采用VNT/EGR和DOC降低柴油机排放的试验

在一台高压共轨柴油机上进行了采用基于可变喷嘴环涡轮增压器(VNT)的废气再循环(EGR)系统(VNT/EGR)和柴油机氧化催化器(DOC)降低排放的试验研究。结果表明,通过调节VNT开度可以有效实现EGR循环和控制EGR率,显著降低NOx排放,并且在一定EGR率范围内对烟度影响较小。提高喷射压力可以较明显改善NOx和烟度的折衷关系,采用合理的后喷参数能够在不明显影响经济性和NOx排放的前提下显著降低烟度。对燃烧室进行降低压缩比的合理设计也可以明显改善NOx和烟度的折衷关系。在燃烧系统优化的基础上,最终加装DOC的ESC循环排放测试结果满足了国Ⅳ要求,其中PM为0.0191g/(kW·h),NOx为2.88g/(kW·h),HC和CO排放远低于国Ⅳ限值。     

不同增压型式在柴油机国Ⅵ换气系统开发中的试验研究

在1台满足国Ⅳ排放法规的4缸轻型柴油机上,进行了面向于满足国Ⅵ排放法规的换气系统开发的试验研究,试验分别采用废气放气阀式涡轮增压器(WGT)和可变喷嘴环涡轮增压器(VNT),配合废气再循环(EGR)阀开度的调节,研究其对柴油机性能的影响,试验结果表明:增压器压气机和涡轮机效率随EGR阀开度变化不大,VNT压气机效率与WGT基本相当,而涡轮机效率在发动机中高速工况提升明显,整体高出15%～20%;VNT在发动机中高转速工况,平均泵气压力(PMEP)和空燃比整体优于WGT,发动机换气系数改善3%～5%,燃烧热效率提升1.5%左右;在满足发动机国Ⅵ机内原始排放目标的情况下,发动机匹配VNT,经济性改善明显,较WGT综合油耗可改善2%～3%。     

基于EGR的国Ⅳ柴油机燃烧系统开发

在一台国Ⅲ柴油机上进行了基于EGR的满足国Ⅳ排放的柴油机燃烧系统开发。在基于VGT的EGR系统的基础上,系统研究了燃烧室参数、EGR率和喷油参数等对柴油机性能和排放的影响,确定了最终的国Ⅳ燃烧系统优化方案。研究表明,降低压缩比并对燃烧室结构进行优化,可以明显改善NOx和烟度之间的折衷;在该EGR系统上的某些工况下出现了NOx和烟度随着喷油定时的推迟而同时降低的趋势;通过综合优化,气体排放已达到国Ⅳ标准,碳烟有很大幅度的降低,十三工况加权油耗率略有降低。但采用该EGR方案会使压气机压比上升,压气机效率略有降低。该燃烧系统可在降低对后处理器要求的情况下满足国Ⅳ标准。     

基于VGT的EGR对电控柴油机影响的试验研究

在一台电控共轨柴油机上,进行了基于可变涡轮截面增压器(VGT)控制的废气再循环(EGR)对柴油机燃烧、性能和排放影响的试验研究.系统研究了VGT开度、EGR率和喷油参数对柴油机性能和排放的影响.研究表明,采用基于VGT控制的EGR系统,调整VGT叶片位置,可以改变EGR率,实现最高43.2%的EGR率,从而有效地降低NOx;在调整优化喷油参数后,柴油机的排放有了很大的改善,烟度有较大幅度的降低,经过优化,气体排放可满足国Ⅳ排放法规的要求,十三工况加权当量比油耗比原国Ⅲ柴油机降低了4.2%,但是,采用EGR方案缸内最大爆发压力明显增大.     

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。     

基于EGR技术的国Ⅳ重型柴油机燃烧系统开发

在一台电控重型柴油机上进行了基于EGR技术的燃烧系统开发研究,组建了基于WGT增压器的电控高压EGR系统,研究了燃烧室、喷油器、增压器、EGR率及喷油参数等对柴油机性能和排放的影响,确定了最终的重型柴油机国IV燃烧系统优化方案.结果表明:通过优化匹配燃烧室和增压器并采用孔径较小的多孔喷油器能显著改善柴油机NOx和烟度之间的折衷关系;小负荷时,推迟喷油可以使NOx在降低较多的情况下烟度略有下降;随着EGR率增加,提高喷油压力与推迟喷油相结合,可以同时降低大负荷的NOx和烟度排放,并能改善燃油经济性.ESC循环测试结果表明,通过对燃烧系统、EGR和喷油控制参数的综合优化,在不采用后处理器的情况下,柴油机各气体排放(NOx、HC和CO)及微粒(PM)均达到国Ⅳ排放标准,十三工况加权油耗率与原机基本相当.     

利用文丘里管和VNT提高柴油机EGR率的研究

利用文丘里管和可变喷嘴增压器(VNT)提高柴油机的EGR率,旨在降低柴油机NOx的排放.采用试验的方法研究,对文丘里管喉口直径进行了优化,分析不同的喉口直径对发动机外特性参数的影响;对于VNT系统,分析VNT叶片开度对EGR系统的影响,并在最佳的EGR率下,进行了VNT与旁通增压器的柴油机性能对比.通过文丘里管喉口直径的合理选取和VNT喷嘴环叶片位置的调节,增加涡前与文丘里管喉口的压差及EGR率.结果表明,基于VNT的EGR系统,扩展了EGR率的范围,小负荷的EGR率能达到30%,在保证柴油机动力性、经济性不变的前提下,大大地降低了NOx的排放.     

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。     

煤基柴油及其混合燃料对发动机燃烧与排放的影响

对一台高压共轨增压中冷压燃式发动机燃用煤基F-T合成柴油(CTL)及其与碳酸二甲酯(DMC)的混合燃料进行了燃烧和排放特性试验,揭示了燃料特性和排气再循环对燃烧过程、NOx及微粒排放的影响规律.结果表明:发动机燃用CTL时的有效热效率升高,燃烧过程中滞燃期较短,预混合燃烧量减少,压力升高率明显降低,有利于改善柴油机工作的平顺性.与国V石化柴油相比,燃用CTL燃料时消光烟度、核态微粒、超细微粒及总微粒数量浓度明显降低,积聚态微粒数量浓度略有增加,有利于同时降低微粒质量和数量排放.引入排气再循环(EGR)可以进一步降低CTL燃料的NOx排放,在EGR率达到30%,时,NOx排放降低近75%,.在CTL中添加含氧燃料DMC,有利于抑制EGR导致的烟度增加,与国V柴油相比,在EGR率为30%,条件下,D15燃料消光烟度和微粒总数量的降幅分别为69.1%,和53.9%,.燃用CTL/DMC混合燃料同时引入EGR可以同时降低NOx、消光烟度、微粒质量和数量排放,有利于缓解柴油机NOx和PM之间的矛盾关系.     

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。     

大气压力/VNT/EGR对车用柴油机性能与排放的影响

为了研究可变喷嘴涡轮增压(VNT)技术、排气再循环(EGR)技术及大气压力三者共同作用对车用柴油机性能与排放的影响,利用大气压力模拟装置开展了相应的试验研究,基于响应曲面法以响应曲面图的形式分析研究VNT喷嘴环开度、EGR阀开度及大气压力3个参数交互作用对柴油机性能与排放的影响。结果表明:随着大气压力的降低及EGR阀开度的增大,柴油机动力性下降,经济性恶化。当VNT与EGR耦合时,在最大转矩工况,在EGR阀关闭及开度较小时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩呈现增大的趋势,有效燃油消耗率逐渐降低;而在EGR阀开度较大及全开时,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩降低,油耗升高。在标定功率工况,无论EGR阀置于何种开度,随着VNT喷嘴环开度的减小,转矩均增大,油耗均降低。随着大气压力的升高,NOx比排放升高,烟度降低。当VNT与EGR耦合时,在不同的运行工况下,NOx比排放与烟度表现出不同的变化趋势。欲获得良好的整机性能,针对不同的运行工况,需要合理匹配VNT喷嘴环开度与EGR阀开度。     

EGR对非标柴油/二甲醚混合燃料发动机性能与排放的影响

开展了增压柴油机燃用D50非标柴油/二甲醚混合燃料时采用EGR技术对发动机动力性、燃烧和排放性能影响的试验研究。试验结果表明:EGR技术可以有效降低混合燃料发动机的NOx排放。随着EGR率的增加,NOx排放改善明显;对动力性的影响相对复杂:中低负荷下,燃烧室内氧浓度较大,对燃烧和排放性能影响较小;高负荷时,废气引入导致燃烧室局部缺氧严重,烟度、HC和CO排放恶化。     

基于EGR的国Ⅳ重型柴油机技术路线探讨

在一台高压共轨重型柴油机上进行基于EGR技术的排放试验,对比研究了5个不同功率段(升功率分别为23.9、25.5、28.2、29.8和30.7kW/L)柴油机匹配单级增压和二级增压的性能与排放特性,探寻了采用EGR满足不同升功率柴油机的国-Ⅳ技术路线。试验结果表明:随功率段增加,二级增压比单级增压能显著改善中低转速全负荷时NOx与BSFC和碳烟之间的平衡关系,单级增压受EGR引入能力较弱和涡前温度较高双重限制,高功率段中低转速全负荷的NOx比排放难以降低到国-Ⅳ限值以下。ESC测试循环表明:碳烟和CO加权比排放随功率段降低而下降,但HC加权比排放随功率段降低而增加;在中小功率段(23.9、25.5和28.2kW/L),单级增压和二级增压NOx和碳烟加权比排放相当,2种增压方式都能在无后处理情况下使各项排放指标均满足国-Ⅳ排放法规,但单级增压的加权BSFC低于二级增压;随升功率增加,在高功率段(29.8和30.7kW/L),单级增压仅采用EGR技术难以实现国-Ⅳ的重型柴油机排放控制,而采用二级增压耦合EGR仍能在无后处理或简单后处理条件下使各项排放指标达到国-Ⅳ法规要求。     

利用EGR技术降低涡轮增压柴油机排气污染的研究

以一台增压柴油机为研究对象设计了一套带有文曲利管的并联EGR系统,该系统可以在较小地损失充气效率的情况下,将排气较为容易的引入到进气管,并与之混合,使混合气的静压力在扩压管中得到最大程度的恢复,通过试验找出了达到Tier3排放法规要求的各工况下所需的EGR率,以及各工况下EGR率与NOx、烟度、油耗的关系,得到了各工况下兼顾满足NOx、油耗、颗粒排放等指标的EGR率范围,并研究了冷却EGR对NOx排放的影响,EGR经过冷却后降低NOx的效果更加明显,这些研究成果具有重要的工程应用价值.     

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。     

基于EGR技术的国IV重型柴油机燃烧系统开发

在一台电控重型柴油机上进行了基于EGR技术的燃烧系统开发研究,组建了基于WGT增压器的电控高压EGR系统,研究了燃烧室、喷油器、增压器、EGR率及喷油参数等对柴油机性能和排放的影响,确定了最终的重型柴油机国IV燃烧系统优化方案．结果表明：通过优化匹配燃烧室和增压器并采用孔径较小的多孔喷油器能显著改善柴油机NOx和烟度之...     

不同喷油器对柴油机性能影响的试验研究

采用6组不同参数喷油器对某四缸机(机械泵)进行配机试验,并分别进行性能试验和稳态试验循环(ESC)排放测试试验。试验数据表明,选择小孔径、大流量喷油器在没有废气再循环(EGR)的情况下能有效降低烟度和颗粒排放,并使发动机排放水平接近国Ⅲ排放法规标准。     

基于涡流比对某款国Ⅴ柴油机油耗和排放优化的试验研究

为了优化某B款国Ⅴ柴油机比油耗和烟度,通过与排量相近的某A款国Ⅴ柴油机进行试验对比,认为进气涡流比的影响占主要因素,试验内容包括气道测试、摩擦功、外特性、特征点喷油提前角和EGR率扫点对比。基于试验结果优化气道形状,改善涡流比并在同一台B款发动机上进行特征点EGR率扫点和排放特征点DOE(Design of Experiment)优化扫点。结果表明,B发动机新缸盖在部分低速中低负荷烟度基本与旧缸盖一致,油耗略有降低,约在2.3%;中高速中负荷比油耗和烟度具有明显降低优势,可降低8.9%,主要体现在缸内燃烧放热迅速且集中。     

轻型柴油机EGR与喷油正时的协同性能研究

以一台高压共轨轻型柴油机为样机,研究废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)和喷油正时协同作用对发动机燃烧特性、燃油消耗率、氮氧化物(NOx)和HC排放的影响。研究结果表明:随着EGR率增大,缸内最大压力有所下降,瞬时放热率峰值有所减小。随着喷油提前角增加,缸内最大压力增大,瞬时放热率峰值先增大后减小。EGR率与缸内最大压力降幅、瞬时放热率峰值降幅均具有较好的线性关系。随着EGR率的增大和喷油提前角的减小,NOx排放降低,燃油耗增加,而且存在一个最佳的EGR率和喷油提前角的组合区域使HC排放达到最低。为了实现降低NOx排放的同时有效控制燃油消耗率和避免HC排放升高,低负荷时选择高EGR率并结合大喷油提前角的控制策略;中等负荷时选择适中EGR率结合适中喷油提前角的控制策略。     

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。