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。     

汽油压燃小负荷燃烧过程优化

利用三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟方法,系统研究了内部EGR和喷油策略的耦合控制对汽油压燃(GCI)燃烧模式小负荷燃烧的影响.结果表明:采用排气门两次开启策略引入内部EGR后,缸内温度得到显著提高;在平均指示压力p_i为0.32,MPa的工况下,与单次喷射相比,采用两次喷射可以有效控制缸内混合气分布,提升缸内混合气浓区和高温区的一致性,进而显著提高燃烧效率和指示热效率;随着负荷降低,燃烧效率和指示热效率有所下降,需要提高内部EGR率和进气压力以保持较好的燃烧特性;在pi约为0.22,MPa的工况下,单次喷射的燃烧效率较两次喷射更高,即随着GCI负荷的降低,喷油策略应由两次喷射变为单次喷射以控制缸内混合气分布,从而使燃烧得到改善.     

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。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

EGR率对船用柴油机中低负荷燃烧排放性能影响的仿真及试验研究

在船用高压共轨柴油机TBD234V6上进行了中低负荷工况下EGR率对柴油机燃烧排放性能影响的试验研究。应用AVL-FIRE软件建模,对柴油机缸内燃烧过程进行CFD仿真分析。仿真和试验研究结果表明:中低负荷工况下采用EGR能够有效降低NO_x的排放。EGR率较小时,对柴油机的性能影响较小;当EGR率较大时,柴油机的工作性能恶化,soot排放迅速增多。特定工况下的CFD模拟结果显示:随着EGR率的增加,燃烧过程的最高压力和最高温度降低,放热速率减小,燃烧过程变得平缓。     

基于负阀重叠的CNG发动机内部EGR及燃烧特性仿真研究

为降低CNG发动机NOx排放量,采用负阀重叠的方式,利用AVL-Fire软件对CNG发动机燃烧特性进行仿真研究。仿真结果表明:通过负阀重叠可以实现废气滞留,增大负阀重叠角可以增大缸内EGR率,但会使得进入缸内的新鲜工质减少;随着负阀重叠角的增加,缸内最大爆发压力及最高温度逐渐降低,这有利于降低NOx的排放量,但会导致发动机功率有所下降;采用负阀重叠后,缸内温度及NOx排放量显著下降,并且随着负阀重叠角的增加,缸内温度及NOx排放量逐渐降低。     

EGR率和涡流比对HPD柴油机燃烧特性影响

应用AVL FIRE三维软件,建立了高功率密度柴油机模型,研究了不同涡流比和EGR率对放热率、缸内压力、温度、平均指示压力和燃油消耗率等动力性和经济性的影响规律。仿真结果显示:EGR率使压力和温度降低,燃烧速率变缓,油耗增加,而涡流比的使用可以改善EGR率引入后的不良影响,二者匹配为优化高功率密度柴油机的燃烧过程提供了方法,解决了高功率密度柴油机动力性和经济性问题。     

EGR对直喷式柴油机冷起动过程着火燃烧的影响分析

通过在一台135单缸直喷柴油机上分别进行内部EGR（IEGR）、外部EGR（EEGR）条件下的冷起动试验,分析了内、外部EGR对柴油机冷起动过程着火燃烧性能及排放的影响。加入内、外部EGR后,由于EGR中含有大量的燃油蒸气、部分氧化产物等活性成分,初始着火循环的着火燃烧性能得到显著改善。在冷起动过程中,加入一定量的内部或外部EGR,有利于提高燃烧过程的稳定性。但过大的外部EGR量,将导致发动机燃烧极度不稳定甚至失火。由试验结果还可以看到,加入适当的内、外部EGR,均能有效地改善冷起动过程的烟度排放。对于NOx排放,当采用外部EGR方式时,有明显的改善作用;但当采用内部EGR方式时,由于残余废气的热效应,NOx排放随内部EGR量的增大而增大。     

Investigation of the effects of hydrogen on cylinder pressure in a split-injection diesel engine at heavy EGR

The distinctive properties of hydrogen have initiated considerable applied research related to the internal combustion engine. Recently, it has been reported that NO_x emissions were reduced by using hydrogen in a diesel engine at low temperature and heavy EGR conditions. As the continuing study, cylinder pressure was also investigated to determine the combustion characteristics and their relationship to NO_x emissions. The test engine was operated at constant speed and fixed diesel fuel injection rate (1500 rpm, 2.5 kg/h). Diesel fuel was injected in a split pattern into a 2-L diesel engine. The cylinder pressure was measured for different hydrogen flow rates and EGR ratios. The intake manifold temperature was controlled to be the same to avoid the gas intake temperature variations under the widely differing levels (2%-31%) of EGR. The measured cylinder pressure was analyzed for characteristic combustion values, such as mass burn fraction and combustion duration.The rising crank angle of the heat release rate was unaffected by the presence of hydrogen. However, supplying hydrogen extended the main combustion duration. This longer main combustion duration was particularly noticeable at the heavy EGR condition. It correlated well with the reduced NO_x emissions.     

EGR对减少UHC和CO排放的影响与分析

分析了二冲程均质发动机UHC和CO的来源,介绍了一种能够大幅度降低UHC和CO的方法.试验是在二冲程发动机怠速废气再循环量较大情况下进行的,怠速时,通过在SI二冲程发动机上增加EGR,发现UHC从7 800×10-6降低到3 000×10-6,CO从3%降低到0.2%,循环变动也减小了.EGR中的活性物质与新鲜充量充分反应改善了预燃过程.由此证明,可以通过增加EGR实现发动机稳定运行,并在当量比和稀燃条件下得到了同样结果.试验表明,UHC和CO主要来自余隙中的残余燃料,说明燃烧温度不是影响UHC和CO的主要因素,决定因素是第一阶段燃烧前缸内发生的预燃反应程度.活性物质的重要性已被试验证实,试验中用氮气和空气代替EGR稀释混合气,发现火花点火在EGR中是可行的,在空气和氮气中却不行.     

热EGR对氢内燃机性能及排放影响的试验研究

氢内燃机燃烧产物与传统内燃机不同,因此其EGR的作用机制与传统内燃机有很大差别.为了研究EGR对氢内燃机的动力性和排放特性的影响规律,以一台4缸2.0 L的氢内燃机为研究对象进行了试验研究,并探讨了缸内燃烧的发展过程和特点.试验表明:在循环喷氢量不变时,可以通过调节EGR率改变混合气的当量燃空比.在当量燃空比小于1时,EGR率的变化对输出转矩影响不大,在当量燃空比超过1后,输出转矩随EGR率的增加线性下降;在小负荷时使用热EGR将导致缸内温度的升高、增大NO相似文献   

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。     

Simulation of combustion in spark-ignition engine fuelled with natural gas-hydrogen blends combined with EGR

A numerical simulation of the influence of different hydrogen fractions, excess air ratios and EGR mass fractions in a spark-ignition engine was conducted. Good agreement between the calculated and measured incylinder pressure traces as well as pollutant formation trends was obtained. The simulation results show that NO concentration has an exponential relationship with temperature and increases sharply as hydrogen is added. EGR introduction strongly influences the gas temperature and NO concentration in the cylinder. The difference in temperature will lead to even greater difference in NO concentration. Thus, EGR can effectively decrease NO concentration. NO concentration reaches its peak value at the excess air ratio of 1.1 regardless of EGR mass fraction. The study shows that natural gas-hydrogen blend combined with EGR can realize a stable combustion and low NO emission in a spark-ignition engine.     

排气门二次开启影响汽油CAI燃烧的数值模拟

基于装置了电控液压无凸轮轴气门机构的单缸发动机,使用一维发动机循环模拟软件GT-Power与CHEMKIN软件,建立了汽油CAI发动机内部EGR的循环模拟模型。通过模拟计算,分析了排气门二次开启对内部EGR率的影响规律。模拟结果表明：当排气门二次开启角度单独变化时,随着排气门二次开启角度增大,EGR率先增加后减小。当进气门关闭角单独变化时,EGR率随着进气门关闭角的提前,呈先减小后增加的趋势。联合使用以上两种策略,可以将实现CAI燃烧的EGR范围扩大。研究结果也表明,适量的EGR有利于CAI燃烧的实现,过低或过高都将导致失火,在不同的转速下EGR率的分布也不相同。     

进气上止点燃油喷射实现柴油HCCI燃烧的试验研究

提出了采用在进气上止点附近进行燃油喷射,通过内部EGR促进燃油蒸发混合的方法,实现柴油燃料的均质压燃(HCCI),并通过副喷嘴喷射引燃柴油解决HCCI发动机的冷启动困难问题．试验表明该方法有利于在缸内形成均质混合气,在常温进气的情况下就可得到较好的HCCI燃烧效果．同时,还对影响HCCI燃烧的发动机负荷和进气温度进行了研究,认为由这些因素引起的缸内温度变化是影响HCCI燃烧的主要原因。     

YC某柴油机各缸EGR率均匀分布性研究

以玉柴某带EGR系统的柴油机为研究对象,建立了该发动机性能数值模拟的Boost分析模型;计算得到进气总管入口、EGR管出口和进气歧管出口的气体流量,再用Fire软件对气道内三维流场进行了数值计算;对比分析了不同EGR管引入角、不同EGR位置及结构对各缸EGR分配均匀性的影响。研究结果为EGR管最佳布置方案的确定提供了理论依据。     

Experimental investigation of the Exhaust Gas Recirculation effects on irreversibility and Brake Specific Fuel Consumption of indirect injection diesel engines

An experimental study was carried out to investigate the effect of using Exhaust Gas Recirculation (EGR) on various exergy terms of an IDI diesel engine cylinder. In this paper also the effectiveness of total in-cylinder irreversibility on Brake Specific Fuel Consumption (BSFC) in a diesel engine is investigated. To serve this aim an exergy analysis is conducted on the engine cylinder which provides all the availability terms by which the evaluation of in-cylinder irreversibilities is possible. The availability terms including heat transfer, inlet and exhaust gases and work output are presented during the engine operation at different load and speeds. To clarify the effect of using EGR in each case, EGR is introduced to the cylinder at various ratios during the tests. Finally, the dependence of total in-cylinder irreversibility and engine BSFC at particular engine operating conditions is introduced and the variations are compared. The results show that using EGR mostly increases the total in-cylinder irreversibility mainly due to extension of the flame region which reduces maximum combustion temperature. Also, the results revealed that the variations of the total in-cylinder irreversibility and engine BSFC follow the same trend especially at high load conditions.