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.     

直喷发动机燃用天然气掺氢混合燃料的性能与排放

对缸内直喷火花点火发动机燃用天然气氢气混合燃料时的性能与排放进行了试验研究．研究结果表明：在喷射脉宽一定的条件下，当天然气掺氢比例小时，平均有效压力和热效率有所下降，当掺氢比例达到一定值（即氢的体积分数为5％～10％）后，平均有效压力和热效率增加，此现象在稀混合气条件下更加明显，表明天然气掺氢对稀混合气燃烧过程的改善有显著作用；发动机HC和CO2的排放浓度随天然气中掺氢比例的增加而下降，原因是掺氢增加了混合燃料中氢碳的量的比值和混合气过量空气系数；在稀混合气条件下，发动机的NQ的排放浓度随掺氢比的增加而有所降低，CO的排放浓度基本上不随掺氢量的改变而改变。     

直喷发动机燃用天然气掺氢混合燃料的燃烧特性

开展了缸内直喷火花点火发动机燃用天然气掺氢混合燃料燃烧特性和放热过程的试验研究．研究结果表明：在给定喷射脉宽条件下，天然气掺氢比小时，燃烧放热率低，当氢气的体积分数达到10％～18％后，对提高混合燃料发动机燃烧速率有明显效果；火焰发展期、快速燃烧期、燃烧持续期和放热率曲线型心位置对应的曲轴转角随掺氢比增加呈先增加后减小趋势，当氢气的体积分数达到18％时可以缩短火焰发展期、快速燃烧期和燃烧持续期，放热率曲线型心位置对应的曲轴转角靠近上止点；缸内最高燃烧压力、最高燃气平均温度、最大压力升高率和最高放热率随掺氢比的增加呈先减小后增加趋势；天然气掺氢燃烧特性在低转速时比在高转速时受掺氢比的影响大．     

掺氢比和废气再循环率对天然气发动机性能的影响

为了研究部分节气门开度下掺氢比和废气再循环(EGR)率对天然气发动机性能的影响,在一台6缸火花点火天然气发动机上进行了不同掺氢比和EGR率下的性能和排放特性试验.试验时,发动机转速恒定为1000 r/min,节气门开度为50％,过量空气系数 φa=1.研究结果表明:最佳点火提前角随着EGR率的增大而提前,随着掺氢比的增...     

稀燃条件下废气再循环对缸内直喷汽油机微粒排放粒径分布的影响

在一台壁面/空气导向组合式喷雾的汽油缸内直喷(GDI)发动机上进行废气再循环(EGR)实验,以研究稀燃条件下EGR对GDI发动机均质和分层模式下微粒排放粒径分布及燃烧的影响。实验结果表明:EGR的引入会抑制缸内燃烧,使缸压和瞬时放热率峰值降低、燃烧相位推迟、碳氢化合物排放增多;在均质和分层模式下随着EGR率升高,核态粒子数量浓度均呈先降后增的趋势,即存在最优EGR率使核态粒子数量浓度最低,均质模式下最优EGR率为8%,降幅为未加入EGR时的50%左右,而分层模式最优EGR率为5%,降幅只有20%左右;在分层模式下,积聚态粒子数量浓度随EGR率不断升高而持续降低;均质模式相较分层模式产生的积聚态粒子较少、核态粒子较多,2 000r/min相较1 500r/min产生的积聚态粒子较多、核态粒子较少。该结果可为直喷汽油机稀薄燃烧的微粒排放控制提供参考。     

新型缸内直喷发动机滚流燃烧室设计与研究

为了获得更加节能、环保和高性能的汽油发动机,设计了一种适用于缸内直喷(GDI)发动机的新型滚流燃烧室,并将这种燃烧室应用于4G15缸内直喷发动机进行了实验研究.该燃烧室通过活塞顶上凸起面的作用,合理地组织了缸内气体流动.计算流体动力学(CFD)仿真分析表明,在不使用垂直向下滚流进气道的情况下,该燃烧室同样可以获得理想的滚流强度.实验结果表明,4G15发动机的稀燃极限可达25～27,其中17～19是效率最高的空燃比区间,该区间的效率较原机提高了10%左右.在理论空燃比的情况下,当废气再循环率(EGR)达到7%时,NOx排放的化学计量可以降低到无EGR情况的20%以下.     

缸内直喷汽油机复合燃烧技术

针对缸内直喷汽油机(GDI)存在的主要排放未燃HC和NOx问题,提出了燃烧理论空燃比的复合喷射燃烧技术,运用了废气再循环(EGR)分层技术.复合喷射通过稳压腔辅助喷射燃油和缸内直接喷射燃油,使缸内形成准均质混合气,以满足各种工况下GDI对混合气的要求.在负荷由小到大直至满负荷的范围内都可避免出现过稀区、过浓区,这利于燃烧并减少HC排放;利用在进气管上设计的独特的废气通道,通过滚流分层充气方法,将进气冲程再循环的废气和油气分层,以形成废气-油气-废气馅饼状分层,从而提高了废气再循环率,降低了NOx排放.两种技术的结合,可以解决GDI发动机存在的主要排放问题.实验证明:复合燃烧系统与EGR分层充气技术的有效结合,可以在各种工况下降低NOx排放,降低量为61%;可以降低冷启动时的HC排放,降低量至少为50%.     

高低压废气再循环对直喷增压汽油机影响的实验研究

在某型直喷增压汽油机上分别进行高压废气循环和低压废气循环实验研究。在中低转速部分负荷下对比了发动机燃烧、油耗、排放的相应变化并分析原因。结果表明,随着废气再循环率的上升,在两种不同废气再循环布置方式下,都出现了缸压峰值降低、相位滞后且爆燃裕度提高的情况。其中,低压废气循环对缸压峰值影响效果更明显,相较于高压废气循环进一步下降约20%。两种废气再循环布置方式对中低转速部分负荷下排放有改善,且趋势基本相同。CO排放基本不变。碳氢化合物排放增加,但随着转速的上升,该增加趋势减缓。转速越低,NOx排放降低越明显。     

天然气掺氢火花点火发动机性能与排放研究

在一台燃用CNG／H2混合燃料的火花点火发动机上，开发了一个电子控制单元（ECU）来控制发动机点火提前角和混合气浓度，并研究了不同掺氢比（氢气的体积分数分别为0%、10％、20％和26％）对发动机性能和排放的影响．研究结果表明：天然气掺氢后发动机功率和有效热效率有所降低；在相同过量空气系数下，随着掺氢比的增加，发动机的最佳点火提前角推迟，HC、CO2排放得到降低，NOx排放有所增加．掺氢后可以提高发动机的稀燃极限，在稀燃下可以得到较低的HC、CO、CO2和NOx排放。     

缸内高压直喷天然气发动机的怠速排放特性

以一台缸内高压直喷天然气发动机为对象,在不同柴油轨压力及天然气喷射提前角条件下对CO、HC及NOx的排放量进行试验研究.结果表明:当发动机处于怠速运转,天然气在上止点附近喷入气缸时,3种轨压力下CO排放量的差异较小;当天然气喷射提前角推迟到上止点后一定角度时,CO的排放量随着柴油的轨压力升高而降低,当天然气喷射提前角提前到上止点前一定角度时,CO排放量则呈现出相反的变化趋势;随着天然气喷射提前角增大,3种轨压力下CO的排放量均降低;HC排放量随着柴油轨压力的升高而增加,随着天然气喷射提前角的增大而降低,且当柴油轨压力从18 MPa升到24 MPa时,HC的排放量增幅较大;NOx的排放量随着柴油轨压力的提高而升高,随着天然气喷射提前角的增大而升高,且当柴油轨压力从12 MPa升到18 MPa时,NOx的排放量增幅显著.     

喷射时刻和掺氢比对直喷发动机燃烧特性的影响

在缸内直喷火花点火发动机上对天然气掺混氢气的体积分数为0％～18％的混合燃料不同喷射时刻下发动机的燃烧和排放特性进行了试验研究．研究结果表明：对于给定的喷射持续期和点火时刻，喷射时刻对发动机性能、燃烧和排放有较大影响，喷射太迟燃烧持续期长，放热速率慢，喷射过早会导致充量系数下降；对于给定转速，发动机存在一个最佳的喷射时刻，此时缸内最高压力升高率和最高燃气平均温度高，燃烧持续期短，燃烧过程定容度高，发动机热效率高，HC排放低；在同一喷射时刻下，当氢气的体积分数小于10％时，HC排放略有上升，当氢气的体积分数达到18％时，发动机HC排放与纯天然气排放水平相当；掺氢对NOx、CO和CO2排放影响不大．     

天然气掺氢火花点火式发动机排放性能研究

在一台天然气掺氢的火花点火发动机上,研究了掺氢比和过量空气系数对发动机排放性能的影响.结果表明,在掺氢比一定时,过量空气系数对 HC、CO、Nox 和 CO2排放有较大的影响.在相同过量空气系数下,随着掺氢比的增加,HC 排放量有所降低,特别是稀燃下的 HC 排放量大幅降低.Nox排放量随掺氢比的增加而增加,而 CO2排放量随掺氢比的增加而减少.掺氢后,发动机的稀燃极限有所提高,稀燃条件下发动机的HC、CO、CO2 和 Nox的排放量比较低.     

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.     

废气再循环对燃用生物柴油发动机排放的影响

基于一台匹配冷却废气再循环系统(EGR)的轻型高压共轨柴油机,试验研究了EGR与主喷正时对燃用生物柴油发动机排放特性的影响.结果表明:外特性下,燃用生物柴油后,发动机的氮氧化合物(NO_x)排放明显增加,而总碳氢化合物(THC)排放和超细颗粒排放数量浓度都明显降低.在转速为2 200r·min~(-1)的25%负荷下,随着EGR率的增加,NO_x排放、超细颗粒总数量浓度都明显减少,THC排放以及燃油消耗率都降低,而随着主喷的滞后,NO_x排放和超细颗粒总数量浓度也明显减少,但燃油消耗率和THC排放却增加;在50%负荷,随着EGR率的增大和主喷的滞后,NO_x排放和超细颗粒总数量浓度也明显减少,但THC排放和燃油消耗率都增加;主喷正时对超细颗粒数量的影响相对较小.综合考虑排放和燃油经济性,在25%负荷时采用较大EGR率(26%)和较早主喷(提前7.7°曲轴转角)方案,而在50%负荷时采用中等EGR率(18%)和较早主喷(提前6.3°曲轴转角)方案.     

天然气缸内直喷发动机在不同喷射和点火时刻下的排放与燃烧特性

在一台缸内直喷火花点火天然气发动机上对不同喷射时刻和点火时刻下的微粒排放进行了试验研究,并对相关的燃烧和排放特性进行了分析.研究结果表明:随着喷油时刻和点火时刻的提前,发动机微粒排放增多;峰值粒径出现在29 nm附近,数量浓度达到1×107cm-3,而微粒的粒径分布没有发生太大变化;火焰发展期随着喷油时刻的提前而缩短,快速燃烧期在190°时达到最小值;随着点火时刻的提前,火焰发展期变长,快速燃烧期先减小后增大;NOx和HC排放均随喷油时刻和点火时刻的提前而增大.     

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。