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.     

喷油定时对柴油机超多喷孔预混合燃烧影响研究

柴油机低温预混合燃烧能够同时大幅度降低NOx和碳烟(soot)排放,本研究采用大量废气再循环(EGR)实现低温燃烧来降低NOx排放,采用超多喷孔喷油嘴并结合高压喷射来缩短喷油持续期,实现预混合燃烧从而降低soot排放,主要对喷油定时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,通过改变喷油定时来测试柴油机性能,结果显示随着喷油始点从上止点前向后推迟,各工况的NOx和soot排放都有不同程度的同时下降,有别于传统燃烧方式,但HC,CO,比油耗(BSFC)有所升高。     

超多喷孔油嘴喷油规律试验研究

试验研究了一种具有上下两层喷孔、喷孔总流通面积比传统油嘴大得多的超多喷孔喷油嘴,为了探索其是否有利于在柴油机上组织预混合燃烧,在EFS喷油泵综合性试验台上对其进行了喷油规律的测试,并与传统油嘴的喷油规律进行了对比.发现在循环喷油量较小时,超多喷孔油嘴与传统油嘴相比喷油速率变化不显著,但随着循环喷油量的增加、喷射压力的提高,超多喷孔油嘴与传统油嘴相比具有较高的喷油速率、较大的累积喷油量、较短的喷射持续期,这些特性非常有利于在柴油机上组织预混合燃烧.     

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。     

汽油/柴油双燃料低温燃烧过程和排放的试验

在转速为1,900,r/min、平均指示压力为0.8,MPa的工况下,通过一台单缸高压共轨柴油机进行了不同参数对汽油/柴油双燃料低温燃烧过程影响的试验,结果表明:在给定的试验工况及边界条件下,通过调整汽油和柴油的混合比例、EGR率、柴油喷射压力及喷射正时,可以实现燃烧过程的控制和优化,发动机热效率显著提升,氮氧化物(NOx)和碳烟(soot)排放大幅降低.在汽油比例为90%,、EGR率为40%,的条件下,发动机热效率随柴油喷射压力的升高有所改善,HC排放呈降低趋势,soot排放则一直保持极低水平,但NOx排放升高.在此基础上进一步对柴油喷射正时进行了试验,结果表明:柴油喷射正时对该工况下的低温燃烧过程有明显影响,若柴油喷射靠近上止点,其燃烧过程受柴油传统扩散燃烧影响;若喷射正时过于提前,其燃烧过程受预混燃烧控制.通过优化第二次柴油喷射正时,发动机指示热效率达到了53.2%,.     

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。     

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.     

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。     

多次喷射与EGR耦合控制对柴油机性能和排放影响的试验研究

在一台电控共轨柴油机上,进行了多次喷射和EGR的耦合控制对柴油机的燃烧和排放特性影响的试验研究。在试验工况下(1849r/min、600N.m),通过调节EGR率将NOx控制在2.0g/(kW.h),研究不同喷射策略和EGR对性能和排放的影响。研究结果表明,单次喷射不同主喷定时下将NOx控制在2.0g/(kW.h)所需要的EGR率随主喷定时的推迟而降低,碳烟先下降后上升。在试验工况下预喷射改善排放的效果不明显,优化的后喷参数可以显著降低碳烟排放。与单次喷射相比,多次喷射耦合EGR控制可以显著地降低碳烟排放,油耗率变差,HC和CO有所上升。因此,喷油控制策略的选择取决于后处理器对原始排放值的要求。