深度废气再循环对二甲醚发动机性能及排放的影响

在一台两缸二甲醚发动机上开展了不同废气再循环(EGR)率下发动机的性能和排放特性研究,测量了不同工况下发动机的油耗,HC、CO和NO_x的排放.研究表明:二甲醚发动机可承受的最大EGR率接近60%,但在高负荷时,过大的EGR率会导致发动机燃油消耗率显著升高;EGR率对发动机的NO_x排放量影响很大,随着EGR率的增加,发动机的NO_x排放量大幅度下降,高负荷时下降幅度更大;EGR率增大,HC和CO排放增加,高负荷时增加的幅度更大,特别是当EGR率超过一定范围时,EGR率的增大会引起HC和CO排放的急剧增加;低负荷时,最佳EGR率应保持在30%左右,而高负荷时,应采用较小的EGR率.     

EGR和冷EGR对柴油机燃烧和排放的影响

设计了一种带冷却系统的柴油机废气再循环(EGR)装置,并进行了EGR及冷EGR对柴油机燃烧和排放性能影响的试验研究.结果表明,在各种工况下,EGR都可以显著降低NOx排放,当EGR率为15%时,中高负荷下NOx排放可以降低50%左右,当EGR率为30%时,高负荷下NOx排放可以降低75%左右.但是,EGR率的增加会给柴油机的动力性、燃油消耗率、烟度、CO和HC排放带来不同程度的负面影响,使柴油机的最大爆发压力及放热率峰值下降且出现的位置略微后移.使用冷EGR、中高负荷下,NOx排放可以减少15%左右,烟度排放略有降低.     

预混均质充量压缩燃烧发动机燃烧与排放特性

为改善柴油机的燃烧和排放特性,在一台2105柴油机上开展了二甲醚(DME)预混比和废气再循环(EGR)对二甲醚-柴油双燃料预混均质充量压缩燃烧(PCCI)发动机的燃烧与排放特性影响的试验研究,通过在进气道预混DME和缸内直喷柴油实现了PCCI燃烧模式。试验结果表明:随着DME预混比的增加,放热过程由两阶段放热发展到三阶段放热,燃烧始点前移,最高爆发压力逐渐增大且对应的相位不断提前;冷EGR导致的PCCI发动机最高爆发压力下降的程度、瞬时放热率峰值及压力升高率峰值对应的相位滞后程度均随着DME预混比的增加逐渐减弱;随着DME预混比的增大和EGR率的减小,当量有效燃油消耗率逐渐降低,有效热效率逐渐升高;DME预混比和EGR率增大可有效降低NOx排放,但是HC和CO排放有所增加。文中工况下最优DME预混比为30%。     

天然气掺氢配合废气再循环发动机的性能及排放研究

在一台火花点火天然气发动机上开展了不同掺氢比φ(H2)和废气再循环率φ下发动机性能和排放的实验研究.研究结果表明:引入废气再循环(EGR)会使发动机功率降低,但掺氢可以提高大φ值工况下的发动机功率.有效燃油消耗率随φ的增大呈现先减小后增大的趋势,在φ为5%时达到最低,有效燃油消耗率随φ(H2)的增大而降低.天然气掺氢后NOx排放增加,引入EGR使NOx排放得到降低,此降低效果在大掺氢比情况下更为显著.在φ较大时,天然气掺氢具有较好的效果.HC和CO排放随φ的增大而增加,随φ(H2)的增大而降低.当φ为10%、φ(H2)为2O%时,发动机可获得较好的综合性能.     

EGR对GDI汽油机燃烧和排放的影响

为降低GDI发动机污染物排放,试验研究了中小负荷下废气再循环和过量空气系数对缸内直喷汽油机燃烧及排放的影响规律。研究表明：加入EGR能显著降低缸内峰值压力,且过量空气系数小于1时,废气对燃油的蒸发雾化起积极作用,使燃烧持续期增大,但燃烧放热率降低;EGR能显著降低直喷汽油机的NOx排放,但对CO排放的影响较弱;过量空气系数小于1时,EGR对HC排放的影响较明显,HC排放随EGR率增大而减小;随过量空气系数的增大,EGR对HC排放的影响逐渐降低。总体来看,当过量空气系数小于1时,EGR对缸内直喷汽油机的燃烧和排放影响较明显,废气的稀释和热容作用起重要作用;EGR的加入,降低了GDI汽油机核态颗粒物的排放,随EGR率增大,PM排放降低。当过量空气系数大于1后,EGR对缸内直喷汽油机的燃烧和排放的影响逐渐减弱。     

废气再循环对汽油缸内直喷汽油机燃烧和排放的影响

为降低汽油缸内直喷(GDI)发动机污染物排放,试验研究了中小负荷下废气再循环和过量空气系数对缸内直喷汽油机燃烧及排放的影响规律。研究表明:加入废气再循环(EGR)能显著降低缸内峰值压力;且过量空气系数小于1时,废气对燃油的蒸发雾化起积极作用,使燃烧持续期增大;但燃烧放热率降低。EGR能显著降低直喷汽油机的NOx排放,但对CO排放的影响较弱。过量空气系数小于1时,EGR对HC排放的影响较明显,HC排放随EGR率增大而减小。随过量空气系数的增大,EGR对HC排放的影响逐渐降低。总体来看,当过量空气系数小于1时,EGR对缸内直喷汽油机的燃烧和排放影响较明显,废气的稀释和热容作用起重要作用。EGR的加入,降低了GDI汽油机核态颗粒物的排放;随EGR率增大,PM排放降低。当过量空气系数大于1后,EGR对缸内直喷汽油机的燃烧和排放的影响逐渐减弱。     

可变截面涡轮增压器与废气再循环

以一台重型柴油机为试验对象,研究可变截面涡轮增压器(VGT)和废气再循环(EGR)阀门开度对柴油机增压比、空燃比、燃油消耗率及NO_x,CO,HC,CO2和烟度等排放特性的影响.研究结果表明,随着EGR阀门开度的增大,增压比、空燃比降低,经济性变差.EGR阀门开度和VGT阀门开度对NO_x排放影响很大,随EGR阀门开度和VGT阀门开度增大,NO_x排放的体积分数显著降低,但HC,CO,CO2的体积分数和烟度升高.为实现降低NO_x排放的同时控制燃油消耗率和烟度的升高,可在中等负荷时选择EGR阀门开度50%、VGT阀门开度45%的控制策略;在高负荷时选择EGR阀门开度75%、VGT阀门开度55%的控制策略.     

进气道喷水对增压直喷汽油机性能的影响

基于1台缸内直喷增压汽油机,试验研究不同水油比对加浓和当量比混合气燃烧时的发动机燃烧和排放性能的影响。研究结果表明:在满负荷工况下,当过量空气系数λ为1时,随着水油比增加,燃烧相位推迟,燃烧持续期延长,同时喷水后空气质量流量下降,两者共同导致发动机平均有效压力降低;采用当量比混合气燃烧时,λ为1时的CO,HC和排气烟度与λ为0.88时相比明显降低,而NO_x排放量升高;CO,排气烟度和NO_x排放量随着水油比增加而降低,而HC排放量升高。在满负荷工况下采用当量比混合气燃烧时,通过喷水能够使发动机抗爆能力提高,点火时刻进一步提前,燃烧相位提前;燃烧相位提前使发动机平均有效压力与未优化点火时刻相比提升0.9%～2.9%,有效燃油消耗率降低2.2%～3.9%。     

EGR率对混合燃料燃烧与排放特性的影响研究

为进一步研究EGR率和正戊醇/柴油/PODE_(3-4)混合燃料对柴油机低温燃烧和排放特性的影响,实现更高效、清洁的燃烧。在一台四缸增压柴油机上进行了不同EGR率(5%、10%、15%、20%、25%)下三种燃料燃烧与排放特性的研究。试验的三种燃料分别为纯柴油(记为D100)、体积比为80%的D100和20%的PODE_(3-4)掺混(记为DP20)、体积比为80%的DP20和20%的正戊醇掺混(记为DPPt20)。试验结果表明:在相同的EGR率下,与D100相比,DP20的缸压和放热率峰值增加,滞燃期缩短,热效率提高。DP20与正戊醇混合后,滞燃期延长,热效率降低;增大EGR率,三种燃料的缸压和放热率峰值下降,着火延迟,热效率降低。当EGR率低于15%,随着EGR率的增加,Soot、CO、HC排放以及总颗粒物质量浓度略微增加,而NO_x排放大幅降低。当EGR率高于15%,随着EGR率的增加,三种燃料的Soot、CO、HC排放以及总颗粒物质量浓度急剧上升。     

EGR率对正丁醇/柴油燃烧过程及排放的影响

采用不同EGR率,对柴油机燃用含正丁醇质量分数为10%的混合柴油(N10)进行了台架试验,研究了EGR率对燃用正丁醇/柴油的燃烧过程与排放的影响.结果表明:相同工况下,随着EGR率的增加,最大爆发压力下降,压力急剧升高点所对应的曲轴转角后移,主燃烧开始时刻和瞬时放热峰值也发生明显后移,滞燃期有所延长,放热峰值逐渐下降;柴油机HC,CO,碳烟排放随着EGR率的增加而有所升高,但碳烟排放仍低于柴油;NOx排放随着EGR率的增加而逐渐降低,且高负荷时,降低趋势更为明显,负荷为75%时,与EGR率为0相比,EGR率为10%时NOx排放降低了47.2%,EGR率为20%时NOx排放降低了86.3%.     

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4D20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.     

F-T柴油废气氛围下的燃烧及排放特性

针对煤制高十六烷值F-T柴油,在非道路柴油机上加装EGR,探究了不同EGR率下燃用F-T柴油的燃烧特性及排放特性.结果表明:引入EGR使滞燃期延长,燃烧重心后移,最高爆发压力、瞬时放热率峰值和缸内平均燃烧温度降低;与不引入EGR相比,EGR率为15%时,NO_x显著下降,燃烧参数变动小,HC和CO略有增加;EGR率为30%时,燃烧重心明显后移,NO_x的比排放最大降幅为61.6%,HC和CO的比排放增幅分别为13.2%和13.3%;F-T柴油在单缸机的颗粒粒径分布呈对数正态分布,随着EGR率的增加,低负荷时,峰值粒径减小,颗粒向小粒径颗粒转化;中、高负荷时,峰值粒径增加,颗粒向大粒径颗粒转化.     

二甲醚发动机掺烧液化石油气燃烧和排放特性的试验研究

在一台直喷二甲醚发动机上,进行了掺烧液化石油气(LPG)的台架试验,研究混合燃料中LPG的含量对二甲醚发动机燃烧和排放的影响。研究表明,随着混合燃料中LPG含量的增加,滞燃期延长、着火始点延后、燃烧持续期缩短,低负荷时变化更大。燃油消耗率随LPG含量增大先降低后增加,LPG含量过高或过低都会导致油耗率升高。在二甲醚中掺混30%LPG时油耗率最低,发动机经济性最佳。LPG对NO_x排放影响较为复杂,低负荷时,随LPG含量的增大;NO_x排放上升。中高负荷时,随LPG含量增大,NO_x排放先增大后减小。随着LPG含量增大,发动机HC排放略有升高,CO排放迅速增加;高负荷时CO排放增幅更大。研究结果为LPG燃料在压燃式发动机上的应用及改善二甲醚发动机的燃油经济性提供了试验指导。     

放热中心对DMC-柴油燃料排放特性的影响

为提高柴油机的燃烧热效率及有效降低有害排放物,在1台高压共轨单缸柴油机上,运用2段预喷和1段主喷组合的多段燃油喷射,并耦合高EGR率以实现低温预混合燃烧。在不同放热中心及EGR率的条件下,对比研究柴油及D10燃料(在柴油中掺入10%碳酸二甲酯)的排放性能。研究结果表明:随着放热中心(crank angle 50,CA50)后移,NOx排放显著降低,HC及CO排放的变化则相对平缓,PM排放呈先增加后降低的趋势;通过调整燃油喷射系统参数调控CA50(燃油路径)及采用EGR率(气体路径)均可实现对NOx的控制,但对其他排放物的作用效果却各不相同;高EGR氛围耦合较晚的CA50,即燃油路径与气体路径二者良好的匹配使用,可实现NOx和PM这2个目标变量的兼顾控制;与柴油相比,使用含氧燃料D10后,HC和CO均略有下降,NOx排放略有上升,但在PM排放方面可以获得大幅度的降低,可为NOx与PM排放之间的再平衡提供更大的空间。     

缸内直喷天然气/氢气混合燃料配合废气再循环的性能与排放

在一台天然气/氢气混合燃料的缸内直喷火花点火发动机上通过引入废气再循环(EGR)实验研究了EGR率、掺氢比及喷射时刻对发动机性能和排放的影响.结果表明:掺入氢气,在小EGR率时可以减小平均有效压力(BMEP)和有效热效率,在大EGR率时可以增加BMEP和有效热效率;BMEP随EGR率的增大而减小,有效热效率随EGR率的增大先减后增.NOx排放随EGR率的增大而下降,随掺氢比的增大而上升;HC排放随EGR的增大而上升,随掺氢比的增大而下降;CO排放与EGR率变化基本无关,随掺氢比的增大而上升.平均指示压力变动系数Cimep随EGR率的增加而增大,相比于早喷射,晚喷射时Cimep的增大趋势更为明显,此时掺氢可以有效降低Cimep.     

二甲醚发动机掺烧LPG燃烧和排放特性的试验研究

在一台直喷二甲醚发动机上进行了掺烧LPG的台架试验,研究混合燃料中LPG的含量对二甲醚发动机燃烧和排放的影响。研究表明,随着混合燃料中LPG含量的增加,滞燃期延长,着火始点延后,燃烧持续期缩短,低负荷时变化更大。燃油消耗率随LPG含量增大先降低后增加,LPG含量过高或过低都会导致油耗率升高,在二甲醚中掺混30%LPG时油耗率最低,发动机经济性最佳。LPG对NO_X排放影响较为复杂,低负荷时,随LPG含量的增大,NO_X排放上升。中高负荷时,随LPG含量增大,NO_X排放先增大后减小。随着LPG含量增大,发动机HC排放略有升高,CO排放迅速增加,高负荷时CO排放增幅更大。该研究结果为LPG燃料在压燃式发动机上的应用及改善二甲醚发动机的燃油经济性提供了试验指导。     

满足美国EPA 3排放法规的188F汽油机机内净化研究

为满足通用小型汽油机美国EPA 3排放法规的要求,对188F汽油机运用气道稳流试验、缸压采集试验、累计放热率计算等方法,研究气道流通系数、混合气浓度和点火提前角对汽油机CO、HC和NO_x排放的影响,分析排放特性、缸内燃烧压力、燃烧放热率、缸内温度的变化规律。结果表明:改进气道结构后,最大气门升程时进气道和排气道的流通能力分别增大39.5%和34.2%,气缸进气量增加,功率增大0.73 kW、燃油消耗率下降8.1 g/(kW·h),排放降低;点火提前角不变,改变过量空气系数φ_a大小,各工况下HC+NO_x存在一个最低值,研究得出低排放的理想混合气浓度特性,即标定工况下采用浓混合气(φ_a为0.835)以满足美国EPA 3排放法规,且过量空气系数随负荷的减小逐渐增大;其他参数不变,推迟点火提前角可以有效抑制NO_x、HC排放,但功率降低、燃油消耗率增加,综合考虑选取点火提前角为18°CA。188F汽油机经250 h劣化试验的CO和HC+NO_x排放结果为312.5 g/(kW·h)和7.1 g/(kW·h),低于美国EPA 3的610 g/(kW·h)和8.0 g/(kW·h)的限值,达到排放法规要求。研究工作为低排放通用小型汽油机研发提供了可供参考的技术路线。     

喷油定时和涡流比对低温燃烧影响的模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)软件和耦合自行编写的程序,对一台柴油机进行低温燃烧模拟研究,对比分析不同废气再循环(EGR)率、喷油定时和涡流比对燃烧和排放的影响.结果表明,随着EGR率增大,燃烧放热过程滞后,缸内压力、温度和放热率峰值和累计放热量降低,壁面油膜生成增加,氮氧化物(NO_x)排放大幅降低的同时,碳烟(soot)、未燃碳氢化物(UHC)和CO排放增加;固定EGR率为40%的同时将喷油定时曲轴转角从353°提前至345°,可使燃烧放热过程适当提前,并有利于提高热效率和改善燃油经济性;保持EGR率为40%,喷油定时曲轴转角为345°时,随着涡流比的增大,soot和UHC排放减少,而CO排放出现先减少后增大的趋势,涡流比为3.0时,综合效果较好.     

供油提前角和EGR对二甲醚发动机排放影响的对比研究

在一台增压二甲醚发动机上,研究了供油提前角和EGR率的变化对发动机排放影响。结果表明,随着供油提前角的减小,发动机的NOx排放依次降低。随着EGR率的增加,发动机的NOx的排放大幅度下降,高负荷时下降幅度更大。比较了最佳EGR率和推迟喷油对二甲醚发动机排放的影响,EGR和推迟喷油均可以降低二甲醚发动机NOx排放,EGR的效果更为显著。EGR和推迟喷油都会引起HC和CO排放升高, EGR引起HC和CO的升高大于推迟喷油的影响。在降低二甲醚发动机排放方面,EGR技术比推迟喷油更具优势。     

双通道镶块涡流室柴油机掺烧生物柴油综合性能研究

双通道镶块结构在一定程度上提升了涡流室柴油机的性能,在该结构基础上掺烧生物柴油,探究双通道镶块涡流室柴油机掺烧生物柴油的综合性能。通过发动机台架试验得到了双通道镶块涡流室柴油机掺烧生物柴油时的各项性能指标,分析生物柴油掺烧比对双通道镶块涡流室柴油机性能的影响规律。试验得出:掺烧生物柴油会降低发动机的最大输出功率,降幅随掺烧比增加而增大,掺烧比低于30%时对发动机动力性能影响较小:掺烧生物柴油会增加燃油消耗率,但部分工况下的等效燃油消耗率有所降低:掺烧生物柴油有利于碳烟、HC、CO的排放控制,但掺烧比大于20%时会导致NO_X排放增加。