增压中冷车用柴油机EGR率阶跃工况响应

利用实时EGR率测量系统及瞬态工况测控平台对增压中冷柴油机废气再循环(EGR)阶跃工况下的EGR率、进气量、发动机转矩、燃烧过程特征参数、排气烟度及气态有害排放物的响应历程进行了试验研究.试验结果表明:在1 600 r/min5、0%负荷工况,EGR率从0分别阶跃到3%、5%、13%和28%时,EGR率、进气流量及发动机有效转矩响应速度较快且相近,均为0.5 s左右;排气烟度和以最高燃烧压力表征的缸内燃烧过程趋于稳定状态历时较长且时间相近,不同EGR率阶跃时均为2.5 s左右;以气态有害物排放表征的柴油机排放响应历时最长为6 s左右.这说明在EGR阶跃工况下,当EGR率达到稳定时,由于燃烧边界条件存在迟滞效应,从而会导致燃烧过程、有害物排放存在较长的延迟.     

进气喷甲醇降低柴油机加速冒烟的研究

针对柴油机瞬态工况排放黑烟的现象,采用同步往进气道喷甲醇加以抑制的方法进行了研究.为此开发了一套根据发动机工况变化的甲醇喷射的电控系统.在一台高速非增压直喷柴油机上对进气喷甲醇和纯柴油的瞬态烟度排放两种情况进行了试验对比研究.结果表明,以城市公交车的起步加速和加载加速工况以及发动机高低转速下的增转矩瞬态工况为对象,进气喷甲醇的方法可以减少烟度排放达到50%以上,说明采用进气喷甲醇为柴油机解决冒黑烟问题提供了一种技术途径.     

EGR对柴油机超多喷孔预混合燃烧影响的研究(下)

为了在柴油机上实现预混合燃烧同时降低NOx和烟度(soot)排放,本研究采用大量废气再循环(EGR)在一台车用六缸柴油机上进行试验研究.大量EGR可以降低NOx排放,但会引起soot排放的增加,为了消除这一不利后果,采用具有大流通面积的超多喷孔油嘴,并结合使用电控高压共轨燃油喷射系统实现高压喷射,缩短喷射持续期从而实现预混合燃烧,降低soot排放.对EGR如何影响柴油机超多喷孔预混合燃烧性能进行了试验研究,选定4个试验工况,通过改变EGR率来测试柴油机性能.结果显示在高EGR率,并结合超多喷孔油嘴,以及合适的喷射压力、喷油始点下.有利于柴油机实现预混合燃烧,达到同时降低NOx和soot排放的目的.     

EGR对柴油机超多喷孔预混合燃烧影响的研究(上)

为了在柴油机上实现预混合燃烧同时降低NOx和烟度(soot)排放,本研究采用大量废气再循环(EGR)在一台车用六缸柴油机上进行试验研究.大量EGR可以降低NOx排放,但会引起soot排放的增加,为了消除这一不利后果,采用具有大流通面积的超多喷孔油嘴,并结合使用电控高压共轨燃油喷射系统实现高压喷射,缩短喷射持续期从而实现预混合燃烧,降低soot排放.对EGR如何影响柴油机超多喷孔预混合燃烧性能进行了试验研究,选定4个试验工况,通过改变EGR率来测试柴油机性能.结果显示在高EGR率,并结合超多喷孔油嘴,以及合适的喷射压力、喷油始点下,有利于柴油机实现预混合燃烧,达到同时降低NOx和soot排放的目的.     

EGR率对船用柴油机中低负荷燃烧排放性能影响的仿真及试验研究

在船用高压共轨柴油机TBD234V6上进行了中低负荷工况下EGR率对柴油机燃烧排放性能影响的试验研究。应用AVL-FIRE软件建模,对柴油机缸内燃烧过程进行CFD仿真分析。仿真和试验研究结果表明:中低负荷工况下采用EGR能够有效降低NO_x的排放。EGR率较小时,对柴油机的性能影响较小;当EGR率较大时,柴油机的工作性能恶化,soot排放迅速增多。特定工况下的CFD模拟结果显示:随着EGR率的增加,燃烧过程的最高压力和最高温度降低,放热速率减小,燃烧过程变得平缓。     

柴油机瞬变过程烟度排放的劣变分析

在一台增压中冷高压共轨柴油机上进行了恒转速增转矩典型瞬变工况下烟度劣变的成因分析,并确定了适用于瞬变工况劣变性能分析的评价参数.研究结果表明:瞬变过程烟度峰值较稳态工况恶化了17.5倍,供油量、转矩和进气量的滞后程度依次增大,而减小发动机加载率、增大加载起始点负荷或减小恒定转速均有助于改善发动机瞬变性能劣化程度;表观上供油和供气速率不匹配、低燃烧速率和燃烧相位滞后造成的燃烧劣变在缸内物理场中可以归因于缸内油气混合气驱动能量的不足;与稳态工况相比,瞬态工况的燃烧反应基团在φ-T图碳烟(soot)生成岛中更大的体积比例和更长的停留时间导致缸内局部浓混合气比例增大;缸内油气混合状态与soot生成量呈现出显著的相关性,是造成soot排放恶化的主要原因.     

二级可调增压柴油机高海拔瞬态特性仿真

为改善车用柴油机高海拔下瞬态工况涡轮迟滞、进气流量响应慢及油耗和碳烟排放增加等问题,利用GTPower建立高海拔单可变截面增压(VGT)二级可调增压柴油机仿真模型,研究了0、3.5和5.5 km海拔下等速加载和恒载加速两种瞬态工况VGT叶片的调节特性,比较VGT叶片3种控制策略对柴油机瞬态特性的影响.结果表明:等速加载工况下,VGT最优控制策略为加载初期保持VGT叶片开度不变至加载中段,之后开度线性增加至加载后稳态工况对应开度;恒载加速工况下,加速初期开始增大VGT叶片开度,至加载中段开度增加至最大转速对应开度,之后VGT开度保持不变持续至加速结束的调节策略加速性能最好.二级可调增压柴油机高海拔加载、加速性能明显优于原机,5.5 km海拔加载过程转矩平均提高了6.2%,加速过程达到最终稳定转速时间缩短了44.8%,体现了二级可调增压系统改善柴油机瞬态特性的优越性.     

柴油机EGR系统反馈控制参数研究

基于GT-Power软件建立了YC4E170-31型涡轮增压柴油机的仿真模型,并通过对比试验数据校核了仿真模型。在分析废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对柴油机进气状态影响基础上,利用构建的仿真模型,研究了不同进气成分下热效应、稀释效应、化学效应对柴油机NOx排放的影响,对比分析了分别选择进气氧气质量分数和EGR率作为控制目标时,NOx排放随进气流量变化的趋势。结果表明:当进气流量一定时,氧气质量分数是影响NOx生成的主要参数,稀释效应对NOx排放的影响程度远高于热力及化学作用;瞬态工况下,选取EGR率作为EGR的控制参数是有局限性的,进气氧气质量分数与NOx排放的相关程度更高,更适合作为反映NOx排放生成的控制参数。     

基于GT-Power的进气节流EGR系统对柴油机性能影响的分析

利用GT-Power软件建立具有进气节流装置的6100涡轮增压柴油机仿真模型。在此基础上计算分析了进气节流EGR系统对柴油机的EGR率、燃油经济性和排放性能的影响。研究结果表明：通过加装进气节流阀,可以有效地增加柴油机各工况下的最大EGR率,进一步降低柴油机的NOx排放,但由于进气节流降低了柴油机的充气效率以及EGR的作用,因此会对柴油机的燃油经济性和微粒排放造成不利的影响。     

可变增量的EGR控制策略对柴油机瞬态排放的影响

针对涡轮增压柴油发动机在瞬态工况下因涡轮延迟现象所导致的碳氢化合物(THC)和颗粒物(PM)排放相对较高的问题,研究瞬态工况下废气再循环(EGR)变化率与发动机动力性能和排放性能之间的变化规律,搭建基于AVLPUMA系统的柴油发动机瞬态排放测试平台,监测瞬态工况下EGR变化率、进气质量流量与NOx、PM和THC排放物之间的变化关系,在此基础上提出一种可变增量的EGR控制策略.结果表明:通过该策略能够快速有效地降低发动机的喷油量,提高新鲜空气进入气缸的质量流量,提高瞬态空燃比,改善燃烧,最大程度地降低涡轮延迟现象对发动机造成的不利影响;在试验工况条件下,使用该策略可使累计颗粒物排放最高降低83.5%,.     

冷EGR技术对柴油机性能及排放的影响

通过在不同转速和负荷工况下进行的冷EGR试验,研究了冷EGR技术对降低柴油机NOx排放的有效性,同时对比分析了EGR开启和关闭时对柴油机性能和排放的影响.试验研究表明:冷EGR技术除了可以有效降低柴油机的NOx排放以外,还将对柴油机的进气流量、燃油消耗率、烟度、排温以及HC,CO等排放物产生影响,且这种影响随着EGR率和工况的不同而变化.     

EGR对直喷式柴油机瞬态工况燃烧噪声影响的试验研究

设计了合适的废气再循环(EGR)系统和试验方案,通过测量引入EGR前后影响燃烧噪声的参数,开展EGR对直喷式柴油机瞬态工况燃烧噪声影响的研究.研究结果表明:引入合适的EGR量,可以降低柴油机瞬态工况燃烧噪声,使大部分负荷工况的柴油机瞬态工况辐射噪声降低1dB以上,且对动力性能影响不大.针对试验结果的分析表明:合适的EGR率使得瞬态工况过程的压力升高率降低,压力高频振荡幅值减小,从而引起相应的燃烧噪声的降低.     

富氧燃烧对柴油机工作特性影响的试验研究

在一台增压柴油机上进行了富氧进气的试验研究,并在此基础上采用EGR技术,研究不同进气氧浓度下EGR率对柴油机排放特性的影响,以期改善柴油机NOx和碳烟的权衡关系。研究表明:富氧进气柴油机在同一进气氧浓度下,其有效燃油消耗率随着负荷的增加而明显减小;同一负荷时有效燃油消耗率随着氧浓度的升高而稍有降低。在富氧燃烧的基础上,引入EGR可以实现柴油机的烟度和NOx排放的同时降低,其关键是在一定的工况点匹配与之相适合的EGR率。当2 200 r/min全负荷工况下,进气氧浓度21%与EGR率20%组合、氧浓度22%与EGR率50%组合,烟度和NOx排放降低比例分别达到20.0%和14.8%、6.7%和19.2%。     

船用柴油机循环废气对燃油经济性和废气排放的影响

为测试循环废气对燃油耗率、NOx和碳烟排放的影响,在一台8缸4冲程直喷式水冷船用柴油机上对不同的负荷和转速进行了试验。不管试验工况如何,试验中燃油喷射正时固定为上止点前38℃A。进气氧气浓度通过进气空气流量和废气再循环中的氧气浓度测定,废气氧气浓度在排气歧管上测定。由进气氧气与燃油耗率的比值计算的平均当量比,被用来分析评价废气再循环率（EGR）对NOx和碳烟排放的影响。结果发现比油耗受废气再循环率的影响较小,由于进气和排气氧气浓度下降以及当废气再循环率增大时当量比增大,NOx排放明显降低,而在某一给定负荷和转速下,特别是较高负荷时,碳烟排放随着EGR率的增大而加剧。基于NOx和碳烟排放这种关联关系,在不增加比油耗的条件下,在韩国重载柴油机排放标准范围内,不同的柴油机工况的最佳EGR率可以粗略估计。     

采用EGR的重型柴油机低速高负荷性能与排放特性

以低速高负荷为研究工况,重点研究增压系统、进气温度、废气再循环(EGR)方式和喷油控制策略对采用EGR技术的重型共轨柴油机性能与排放特性的影响.研究表明:合理减小单级增压器的涡轮有效流通面积与压气机流量范围或采用两级增压系统都能有效提升EGR循环能力,同时改善NOx-燃油消耗率(BSFC)和NOx-碳烟(soot)的trade-off关系;随进气温度升高,EGR率的提升和NOx的降低逐渐受到涡前温度过高限制,但降低进气温度能同时显著改善NOx-soot和NOx-BSFC的trade-off关系;相比高压EGR,采用低压EGR能有效增强废气循环能力与增压系统做功能力,显著改善NOx-soot和NOxBSFC的trade-off关系并将NOx降至更低水平;降低喷油压力与推迟喷油定时相结合能在实现等NOx时降低soot.经主-后喷间隔角度和后喷油量优化,采用主喷加后喷射的多次喷射策略能进一步降低soot.     

增压中冷柴油机EGR数值模拟与试验研究

建立了带废气再循环(EGR)系统的增压中冷柴油机工作过程热力学计算模型,并进行数值模拟,模拟计算与试验结果表明两者基本吻合,误差在合理范围内。在此基础上,研究EGR在不同工况下对柴油机动力性、经济性和排放性的影响,并根据柴油机的综合性能对各工况下最佳EGR率进行优化,得出理想的EGR控制MAP图。最后按照模拟计算结果搭建试验平台,并进行试验研究。研究结果表明:13工况排放测试循环工况的NOx和碳烟排放分别为3.0g/(kW.h)和0.45g/(kW.h),满足欧Ⅳ排放法规的要求。     

进气门晚关机构与两级增压系统在低速工况的优化匹配

以潍柴蓝擎WP12重型柴油机为研究对象,在低速、中低负荷,通过对比进气门晚关机构(IVCA)开闭两种状态对两级增压系统匹配关系的影响,分析其对关键气路参数和燃烧过程的影响.研究表明,在喷油定时和EGR率不变的条件下,柴油机运行在低速低负荷工况,采用IVCA机构后进气流量减小,有效热效率上升,NO_x和碳烟排放均呈现降低趋势,HC排放降低,而CO排放上升;而在低速、中等负荷工况(50%,~75%,),采用IVCA机构后,进气流量依然减小,但有效热效率下降,NO_x和HC排放下降,碳烟排放对EGR率的敏感程度增加,CO排放随EGR率增加呈现先降低、后增加的趋势.     

汽油/柴油双燃料低温燃烧过程和排放的试验

在转速为1,900,r/min、平均指示压力为0.8,MPa的工况下,通过一台单缸高压共轨柴油机进行了不同参数对汽油/柴油双燃料低温燃烧过程影响的试验,结果表明:在给定的试验工况及边界条件下,通过调整汽油和柴油的混合比例、EGR率、柴油喷射压力及喷射正时,可以实现燃烧过程的控制和优化,发动机热效率显著提升,氮氧化物(NOx)和碳烟(soot)排放大幅降低.在汽油比例为90%,、EGR率为40%,的条件下,发动机热效率随柴油喷射压力的升高有所改善,HC排放呈降低趋势,soot排放则一直保持极低水平,但NOx排放升高.在此基础上进一步对柴油喷射正时进行了试验,结果表明:柴油喷射正时对该工况下的低温燃烧过程有明显影响,若柴油喷射靠近上止点,其燃烧过程受柴油传统扩散燃烧影响;若喷射正时过于提前,其燃烧过程受预混燃烧控制.通过优化第二次柴油喷射正时,发动机指示热效率达到了53.2%,.     

各缸废气再循环率不均匀性对柴油机排放影响的试验研究

针对一台由国五升级到国六的重型柴油机原始排放(无后处理系统)超过目标设定值的问题进行研究,提出了一种通过控制各缸废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率不均匀性来降低柴油机原始排放的方法。建立了柴油机各缸EGR率不均匀性的排放测试试验台架和测试方法,通过分析排放万有特性曲线图确定所研究的进气总管EGR率和柴油机运行工况点,用CO2法在稳态工况下测量各缸EGR率,分析各缸EGR率不均匀对排放性能的影响,确定了达到企业原始排放目标设定值的各缸EGR率不均匀性范围,实现了通过控制各缸EGR率不均匀性来降低柴油机原始排放及降低满足国六排放法规后处理系统匹配难度和成本的目的。     

可变二级增压柴油机变海拔工作特性数值模拟

以两级增压共轨重型柴油机为研究机型,采用GT-Power构建了其一维热力学仿真模型,对比可变二级增压(RTST)柴油机随高压级可变截面涡轮增压器(VGT)在不同叶片开度(20%~100%,)及不同海拔(0~4,km)下的工作特性.结果表明:不同转速工况下,空燃比和泵气损失随VGT叶片开度和海拔高度增加而降低.不同海拔下,随VGT叶片开度增大,低速时转矩与有效热效率先升高、后降低,高速时显著增大.随叶片开度和海拔增加,NO_x排放降低,soot排放大幅升高.海拔为4,km时,叶片开度从20%,增至100%,,低、高速工况的转矩和有效热效率均分别增加7.5%,和39.2%,,NO_x排放分别降低38%,和24%,;海拔为2,km时,不同转速工况下柴油机匹配RTST均能实现较高的EGR率(超过60%,).VGT叶片开度减小,EGR率快速增大,转矩及有效热效率降低,有效燃油消耗率(BSFC)逐渐增加,NO_x排放快速降低,soot排放先升高后降低.在EGR率约为35%,时,RTST柴油机综合性能达到最佳.