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。     

气道喷水和废气再循环对重型柴油机性能和排放影响的优化匹配试验研究

在一台高压共轨重型柴油机上开展了气道喷水结合高压废气再循环(EGR)的试验研究。基于世界统一稳态测试循环(WHSC)各工况点探索引入高压EGR和气道喷水技术对柴油机排放和燃油经济性的影响;在此基础上对各工况的燃烧相位进行优化,得到WHSC各工况点下基于喷水和EGR的优化策略。结果表明:综合考虑排放和燃油经济性,低负荷工况宜单独引入高压EGR,并通过提前喷油时刻(start injection timing,SOI)优化燃烧相位;中高负荷工况宜少量喷水并引入适当EGR,满负荷则应单独采取气道喷水策略。WHSC加权结果表明,在保持较低的HC、CO和碳烟排放前提下,优化后的加权NOx比排放降低7.71g/(kW·h),降幅约45.2%,有效燃油消耗率降低约1.20g/(kW·h)。     

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。     

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。     

船用柴油机EGR技术仿真研究

采用某船用中速单缸柴油机进行了EGR对性能及排放影响的仿真研究,并进行了试验验证。研究结果表明,采用EGR技术后,NOx加权排放下降到1.94(g.(kW.h)-1),但加权燃油消耗率上升至9.93(g.(kW.h)-1);通过提前喷油和增加EGR率相结合进行优化,虽然NOx加权排放上升到2.09(g.(kW.h)-1),但加权燃油消耗率下降至4.36(g.(kW.h)-1),柴油机燃油经济性得到明显优化。试验验证显示:仿真和试验结果吻合较好,表明经标定的DI-jet燃烧模型精度满足要求,能较准确预测柴油机性能及排放。     

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。     

EGR对二甲醚发动机非法规污染物排放特性影响的研究

在一台2102QB型柴油机上用气相色谱检测法研究了燃用二甲醚时甲醛、二甲醚和甲酸甲酯等非法规污染物的排放特性,并研究了废气再循环(EGR)率对非法规排放物的影响规律。试验结果表明:二甲醚发动机的未燃二甲醚比排放较大,最大达到0.75g/(kW·h);甲醛和甲酸甲酯比排放相当且比二甲醚比排放低一个数量级,最大值分别为0.091g/(kW·h)和0.061g/(kW·h)。随着转速增加,二甲醚比排放降低,而甲醛的比排放先升高后降低;随着负荷增加,二甲醚、甲醛甲酸甲酯的比排放均降低。引入EGR以后,二甲醚比排放增加,但负荷越高增加量越少;甲醛呈现先增加后降低的趋势,且当负荷率小于40%时变化较为明显;甲酸甲酯呈现出典型低温氧化中间产物特征,随EGR率的增加呈现明显的先增加后降低的趋势。     

非道路柴油机的排放特性研究

目前,非道路柴油机的排放认证测试均采用稳态工况循环,为了掌握非道路柴油机的瞬态排放特性与稳态排放特性的差异,寻求降低瞬态排放的方法,针对某满足非道路国Ⅲ排放标准的柴油机进行了万有排放特性、NRSC稳态循环及NRTC瞬态循环的排放测试研究。试验结果表明:该柴油机的NRSC稳态测试循环的NO_x,HC及CO的比排放分别为3.339,0.226,0.964g/(kW·h);NRTC循环的NO_x、HC及CO的比排放分别为3.904,0.284,1.555 g/(kW·h);NRTC循环的NO_x+HC的比排放值超过了现阶段非道路国Ⅲ排放标准限值0.2 g/(kW·h)且NO_x比排放比NRSC循环高0.6g/(kW·h)。     

后喷射和正丁醇对柴油机碳烟影响的数值模拟

采用 CFD 计算程序耦合正庚烷-正丁醇-多环芳烃简化动力学模型,并结合多步现象学碳烟生成模型,研究了在将 NOx控制在2.0,g/(kW·h)情况下后喷射和含氧燃料正丁醇对碳烟生成过程和排放的影响．结果表明,后喷射提高燃烧后期温度、增强碳烟氧化和增强燃烧后期缸内充量运动,是其降低碳烟排放的主要原因;正丁醇降低碳烟排放主要是通过降低碳烟前驱物多环芳烃浓度和增强油气混合过程即降低当量比实现的．在后喷射基础上应用含氧燃料正丁醇,可以在 NOx排放保持不变的前提下大幅度将碳烟排放(0.032,g/(kW·h)降低至0.007,3,g/(kW·h)).因此采用多次喷射耦合 EGR 结合含氧燃料正丁醇,是降低柴油机排放的有效技术途径,可以显著改善柴油机碳烟排放．     

中小功率农用柴油机的排放特性分析

为探讨并解决中小功率农用柴油机实际排放特性与台架试验结果差异大的问题，通过便携式排放测试系统(PEMS)检测分析其实际作业的排放特性。结果表明：在拖拉机旋耕作业过程中，柴油机处于重载状态，转速在额定点附近小范围内波动，作业平均功率相比非道路瞬态循环(NRTC)高约30.0%；氮氧化物(NO_x)排放质量流量随着负荷剧烈变化，CO排放质量流量相对比较稳定；整个试验的NO_x和CO的比排放量分别为0.414 g/(kW·h)和0.454 g/(kW·h)，分别比90%有效功工况下的基准比排放量低11.3%和10.6%。     

LP-EGR对增程器GDI汽油机燃烧和排放的影响

为进一步降低燃油消耗率和有害排放,开发增程器专用发动机,在一台缸内直喷(GDI)汽油机上选取增程器的3个运行工况点,开展了当量比燃烧模式下的低压废气再循环(LP-EGR)试验研究.结果表明:随着废气再循环(EGR)率的增加、点火时刻的推迟,缸内压力和放热率峰值降低且推迟,燃烧持续期延长,缸内燃烧由爆震逐渐过渡到失火,NOx排放降低.随着EGR率的增加,HC排放升高,CO和PM排放降低.点火时刻对HC、CO和颗粒物(PM)排放的影响规律随EGR率的变化而不同.引入EGR前、后的颗粒物总数量(PN)浓度值均在较低的数量级(105/cm^3).3个工况点综合优化后的最低有效燃油消耗率为219.1 g/(kW·h),较原机降低了7.75%.     

进气加湿结合废气再循环技术对高压直喷双燃料低速机燃烧及排放的影响

基于CONVERGE软件建立了高压直喷双燃料船用发动机三维仿真模型,研究了空气加湿技术和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对发动机燃烧过程及排放的影响,并通过耦合进气加湿、EGR和天然气喷射策略等技术,最终得到满足TierⅢ排放法规的可行性技术路线.结果表明,进气加湿降低NOx排放...     

CA4DC发动机国4排放标定研究

结合CA4DC发动机国4排放开发工作,在没有增加后处理设备的开发阶段,对EGR开度、共轨系统轨压、主喷提前角、预喷油量等分别进行了标定,在此基础上,对CA4DC样机各参数进行综合优化试验,结果显示NOx,CO,HC均达到国4排放标准要求,PT值降到0.035 g/(kW.h),已达到阶段目标的要求,发动机性能得到明显改善。     

利用废气再循环与米勒循环提高氢内燃机压缩比的研究

建立了氢内燃机一维模型,分别仿真分析了废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)技术和米勒循环技术对抑制爆震及氮氧化物(NOx)排放的效果,最后结合两种技术探索了可达到的最大压缩比和最好的NOx排放性能.结果显示EGR技术对抑制NOx排放更有效,米勒循环对抑制爆震更有效,最终在本研究的工况...     

自由活塞发动机关键设计参数及其性能的仿真优化研究

针对拟开发设计的用于混合动力汽车的自由活塞发动机-发电机系统,对其自由活塞发动机的关键设计参数(活塞组件质量、压缩比、点火提前角及其经济性和动力输出特性),进行了仿真优化研究。研究结果表明:经参数优化后的自由活塞发动机标定功率为7.42 kW,相比原机的标定功率提高了1.17 kW;最低燃油消耗率为313.4 g/(kW·h),相比原机节省燃油34%。     

低排放单缸风冷柴油机的优化设计与匹配

以非道路单缸风冷192 F柴油机为研究对象,匹配蓄压式喷油系统,以低排放为核心目标,计算并设计了高压油泵凸轮和电控喷油器喷嘴参数,优化了螺旋进气道,重新设计了燃烧室几何形状并优化了喷油油线在燃烧室的分布,使燃烧室、进气道与蓄压式喷油系统相匹配.在标定工况、最大转矩工况下进行了喷油参数对工作过程、排放和性能影响的研究,以...     

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.     

船用低速柴油机高压SCR系统台架试验研究

通过在高压SCR系统上增加控制逻辑,调整部分设备的运行过程,设计了可稳定SCR运行的吹灰、换气稳压子系统,从而解决了柴油机从TierⅢ切换至TierⅡ模式运行时,高压排气进入SCR系统,对设备造成腐蚀的问题。台架试验表明:E3循环下加权NOx排放降至2.49 g/(kW·h),低于IMO TierⅢ限值3.4 g/(kW·h);氨泄漏量小于1 mg/m3。吹灰、换气稳压系统达到预期设计目标。     

基于当量燃烧的天然气发动机燃烧室优化研究

在一台采用废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)策略的当量燃烧天然气发动机上开展了不同挤气比、压缩比的活塞对燃烧、热效率和排放影响的对比试验研究。结果表明:在50%负荷与中低转速75%负荷下,增大EGR率拓展了爆震边界,使得主燃烧相位(CA50)提前,指示热效率提高;而在100%负荷及高转速75%负荷下,EGR率的增大对燃烧持续期的延长作用更为明显,且CA50后移,指示热效率降低。增大压缩比和适当增大挤气比有利于增强缸内湍流运动,加快天然气火焰传播速度,使CA50更靠近上止点,热功转换效率提高,最高指示热效率提高了0.24%,NO_x和CH_4排放分别升高了2.30g/(kW·h)、0.55g/(kW·h)。进一步增大挤气比会受到爆震的限制,最佳点火时刻推迟,燃烧定容度小,燃烧持续期延长,最高指示热效率下降了0.51%,NO_x和CH_4排放分别降低了2.20g/(kW·h)、0.44g/(kW·h),CO排放升高了0.36g/(kW·h),因此挤气比存在一个优化的范围。