EGR技术对柴油机性能的影响

应用废气再循环(EGR)技术通过改善柴油机燃烧进程以降低NO_x排放。基于AVL-FIRE软件搭建TBD620柴油机仿真模型对其缸内燃烧进程进行仿真,并分析EGR技术对其主要性能指标带来的影响,据此判断不同运行情况下的最佳EGR率,在兼顾碳烟排放不致过高的前提下实现NO_x最终释放量最低。结果表明,柴油机工作负荷越大,缸内NO_x最终释放量越大。因此在高负荷工况下,应采用较高的EGR率来满足降低NO_x排放量的要求;在中负荷工况下,NO_x排放量已经大幅降低,综合考虑其动力性、经济性因素,选取适中的EGR率;在较低负荷工况下,NO_x产生量已经较低,EGR率对减小NO_x释放量的作用十分有限,故采用低EGR率。     

EGR对柴油机燃烧影响模拟

 废气再循环（EGR）作为控制缸内NOx生成的一项技术已广泛应用在现代直喷柴油发动机上。但EGR对氮氧化合物（NOx）、碳烟（Soot）排放的影响原因尚未被完全理解。为了全面分析EGR的特性,建立了基于GT-POWER的柴油机仿真模型。根据柴油机的基本结构,该模型为带有EGR系统的增压直喷柴油机一维流体动力学循环仿真模型。在分别固定进气压力和空燃比两种情况下,对EGR影响柴油机燃烧的特性进行了研究。结果表明,在恒定进气压力和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力升高率减小,最高缸内爆发压力降低,燃烧放热始点推迟,燃烧峰值放热率升高。EGR导致Soot升高燃油经济性降低。在恒定进气空燃比和EGR温度的情况下,随着EGR率的升高,缸内压力的升高使燃烧放热始点提前,废气的惰性气体特性延缓燃烧成为次要因素。EGR的加入使燃烧恶化放热率降低。缸内的燃烧温度降低,减少了NOx的生成。小EGR率可以改善Soot的排放情况。所以在不同的边界条件下引入EGR的作用不同,在EGR控制策略中,利用控制进气空燃比的EGR控制方法并没有完全利用EGR特性,应该形成分别控制空气质量流量和EGR率的气路控制策略。在恒定EGR率的情况下,EGR温度的升高缩短了燃烧滞燃期,燃烧始点提前放热率峰值降低。最终缸内气体温度升高,NOx排放升高,Soot有轻微的改善,表明为了更好控制EGR系统,应对EGR温度进行控制。     

CFD耦合化学动力学模拟EGR对柴油机燃烧的影响

研究了柴油机低速部分负荷工况引入不同EGR对缸内燃烧排放特性的影响.将CHEMKIN-Ⅱ化学反应求解器集成到KIVA 3V Release 2程序中,用正庚烷化学反应机理替代柴油燃烧,建立柴油机缸内燃烧数值模拟模型;结合试验数据,模拟分析喷油时刻保持不变,EGR率(废气再循环)从0%增加到60%的燃烧过程、NOx和碳烟排放.结果表明:引入大比例EGR后点火延迟明显增长,燃烧相位推迟,燃烧温度降低;较低燃烧温度避开了NOx的高浓度生成区,EGR率60%时NOx排放比无EGR时降低93.5%;但高EGR率未使燃烧路径避开碳烟生成区,加之较低的氧浓度不利于碳烟的氧化,碳烟排放增高.     

无氮（O2/CO2）环境下柴油机燃烧规律的试验研究

文章针对同时控制柴油机NOx与碳烟排放的难题,进行了无氮(O2/CO2)环境下柴油机燃烧规律研究,设计了柴油机无氮燃烧的试验装置,从柴油机缸内压力、压力升高率和燃烧放热率3个方面,对比研究了柴油机常规进气和无氮进气条件下的燃烧规律。结果表明:在无氮进气条件下,柴油机可以稳定正常工作,其放热率高于常规进气条件。所得结果为柴油机大规模应用无氮燃烧技术提供了试验依据。     

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.     

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%.     

重型车用柴油机燃烧与排放特性分析

针对某重型车用柴油机的燃烧特性与污染物排放特点,通过台架试验方法测试了不同转速和不同负荷下重型车用柴油机的燃烧特性、主要污染物PM与NO_x排放。结果表明:对该重型车用柴油机,在外特性高转速工况下,滞燃期增长,缸内燃烧过程中扩散燃烧所占比重增加;在柴油机常用转速1 400 r/min情况下,随着柴油机负荷增加,滞燃期逐渐缩短,燃烧持续期呈先缩短后增加的趋势,扩散燃烧所占比重增加。在外特性低转速工况,柴油机缸内的滞燃期较长,燃烧温度高,碳烟和NO_x排放均较高;在高负荷工况,由于供油量加大,燃烧持续期变长、燃烧温度高,碳烟和NO_x排放也比较高。     

EGR柴油机的碳烟排放预测

考虑到OH基的氧化作用,将OH基氧化模型嵌入KIVA-3V软件内,应用在柴油机排放计算中,验证了模型的正确性,分析了EGR率(5%,10%,15%,20%和25%)对柴油机碳烟排放的影响.结果表明:计算得到的碳烟排放与测量值吻合较好;与原碳烟氧化模型相比,修正的氧化模型能较好地预测碳烟排放;EGR率增加,小负荷下的碳烟排放增加幅度较小,中高负荷下的碳烟排放增加幅度较大,特别是在大EGR率时,碳烟排放增加幅度更大;EGR率增加时,碳烟生成量和氧化量均减少,氧化量减少更多,高质量浓度碳烟分布区域更广;EGR率对OH基的抑制作用在燃烧中期较为明显,而且负荷越大,OH基体积分数随EGR率的加大变得越低.     

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.     

柴油机燃用纳米CeO_2催化柴油的缸内碳烟分布

利用缸内燃烧可视化技术研究了催化柴油的碳烟生成过程和浓度分布规律,并分析了高压共轨柴油机燃用催化柴油的燃烧特性和烟度排放.结果表明:随着CeO_2质量浓度的增大缸内燃烧时碳烟火焰出现位置提前,消失的时刻更早;与燃用纯柴油相比,催化柴油的缸内碳烟生成区域减小,碳烟浓度降低,碳烟面积占有率比较小,而柴油机排气烟度有所降低,且随着负荷的增加改善效果更明显;纳米CeO_2颗粒会改善燃油燃烧过程并提高放热速率,柴油机燃用催化柴油后燃烧始点提前,缸内压力峰值、放热率峰值和压力升高率峰值均增大,且对应相位更加靠近上止点.     

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.     

EGR率对ZS195柴油机性能和排放的影响

为了降低ZS195柴油机的NOx排放,文章研究了不同EGR率对ZS195柴油机性能和排放的影响.试验结果表明,EGR技术可以有效降低NOx排放,负倚较大时更为明显,但CO、HC和烟度排放有所增加;EGR技术可以降低缸内峰值压力和峰值压力升高率,改善柴油机的工作粗暴性;EGR技术对ZS195柴油机的动力性有一定的不良影响,对经济性的影响较小,小负荷时经济性还略有改善;高负倚时,FAIR技术会降低ZS195柴油机的经济性,HC、CO和烟度排放也会增加,必须对大负荷时的EGR率进行限制.     

掺混聚甲氧基二甲醚对中国第六阶段标准柴油机燃烧与排放特性的影响

为研究高含氧、高十六烷值的新型替代燃料聚甲氧基二甲醚(PODEn)掺混柴油对中国第六阶段标准柴油机燃烧与排放特性的影响,在一台增压中冷高压共轨的潍柴动力WP12.460柴油机上开展了不同PODEn比例(体积分数分别为10%、20%、30%)PODEn/柴油混合燃料燃烧特性、燃油经济性及排放特性的试验研究。试验结果表明,随着PODEn掺混比例的增大,缸内最大爆发压力、缸内温度峰值及瞬时放热率峰值均逐渐降低,且各峰值对应相位逐渐前移;燃烧持续期缩短0.6°～2.1°(曲轴转角),放热更加集中,有效热效率最高可提升2.43%;有效燃油消耗率逐渐增加,但当量有效燃油消耗率逐渐降低,最大降幅为4.23%;NOx排放量略有升高,CO排放量、HC排放量和碳烟排放量均逐渐降低,其中CO排放量和碳烟排放量在高负荷工况下降低幅度较大,最高降幅分别为64.5%和75.8%。     

柴油机同时降低碳烟与NOx的一种方法

通过试验研究了柴油与二甲氧基甲烷（DMM）的混合燃料及纯柴油在不同负荷条件下的碳烟和NOx的排放,同时研究了EGR对柴油机碳烟及NOx排放的影响．试验结果表明,柴油机碳烟排放随混合燃料中DMM含量的增加而降低,但NOx的排放有所增加;随着EGR率的增大．NOx的排放得到了很好的控制,但碳烟的排放有所恶化．运用DMM混合燃料同时控制EGR率在10％～15％左右时,可达到同时降低碳烟与NOx的目的．     

进气掺混H_2和CO_2对柴油机燃烧及排放的影响

文章利用Fire软件建立了ZS195柴油机缸内工作模型,在掺氢EGR(exhaust gas recirculation)的条件下,利用CO_2模拟废气,模拟了4种掺混比例的气体(2%H_2,2%H_2+5%CO_2,2%H_2+10%CO_2,2%H_2+15%CO_2)对ZS195柴油机的燃烧过程和排放的影响。模拟计算结果表明:柴油机掺氢燃烧可以在一定程度上提高热效率;而随着EGR率的提高,缸内最高温度减小,最高爆发压力降低,着火点推迟。因此,可以通过选取适当的EGR率来提高柴油机热效率,同时减少氧化物的排放。     

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.     

喷油策略对高压共轨柴油机性能的影响

为实现通过优化喷油控制参数提高共轨柴油机性能的目的,在云内动力电控高压共轨柴油机上研究了不同的喷油策略对柴油机的性能影响。柴油机运行在转速为2 000r/min,负荷为-50%的典型工况下,使用Fischer-Tropsch(F-T)煤制油作为柴油机燃料。结果表明:喷油压力由62.8MPa增大至143.8MPa时,燃烧提前7°、滞燃期缩短30.2%,缸压和放热增多,碳烟颗粒物(SOOT)排放降低94.5%,NO_x排放升高16.2%,CO与碳氢化合物(HC)排放分别下降6.7mg/m~3和7.8mg/m~3;推迟喷油导致燃烧推后、滞燃期延长,缸内压力下降,NO_x排放量减少,SOOT,CO和HC排放增多。喷油压力和主喷正时是影响柴油机性能的关键因素,在优化喷油规律时应作为主要因素进行考虑。该工况下,喷油参数的最佳组合为喷油压力103.2 MPa,预喷正时上止点前(BTDC)曲轴转角为15.5°,主喷正时上止点前(BTDC)曲轴转角为8.1°.     

某船用柴油机匹配STC及EGR系统试验研究①

针对传统船用增压柴油机低负荷时动力性较差及NO_x排放较高问题,对某船用增压柴油机进行相继增压(STC)结合EGR系统改造,通过试验,研究推进特性负荷下,STC结合不同EGR率对柴油机动力性、经济性以及排放性能的影响。试验表明:在低负荷且0≤η_(EGR)≤0.06时,相比原机,P_k上升,P_z上升、g_i下降、Soot值下降,同时,NO_x值在STC的基础上显著降低;在高负荷且0≤η_(EGR)≤0.06时,可保证P_k、P_z、g_i及Soot值与原机变化不大的基础上显著降低NOx值,弥补STC系统在高负荷时降NO_x排放能力上的不足,如100%负荷、η_(EGR)=0.06时,相比原机,P_k降低4.32%,P_z降低1.45%,g_i上升2.56%,Soot值增加0.037 m~(-1),NO_x值降低18.8%。     

满足非四排放标准的农用柴油机试验研究

随着非四排放法规的实施,对农用柴油机排放提出了新的要求。研究了采用EGR技术路线的某农用柴油机喷油器安装深度、EGR对发动机排放的影响以及在等NOx排放条件下喷油提前角和EGR共同作用对燃油经济性、碳烟(Soot)等的影响。通过研究发现：在非道路瞬态排放测试循环(non-road transient cycle, NRTC)下,喷油器垫片在1 mm厚度时发动机的经济性和排放最优;与发动机在低负荷工况下运行相比较,发动机在中高负荷运行时,EGR率每升高1%,发动机排气温度降低40%,NOx的排放降低3%;在保证NOx排放满足法规要求的前提下,可以适当提高EGR率和延迟喷油提前角,低负荷时发动机EGR率通常设定在7.5%～10%,喷油提前角在4°～6°,中高负荷时EGR率通常设定在10.5%～12%,喷油提前角在8°～11°;发动机排气温度在420～460℃,满足发动机排气系统要求。     

纯甲醇发动机均质压燃燃烧特性模拟

以甲醇为燃料,模拟研究了进气温度、过量空气系数、压缩比、EGR率等参数对均质充量压燃(HCCI)发动机燃烧特性的影响,同时确定了HCCI可行的工作范围.采用单区燃烧模型和详细化学反应动力学机理通过CHEMKIN软件模拟了甲醇发动机的燃烧特性.计算结果表明:随着进气温度和压缩比的升高,燃烧始点提前,燃烧持续期缩短,缸内温度、压力、燃烧放热率和压力升高率均升高;过量空气系数对燃烧始点影响很小,对燃烧持续期有一定影响;随着EGR率的增加,着火时刻推迟,燃烧持续期增加,缸内温度、压力、燃烧放热率和压力升高率均降低.发动机转速为1 500 r/min,不使用EGR、过量空气系数为5～9时,可以实现HCCI燃烧,随着EGR率的增加,HCCI燃烧区范围变窄.