EGR对柴油机超多喷孔预混合燃烧影响的研究(下)

为了在柴油机上实现预混合燃烧同时降低NOx和烟度(soot)排放,本研究采用大量废气再循环(EGR)在一台车用六缸柴油机上进行试验研究.大量EGR可以降低NOx排放,但会引起soot排放的增加,为了消除这一不利后果,采用具有大流通面积的超多喷孔油嘴,并结合使用电控高压共轨燃油喷射系统实现高压喷射,缩短喷射持续期从而实现预混合燃烧,降低soot排放.对EGR如何影响柴油机超多喷孔预混合燃烧性能进行了试验研究,选定4个试验工况,通过改变EGR率来测试柴油机性能.结果显示在高EGR率,并结合超多喷孔油嘴,以及合适的喷射压力、喷油始点下.有利于柴油机实现预混合燃烧,达到同时降低NOx和soot排放的目的.     

EGR对柴油机超多喷孔预混合燃烧影响的研究(上)

为了在柴油机上实现预混合燃烧同时降低NOx和烟度(soot)排放,本研究采用大量废气再循环(EGR)在一台车用六缸柴油机上进行试验研究.大量EGR可以降低NOx排放,但会引起soot排放的增加,为了消除这一不利后果,采用具有大流通面积的超多喷孔油嘴,并结合使用电控高压共轨燃油喷射系统实现高压喷射,缩短喷射持续期从而实现预混合燃烧,降低soot排放.对EGR如何影响柴油机超多喷孔预混合燃烧性能进行了试验研究,选定4个试验工况,通过改变EGR率来测试柴油机性能.结果显示在高EGR率,并结合超多喷孔油嘴,以及合适的喷射压力、喷油始点下,有利于柴油机实现预混合燃烧,达到同时降低NOx和soot排放的目的.     

柴油机超多喷孔预混合燃烧研究(上)

针对批产的CA6DF柴油机,设计了一种具有低压缩比和较大口径的直口型燃烧室、具有高涡流比的进气道和能够实现高EGR率的冷EGR系统,还设计了具有上下2层喷孔的超多喷孔油嘴,这种喷油嘴的上下2束喷雾相互交叉在燃烧室空间形成干涉,并采用高压共轨喷油系统替代机械直列式喷油系统,以有利于实现一种新的低温预混合燃烧,从而达到同时大幅度降低NOx和碳烟排放的目的。综合分析大量试验结果表明,该柴油机在从怠速到标定转速各转速(1 430 r/min除外)所对应的外特性全负荷50%的负荷以下实现了较理想的低温预混合燃烧,NOx和碳烟排放下降幅度均在50%以上,很多工况降幅达80%~90%,且燃油消耗率(BSFC)保持基本不变。特别在低负荷工况,由于过量空气系数高,实现了较理想的稀薄均匀混合气的预混合燃烧,因此即使在非常高的EGR率下BSFC还是与原机相当、有的工况还有所下降。     

柴油机超多喷孔预混合燃烧研究(下)

针对批产的CA6DF柴油机,设计了一种具有低压缩比和较大口径的直口型燃烧室、具有高涡流比的进气道和能够实现高EGR率的冷EGR系统,还设计了具有上下2层喷孔的超多喷孔油嘴,这种喷油嘴的上下两束喷雾相互交叉在燃烧室空间形成干涉,并采用高压共轨喷油系统替代机械直列式喷油系统,以有利于实现一种新的低温预混合燃烧,从而达到同时大幅度降低NOx和碳烟排放的目的。综合分析大量试验结果表明,该柴油机在从怠速到标定转速各转速(1 430 r/min除外)所对应的外特性全负荷的50%负荷以下实现了较理想的低温预混合燃烧,NOx和碳烟排放下降幅度均在50%以上,很多工况降幅达80%～90%,且燃油消耗率(BSFC)保持基本不变。特别在低负荷工况,由于过量空气系数高,实现了较理想的稀薄均匀混合气的预混合燃烧,因此即使在非常高的EGR率下BSFC还是与原机相当、有的工况还有所下降。     

柴油机低温火焰预混合燃烧的试验研究

柴油机实现低温火焰预混合燃烧,可降低最高燃烧压力,抑制火焰传播速度,有效地减少NOx的排放.本文通过在1135型柴油机中采用适当减少压缩比、提高喷油速率、相应推迟喷油定时、用少量燃油预喷射及乳化柴油等技术,进行了降低气缸平均燃烧温度的比较试验,获得了NOx和碳烟排放明显降低和燃油耗率得到改善的效果.     

某柴油机低温燃烧性能的试验研究

如何同时降低NOx和碳烟排放是柴油机有害排放物控制的难点和重点。通过台架试验方法,采用EGR和燃油推迟喷射措施对试验柴油机进行了低温燃烧性能研究,试验表明:由于试验柴油机的EGR率有限,单纯的调节EGR阀并不能实现试验柴油机的低温燃烧,在小负荷工况下引入EGR可以降低试验柴油机的油耗率;单纯的推迟喷油,都出现了NOx和烟度同时降低的低温燃烧现象,但是推迟喷油使得油耗率上升,经济性下降。采用EGR全开+推迟喷油的方式在1 800r/min 30 N·m时获得了比原机更低的油耗率、NOx和烟度排放,循环波动率变化较小。但随着负荷的增加,虽然可以实现NOx和烟度同时降低,但是试验柴油机的经济性下降。     

低温预混合燃烧模式的燃烧与排放特性试验研究

在一台电控高压共轨涡轮增压柴油机上研究了低温预混合燃烧模式对柴油机燃烧及排放的影响。采用早喷或晚喷预混方式,结合高废气再循环(EGR)率实现低温预混合燃烧,并研究了喷油正时、EGR、喷油压力和负荷率变化对预混燃烧模式的放热规律、排放特性和经济性的影响。研究结果表明:长的燃空预混合期是实现缸内预混燃烧的一个关键因素,中低负荷时,无论是早喷或晚喷预混模式,均具有长预混合期,短的扩散燃烧过程,兼具预混燃烧和低温燃烧的特征,高负荷下扩散燃烧比例增大;晚喷预混燃烧模式下,碳烟和氮氧化物(NO_x)排放同时获得降低,但低温燃烧和稀薄的混合气易导致燃烧不完全,喷油推迟较晚时引起HC和CO排放显著增加,并导致燃油消耗率增大;增加喷油压力可以同时改善碳烟、CO和HC排放,但是NOx排放增加,单纯提高喷射压力并不能获得性能的全面提高。     

预喷射技术对柴油机噪声影响的试验研究

研究了预喷射技术在改善排放性能的同时,对高压共轨电控柴油机噪声的影响.通过试验,以燃油消耗率、噪声和NOx为主要指标,分析研究了不同工况下,轨压、主喷定时、预喷定时和预喷量等的变化对柴油机性能所产生的影响,优化了柴油机的排放性能.分析结果表明,预喷射可以有效改善柴油机的燃烧过程,降低缸内最高压升率和缸内最高燃烧温度,从而优化噪声和NOx的排放,效果在低负荷下尤其明显.     

采用EGR的重型柴油机低速高负荷性能与排放特性

以低速高负荷为研究工况,重点研究增压系统、进气温度、废气再循环(EGR)方式和喷油控制策略对采用EGR技术的重型共轨柴油机性能与排放特性的影响.研究表明:合理减小单级增压器的涡轮有效流通面积与压气机流量范围或采用两级增压系统都能有效提升EGR循环能力,同时改善NOx-燃油消耗率(BSFC)和NOx-碳烟(soot)的trade-off关系;随进气温度升高,EGR率的提升和NOx的降低逐渐受到涡前温度过高限制,但降低进气温度能同时显著改善NOx-soot和NOx-BSFC的trade-off关系;相比高压EGR,采用低压EGR能有效增强废气循环能力与增压系统做功能力,显著改善NOx-soot和NOxBSFC的trade-off关系并将NOx降至更低水平;降低喷油压力与推迟喷油定时相结合能在实现等NOx时降低soot.经主-后喷间隔角度和后喷油量优化,采用主喷加后喷射的多次喷射策略能进一步降低soot.     

基于多脉冲喷射、可变增压以及推迟进气门关闭定时技术的混合燃烧控制策略

针对重载柴油机实现高效清洁燃烧进行了燃烧控制策略的研究.实验在一台拥有高压共轨系统、废气再循环系统、可变增压系统以及推迟进气门关闭定时系统的单缸实验发动机上进行.实验结果表明,当平均指示压力低于1.1 MPa时可以采用高EGR率的低温燃烧策略.其中,基于不同负荷工况高效清洁燃烧,需要配合进气增压、推迟进气门关闭定时技术以及不同的喷油模式.在低负荷工况下,单次早喷模式及高EGR率可以实现高的热效率以及低的NOx与碳烟排放.在中负荷工况下,采用多脉冲喷射模式及高EGR率协同作用,在降低化学反应速率的同时增强了混合,避免了因为局部不均匀而导致的碳烟排放过高.高的增压度提高了缸内充量密度,有效降低了NOx、碳烟、CO及HC排放,提高了热效率.研究结果还显示,在推迟进气门关闭定时系统的帮助下,采用多脉冲喷射以及高的增压压力,可以在保持高的热效率的同时进一步降低NOx以及碳烟排放.     

进气预混乙醇降低柴油机碳烟与NOx排放的试验研究

通过开发的控制系统在485QDI发动机上研究了不同喷嘴、不同喷油定时、不同喷醇的起点对发动机碳烟、NOx排放和经济性的影响。经过优化供油参数和喷醇起点的喷醇发动机与原柴油机进行的对比试验,证明采用进气预混乙醇发动机在碳烟、NOx排放明显优于原柴油机,经济性也好于原柴油机,并在柴油机燃用可再生的含氧燃料方面做了很多有益的探索。     

预喷正时对柴油机燃烧与排放影响的试验研究

通过台架试验,分析对比柴油机各参数随预喷正时的变化,研究多次喷射预喷正时对柴油机燃烧和排放性能的影响。试验表明,预喷正时决定缸内燃烧的放热始点和放热率,影响缸内的燃烧温度、爆发压力、NOx排放和碳烟的生成,预喷正时为20°时,爆发压力最大;预喷正时为35°时,热效率最高,油耗率和烟度最低;预喷正时为45°时,NOx排放最小。综合分析选择预喷正时40°作为折中优化方案,降低发动机油耗和NOx、碳烟排放,同时提高发动机的热效率。     

直喷汽油对反应活性控制压燃负荷拓展影响的数值模拟研究

基于三维计算流体力学软件CONVERGE,通过数值模拟的方法,基于不同的燃油总量、直喷汽油量、预混汽油油量和汽柴油喷射时刻等参数,展开了缸内直喷汽油对反应活性控制压燃(RCCI)燃烧模式高负荷拓展影响的研究。结果表明:进气压力及柴油喷射时刻会影响缸内浓度分层进而影响燃烧过程,而汽油喷射时刻影响不明显;在汽油采用进气道结合缸内直喷的混合喷射策略下,增加缸内直喷汽油量可以进一步增强缸内的混合气浓度分层,延长燃烧持续期,降低缸内的最高燃烧压力和压力升高率,实现更低的燃烧温度。仿真计算结果显示:若保证碳烟和NOx排放在限值内且油耗有所降低,可将平均有效指示压力(IMEP)拓展至1.6MPa;将IMEP拓展到1.7MPa后,增加汽油的预混比例并不能提高IMEP,但对排放略有改善,相应的压力升高率和燃烧压力提高。     

柴油机部分均质预混燃烧模式下混合与化学控制参数对指示热效率的影响

基于部分均质预混燃烧(PPC)的柴油机研究开发和优化了一种混合燃烧控制策略,在平均指示压力(IMEP)高达1.1,MPa的负荷范围内实现了高的指示热效率以及超低排放.燃烧过程中的混合与化学控制参数包括了喷油定时、喷油模式(如多脉冲喷射)、增压压力、EGR率以及进气气门关闭定时等,通过优化耦合以上控制参数可以优化控制当量比与温度的变化路径,从而避开NOx与碳烟(Soot)生成区.基于热力学第一定律,通过能量平衡的分析方法研究了混合与化学控制参数对热效率的影响.研究表明,相对于排放而言,热效率受控制参数的影响更加敏感.     

燃烧参数对汽油/柴油双燃料HPCC性能和排放影响的试验

在一台改造的单缸柴油机上,转速为1,500,r/min、平均指标压力为0.9,MPa工况进行了不同参数对汽油/柴油双燃料高比例预混合低温燃烧(HPCC)方式燃烧和排放性能影响的试验研究.结果表明,调整EGR率和汽油比例可实现HPCC燃烧过程优化,在保持发动机高燃油经济性的前提下使NOx和碳烟(Soot)排放大幅降低;进气压力对Soot的影响不明显,但进气压力过低将限制汽油比例的提高,NOx排放偏高,进气压力过高使燃烧效率和热效率降低;提高柴油喷油压力,滞燃期延长,最大压升率及最大爆发压力降低;提高喷油压力可同时降低NOx和Soot排放,但喷油压力对燃烧效率、指示油耗、HC和CO排放影响不大.在HPCC燃烧中,通过优化EGR率、汽油比例、进气压力和柴油喷油压力,在不使用后处理器的前提下可使NOx和Soot排放分别低于0.4,g/(kW.h)和0.003,g/(kW.h),并保持较高的热效率,但HC和CO排放偏高,需要采用有较高转换效率的氧化后处理器加以解决.     

天然气后喷对高压直喷天然气船机燃烧和排放的影响研究

对于高压直喷天然气发动机,尽管其碳烟排放低于传统柴油机,但由于引燃油和直喷天然气存在扩散燃烧过程,因此其碳烟排放较低压天然气更高,需要进一步降低碳烟排放以满足严格排放法规的要求。本文利用流体动力学软件Converge建立了高压直喷天然气船机的三维仿真模型,基于该模型研究了后喷策略对高压直喷天然气船机燃烧和排放的影响。结果表明：随着后喷比例增大,最高爆压略微升高,燃烧持续期增长;随着喷射间隔的增大,最高爆压不变,但后喷燃烧相位推迟,燃烧持续期增长。与无后喷算例相比,后喷比例增大到10%和20%时,碳烟排放分别降低了7.7-13.5%和1.5-11.5%,NOx排放分别升高了12-15%和5-7%,指示燃油消耗率分别增大了约0.1%和1%;而后喷比例为30%时,碳烟排放升高了2-8%,NOx排放降低了5-7.7%,指示燃油消耗率增大了约2.3%。研究为高压天然气喷射满足更加严格的排放法规提供理论基础。     

两次喷射对正丁醇部分预混燃烧影响的试验研究

在一台改造的单缸柴油机上进行了预主喷两次喷射策略对正丁醇部分预混燃烧影响的试验研究。研究结果表明:正丁醇燃料实现部分预混燃烧相对汽油燃料对喷射时刻较敏感,最大压力升高率高,稳定运行范围窄,但未燃碳氢、氮氧化物和碳烟排放较低;预主喷两次喷射能有效降低正丁醇部分预混燃烧最大压力升高率,随着预主喷间隔的增大,最大压力升高率先快速降低后上升,预喷射比例越大,获得最低压力升高率对应的预主喷间隔越大;通过优化预主喷两次喷射策略,能显著改善正丁醇部分预混燃烧可控性差、最大压力升高率高的问题,从而有利于实现更大工况范围内的高效燃烧。     

柴油/汽油反应活性控制压燃发动机喷油协调控制与排放特性研究

对某4缸高压共轨柴油机进气道进行改造,搭建了柴油/汽油双燃料反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)发动机专用试验台架,设计了柴油/汽油双燃料RCCI燃烧汽油喷射控制策略,实现了全工况下汽油与柴油的协调喷射控制,系统地研究了不同运行工况下,不同汽油替代率对柴油机燃烧与排放性能的影响规律。结果表明:采用柴油/汽油双燃料RCCI燃烧控制策略,发动机可在其运行工况范围内实现高效清洁燃烧,随着汽油替代率的增加,发动机缸内最高压力逐渐增大,缸压峰值出现时刻推迟,放热率峰值降低,燃烧持续期延长,燃油消耗率降低,有效热效率升高,全碳氢、CO排放增加,NOx和碳烟排放降低。     

两次喷射策略对汽油/聚甲氧基二甲醚高预混燃烧及排放的影响

在一台改造的单缸柴油机上进行了预主喷两次喷射策略对汽油/聚甲氧基二甲醚(PODE)高预混合燃烧(HPCC)影响的试验研究。研究结果表明:预主喷两次喷射策略能缩短主喷滞燃期,提前着火时刻;预主喷间隔较小或较大时,汽油/PODE HPCC燃烧放热率峰值较低;预主喷间隔为35°时燃烧放热率峰值最高,放热更加集中。预喷比例越大,预主喷间隔和主喷时刻对最大压升率和指示热效率的影响越大。通过预主喷两次喷射策略优化,可以显著提高汽油/PODE HPCC燃烧的指示热效率,减少碳氢和碳烟排放,但最大压升率有所增加。高负荷时,汽油/柴油HPCC因为碳烟排放的限制,适合采用两次喷射策略;汽油/PODE HPCC受限于最大压力升高率,更适合采用单次喷射策略。     

Using renewable n-octanol in a non-road diesel engine with some modifications

n-Octanol is a promising biofuel synthesized from biomass with several properties closer to diesel than the more popularly researched n-butanol. This study investigates the effects of injection timing (2°CA advance & retard), EGR (up to 30%) and Oct30 (30% by vol. of n-octanol in diesel) on combustion, performance, and emissions of a DI diesel engine. Results in comparison with diesel indicated Oct30 blend presented an enhanced premixed combustion phasing with higher peaks of pressure and HRR. BSFC was found to be slightly higher for Oct30 blend at all EGR rates. Further, when the injection timing is advanced, the blend produced better BSFC. Oct30 delivered better BTE at all injection timings. NOx and smoke emissions are lower for Oct30 at all conditions. Oct30 could overcome the trade-off between smoke and NOx emissions at a combination of certain EGR and injection timings. It was found that at advanced injection, the reduction in NOx and smoke density was 19.02% and 57.14%, respectively, while BTE increased by 4.6% and BSFC increased by 1.3%. At late injection, a reduction of 50.87% in NOx emissions and 15.87% in smoke density was achieved with a slight drop in BTE by 3.5% and an increase in BSFC by 9.7%.