车用柴油机排放污染及其控制

柴油机以其良好的经济性、动力性和工作可靠性而成为车辆的主要动力源之一,但其排放物对环境的污染也不容忽视。分析了柴油机排放物中微粒(PM)及NOX的生成机理、影响因素,并从机内净化的角度提出了同时控制PM及NOX排放的思路。阐述了从根本上解决柴油机排放污染物的预混合气燃烧技术及未来柴油机的复合燃烧系统。     

实现国V排放的重型柴油机燃烧系统优化研究

为了满足今后更为苛刻的国V排放法规,本文在一台无后处理满足国Ⅳ排放的重型柴油机上进行了燃烧系统优化试验,结果表明在大多数工况点,低压级压气机有效流通面积减小的两级增压方案2TC2与柴油机的联合运行点向着压比和相似流量增大的方向移动,能明显提高进气压力和空燃比,有效改善了氮氧化物(NOx)与燃油消耗率(BSFC)以及NOx与碳烟(Soot)的权衡(trade-off)关系。通过优化设计燃烧室结构参数(缩口直径、凹坑深度),缩口下移1 mm的燃烧室SF4能增强缸内气流运动,促进了燃油与空气的混合,实现了同时改善NOx-Soot和NOx-BSFC的trade-off关系并维持缸内最大燃烧压力至合理水平。随着主喷时刻的推迟,燃烧相位推迟,Soot比排放降低,但燃油经济性变差,并且主喷时刻过多推迟会使Soot比排放升高;在高转速工况,提高喷油压力能同时改善油耗和排放,而在低转速大负荷,呈现出与高转速工况相反的变化趋势,Soot和BSFC随着喷油压力提高同时上升;采用适当的主后喷间隔能达到改善排放的效果。试验结果表明,NOx加权排放为1.311 g/(k W·h),Soot加权排放为0.011 g/(k W·h),均满足国V排放标准,且加权油耗为211.6 g/(k W·h)。所优化的燃烧系统具有在降低对后处理系统要求的情况下满足国Ⅴ排放标准的能力。     

后喷对轻型柴油机燃烧过程及排放性能的影响

以某轻型柴油机为样机,研究了常用转速1600r.min -1、小负荷率工况下,后喷对柴油机NOx和soot排放特性、燃烧过程及油耗的影响规律.结果表明:后喷会使缸内温度在主燃烧末期再次提升;随着后喷油量增加,主燃烧段缸内压力、最高燃烧温度、平均燃烧温度及主燃烧放热率峰值逐渐降低;随着喷间隔角增加,主燃烧段缸内压力及烧放热率峰值略微上升,但缸内平均温度降低.在小负荷率工况,后喷可以同时有效降低NOx和soot排放,随着后喷油量增加,NOx和soot排放逐渐减少;随着后喷间隔角的增加NOx排放不断减少,soot排放呈现先减小后增加趋势;后喷会增加柴油机的燃油消耗,且随着后喷油量和后喷间隔角的增加,燃油消耗不断上升.     

分段喷射对柴油机噪声与排放影响的试验和模拟分析

研究了重型柴油机上有无预喷射、不同预喷油量和预喷间隔对燃烧噪声与污染物NOx和颗粒PM排放的影响,以及不同后喷油量和后喷间隔对NOx和颗粒PM排放的影响情况;利用CFD三维数值模拟分析了各参数的影响原因.结果表明：预喷射的引入,改善了燃烧噪声和燃烧过程的剧烈程度,并存在1.0 mg油量与/或45°CA间隔的预喷射方案而降低NOx生成且不增加颗粒PM的排放;后喷射的引入,降低了颗粒PM排放而对NOx生成影响很小.数值模拟结果揭示了后喷射引起的湍流运动是促进碳烟氧化的一个主要因素.     

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%。     

喷射策略对某重型柴油机高原燃烧特性的影响

为研究高原条件下不同喷射策略对某重型柴油机燃烧特性的影响。建立基于ECFM-3Z燃烧模型的某增压柴油机燃烧室三维模型并将其与平原台架试验结果进行对比验证,分析在海拔4 550 m条件下不同喷射策略对柴油机缸内燃烧过程的影响。结果表明,随着喷油提前角增大,单次喷射时缸内高温区域缩小,温度分布变得均匀,缸内预混合燃烧增强。和平原条件下的结果相比,喷油提前角的增大可以减少碳烟的排放但是增加了NO_x的排放。采用多次喷射策略时,预喷的提前可以使燃油与空气混合更充分,从而有助于主喷燃油更好地燃烧,功率能够得到进一步提升,较单次喷射NO_x排放增加,碳烟排放减少。根据模拟结果最终选择预喷提前角为22°CA BTDC和主喷提前角为2°CA BTDC的喷射策略,示功图面积较单次喷射相比有所提高,可恢复至平原的85.6%。     

喷油参数对聚甲氧基二甲醚/柴油发动机燃烧及其颗粒物排放的影响

在电控共轨高速柴油机试验台上,对比研究了分别以纯柴油和聚甲氧基二甲醚(PODE)/柴油(φ_(PODE)=20%)为燃料时,喷射压力、预喷相位和主喷相位等喷油参数对发动机燃烧及其颗粒物排放特性的影响.结果表明:当喷射压力增大时,预喷燃料放热相位提前,预喷燃烧放热率幅值降低,主喷放热相位提前,最高爆压升高,积聚模态颗粒物排放显著降低,柴油发动机在小负荷下的核模态颗粒物排放大幅升高;当预喷相位提前时,预喷放热相位略微提前且峰值下降,引起小负荷工况下的主喷放热相位延迟,燃烧放热率峰值显著增大,缸压降低,增加了柴油发动机的核模态颗粒物排放而降低了积聚模态颗粒物的排放,且受发动机负荷影响明显;当主喷相位提前时,缸压峰值增大、放热相位提前,使得低负荷下的颗粒物排放升高,高负荷下的颗粒物排放降低;掺混PODE燃料后,柴油发动机的核模态颗粒物排放增大的趋势得到有效抑制.     

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°.     

基于DOE的柴油机喷油系统参数优化研究

文章利用发动机性能仿真软件GT-Power建立柴油机计算模型,验证了模型的准确性;选取喷油系统参数中预喷油量、预喷油角、主喷油角作为设计变量进行DOE试验设计,对试验结果进行曲面拟合;应用多目标帕累托选择法进行参数寻优,得到发动机外特性典型工况下的最佳喷油参数。仿真分析表明,优化后发动机功率提高,NOx排放降低,同时燃油消耗率基本保持不变,Soot恶化不明显。     

气道喷射正庚烷缸内直喷异辛烷的分层充量压缩燃烧与排放特性

在一台单缸发动机上,通过进气道预喷正庚烷和上止点前缸内直喷异辛烷,对双燃料分层充量压缩燃烧(Stratified Charge Compression Ignition,SCCI)进行了试验研究.通过进气道预喷的正庚烷在进气行程形成均匀混合气并在上止点前发生两阶段反应,触发缸内直喷的异辛烷着火与燃烧,整个燃烧过程为分阶段燃烧,分析了不同负荷及预混合率时的燃烧与排放特性.结果表明:最大压力升高率为0.87 MPa/(°)时,最大平均指示压力(I MEP)可达到0.73 MPa,说明SCCI可以扩展运行负荷.预喷燃油量最大时的工况点,其NOx排放值较高;预喷正庚烷燃空当量比一定时,增加负荷,可以减小CO和THC的排放.