VNT对柴油机NOx排放特性优化的研究

为了研究可变喷嘴涡轮(VNT)技术对降低柴油机NO_x排放的作用,首先对带排气旁通阀涡轮增压器(WG)和文丘里管高压废气再循环(vEGR)的WG-vEGR涡轮增压柴油机原机,运用GT-Power软件和AVL FIRE软件进行VNT的匹配,对柴油机综合性能进行了仿真计算,确定欧洲稳态测试循环(ESC)工况最优VNT开度规律,组成VNT-vEGR柴油机。随后对WG-vEGR柴油机和VNT-vEGR柴油机进行了ESC工况台架试验研究。研究结果表明:VNT能够提高柴油机的废气再循环(EGR)率,VNT-vEGR柴油机的ESC工况加权NO_x排放值为3.53g/(kW·h),与WG-vEGR柴油机原机的4.92g/(kW·h)相比,下降约28.25%;ESC工况加权比油耗为232.1g/(kW·h),相比于WG-vEGR柴油机原机的235.5g/(kW·h),降低约1.44%;ESC工况加权碳烟排放值为0.055g/(kW·h),相比于WG-vEGR柴油机原机的0.058g/(kW·h),降低约5.17%。且从加权比油耗和碳烟排放值的变化情况可以看出,该系统具有采用更大EGR率以获得NO_x排放进一步优化的潜力。     

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.     

可变涡轮增压器在柴油机国Ⅵ换气系统开发中的试验研究

在一台满足国Ⅳ排放法规的4缸柴油机上,进行了满足国Ⅵ排放法规的换气系统开发的试验研究,试验采用可变喷嘴环涡轮增压器(VNT)和废气再循环(EGR)控制阀,对EGR率的引入进行精确控制,配合喷油参数的调节,研究其对柴油机性能和排放的影响。结果表明:VNT可实现发动机EGR率的有效引入,可大幅度降低发动机机内NOx排放水平,但烟度上升明显;EGR阀配合VNT关闭度调节,在保持机内NOx排放不变的基础上,可实现比油耗(BSFC)和烟度的折中;在引入EGR的基础上,配合喷油参数优化,可在满足发动机国Ⅵ原排放控制目标的前提下,保持发动机BSFC水平与原机基本相当或略好。     

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。     

增压中冷柴油机EGR数值模拟与试验研究

建立了带废气再循环(EGR)系统的增压中冷柴油机工作过程热力学计算模型,并进行数值模拟,模拟计算与试验结果表明两者基本吻合,误差在合理范围内。在此基础上,研究EGR在不同工况下对柴油机动力性、经济性和排放性的影响,并根据柴油机的综合性能对各工况下最佳EGR率进行优化,得出理想的EGR控制MAP图。最后按照模拟计算结果搭建试验平台,并进行试验研究。研究结果表明:13工况排放测试循环工况的NOx和碳烟排放分别为3.0g/(kW.h)和0.45g/(kW.h),满足欧Ⅳ排放法规的要求。     

柴油/乙醇组合燃烧降低增压中冷发动机排放的研究

在增压中冷发动机上采用柴油/含水乙醇组合燃烧(DECC)方式进行排放特性的试验研究.研究表明,采用DECC方式,增压中冷发动机的NOx和微粒排放同时大幅度下降,但HC和CO排放增加较多.加装氧化催化转化器后,HC和CO得到了大幅度地降低,微粒(PM)也进一步减少.按照国Ⅲ规定的检测方法,对比纯柴油排放,该机的NOx由6.49 g/(kW·h)降到3.46 g/(kW·h),微粒由0.142 g/(kW·h)降到0.089g/(kW·h),HC和CO测量值分别为0.34 g/(kW·h)和0.10 g/(kW·h).负荷烟度(ELR)试验测试结果为0.687 m-1.测试结果表明,采用DECC燃烧模式,在仍然采用原机的泵管嘴燃油喷射系统的情况下可以使增压中冷发动机排放从国Ⅱ排放标准提升到国Ⅲ排放标准.除微粒指标满足国Ⅲ要求外,其余指标低于国Ⅳ要求,且燃料经济性基本保持不变.     

复合EGR对增压柴油机性能和排放影响的试验研究

在一台两级增压高压共轨柴油机上,在B25和B50工况进行了高压、低压及复合EGR三种EGR方式的试验研究。研究结果表明:在试验研究工况,低压EGR能够保持充足进气量,实现较高EGR率,获得低NOx排放,并在较大EGR率范围保持低碳烟比排放,但是其泵气损失较高,燃油经济性较差。高压EGR在一定EGR率范围内可以有效降低泵气损失,但其对增压器工作能力影响较大,EGR引入能力受到限制;采用进气节流的方法,可以提升其EGR引入能力,但是会造成比油耗明显上升,同时碳烟比排放迅速增大。对高、低压EGR比例进行优化后的复合EGR方式能够有效降低泵气损失,在宽广EGR范围内保持良好的燃油经济性。同时,由于复合EGR一方面增强了EGR引入能力,同时具有较高的进气量,在B25工况复合EGR的EGR率在47%时,此时其NOx比排放为0.67g/(kW·h),碳烟比排放为0.016g/(kW·h);B50工况复合EGR率为33%时,NOx比排放为1.27g/(kW·h),碳烟比排放为0.080g/(kW·h)。复合EGR在较大EGR率下可以同时实现低NOx和碳烟比排放。     

WP3四缸柴油机实现国Ⅳ排放的技术研究

首先以某一国Ⅲ柴油机为样机,增加结构优化后的废气再循环(EGR)系统,在未装备后处理装置前提下进行欧洲稳态测试循环(ESC)和欧洲瞬态测试循环(ETC)测试;然后在实验台架上对加装柴油机氧化催化器(DOC)和微粒氧化催化转化器(POC)后处理装置前后的柴油机进行ESC测试。实验结果表明,EGR系统和DOC+POC后处理同时使用才能有效降低NOx和颗粒物(PM)的排放,达到柴油机国Ⅳ排放标准。     

外部EGR对于汽油机性能和排放的影响研究

外部废气再循环(EGR)技术可以提升汽油机的燃油经济性,降低爆震倾向,搭建了低压EGR系统,研究了外部EGR对于汽油机性能和排放的影响.外部EGR可以降低NOx和CO排放,但是THC排放增加.通过优化后处理配方比例,可以降低后处理成本;对于经济性,EGR率达到23％,油耗可以降低约10 g/(kW·h),对于动力性,E...     

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.     

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。     

降低小型柴油机排放的试验研究

从生物混合燃料成分、燃烧室结构和排气再循环等方面探索降低柴油机排放的方法。通过对柴油机排放性能的大量试验研究,结果表明:对于直喷式柴油机,生物混合燃料的NOx排放与柴油的排放基本相当,碳烟排放则比柴油有较大幅度的降低,而涡流室柴油机,NOx的排放量却有大幅度的降低,碳烟排放则比直喷式柴油机有更大幅度的降低,生物燃料的添加比例对NOx的排放影响不大。柴油机采用排气再循环技术后,混合燃料的碳烟排放仍比柴油少,混合燃料可以承载一定的EGR率而不增加碳烟排放。排气再循环可以大幅度地降低NOx排放且与EGR率有关,与燃料的性质关系不大。涡流室柴油机采用生物燃料和排气再循环,可以同时降低NOx和碳烟的排放,排放效果非常优良。     

EGR冷却温度对重型柴油机性能及排放的影响

以一台配有废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)冷却系统和可变几何截面涡轮增压器的高压共轨重型柴油机作为研究对象,进行了EGR冷却温度对柴油机性能及排放影响的台架试验研究。结果表明:随着EGR冷却温度降低,柴油机燃油消耗率、烟度和NOx排放均持续降低。而EGR冷却温度每降低1℃,柴油机燃油消耗率、烟度和NOx排放在不同转速、负荷下降幅差异明显。燃油消耗率在中等转速、低负荷工况降幅最大,NOx排放和烟度在高转速、低负荷工况下降幅最大;在考虑到EGR冷却系统消耗的能量后,可以通过计算得到理论燃油消耗率。在兼顾燃油消耗率和排放性的原则下得到了各工况下EGR相对最优冷却温度,而所得到的相对最优EGR冷却温度正是各个试验工况下理论燃油消耗率最低的温度。     

高比率冷EGR与进气富氧对柴油机燃烧及排放特性的影响

对普通增压中冷柴油机,采用富氧进气与高比率冷EGR相结合的技术,实现缸内富氧燃烧。未经优化的情况下使用富氧燃烧,NO排放随氧浓度的上升而大幅增加。富氧进气与高比率冷EGR相结合,可以显著降低碳烟的排放并抑制NO的过度增长,同时保证发动机的燃烧热效率和输出功率不降低。将不同浓度的氧气、EGR废气及空气三者充分混合,冷却后引入气缸参与燃烧;调整掺氧浓度和EGR率,考察发动机在各种掺比下的燃烧及排放特性。试验结果表明:在1 600 r/min全负荷工况,进气内通入20%~30%的EGR废气及23%的氧气,可有效抑制NO及碳烟排放,并能保证发动机具有良好的动力性。     

柴油机废气再循环电控系统的设计及应用

针对增压直喷柴油机开展废气再循环(EGR)技术的研究与应用,依据柴油机EGR控制系统的工作特点和功能要求,进行了控制系统的硬件电路设计和控制软件编写,实际控制效果良好,有效降低了氮氧化物的排放。     

EGR/EGC技术结合系统降低柴油机排放的研究

对柴油机的排放尾气NOx，CO，HC和PM等进行全面分析，探索设计了一套由EGR（废气再循环技术）和EGC（发动机机外废气净化技术）结合的系统，EGR技术可以有效降低NOx的排放，机外废气净化技术技术可以在有效除去PM的同时降低HC，CO的排放，该系统能在较宽的转速和负荷范围内有效降低废气排放，解决同时降低NOx与PM排放的矛盾，废气排放全面降低。     

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。     

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%.     

增压中冷车用柴油机EGR率阶跃工况响应

利用实时EGR率测量系统及瞬态工况测控平台对增压中冷柴油机废气再循环(EGR)阶跃工况下的EGR率、进气量、发动机转矩、燃烧过程特征参数、排气烟度及气态有害排放物的响应历程进行了试验研究.试验结果表明:在1 600 r/min5、0%负荷工况,EGR率从0分别阶跃到3%、5%、13%和28%时,EGR率、进气流量及发动机有效转矩响应速度较快且相近,均为0.5 s左右;排气烟度和以最高燃烧压力表征的缸内燃烧过程趋于稳定状态历时较长且时间相近,不同EGR率阶跃时均为2.5 s左右;以气态有害物排放表征的柴油机排放响应历时最长为6 s左右.这说明在EGR阶跃工况下,当EGR率达到稳定时,由于燃烧边界条件存在迟滞效应,从而会导致燃烧过程、有害物排放存在较长的延迟.