EGR与进气富氧对直喷柴油机NO和碳烟排放的影响

使用增压中冷直喷柴油机,采用进气富氧与高比率EGR相结合的技术,实现富氧燃烧条件下的低NO-碳烟排放.单独使用富氧燃烧,NO的排放将随氧体积分数的上升而增加.单独使用高EGR,碳烟(Smoke)的排放会随EGR率的增加而增加.将富氧进气与高比率EGR的结合,可以通过富氧的强氧化性降低Smoke排放,通过大比率EGR来控制燃烧温度,抑制NO的过度增长.试验结果表明:1,600,r/min(经济转速)下,EGR率为35%～45%,进气氧体积分数为21%～23%;2,200,r/min(最高转矩)下,EGR率为20%～50%,进气氧体积分数为22%～24%;在上述范围内的EGR与O2搭配,可以实现低于原机的NO-Smoke排放.综合考察发动机在各种掺比下的功率、油耗,探索出适合发动机各个工况的富氧及EGR组合区域,在该区域内发动机的功率、油耗和排放水平都能得到兼顾.     

EGR与富氧进气控制柴油机排放的机理探讨

通过试验研究，考察了废气再循环加富氧进气同时控制ＮＯＸ和碳烟排放的可行性。试验中通过逐步增加ＣＯ２及Ｏ２流量，查明了进气成份变化对ＮＯＸ，碳烟，ＣＯ，ＨＣ等有害排放物以及有效燃油消耗率ｂｃ，平均有效压力ｐｃ，滞燃期，绝热指数的影响，然后用ＫＩＶＡ程序对燃烧火焰温度和ＮＯ浓度进行了模拟计算。     

富氧燃烧对柴油机排放特性的影响

柴油机因其废气中的碳烟排放高而被排除在清洁发动机之外。减少碳烟排放的一种方法是增加缸内空气的氧含量，使燃烧更彻底充分进行。本文介绍了在S195柴油机上进行富氧燃烧试验。对其排放特性进行比较与分析，通过试验研究，找到在富氧条件下同时降低碳烟和NOx排放的方法。     

冷、热EGR对柴油机性能、燃烧及排放特性的影响

为在保持柴油机动力性和经济性能的同时有效改善其排放性能,在一台4缸柴油机上针对6、12、24mg循环喷油量的负荷工况(记作低、中、高负荷)对比研究了冷、热废气再循环(EGR)对性能、燃烧及排放特性的影响。结果表明:EGR的引入减少了新鲜进气量,整体上延长了滞燃期,减缓了燃烧放热速率,降低了压力升高率;热EGR提高了进气温度,使低负荷时的碳氢化合物(HC)排放显著降低,热效率提高,而高负荷高EGR率时由于过量空气系数偏低引起了热效率的明显降低,对最大压力升高率的降低作用也弱于冷EGR;随着EGR率的提高,三种负荷下的氮氧化物(NO_x)排放均大幅度降低,碳烟排放在低、中负荷时较低,而在高负荷时则明显升高,NO_x与碳烟排放之间出现此消彼长的矛盾趋势。冷的高EGR率下的碳烟排放升高幅度减小,有效地缓解了这种矛盾。综合分析低、中、高负荷下的热效率及排放,低负荷时为提高热效率宜采用热EGR,高负荷时为降低过高的压力升高率并兼顾热效率则更适合采用冷EGR。     

富氧燃烧与EGR对船用柴油机NO-碳烟排放和燃烧特性的影响

针对一台满足TierⅡ排放标准的船用柴油机,采用富氧燃烧与EGR相结合实现NO-碳烟排放同时降低并保证发动机功率没有损失,并探讨了实现TierⅢ排放标准的技术路线.AVLFire软件被用于建立仿真模型.研究表明,当单独使用富氧燃烧时,观察到较短的燃烧持续期、较高的缸内温度和指示功率,碳烟排放减少而NO排放恶化,而单独使用EGR时出现相反的趋势.研究发现,当发动机运行在1 350 r/min,75%负荷工况下,进气氧浓度为21%～24%,EGR率为0～25%时,上述范围内的4种组合可以实现低NO-碳烟排放且指示功率与原机基本持平.正如预期,通过富氧燃烧与EGR优化组合,可得到同时降低NO-碳烟排放低于原机的最佳优化区域.同时也发现,当超过15%的EGR率与较低的氧浓度结合时,可将NO排放降低至TierⅢ标准.     

柴油机富氧进气燃烧的研究进展

简述了富氧进气对柴油机燃烧过程的影响,综述了柴油机富氧进气燃烧动力性、经济性、排放特性和降低NO排放的研究现状与进展,介绍了柴油机富氧进气燃烧技术的应用研究情况,最后提出了柴油机富氧进气燃烧研究几个值得关注的方向。     

进气加湿与富氧对船用柴油机NOx-Soot排放的影响

通过一台满足TierⅡ排放标准的四冲程增压中冷船用柴油机,模拟研究了富氧燃烧结合进气加湿改善NOx-soot折衷关系的潜力,并探讨了实现TierⅢ排放标准的技术路线.本研究使用AVLFire软件建立仿真模型.结果表明:单独使用富氧燃烧时,缸内温度较高,燃烧持续期较短,soot排放减少,NOx排放恶化,而单独使用进气加湿时呈相反的趋势.当发动机运行在转速为1350 r/min、75%负荷工况下,进气氧体积分数为21%~23%、加湿率为0~100%时,可实现NOx-soot排放同时降低且低于原机.氧体积分数为21%和加湿率为100%匹配,可以实现TierⅢ排放法规.两种措施的优化组合可以获得NOx-soot排放的最佳优化区域.     

柴油机富氧燃烧排放特性的试验研究

介绍了在S195柴油机上进行富氧燃烧的试验，对柴油机排放特性进行了比较与分析，目的是通过试验研究，找到在富氧条件下同时降低碳烟和NOx排放的方法。研究结果表明，增加进气氧的质量分数，碳烟排放大幅度下降，HC和CO也趋于下降，但NOx排放显增加；推迟供油提前角，可以使NOx排放降低，但碳烟有上升趋势，HC和CO排放增加。所以，采用富氧燃烧时必须同时推迟供油提前角，才能获得较低的排放量组合。     

冷EGR技术对柴油机性能及排放的影响

通过在不同转速和负荷工况下进行的冷EGR试验,研究了冷EGR技术对降低柴油机NOx排放的有效性,同时对比分析了EGR开启和关闭时对柴油机性能和排放的影响.试验研究表明:冷EGR技术除了可以有效降低柴油机的NOx排放以外,还将对柴油机的进气流量、燃油消耗率、烟度、排温以及HC,CO等排放物产生影响,且这种影响随着EGR率和工况的不同而变化.     

柴油机富氧燃烧技术研究

降低柴油机的NOx与碳烟排放是内燃机进一步发展的重要举措。应用膜法富氧燃烧能够提高柴油机燃烧性能,降低排放。本文介绍了膜法富氧技术的原理及其参数设计要求,并以柴油发动机为例,建立内燃机燃烧模型和排放模型,通过针对模型的分析研究膜法富氧技术在柴油机上应用的可行性。     

富氧进气与水乳化柴油的掺烧试验及数值模拟

在直喷柴油机上采用体积分数21％、22％、23％和24％的进气增氧技术,燃用纯柴油与30％水乳化柴油进行燃烧及排放试验.采用CFD软件与正庚烷简化模型耦合进行数值模拟.试验结果表明,燃用纯柴油时,随进气氧体积分数的增加,燃烧始点提前;在使用30％水乳化柴油时,着火延迟加大,但其依然遵循随掺入的氧体积分数增大着火时刻提前的规律,NO和烟度的排放低于燃用纯柴油的情况.模拟计算显示:CFD与动力学模型的耦合可以较为准确地预测富氧燃烧的缸内着火时刻及燃烧状况.分析上止点后2° CA时刻燃烧室温度场切片可知,燃用30％水乳化柴油使缸内温度下降,即使掺入体积分数24％的O2,NO生成也低于燃用纯柴油、空气助燃的情况,实现富氧条件下相对于原机的低温燃烧,减少了污染物的排放.     

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。     

一种新型含氧燃料燃烧与排放性能研究

开展了柴油机燃用柴油／乙二醇单丁醚混合燃料的燃烧与排放性能研究。试验结果表明：在柴油机中加入一定比例的乙二醇单丁醚（NBE）,柴油机热效率得到明显提高,着火略有延迟,燃烧速度加快,燃烧持续期缩短。烟度和CO排放大幅度降低。加入159／5～25％NBE时,烟度下降43．9％～759／5,CO排放在高负荷下降46．5％～56％,HC排放也不同程度降低,NOx排放稍有下降。试验结果显示了柴油机燃用乙二醇单丁醚在降低排放方面的优越性。     

空气变组分富氧进气发动机性能及其排放作用影响分析

针对富氧进气发动机性能及其排放作用和影响开展分析,并在单缸四冲程风冷点燃式发动机上进行试验,分别选择不同工况及21%、23%、25%的3种富氧进气浓度,进行发动机性能和排放研究.研究结果表明:富氧进气发动机动力性增强,经济性改善,排放性能优劣并存,其中功率提升、燃油消耗率降低、HC和CO排放改善,在较低富氧程度下作用更加明显,随着富氧程度的增加,作用逐渐减小;在较高富氧浓度下,尽管C0、HC排放仍然降低,但是N0x排放却大幅度提高,因此将富氧程度控制在23%左右.     

柴油机起动过程引入EGR对滞燃期影响的研究

试验研究表明,在柴油机首着火循环前引入EGR可以改善柴油机首着火循环的冷起动性能。在试验研究的基础上,进行了化学动力学计算,进一步研究了EGR对起动燃烧的影响。计算发现着火循环前排气成分中的完全燃烧产物少,而未燃燃油和中间氧化产物的含量大,因此改善了燃烧。通过对不同EGR率和不同燃空当量比下,混合气在定容状态下的滞燃期进行分析,得到了混合气着火性能随着EGR率的变化规律。     

玉米秸秆生物油对直喷式柴油机燃烧与排放的影响

采用超声波乳化法制备了玉米秸秆热解生物油质量分数分别为5%、10%、15%和20%的生物油/柴油乳化油,分别记为CSB5、CSB10、CSB15和CSB20,然后在一台未作改动的直喷式柴油机上研究了其燃烧和排放特性,并与燃用0号柴油进行了比较,旨在为生物油在柴油机中的应用提供依据和理论指导.结果表明,随着生物油质量分数的增加,乳化油的滞燃期逐渐延长,预混燃烧放热量和预混燃烧期增加,燃烧持续期缩短;燃烧放热率峰值和最大压力升高率先增加后降低,最高燃烧压力和燃烧温度逐渐降低.燃用CSB5和CSB10时的燃油经济性与柴油相当,而燃用CSB15和CSB20时的燃油经济性较柴油的略差.与0号柴油相比,随着生物油含量的增加,乳化油的NOx排放逐渐降低,HC和CO排放逐渐增加;碳烟排放先降低后增加,CSB5和CSB10的碳烟排放比柴油的排放值低,而CSB15和CSB20的碳烟排放却比柴油的排放值略高.     

直喷式柴油机燃烧室几何形状对排放影响的多维数值模拟研究

在保证压缩比相同的情况下,设计了3种不同形状的燃烧室。运用AVL公司开发的FIRE软件,对3种不同形状燃烧室进行了三维数值模拟,分析了上止点附近气缸内的气体流动情况,并对3种燃烧室内的排放情况及影响排放的主要因素进行了比较分析,得出:径深比过小,即燃烧室过深,不利于空气与油气的良好混合,易造成局部油气过浓,从而局部缺氧,产生较多碳烟;径深比过大时,油气雾化好、燃烧早、温度上升快,NOx生成量增加。最后,通过模拟计算与试验研究相结合,验证了模型并选取了最优形状的燃烧室。