直喷汽油机采用不同缸内稀释技术的性能研究

针对一款4缸1.5L废气涡轮增压缸内直喷汽油(GDI)发动机,进行了废气再循环(EGR)缸内稀释燃烧技术、空气缸内稀释燃烧技术与原机燃烧的经济性、排放特性对比试验研究。研究了不同缸内稀释技术对发动机性能和排放影响的变动规律,并对比分析了相同稀释率下、采用不同稀释技术时发动机的性能变化。结果表明:空气稀释率在49.5%时比油耗相比原机下降6.2%,而EGR稀释率在20.5%时经济性改善4.2%,在相同稀释率时,EGR稀释可采用更为提前的点火角实现更优的燃烧相位,但空气稀释所带来的多变指数提升使其经济性优于EGR稀释,且发动机燃烧系统对空气稀释程度具有更强的容忍性;NOx排放在空气稀释率为11.0%时达到峰值水平,随后随着稀释率的提高不断下降,而EGR稀释的NOx排放随着稀释率的提高持续大幅下降;空气稀释的CO排放水平远低于原机,EGR稀释的CO排放随着稀释率的增加而略有下降;对于HC排放,空气稀释的排放量低于EGR稀释,而当空气稀释率由49.5%增加为68.0%时,HC排放出现较大幅度上升。     

涡流-滚流拓宽汽油机稀燃极限的试验

基于一台4气门直喷汽油机,在部分负荷工况下对比研究了低滚流、高滚流以及涡流-滚流结合(简称涡流-滚流)3种不同的进气形式在废气和进气两种稀释氛围中对燃烧和排放的影响.结果表明:在进气稀释条件下,与稀燃极限λ为1.37的低滚流原机相比,高滚流可将λ拓宽至1.44、燃油消耗率(BSFC)降低10%,涡流-滚流可拓宽极限λ至1.51、BSFC降低12%;在废气稀释条件下,与稀燃极限废气再循环(EGR)率为23%的低滚流原机相比,高滚流可拓宽极限EGR率至27%、BSFC降低5%,涡流-滚流可拓宽极限EGR率至28%以上、BSFC降低8%.排放方面,与原机低滚流无稀释工况相比,高滚流结合稀释燃烧最多分别使NO_x降低69%、CO降低89%和HC升高74%;涡流-滚流结合稀释燃烧最多分别使NO_x降低63%、CO降低87%和HC升高44%.     

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     

稀燃及废气再循环提高增压汽油机热效率的对比研究

在一台直列4缸增压直喷汽油机上针对万有特性最低油耗工况点,进行了稀薄燃烧与废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)提高发动机热效率的对比试验研究。试验结果表明:稀薄燃烧及EGR均能有效降低发动机燃油消耗率,稀释率分别为33%和19%时,采用稀燃和EGR时的最高有效热效率绝对值分别增加2.8%和1.7%,其中稀燃的有效热效率达到了39.9%,稀燃实现更高热效率主要归因于较低的传热损失和未燃损失。从燃烧角度来看,稀燃及EGR稀释都延长了燃烧滞燃期及持续期,但同样稀释率下稀燃的滞燃期更短,稀燃更高的稀释极限实现了更低的传热损失;但EGR抑制爆震,提前燃烧相位,使采用EGR时的排气能量损失低于稀燃。从排放角度来看,稀燃及EGR在高稀释率下均显著降低NO_x排放,而受益于高氧气浓度,相同稀释率下稀燃的HC及CO排放均低于采用EGR时,从而使稀燃的未燃损失更低。     

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...     

废气重整再循环船用LNG发动机闭环系统模拟研究

基于GT-Power软件搭建液化天然气（LNG）发动机与重整器闭环运行仿真模型,探究废气重整再循环率（REGR率）及重整器内CH₄与O₂体积分数比n对重整器与发动机性能的影响.结果表明:重整产物中H₂体积分数随REGR率增大而降低,且随着n增加而增大;随着REGR率增大,缸压峰值降低,火焰发展期与燃烧持续期增加,NO_x排放降低,且在10%REGR率左右达IMO TierⅢ排放限值标准;与废气再循环（EGR）模式相比,REGR模式下缸压峰值增加,火焰发展期与燃烧持续期缩短,热效率增加,燃油消耗率（BSFC）下降,HC排放降低.该研究结果可为发动机与重整器匹配运行以实现船用LNG发动机污染物排放控制提供参考.     

某非道路国四EGR发动机燃烧开发试验研究

研究了非道路国四废气再循环(EGR)发动机燃烧开发试验中硬件选型方法,总结了EGR发动机燃烧开发过程中的一些规律：缸盖涡流比方面,针对高排放发动机,适当降低缸盖涡流比,在相同NO_x排放的条件下,可有效降低Soot比排放;喷油器参数方面,小孔径、小流量喷油器是EGR发动机喷油器选型的优化方向,但同时应考虑到喷油器孔径过小时的燃油适应性问题;增压器匹配方面,选择涡轮尺寸和涡轮箱流通能力相对较小的增压器方案,涡轮前排气压力较高,排气与进气的压差相对更大,使EGR系统更容易加入新鲜空气,有利于EGR发动机优化性能排放;喷油嘴伸出量方面,合适的喷油嘴伸出量可使油耗率和Soot比排放更低。同时提出了一种EGR发动机性能排放标定方法：高轨压+小主喷提前角+低EGR率,该标定策略可在降低NO_x比排放的基础上,有效降低Soot比排放。     

EGR和稀燃对GDI发动机性能和排放特性的影响

稀燃和废气再循环(EGR)技术由于可以改善汽油直喷(GDI)发动机的燃油经济性而成为内燃机重要发展方向之一.通过GDI发动机台架试验,研究了EGR稀释、过量空气稀释(稀燃)和两种技术复合作用对发动机性能和排放的影响.结果表明:稀释率相当的条件下,化学计量比混合气下的EGR对燃烧持续期(CA0-10、CA10-50)和循环变动率(COV)的影响比过量空气稀释更显著,过量空气稀释时发动机的热效率明显高于EGR稀释时的热效率,过量空气稀释率为21.9%时,热效率升高6.3%.EGR稀释时,部分新鲜充量被非反应气体代替,导致氧体积分数明显降低.EGR与过量空气复合稀释时,热效率与过量空气稀释条件下的热效率接近,NO_x排放大幅降低,颗粒物数量(PN)排放与过量空气稀释单独作用时相当,颗粒物表面积浓度排放较低,颗粒物粒径小于EGR稀释和过量空气单独稀释时的粒径.     

EGR对可变压缩比SI发动机燃烧及排放特性的影响

基于一台可变压缩比火花点火(SI)单缸发动机,在不同废气再循环(EGR率为0~20%)、不同压缩比(8、9、10和11)下,对发动机燃烧和排放特性进行对比分析.结果表明:随着EGR率的增大,滞燃期和燃烧持续期变长,瞬时放热率曲线峰值减小并后移,缸内压力和最高平均燃烧温度降低.而增大压缩比则使滞燃期和燃烧持续期变短,缸内压力和燃烧温度升高.同时,NOx排放随EGR率的增大而降低,当压缩比为9时,20%,EGR率比无EGR时降低了92%,但随着压缩比增大NOx排放增多.CO和HC排放在EGR率较小时无明显变化,但随压缩比增大而减小,当EGR为5%,时,CO和HC排放最高降低7.8%和27%.     

EGR对生物柴油/异丁醇混合燃料燃烧与排放的影响

在一台四缸四冲程水冷高压共轨柴油机上研究了生物柴油/异丁醇混合燃料在不同EGR率下的燃烧及排放特性.试验结果表明:随EGR率的升高,缸内压力和放热率峰值降低,燃料滞燃期延长,燃烧持续期先缩短后延长,NO排放与核模态颗粒物数密度降低;当EGR率小于6%时,CO和HC污染物的排放都保持在较低水平.相较于生物柴油,燃用混合燃料降低CO污染物的排放;随异丁醇掺混比例的增加,缸内压力与放热率峰值逐渐升高,CO排放降低,但HC与NO的排放逐渐升高,核模态颗粒物数密度升高,积聚态颗粒物数密度和颗粒物质量浓度有不同程度的下降.     

废气再循环对二甲基醚均质压燃燃烧过程影响的试验研究

在一台单缸发动机上进行了废气再循环(EGR)对二甲基醚(DME)均质压燃(HCCI)燃烧过程影响的试验研究。结果表明，EGR比例小于20％对运行最大负荷工况范围影响不大；采用高比例EGR可以拓宽DME均质压燃运行工况范围，随着EGR率增大，HCCI运行的最大负荷工况增大，着火燃烧时刻推迟，燃烧放热率降低，缸内最大爆发压力降低，发动机热效率增大；EGR率小于75％，HC排放略有降低或相当，EGR率为75％时，HC排放显著增加；EGR率大于25％，随着EGR率增加，CO排放增大，小负荷工况尤其明显，在中高负荷工况，EGR率对CO排放影响较小。     

船用双燃料发动机综合性能预测及优化

为了使双燃料发动机满足日益严苛的排放法规要求,同时获得更高的经济效益,有必要对发动机进行全工况综合优化,以获得排放和燃油消耗的折衷．首先基于长短期记忆(LSTM)神经网络建立了发动机NO_x排放和燃油消耗率(BSFC)的预测模型,然后将所建模型与NSGA-Ⅱ算法结合,对NO_x排放及BSFC进行优化,并获得最优Pareto前沿解集以及决策变量的最佳控制参数组合．最后将最优控制参数组合标定至电子控制单元(ECU)中进行试验验证,结果表明:优化后的NO_x排放平均下降了76.4%,BSFC平均下降了3.5%,且NO_x排放满足IMO Tier-Ⅲ的限制要求．     

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。     

不同稀释方式降低天然气发动机NO_x排放的研究

为了使天然气发动机在采用机内净化措施的情况下大幅度降低NOx排放,满足未来的排放法规,试验研究了3种稀释方式(空气稀释、当量燃烧+EGR稀释、空气与EGR双重稀释)对稀燃天然气发动机控制NOx排放潜力的影响,并考察了燃烧边界条件的改变对发动机燃烧及排放性能的影响。研究结果表明:通过燃烧边界条件优化,3种稀释方式均能使发动机NOx排放满足国-Ⅳ及国-Ⅴ排放标准,在同等NOx排放前提下,对其经济性而言,双重稀释方式优于空气稀释方式,空气稀释方式优于当量燃烧+EGR稀释方式。     

火花点火发动机燃用CNG/H_2混合燃料配合EGR的性能和排放研究

在一台火花点火天然气发动机上开展了不同掺氢比和EGR率下发动机性能和排放的试验研究。研究结果表明:引入EGR后发动机输出功率下降,但掺氢可以提高大EGR工况下发动机的输出功率。有效热效率随EGR率的增大呈现先升高后降低的趋势;小EGR率下,有效热效率随掺氢比的增加而降低,而大EGR率下,有效热效率随掺氢比的增大而升高。天然气掺氢后NOx排放增加,EGR引入使NOx排放降低,这种降低作用在大掺氢比下更显著。因此,相对于小EGR率工况,大EGR率工况下天然气掺氢表现出更好的性能和排放效果。HC排放随EGR率的增大而增加,随掺氢比的增加而降低。CO和CO2都随EGR率的增加变化不大,随掺氢比的增加而降低。研究表明,天然气掺氢结合EGR可实现火花点火发动机高效低污染燃烧,并能满足欧Ⅳ排放标准。     

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对电控共轨二甲醚发动机排放影响的研究

研究了中高负荷时不同轨压和喷油提前角下,废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对电控共轨二甲醚发动机排放的影响。研究结果表明:中等负荷时,随着EGR率的增大,发动机油耗率呈先减小后增大的趋势,氮氧化物(NOx)排放显著降低;对于HC和CO排放,在EGR率小于27%时基本保持不变,在EGR率增至27%时显著增加;采用27%左右EGR率,可将NOx排放降至0.5g/(kW·h)以内,此时轨压及提前角对NOx排放的影响消失。高负荷时,随着EGR率增大,发动机油耗率逐渐增大;NOx排放显著降低,轨压和提前角的变化对NOx排放影响减小;HC和CO排放逐渐增大。可通过轨压及喷油提前角的优选有效地控制中高负荷下NOx、HC、CO排放及油耗率。     

废气再循环对二甲醚/天然气双燃料均质压燃燃烧过程和排放特性的影响

在一台单缸直喷式柴油机上研究了冷却废气再循环(EGR)对二甲醚(DME)／天然气(CNG)双燃料均质压燃(HCCI)燃烧过程和排放的影响．结果表明，EGR率加大，着火时刻滞后，放热速率降低，燃烧持续期延长，DME比例加大，着火始点提前，放热率峰值上升，燃烧持续期缩短，EGR率增大，发动机“失火”和爆震燃烧的DME比例增大，但“失火”和爆震燃烧之间的DME比例区间变宽，EGR可以拓宽HCCI发动机的工况范围．对应不同比例的EGR，有一个热效率最佳的DME比例区域．HC排放和CO排放随EGR率的增高而增加，随DME比例的增大而降低．NO。排放在不发生爆震的情况下保持在极低的水平．因此，控制DME比例和EGR率是控制DME／CNG双燃料HCCI发动机燃烧过程、性能和排放的关键。     

零碳燃料对燃气锅炉燃烧过程调控作用

利用小型化模拟炉膛开展了零碳燃料氢气对燃气锅炉燃烧过程调控作用实验研究,研究了掺氢比对炉膛内部预混火焰宏观形态、炉膛温度均匀性、炉膛污染物排放规律的影响,并总结了CO及NO_x的排放规律。实验结果表明：随着预混当量比增加,纯甲烷火焰长度逐渐缩短;对于20%掺氢火焰,随着预混程度的提高,火焰长度降低明显;不同火焰条件下,炉膛温度只由燃烧功率控制;改变燃烧条件时,处于壁面附近位置的温度变化较为平稳,而靠近火焰处温度变化较大;天然气中掺入氢气,燃烧时可以有效降低未燃CO排放;在相同预混程度下,全局当量比减小导致未燃空气增加,热量被稀释,火焰温度降低,热力型NO_x的生成降低;随着掺氢比的增加,燃烧时火焰温度升高,导致热力型NO_x排放增加。     

电控五气门汽油机稀燃与废气再循环性能对比研究

在一电控喷射稀薄燃烧五气门汽油机上，以稀薄燃烧汽油机电控开发系统及相应的废气再循环系统为试验平台，对五气门汽油机在各种进气模式下实施稀混合气燃烧及废气再循环时的燃油消耗率和排放性能进行了详细的试验研究，进而对本发动机的稀燃性能与废气再循环性能进行了比较，分析实施不同方法对发动机性能的不同影响效果，实验结果表明，采用分层EGR技术以后，EGR比率可达32％，稀燃和分层废气再循环都有效地降低了NOx排放，分层废气再循环对NOx降低的效果更为明显，而且降低速度更快，尤其在中、低负荷，可以使排气中的NOx降低85％～95％．对于油耗，稀燃的效果显然要好于废气再循环，在较高负荷尤为明显，稀燃可显著降低HC、CO，分层EGR对HC、CO排放降低幅度不大。