内部EGR技术及其在小型挖掘机柴油机中的应用

以某小型挖掘机柴油机为研究对象,分析了几种能够实现内部EGR的方法,提出采用双峰排气凸轮,即排气门在进气行程后期二次开启的方法来实现内部EGR。对排气小凸轮的升程、包角和位置进行了优化,分析了双峰排气凸轮对该柴油机的NOx排放、功率和油耗率的影响,并进行了柴油机EPA八工况法排放测量来验证优化的结果。     

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。     

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.     

基于内部EGR率控制的柴油机排气凸轮型线仿真设计研究

以某6缸增压柴油机为研究对象,运用GT-Power仿真分析软件,在目标发动机2 200r/min和1 800r/min常用工况转速下,分析了内部热EGR率对NOx、PM、CO排放量的影响,研究得出了重型车用柴油机内部EGR率的最佳控制范围在10%左右。在此基础上,进行了二次排气凸轮开启相位对内部EGR率控制效果的仿真分析,总结出了二次开启排气凸轮的相位、升程、包角等特性参数对柴油机功率、燃油消耗率及EGR率的影响规律。最终确立了能够进行二次开启的、具有内部EGR功能的排气门凸轮设计方案,建立了排气凸轮基本型线的数学模型。针对目标样机开展了型线特性参数对燃油消耗率、功率及EGR率的影响分析。     

配气正时和进气压力对增压内燃机残余废气的影响研究

在KA24柴油发动机的基础上,基于GT-POWER建立发动机的燃烧仿真模型。仿真计算了配气正时和进气压力对增压柴油机内部残余废气量的影响,并分析了对发动机NOx排放、燃油消耗率的影响。结果表明,排气门关闭角和进气门开启角均可对发动机气缸内的EGR率产生影响,EGR量随着进气压力的增加而降低,随着EGR率的增加,有效燃油消耗率则变化不大,或有所波动,而非我们通常认为的一定会增加,但NOx的排放减少。     

泵气损失对柴油机性能影响分析

基于某款船用中速柴油机,在当前配置状态的基础上,利用试验数据测试和GT-Power一维仿真计算手段,研究了不同配气凸轮型线、排气管直径、增压器配置对柴油机泵气损失和燃油消耗率的影响。选取部分优化方案来制作样件,并通过开发试验对比验证。结果表明,通过优化匹配可以分别将高转速高负荷工况、低转速低负荷工况的泵气损失和燃油消耗率降低到最佳水平。     

降低直喷式柴油机NO_x排放的试验研究

未来柴油机要求更高的功率强度和更低的燃油消耗率．同时还必须满足更严格的排放法规。NOx排放是直喷式柴油机排放中最受关注的部分,且它的降低需要采用许多新技术。本文针对一台6缸涡轮增压直喷式柴油机的研制试验,介绍分析高压喷射系统、低涡流燃烧系统、涡轮增压器匹配优化等一些现有技术的效果和优劣,阐明了如何在简化结构、保持低成本的基础上改善缸内燃烧过程以降低NOx排放。     

船用中速柴油机电控燃油喷射系统匹配

针对4190船用中速柴油机,提出由电控组合泵替代传统机械泵,利用AMESim软件建立电控组合泵燃油喷射系统模型,确定试验用凸轮型线、喷孔直径、油泵柱塞直径、高压油管长度等参数。通过发动机台架试验研究凸轮工作段位置、喷油器伸出高度、喷孔直径及供油提前角对柴油机经济性和排放的影响。研究结果表明:凸轮工段位置影响喷油规律,从而影响经济性和排放;喷油器伸出高度减小会导致经济性变差;喷孔直径越小,最低燃油耗的供油提前角越大;减小喷孔直径,燃油喷射压力提高,有利于降低燃油消耗率和NOx排放,但小喷孔直径的喷油持续期长,后燃增加,效率下降且CO排放增加。     

燃烧系统参数对增压中冷柴油-天然气双燃料发动机排放特性和经济性影响的实验研究

将一台6缸、增压中冷柴油机改装为混合器进气方式的柴油—天然气双燃料发动机，对其燃烧系统参数对双燃料发动机排放和经济性的影响进行了实验研究，包括引燃柴油喷油时刻、天然气替代率、中冷后进气温度的影响。双燃料发动机的排放与空燃比及燃烧系统参数密切相关。替代率增加时，排气烟度降低，HC排放升高，当量燃油消耗率升高，CO排放在替代率较小时随替代率增加而升高，但在替代率较高时随替代率增加而略有降低。替代率对NOx排放的影响则与发动机工况有关，在最大转矩和低速大负荷工况，空燃比值较小，NOx排放随替代率的升高而增大；在标定功率工况，空燃比较大，NOx排放随替代率的升高而减小。提前角减小，NOx排放降低。中冷后温度升高，碳烟排放和NOx排放升高，HC和CO排放降低，当量燃油消耗率降低。研究结果表明，采用增压中冷技术、提高CNG替代率、减小引燃柴油喷油提前角，能够有效地降低双燃料发动机的有害排放物。     

陕柴-大发8DKM-28柴油机的研制

介绍了8DKM28柴油机的设计目标及主要零件的技术改进,通过这些改进,该型柴油机的运转和排放性能得到提高,燃油消耗率和机油消耗率降低,彻底解决了原型机(8DLM28柴油机)NOx排放不能达标的问题。     

双层交错布置多孔喷嘴燃烧排放性能试验研究

在某单缸柴油机上搭建高压共轨系统整机试验台架,研究双层交错布置多孔喷嘴结构对柴油机燃烧和排放性能的影响规律。试验结果表明:相同几何流通面积的双层交错布置多孔喷嘴相比于传统单层喷嘴经济性提高,NOx排放和碳烟排放改善;孔径较小的双层交错布置多孔喷嘴方案燃油消耗率较高,NOx排放较低,碳烟排放较高;下层喷孔喷射夹角小的双层交错布置多孔喷嘴方案缸内平均压力和温度高,油耗和排温降低,NOx排放较多,碳烟排放较少。     

富氧燃烧对柴油机工作特性影响的试验研究

在一台增压柴油机上进行了富氧进气的试验研究,并在此基础上采用EGR技术,研究不同进气氧浓度下EGR率对柴油机排放特性的影响,以期改善柴油机NOx和碳烟的权衡关系。研究表明:富氧进气柴油机在同一进气氧浓度下,其有效燃油消耗率随着负荷的增加而明显减小;同一负荷时有效燃油消耗率随着氧浓度的升高而稍有降低。在富氧燃烧的基础上,引入EGR可以实现柴油机的烟度和NOx排放的同时降低,其关键是在一定的工况点匹配与之相适合的EGR率。当2 200 r/min全负荷工况下,进气氧浓度21%与EGR率20%组合、氧浓度22%与EGR率50%组合,烟度和NOx排放降低比例分别达到20.0%和14.8%、6.7%和19.2%。     

生物柴油应用研究

在一台小型直喷单缸柴油机上进行了黄连木生物柴油和麻风树生物柴油的性能和排放试验,探讨了传统柴油机燃用生物柴油的可行性以及生物燃料对柴油机性能和排放的影响。试验结果表明,采用生物柴油后燃油消耗率略高于0^#柴油,但CO,HC,NOx排放均有一定程度的降低,并能有效降低碳烟排放,在大负荷时效果尤为显著。     

基于BP神经网络与遗传算法的高压共轨柴油机喷油器结构参数优化研究

利用AVL-FIRE软件对TBD234高压共轨柴油机燃烧过程进行数值模拟,采用L16（54）正交试验作为BP神经网络的训练样本,建立喷油器主要结构参数与柴油机的燃油消耗率、NOx排放、SOOT排放之间的非线性映射关系,以燃油消耗率为优化目标,同时保持较低的NOx和SOOT排放水平,结合遗传算法进行寻优计算,获得了喷孔直径、喷孔个数、喷射夹角和喷油提前角4个参数的最优组合。     

多次喷射改善柴油机噪声及污染物排放的试验研究

为研究多次喷射对柴油机噪声及排放特性的影响,针对一台电控共轨重型柴油机建立了试验测控系统,确定了噪声影响的评价指标.在不同的预喷射和后喷射条件下对燃烧噪声及NOx和PM排放的影响进行了试验.试验结果表明:对于标定点和B50点,预喷射的引入都改善了柴油机燃烧噪声;对于B50点,存在一个最佳预喷射方案,可以在改善NOx排放水平的同时不恶化PM排放;同样,存在一个最佳后喷射方案,在对NOx排放影响较小的同时极大地改善了PM的排放,但是燃油消耗率、排温稍有升高.     

电控单体泵在单缸柴油机上的优化匹配与应用

采用电控单体泵对传统单缸柴油机进行了技术升级改造,对燃烧系统进行优化匹配,实现了机内净化.在降低燃油消耗率的同时,有效控制了尾气排放中的CO,HC,NOx和PM,使其达到国Ⅱ排放水平.     

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。     

高功率密度柴油机的喷油时刻对燃烧排放的研究

运用AVL FIRE软件,建立某台单缸高功率密度柴油机模型,研究喷油时刻对该柴油机燃烧排放的影响规律,并用柴油机台架试验验证模型的合理性。着重仿真分析了不同喷油时刻对柴油机缸内压力、温度、放热率、功率、燃油消耗率以及排放的影响。分析结果表明:喷油时刻每提前3°曲轴转角,缸内压力和温度分别升高6.55%和2.8%;放热速率快,放热相对集中;NO_x排放增加,碳烟排放降低;功率下降,燃油消耗率升高;当喷油时刻为上止点前16°曲轴转角时,NO_x和碳烟排放都能满足排放法规要求,且动力性和经济性能较好。     

可变进气对船用柴油机性能影响的试验研究

为了探究可变进气系统对船用柴油机性能的影响,在一台配备进气可变配气和进气旁通阀的船用中速柴油机上开展试验研究。分别在可变配气机构处于强米勒正时和弱米勒正时,进气旁通阀处于开启和关闭状态下开展船用柴油机螺旋桨特性试验。试验结果表明：采用弱米勒正时可降低燃油消耗率,但是最高燃烧压力和NO_x比排放增加,燃油消耗率降低幅度随负荷升高而减小,最高燃烧压力和NO_x比排放增加幅度随负荷升高而增加,弱米勒正时对低负荷优化效果更明显。受到最高燃烧压力限制,高负荷必须采用强米勒正时。弱米勒正时角度从20°增加到30°,燃油消耗率基本不变,最高燃烧压力和NO_x比排放进一步增加,对于试验柴油机而言,20° 弱米勒正时配置更优。开启进气旁通阀可以提高中低负荷增压压力,降低燃油消耗率、排温和烟度。在超低负荷及高负荷时开启进气旁通阀效果与中低负荷相反。在25%及50%负荷下应用可变进气技术,燃油消耗率分别降低6.0%和2.9%、烟度分别降低61.6%和59.7%。合理的可变进气系统控制策略可有效优化船用柴油机性能。     

排气再循环对柴油机工作过程参数、性能和排放的影响

以 S195柴油机为例建立了排气再循环系统。在发动机台架试验的基础上 ,测量了采用排气再循环(EGR)对柴油机工作过程参数 pmax、dp/ dφ、着火延迟期τi、柴油机功率、燃油消耗率和排放的影响 ,提出了用废气容积比 REGR来评价和分析废气引入量的方法。结果表明 :EGR能显著降低柴油机排气中的NOx。此外 ,EGR在小负荷时使着火延迟期τi 缩短 ;大负荷时着火延迟期τi 有所延长。为了保证柴油机的性能指标 ,S195柴油机引入的废气容积比 REGR不应超过 2 0 %。