基于遗传算法的柴油机空气系统优化研究

为了提高柴油机的燃油经济性,文章利用遗传算法对带有废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)系统的涡轮增压柴油机空气系统进行参数优化.以发动机有效燃油消耗率为优化目标,NOx与Soot排放为约束,EGR阀开度与可变截面涡轮增压器的叶片开度为优化参数,利用开发的GT-Power与Matlab/Simulink联合仿真程序进行遗传算法寻优.全负荷工况下的寻优结果表明,寻优后燃油消耗率相较于原机下降了1.21～2.42 g/(kW·h),通过遗传算法优化的空气系统参数能明显改善柴油机的燃油经济性.最后根据发动机各个工况的优化结果,绘制了EGR阀开度map与涡轮增压系统(variable geometry turbocharger,VGT)叶片开度map.     

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.     

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.     

弱含氧燃料组分在柴油机上的燃烧过程与排放特性

通过在体积分数为90％的柴油中分别掺混10％生物柴油、10％DMC,连同柴油组成B10、D10和柴油3种燃料．考察了低比例含氧燃料对柴油机燃烧过程、经济性和排放性的影响．试验结果表明：标定工况下,2种舍氧燃料对柴油机缸内最大爆发压力和压升率峰值影响不大,而DMC的加入使DIO的放热峰值明显升高;和柴油相比,BIO的滞燃期缩短约1℃A．而D10的滞燃期较原机状态延长约2℃A。可见DMC造成的着火延迟效应要比同比例生物柴油造成的着火提前效应更为明显：B10的燃油消耗率与柴油基本相当。而DIO的燃油消耗率明显上升;发动机燃用B10时。除NOz在全负荷时升高7．9％外,CO、HC和烟度排放相对有所降低,而混合燃料中DMC的引入虽不利于HC和CO的氧化．但可消除柴油机燃用石化柴油时NOx和烟度排放此消彼长的关系,D10的NOx和烟度排放平均要比柴油分别降低约13．1％和17．7％．综合来看．在柴油中添加低比例生物柴油或DMC可在几乎不影响柴油机性能的基础上部分实现对柴油的完美替代．     

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.     

EGR率对阿特金森发动机稀薄燃烧及排放的影响

基于1台1.5 L直列三缸缸内直喷汽油机,开展不同EGR率下的过量空气系数(λ)扫描试验,探究不同程度的稀薄燃烧工况下EGR率对燃烧和排放的影响。研究结果表明：EGR率和λ增大均会导致峰值压力下降,燃烧循环变动率增大,燃烧推后并且持续期延长。指示燃油消耗率随EGR率增加而增加,随λ增加先升高后降低。当EGR率为0、λ为1.15时,燃油消耗率出现最小值。引入EGR可大幅降低NOx排放,但会导致HC排放增多,通过一定程度的稀薄燃烧可以抑制HC上升。同时,稀薄燃烧对降低CO排放的效果也明显比EGR的效果大;当EGR率为0时,通过稀薄燃烧可使CO排放最大下降86.7%。因此,稀薄燃烧与适量EGR率(7%)耦合可作为降低发动机综合排放的一个有效手段。     

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.     

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。     

异丁醇汽油混合燃料发动机燃烧排放特性研究

将体积分数为10%、20%、30%、40%、50%的异丁醇与体积分数为90%、80%、70%、60%、50%的汽油混合组成5种异丁醇汽油混合燃料,结合纯汽油,在一台四缸汽油机上进行发动机燃烧排放的研究和对比.结果表明:汽油机燃用合适比例异丁醇汽油混合燃料的功率和扭矩与燃用纯汽油时基本相当;燃用混合燃料的燃油消耗率和等效燃油消耗率略有增加,能量消耗率多数转速下低于纯汽油;混合燃料的CO、THC和NO_x排放与燃用纯汽油时相比均有不同程度的降低,但混合燃料的CO_2排放和排烟温度有所增加.     

Influence of exhaust gas recirculation on low-load diesel engine performance

In the condition of constant speed and light load, an experimental study of a turbocharged and intercooled diesel engine with exhaust gas recirculation (EGR) system focuses on the influence of different EGR rates on combustion process, dynamic performance, economic performance and emission performance of a diesel engine. With the increase of EGR rate, the oxygen concentration of the intake-side decreases, the fuel air equivalence ratio increases, and the maximum explosion pressure in the cylinder decreases. Meanwhile, the average temperature in the cylinder drops, the ignition delay is prolonged, the ignition timing delays, and the maximum heat release rate decreases. The increase of EGR rate makes NO_x emissions decrease obviously and continue to decline. When EGR is low, the smoke rate enlarges slowly with the increase of EGR rate, and enlarges greatly at the rate higher than 43% and reaches the maximum at the rate of 57%. When EGR rate is higher than 61%, the smoke rate drops rapidly, and the content of CO and hydrocarbon (HC) increases rapidly with high EGR rate.     

直喷式柴油机燃用生物柴油的性能与排放

为了研究生物柴油在柴油机上的应用,在一台四缸涡轮增压直喷式柴油机上进行不同掺混比生物柴油与柴油混合燃料的性能对比试验,分析了在不同转速和负荷下柴油机燃用不同掺混比混合燃料的动力性、经济性和排放特性。研究结果表明:生物柴油与柴油相比,在2 200 r/min负荷特性下,有效能耗率减少,NOx排放增加较多,中小负荷碳烟排放基本相同,大负荷碳烟排放明显降低,中小负荷HC排放明显降低,大负荷HC排放基本一致,CO排放基本不变;在外特性下,功率略有增加,HC排放和碳烟排放均有所降低,CO排放和NOx排放增加。     

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．     

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。     

柴油机燃用液化石油气两种方式的排放比较

对两种液化石油气(LPG)在小型直喷柴油机上应用方式与性能进行了研究,分析了不同LPG替代率对发动机排放的影响,比较了两种方式的排放特性。结果表明,随着替代率的升高,混合喷射方式可以明显降低NOx排放和碳烟排放,同时CO排放也有所降低,而HC排放略有升高;预混进气方式也可以同时降低碳烟排放和NOx排放,但在小负荷,CO和HC排放大幅升高;在整个负荷范围内,混合喷射方式的NOx排放明显高于预混进气方式,且CO和HC排放也较低。     

提高喷射压力改善柴油机性能

柱塞直径、凸轮升程、供油系统内的高压容积及启喷压力等供油系统参数对喷油系统的喷射压力有明显影响。提高喷射压力能有效降低ＣＯ、ＨＣ排放，烟度和油耗也有所下降，但ＮＯｘ的排放量在大负荷时明显上升，噪声明显加大。利用国产直列泵建立了适合１３０系列柴油机的高压喷射系统。     

柴油机燃用生物柴油的特性

为了掌握柴油机燃用生物柴油时的性能变化，在四缸废气涡轮增压直喷式柴油机上燃用0^#柴油、脂肪酸甲酯和分别含有30％及50％（质量比）脂肪酸甲酯的混合柴油，在1800r／min和2200r／min全负荷工况下，进行了柴油机动力性、燃料经济性、HC、CO、NOx、排气烟度和自由加速工况下的排气烟度试验。通过对比发现，柴油机燃用含有脂肪酸甲酯的燃料对动力性、燃料经济性的影响较小，可以显著降低HC排放和排气烟度，但CO排放会略有增加，NOx排放则随燃料脂肪酸甲酯含量的提高有明显增加。研究表明，脂肪酸甲酯可作为柴油机的替代燃料，值得推广应用。     

柴油出租车燃用麻疯树制生物柴油的试验研究

对柴油出租车燃用生物柴油体积混合比例分别为10%(简称BD10)和5%(简称BD5)的石化柴油-麻疯树制生物柴油混合燃料及柴油(简称BD0)的经济性、排放性、可靠性等进行了试验研究.结果表明:柴油出租车燃用BD10,BD5的排放性能稳定,低于现行国Ⅱ标准规定的排放限值;与BD0比较,柴油出租车燃用BD10的百公里油耗略高,NOx+HC,NOx,CO及颗粒物排放分别降低5.3%,9.1%,15.9%,8.9%;燃用BD5的百公里油耗基本相当,NOx+HC,NOx,CO及颗粒物排放分别降低3.5%,4.9%,10.5%,3.6%,柴油出租车燃用BD10,BD5后,其喷油器头部积炭略有增加,但不影响柴油出租车的正常使用.     

新型氧化添加剂EGM影响柴油机性能和排放特性的研究

提出了用含氧柴油添加剂EGM降低柴油机碳烟排放的方法，建立了超声波EGM-柴油在线混合装置，在4JB1直喷柴油机上试验研究了含氧添加剂对发动机性能和排放特性的影响。结果表明，在大负荷时随着混合燃料中的EGM增加，碳烟和CO的排放显著降低；对NOx的排放影响很小；在小负荷时HC的排放增加。