,随着EGR引入,着火时刻推迟,火焰温度降低,高温区域的面积减小。EGR率为20%时,缸内着火区域面积明显减小,火焰亮度显著降低。缸压数据分析结果显示,随着EGR率的增加,爆发压力和放热率峰值减小,缸内平均温度降低。     

进气涡流比对直喷式柴油机喷雾,燃烧和碳粒变化历程的影响

采用双成象技术研究了不同进气涡流比时直喷式柴油机喷雾、燃烧和碳粒变化历程。大量的研究结果表明：直喷式柴油机燃烧涡流从缸心向侧壁发展，更接近刚性涡特性。当涡流比高达4．5时，着火瞬间油束之间拥有空气的面积还相当多；涡流比过高，油雾和早、中期的火焰被局限于活塞凹坑内，这导致了气缸内空气利用率降低和燃烧后期碳粒增多。     

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。     

EGR率对柴油机低温燃烧滞燃期影响的试验研究

根据缸内压力求得缸内平均温度和放热规律,分析了进排气系统的O2体积分数、燃烧始点、喷油始点和终点的温度、压力对低温燃烧早喷射和晚喷射两种情况下滞燃期的影响,早喷射和晚喷射一样随着废气再循环(EGR)率的增大而延长了滞燃期。早喷射的滞燃期要短于晚喷射的滞燃期,因此为了能够让空气与燃油有更多的时间混合,早喷射比晚喷射需要更大的EGR率。但随着大量EGR的加入,过量空气系数不能反映混合气中O2体积分数,滞燃期与混合气温度、压力和O2体积分数有关,在影响低温燃烧滞燃期的因素当中,温度对滞燃期的影响最为明显。     

EGR和主喷定时对重型柴油机燃烧特性与排放的影响

通过两级增压共轨重型柴油机重点研究废气再循环(EGR)和主喷定时对发动机燃烧特征参数与排放特性的影响.结果表明:随EGR率增加(NOx降低),整个燃烧持续期增加,主要由燃烧放热后半期延长所致,中、小负荷燃烧持续期增量小于大负荷,同时中、高转速大负荷燃烧持续期增量小于低速大负荷;在同一运行工况上存在一最优循环累积放热量达到总放热量50%,时所对应的曲轴转角(CA,50)和燃烧持续期,此时热效率最高.采用EGR降低NOx时不可避免增加燃烧损失,使CA,50尤其是燃烧持续期偏离最佳经济区,导致热效率下降;实现等NOx排放时,推迟主喷定时可有效降低低速大负荷碳烟(soot),改善NOx-soot的trade-off关系.在高转速大负荷时,推迟主喷定时会使soot先降后升,且导致燃油消耗率(BSFC)明显增加;进气温度升高会导致NOx与soot和BSFC之间trade-off关系变差,但合理推迟主喷定时可同时削弱进气温度对NOx-soot和NOx-BSFC的trade-off关系影响.     

轨压和EGR率对柴油机性能的影响

基于一台采用EGR+DOC+DPF+SCR(EGR为排气再循环系统;DOC为柴油机氧化型催化器;DPF为柴油机颗粒捕集器;SCR为选择性催化还原)技术路线的欧Ⅵ排放柴油机,研究轨压和EGR率对柴油机经济性的影响,其中经济性分析以综合油耗为指标,综合油耗包括油耗、尿素消耗和再生消耗的柴油。研究表明:随着轨压升高,NOx排放升高,碳烟(Soot)排放降低,柴油机有效燃油消耗率(break specific fuel consumption,BSFC)变好,综合油耗出现拐点;不同轨压变化时,EGR率对柴油机排放的影响变化一致,随着EGR率的升高,NOx排放降低,Soot排放升高,BSFC变差,综合油耗变好,当EGR率在18%左右时,综合油耗最佳。同时,与非EGR路线的欧Ⅴ柴油机进行经济性对比,EGR路线对BSFC有一定程度恶化,综合油耗并没有恶化。     

富氧燃烧与EGR对船用柴油机NO-碳烟排放和燃烧特性的影响

针对一台满足TierⅡ排放标准的船用柴油机,采用富氧燃烧与EGR相结合实现NO-碳烟排放同时降低并保证发动机功率没有损失,并探讨了实现TierⅢ排放标准的技术路线.AVLFire软件被用于建立仿真模型.研究表明,当单独使用富氧燃烧时,观察到较短的燃烧持续期、较高的缸内温度和指示功率,碳烟排放减少而NO排放恶化,而单独使用EGR时出现相反的趋势.研究发现,当发动机运行在1 350 r/min,75%负荷工况下,进气氧浓度为21%～24%,EGR率为0～25%时,上述范围内的4种组合可以实现低NO-碳烟排放且指示功率与原机基本持平.正如预期,通过富氧燃烧与EGR优化组合,可得到同时降低NO-碳烟排放低于原机的最佳优化区域.同时也发现,当超过15%的EGR率与较低的氧浓度结合时,可将NO排放降低至TierⅢ标准.     

EGR的三效应对柴油机燃烧特性及排放的影响

将D19共轨柴油机的一维仿真模型与正庚烷简化机理耦合,计算不同EGR率下缸内进气组分的质量分数,以此为初始条件,利用三维CFD模拟,研究EGR的三种效应各自对燃烧及排放的影响以及三效应间的相互关系.结果表明:EGR的稀释效应是降低缸内压力、温度和累积放热量,推迟燃烧相位的主因,同时也决定着CO与NO的排放终值;由稀释效应引起的低温、缺氧抑制NO的生成,其中低温比缺氧的影响更强,并会削弱H_2O和CO_2的热效应对NO的抑制作用;对于EGR热效应而言,单位物质的量浓度CO_2吸热作用约是H_2O的4倍;碳烟排放在中等EGR率时主要受稀释效应影响,在高EGR率时,受三效应共同影响呈现低生成、弱氧化的变化趋势.     

扫气口角度和涡流比对船用柴油机性能的影响

利用Converge软件建立某大缸径低速二冲程船用柴油机的三维数值仿真模型,仿真研究扫气口水平倾角对柴油机性能的影响,并解耦涡流比的单独影响机理。结果表明：扫气口水平倾角过大或过小均导致缸内产生回流区及新鲜空气过早溢出,降低扫气效率;与原机水平倾角为15°时相比,当扫气口水平倾角为10°时,有效燃油消耗率和NO_x排放均降低;在合理范围内增大涡流比可有效改善油气混合均匀性和燃烧过程;与原机涡流比为4.5时相比,涡流比为20.5时燃油消耗率降低5.09%,燃油经济性明显改善;但涡流比过大对燃油消耗率的改善较小,同时导致壁面传热损失较大,因此涡流比应控制在20.5以下。     

阶跃EGR对重型柴油机燃烧过程的影响

研究了阶跃过程中废气再循环(EGR)流量在管路中的变化及其对重型柴油机燃烧过程的影响.证实可利用一系列相互之间有延迟的阶跃函数对EGR流量的变化过程进行描述,而进气流量等的变化可用一阶或二阶惯性系统的阶跃响应函数来描述.研究发现,随着EGR的加入引起的进入气缸总充量的减少是燃烧初始边界条件发生变化的主要原因之一.对放热...     

PCCI结合EGR对柴油机燃烧排放的影响

燃烧过程对发动机的整机性能有着重要的影响,通过调整进气门关闭时刻和提前喷油角度可以实现预混压燃,预混压燃(PCCI)能够很好的控制SOOT的排放,但对降低NOx排放不是很明显,PCCI结合外部EGR可以很好地控制NOx的排放。本文运用三维CFD模型对由4102BZLQ柴油机改造的PCCI进行了数值模拟,分析预混压燃对燃烧排放的影响,针对PCCI中NOx高排放问题加入外部EGR,对比不同EGR率时NOx、CO、HC排放的变化,并分析了可能导致NOx、CO、HC变化的机理。     

喷油嘴孔径和进气涡流对柴油机燃烧特性影响的数值模拟分析

柴油机燃油系统和进气系统是决定发动机性能的关键因素．本文应用三维CFD模拟软件FIRE和燃油喷射模拟软件HYDSIM对柴油机建模、仿真计算,分析了喷油嘴孔径大小和进气涡流强度对柴油机燃烧特性的影响。结果表明,这些参数对柴油机做功及碳烟、NOx排放的影响明显。     

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。     

关于高EGR率下的柴油机燃烧及排放的研究

通过试验研究了柴油机在高EGR率下,喷油定时、喷油压力对其燃烧及排放的影响.结果表明:不论是提前还是延迟喷油定时,增加着火延迟,都会减少碳烟排放量,而且喷油定时的提前有保持热效率和防止发动机失火等优点 .在所有的喷油压力下,混合气中氧含量达到9%～10%时,可以实现无烟燃烧.     

EGR率对机车柴油机工作性能的影响

EGR技术是减少柴油机NOx排放的主要手段,但是EGR技术会对柴油机动力性能造成一定影响.使用计算机仿真计算的方法,针对大功率柴油机在不同EGR率情况下的工作情况进行了研究,对比分析了不同EGR率情况下柴油机的动力性能和排放情况.     

EGR对GDI汽油机燃烧和排放特性的影响

通过改变EGR率,在一台GDI汽油机上进行了EGR对燃烧和排放特性影响的试验.结果表明:加入EGR后,燃烧持续期增大;且随EGR率增加,着火时刻先提前后延迟;放热率曲线峰值逐渐降低且后移,放热过程迟缓,缸内压力和缸内温度逐渐降低,压力峰值前移.此外,EGR率增加导致NOx排放逐渐降低,最高降低比例达80%以上,THC和CO排放逐渐增加,最大增加比例分别约为25%和7%.GDI汽油机排气颗粒物呈核态和积聚态的双峰分布;积聚态颗粒物峰值数密度随EGR率升高逐渐降低,核态颗粒物峰值数密度和颗粒物总数量浓度在加入EGR后均明显增加,核态和积聚态颗粒物峰值粒径受EGR的影响较小.