废气再循环时增压柴油机性能和排放的模拟计算

采用模拟计算技术研究废气再循环对柴油机性能和排放的影响，并通过实验加以验证。模拟计算和实验结果均表明废气再循环可以显著降低NOx排放，同时对柴油机性能也产生影响。柴油机的NOx排放随着EGR率的增加而显著降低，但柴油机的运转参数对废气再循环的作用也有一定影响，不同负荷时NOx排放的变化情况不同，柴油机性能的变化也不同。在高负荷时，NOx排放下降较明显，同时柴油机性能恶化也较严重。同时经实验验证，使用GT－POWER软件建立的计算模型有足够的计算精度，能够准确预测柴油机性能和排放。     

废气再循环温度对小排量增压汽油机燃烧及性能的影响

为研究不同废气再循环(EGR)温度对汽油机燃烧特性的影响,基于一台1.3T涡轮增压汽油机改造了低压EGR系统,通过开关EGR冷却水使EGR达到不同的温度.结果表明:在1 500r·min-1,10%EGR率,小、中、大3个负荷工况下,随着EGR温度升高,燃油消耗率有升高趋势,但是其升高幅度不超过0.3%.EGR温度升高后,最佳点火提前角提前,中、小负荷燃烧持续期增长,大负荷燃烧持续期基本不变.在大负荷工况下,当关闭EGR冷却后,EGR温度急剧升高,会对进气过程产生不利影响,发动机最大仅能达到的平均有效制动压力为1.166 MPa,相比于该转速下10%EGR率低温EGR能达到的1.202 MPa,下降了3%.     

电增压促进废气再循环对发动机性能的影响

在一台1.5 L带废气涡轮增压的直喷汽油机上进行了电动增压和废气再循环（exhaust gas recirculation, EGR）协同对发动机动力性和经济性的影响规律试验研究。结果表明：全负荷下电动增压促进最高废气再循环率随转速的上升而下降,在4个试验转速下分别提升了17.7%、15.2%、13.84%和0;部分负荷下电动增压促进最高废气再循环率随负荷的提高与转速下降,在6个试验工况下最高废气再循环率分别被提高了23.63%、30.31%、0、14.09%、19.74%和0。全负荷与较低的3个转速下电动增压介入后有效燃油消耗率（brake specific fuel consumption, BSFC）降低近10%,最高转速下废气涡轮增压完全取代电动增压;部分负荷下的两组工况内,电动增压介入后,最高BSFC降低了10.8%和8.4%。结论表明合理应用电增压促进最高废气再循环率可以提升发动机的燃油经济性并保持较高的动力性。     

相继增压柴油机调速控制算法研究

为了精确控制相继增压柴油机调速过程,在GT-power与MATLAB/Simulink联合仿真环境下,基于常规PID(proportion integration differentiation)和模糊自适应PID两种控制算法分别建立了TBD234V12型相继增压柴油机调速控制模型,进行仿真和对比研究,并将标定工况下气缸压力仿真值与实验值对比,验证了模型的准确性。结果表明,相较于经典PID算法,模糊自适应PID算法响应快、超调量少,控制效果较优。     

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.     

柴油机相继增压控制系统硬件可靠性研究

相继增压系统（ STC）控制是相继增压柴油机的关键技术之一,其可靠性直接影响柴油机的可靠性和总体性能。以TBD234V12柴油机相继增压电子控制系统为例,应用应力分析法和GO（go oriented）法对其进行可靠性研究,对2种方法计算结果进行了比较,结果表明：应力分析法可靠性框图和GO图正确、合理,二者预期结果一致,改进建议对提高控制系统的可靠性有着重要的指导意义。     

柴油机相继增压系统信号模拟器的开发

介绍了一种适用于开发相继增压控制仪的信号模拟器,详细描述了其主要功能以及软硬件设计方案.硬件设计主要以ATmega128单片机为核心部件,系统地集成了碟阀模拟模块、转速模拟模块和压力模拟模块等.软件主要包括数据采集程序、转速采集程序和自动控制程序等.试验结果表明,该模拟器较好地解决了相继增压控制仪在开发过程中的模拟信号输入问题.     

柴油机相继增压防喘振控制器的开发

介绍了一种防止柴油机相继增压系统喘振的控制器描述了其主要功能以及软硬件设计方案.控制器以STM32F103单片机为核心处理器,以uC/OS-Ⅱ操作系统为软件基本架构,实现了相继增压系统的喘振在线预报和自适应调节.试验结果表明,控制器可以明显地抑制由增压系统切换不当引起的喘振,为相继增压柴油机的安全运行提供了保障.     

相继增压柴油机线性模型动态实时仿真

相继增压技术有效地提高了高压比柴油机在部分负荷时的性能,然而,相继增压系统切换过程的瞬态性能比较复杂,需要深入地研究.基于Simulink/Matlab软件平台建立了相继增压柴油机线性化仿真模型,并对其进行了动态仿真.通过仿真计算,能很方便地了解柴油机各性能参数之间的变化关系.     

废气再循环瞬态修正控制策略对重型柴油机排放性能的影响

针对重型柴油机瞬态工况(特指恒定转速、转矩瞬增工况)空气系统响应迟滞造成的排放恶化问题,设计了废气再循环(EGR)瞬态修正控制策略,从EGR阀预控制和瞬态需求空气量两方面进行EGR瞬态修正:当判定发动机处于瞬态工况时,将EGR阀预控制开度设定为0,加快EGR阀关闭速度;依据瞬态程度修正需求空气量,使实际进气量更早满足需求空气量,实现EGR阀适时开启。试验结果表明:经过EGR瞬态修正,改善了瞬态工况排放恶化、发动机动力性响应不及时等问题;在WHTC(world harmonized transient cycle)瞬态循环中加入EGR瞬态修正后,氮氧化物(NO_x)排放降低了4.7%,碳烟排放降低了46.4%,碳氢化合物和一氧化碳排放分别降低了8.5%和30.3%,但二氧化碳排放增加了0.3%,油耗增大了0.6%。EGR瞬态修正控制策略虽然牺牲了0.6%的油耗,但是显著改善了NO_x、碳烟、碳氢化合物和一氧化碳等有害气体的排放,因此可为重型柴油发动机排放性能的改善提供借鉴。     

废气再循环技术对柴油机燃烧特性的影响

以某一四缸、增压直喷柴油机为样机,利用专业试验台架针对EGR对柴油机燃烧特性的影响进行了试验研究,得到了EGR系统对柴油机燃烧的影响规律。     

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。     

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.     

废气再循环对柴油机颗粒结构特征与氧化活性的影响

为探究废气再循环（EGR）对柴油机颗粒结构特征与氧化活性的影响规律,采集了不同废气质量分数的F-T柴油、生物柴油和柴油3种燃料的燃烧颗粒,运用粒径谱仪（EEPS）、透射电镜（TEM）、热重分析仪（TGA）等方法,探究了颗粒物的结构特征与氧化活性。结果显示,随着废气质量分数的增加,颗粒物平均粒径、分形维数D_f、基本粒子的层面间距d和微晶曲率T_f升高,微晶尺寸L_a、氧化特征温度和表观活化能E_a降低,颗粒物结构更加紧凑,团聚程度增加,碳层有序性减弱,颗粒稳定性变差,氧化活性增强,表明采用EGR技术可降低颗粒捕集器（DPF）的再生温度。废气质量分数相同时,柴油产生的颗粒物平均粒径最大,比F-T柴油升高了3.3%～7.1%;燃用生物柴油的颗粒物基本粒子碳层排列更加无序,氧化反应活性较强;当颗粒基本粒子具有更宽的d、更短的L_a和更大的T_f时,颗粒氧化活性更强。     

高增压中速柴油机性能预测

采用对柴油机工作过程进行模拟计算的方法,以潍坊柴油机厂6160中逆栗油机高强化改型为算例,对高增压中速柴油机进行了性能预测,并通过对压缩比等参数的调整计算,说明了各参数对高增压中速柴油机综合性能参数的影响程度.结果表明:在增压度较高的中速柴油机上,采用三脉冲增压系统仍能达到较好的效果;在新机型设计中,可在缩短燃烧持续期或提高压缩比的同时,相应增大燃烧始角及燃烧品质指数,可以在限定的最高爆发压力下.降低燃油消耗率.     

变压涡轮增压高速四冲程柴油机的废气能量传递系数

本文研究变压涡轮增压高速四冲程柴油机废气能量的组成和传递效率。论述了由试验中测录的气缸低压示功图,排气管压力波图以及其他热力参数计算出废气能量传递系数值的方法。按上述方法计算了一台涡轮增压高速四冲程柴油机的大量试验结果,获得了关于四冲程柴油机可供利用的废气能量组成百分比、废气能量传递系数的定量数据以及它们随发动机运转工况的变化曲线,从而导出若干有用的结论。     

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.     

相继增压柴油机进排气系统建模与增压器切换点计算分析

建立了某船用中高速大功率相继增压柴油机的一维非定常流动的计算模型,编制了有限体积法ENO(基本无振荡)格式的程序.对较复杂的进排气管路采用模块化建模方法.利用该程序进行了相继增压柴油机工作过程的数值计算,计算结果与试验数据符合较好,对增压器的切换点进行了多方案计算分析.