废气再循环对柴油机性能影响的试验研究

通过废气再循环（ EGR-Exhausted Gas Recirculation ）可以有效地降低柴油机的氮氧化物（ NOx）排放。但是废气具有一定的热作用和化学作用,因此EGR会对柴油机燃烧过程和排放物的生成造成影响。本文基于4 D20柴油机,重点开展了不同的EGR率对柴油机性能影响的研究。分析试验结果发现,随着EGR率的增大,燃烧滞燃期增长,缸内压力和缸内温度降低,放热率峰值降低,热效率下降;NOx排放随着EGR率的增大而急剧下降;soot排放随着EGR率的增大而增大;CO和HC排放随着EGR率的增大而增大。     

EGR对2,5-二甲基呋喃/柴油混合燃料燃烧及排放的影响

研究了DMF与柴油混合燃料在一台改装过的四缸四冲程水冷增压直喷高压共轨柴油机上燃烧时的燃烧和排放特性。结果表明:引入EGR策略会降低缸内压力和燃烧放热率;随着EGR率的增加,NOx排放量显著减少,HC和CO排放量有所增加,聚集态的颗粒数目增多,核模态的颗粒数目减少。EGR率从0增加到13%时,燃用D10的NOx排放量下降了48%,HC和CO排放量分别升高了14%和60%;柴油中掺混10%比例的DMF可以有效降低HC和CO的排放以及废气中颗粒物数目,但是NOx的排放会增加。     

船用柴油机燃用异丙醇-丁醇-乙醇喷油策略研究

为了改善船用柴油机燃用异丙醇-丁醇-乙醇(IBE)的燃烧和排放特性,运用CFD数值模拟软件Converge建立其燃烧模型.分析了不同喷油策略的影响,结果表明:随着喷油时刻的提前,滞燃期延长,最高燃烧压力升高,缸内燃烧温度降低,NOx的排放量显著增加,喷油提前角为-25°CA时soot的排放量达到最低;当有预喷时,最高燃烧压力下降,NOx、soot的排放量均小幅减少;随着喷油持续期的延长,缸压峰值减小,最高燃烧温度下降,NOx排放量显著减少,soot排放稍有增加.     

内外部EGR对柴油HCCI燃烧控制的仿真研究

基于分段韦伯函数燃烧放热率模型,通过耦合一维流体动力学软件GT-Power与化学动力学软件Chemkin,建立了均质混合气压燃烧技术(HCCI)柴油发动机仿真试验平台,准确模拟了HCCI单缸试验样机的工作过程,研究了内外部废气再循环(EGR)对柴油HCCI燃烧控制的影响.仿真结果表明:内外部EGR对HCCI燃烧具有不同的控制作用,考虑内外部EGR的综合因素效应,可以实现燃烧相位的有效控制     

EGR技术对MF/柴油混合燃料燃烧和排放的影响

基于一台高压共轨直喷柴油机,研究了EGR率、2-甲基呋喃掺混比例(质量分数为0%(M0),10%(M10),30%(M30))对柴油机燃烧和排放的影响。实验结果表明:EGR率能显著降低缸内压力,延迟点火时间。NO_x的排放量随着混合燃料中MF的质量分数和EGR率的增加而升高,尾气中Soot的排放量随EGR率的增加也有所上升,但远低于相同工况下纯柴油的排放量。对于M10和M30,EGR率的增大使得颗粒物的数目浓度有所降低,大颗粒数量减少而小颗粒数量增多,总颗粒物的平均粒径变小。研究结果还发现,M0和M10燃料的当量有效燃油消耗率(BSFC)随EGR率的增大而降低,M30在27%工况下的BSFC最高。     

应用推迟点火、废气再循环及过稀混合气降低稀燃甲醇发动机NO_x排放

为降低稀燃时NO_x排放及改善燃油消耗率-NO_x排放"(be-NO_x)"折中关系,以一台基于柴油机改制的进气道喷射点燃式甲醇发动机为试验对象,在1400r/min、4.52kg/h甲醇消耗量工况条件,以及1.5过量空气系数和21°CA BTDC点火提前角的基础上,研究了推迟点火、废气再循环(EGR)及过稀混合气3种策略对稀燃甲醇发动机燃烧和NO_x排放的影响。结果表明:3种策略均能在机内有效净化NO_x排放,实现接近零排放的效果。在相同NO_x排放水平下,与过稀混合气策略相比,EGR策略的燃烧滞后和延长程度有所减弱,循环变动降低,而推迟点火策略的燃烧更为滞后,但燃烧持续期和循环变动减小。对比而言,EGR策略能获得更佳的"be-NO_x"折中关系;推迟点火策略的"be-NO_x"折中性能虽较EGR策略有所降低,但排气温度有所升高,有利于提高样机在低负荷时后处理器的转化效率,从减小排放角度具有一定应用潜力。     

废气再循环对直喷汽油机燃烧及排放影响的仿真

应用计算流体力学(CFD)软件对一台带有废气再循环(Exhaust gas recirculation,EGR)系统的均质缸内直喷(Gasoline direct-injection,GDI)汽油机进气冲程至作功冲程排气门开启时段进行了三维仿真,研究了不同EGR率和过量空气系数λ对缸内状态及排放特性的影响,探讨了温度场、火焰面密度、NO浓度场、CO浓度场、微粒浓度场等参数的变化趋势。结果表明:EGR率为10%时,能在对燃烧过程影响不大的情况下有效降低排放质量;同时,在缸压稍有下降的情况下,λ=1.1时能有效降低排放质量;λ=1.0时能保持较高的缸压和中等的排放水平。     

柴油机排放控制技术的发展趋势

柴油机的燃烧过程主要在过量空气范围内进行,CO和HC排放量相对较少,主要有害排放物是NOX和微粒。要改善柴油机有害物质排放情况,除了采用燃烧系统改善等机内措施外,废气再循环(EGR)技术也是有效的改善措施之一。对微粒的控制可以采用后处理装置,即捕捉器。随着排放法规的日趋严格,EGR系统和微粒捕捉器逐渐在柴油机上得到广泛使用。     

丁醇/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及微粒排放特征的影响

在一台高压共轨增压中冷四缸柴油机上试验研究了不同工况下,不同掺混比例的丁醇/柴油混合燃料对发动机燃烧及微粒排放特征的影响。结果表明:随着丁醇掺混比的增加,滞燃期延长,预混合燃烧量增加,燃烧相位滞后,且小负荷工况下的影响更为明显。丁醇/柴油混合燃料可在不增加NOx排放的前提下,显著降低排气烟度及微粒排放,但指示热效率较纯柴油略有降低。发动机燃用丁醇/柴油混合燃料的微粒排放绝大多数为超细微粒,比例超过99%;随着丁醇比例的增大,发动机各粒径段微粒数量浓度均有所下降,大负荷工况更为明显。废气再循环(EGR)的引入使得积聚态微粒和总微粒数量浓度明显增加,丁醇的加入使得混合燃料对EGR的耐受性增强。丁醇/柴油混合燃料结合EGR策略可同时降低发动机的NOx和微粒排放。     

气口喷射DMM/柴油混合燃料实现HCCI燃烧

为了促进缸内均匀混合气的形成,将不同比例的DMM/柴油混合燃料通过气口喷射,在单缸发动机上实现了具有超低排放特征的HCCI燃烧方式,考察了混合燃料中DMM的比例、冷却EGR率对HCCI燃烧的转速和负荷范围的影响,以及负荷、冷却EGR率和进气温度对HCCI燃烧的影响.研究表明,由于DMM/柴油混合燃料显著改善了燃料的雾化特性,因此混合燃料能够在较宽的转速和负荷范围内实现HCCI燃烧.此外,由于混合燃料含有很高比例的氧份,因此容许采用较大比例的废气再循环,并且因为冷却的废气再循环推迟了HCCI的着火时刻.通过燃料改性结合外部废气再循环在较大范围内实现了HCCI燃烧.     

内部废气耦合点火对甲醇燃烧和排放的影响

基于自主开发的液压可变气门机构,研究了内部废气再循环(EGR)耦合点火策略对甲醇发动机节能减排的改善潜力。结果表明,随着排气门升程的降低,内部EGR率增大。内部EGR增大导致缸内压力和缸内燃烧温度峰值下降,燃烧重心推迟,燃烧持续期延长,燃烧循环变动增加。适当地调整点火正时,甲醇发动机在42%内部EGR下仍能使燃烧重心分布在合理的范围内并平稳运行。另外,内部EGR结合点火正时在不同负荷下对油耗和排放的改善效果不同,在20%负荷下有效热效率和燃油消耗率改善效果最佳,分别提高了3.2%和12.7%;在40%负荷下对NO_x和HC排放改善效果最佳,分别降低了64.25%和20.8%。     

船用柴油机燃用生物柴油排放与消烟机理

为研究普通柴油掺混生物柴油后对船用柴油机排放特性的影响,将餐饮废油制生物柴油与普通柴油以10∶90体积比混合。结合船用柴油机台架试验与排放物测试分析,探究燃用小比例生物柴油混合燃料后,船用柴油机气态污染物与颗粒物质的排放特性,以此阐明生物柴油排放相关性变化与消烟机理。试验结果表明:掺混生物柴油后,由于生物柴油高的含氧量,气态排放物中一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO_2)、碳氢化合物(THC)均有所下降,可有效改善柴油机有害气体的排放。同时,生物柴油中较少的芳香烃含量可减少燃烧产物中芳烃前驱物,从而抑制颗粒的形成,减少颗粒物质(PM)排放及降低颗粒物质数量(PN)。但过快的燃烧速率会减小火焰的辐射损耗同时提高缸内温度,因此促进了NO_x的生成。为促进餐厨废弃油污治理和交通运输行业节能减排提供参考。     

EGR对二甲醚HCCI发动机燃烧特性的影响

针对HCCI发动机的燃烧控制问题,对不同废气再循环(EGR)率R_(EGR)和过量空气系数λ下的二甲醚均质混合压燃发动机的工作过程进行了数值模拟,重点分析了R_(EGR)和λ对二甲醚HCCI发动机燃烧特性的影响.结果表明,λ一定时,随着R_(EGR)的增大,缸内压力、温度、放热率都会降低,高温反应阶段开始时刻推迟;而在R_(EGR)不变的情况下,λ增大,缸内的压力、温度、放热率降低,低温反应阶段提前,而高温放热时刻推后.表明控制R_(EGR)和λ能达到有效控制二甲醚HCCI燃烧时刻的目的.     

废气再循环对丁醇/柴油混合燃料发动机的影响

对按特定比例混合制得的具有不同着火性的丁醇/柴油混合燃料的燃烧及排放特性进行了试验研究,分析了丁醇掺混比例、废气再循环量等参数对发动机燃烧和排放的影响规律。试验结果表明:随着丁醇比例的增大,发动机滞燃期延长,预混合燃烧量增大,燃烧定容性有所改善;混合燃料配合使用废气再循环能够实现NOx和烟度的同时降低,但在一定程度上会导致发动机的动力性和燃油经济性变差。通过合理调整燃烧相位与废气再循环(EGR)率的匹配关系,能够在较低的总体排放水平下,恢复因燃用醇类燃料造成的动力性损失,提高发动机效率及燃油经济性。     

柴油在O2/CO2环境下的燃烧特性分析

为了降低柴油机NO_x和碳烟(soot)的排放,对基于O_2/CO_2环境的柴油机燃烧新模式进行了研究,运用KIVA-3V软件对柴油在定容燃烧弹内模拟发动机上止点的燃烧过程进行了数值仿真,对定容燃烧弹内柴油燃烧压力曲线进行了数值模拟分析,最后在定容燃烧弹上对正常空气环境下和O_2/CO_2浓度为50%/50%环境下的柴油燃烧过程进行了可视化研究.仿真结果表明,柴油在O_2/CO_2环境下的着火延迟时间相比在正常空气环境下要有所缩短;随着喷油压力的增高,柴油的雾化混合效果变好,燃烧更加充分,使得容弹内柴油的最大燃烧压力升高.定容燃烧弹可视化试验表明,柴油在O_2/CO_2环境下可以进行预混合自燃及扩散燃烧,同时得到的理想"瓢"型火焰图像表明柴油在O_2/CO_2环境下可以稳定燃烧.     

EGR冷却器积碳研究综述

废气再循环(exhaust gas recirculation，EGR)技术是解决柴油机氮氧化物(NO_x)排放的有效措施之一，尤其是经中冷后的EGR在NO_x、颗粒物(particulate matter, PM)的排放以及经济性方面能够实现更好的折衷。在冷却EGR时，排气中所含的干碳烟(soot)和碳氢(carbureted hydrogens，HCs)在热泳力、静电、扩散和凝结等作用下沉积到EGR冷却器的换热元件表面而形成积碳，达到稳定状态的积碳导致EGR中冷换热效率下降达20%~30%，背压达无积碳状态的2倍，由此导致发动机NO_x、PM的排放以及经济性变差。研究表明，温度、soot的粒径分布、HCs的浓度是影响积碳的主要因素，同时EGR冷却器的结构、燃料等也会造成一定的影响。通过对各影响因素的优化可以延缓积碳的形成过程，目前实现EGR冷却器再生的有效手段尚处于研究阶段，可能有效的再生措施有高速气流冲刷表面疏松的soot、蒸发积碳当中的HCs、高温氧化soot以及利用水或酸等弱化积碳的黏附力而自然脱落。     

柴油质量对柴油机排放的影响

阐述了柴油规范要求和国内现状,利用2种柴油进行排放对比试验,研究柴油十六烷值和硫含量对柴油机排放的影响.试验结果表明:十六烷值越高,柴油的着火性能越好,着火延迟期越短,可燃混合气燃烧改善,CO排放生成机率降低,燃烧初期缸内峰值温度降低,缸内NOx生成时间相对缩短,NOx排放会降低,导致局部区域不完全燃烧,使THC排放增加;硫含量越高生成的颗粒物排放也越高.     

船用柴油机废气再循环性能评估及应用

针对增压柴油机废气再循环(EGR)性能评估问题,特别是"小样本"下的最优决策,提出了一种基于不等权优化的评估及决策方法。首先,在TBD234V12型相继增压柴油机上搭建高压废气再循环系统,采集柴油机缸内爆压、燃油消耗率、NO_x、CO及烟度等主要参数试验数据,建立最优关联分析模型,用来不同EGR方案的初步评价。其次,根据柴油机不同负荷工况,通过客观优化方法建立综合评价模型。最后,基于MATLAB GUIDE设计和建立了增压柴油机EGR性能综合评估及最优决策仿真平台。仿真结果表明:低负荷时小EGR率对应的综合评估值更高,因此宜采用较小EGR率;高负荷时,较低EGR率对应的综合评估值较低,较高EGR率获得了更高的评估值,但是过高的EGR率的综合评估值反而下降,因此不宜采用过高EGR率。仿真优化平台可以快捷、方便地解决增压柴油机EGR性能评估及最优决策问题。     

EGR和VNT的匹配对增压柴油机排放的影响

通过可变喷嘴增压器(VNT)和废气再循环(EGR)系统的匹配试验,考察了VNT对发动机排气和进气的压差以及EGR率的影响规律,研究了降低四缸增压柴油机的排放问题。试验结果表明,EGR系统能在不改变柴油机动力性、经济性和烟度排放的基础上,使柴油机NOx排放量降低20%~47%。VNT通过调节废气涡轮增压器涡前压气后的压差,可将EGR率提高2%~12%。     

电控EGR台架试验设计与应用

为了降低柴油机氮氧化物(NOx)的排放,在YC6A260电控组合单体泵增压柴油机上,设计并加装了包括文丘里管、废气再循环(EGR)冷却器、EGR阀的电控EGR系统,并对所设计系统进行台架试验.结果表明,电控EGR系统可以很好地实现废气再循环,且能很好地降低NOx的排放,验证了此EGR系统的有效性,对EGR系统在重载柴油机上的应用有一定的参考价值.