稀燃及废气再循环提高增压汽油机热效率的对比研究

在一台直列4缸增压直喷汽油机上针对万有特性最低油耗工况点,进行了稀薄燃烧与废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)提高发动机热效率的对比试验研究。试验结果表明:稀薄燃烧及EGR均能有效降低发动机燃油消耗率,稀释率分别为33%和19%时,采用稀燃和EGR时的最高有效热效率绝对值分别增加2.8%和1.7%,其中稀燃的有效热效率达到了39.9%,稀燃实现更高热效率主要归因于较低的传热损失和未燃损失。从燃烧角度来看,稀燃及EGR稀释都延长了燃烧滞燃期及持续期,但同样稀释率下稀燃的滞燃期更短,稀燃更高的稀释极限实现了更低的传热损失;但EGR抑制爆震,提前燃烧相位,使采用EGR时的排气能量损失低于稀燃。从排放角度来看,稀燃及EGR在高稀释率下均显著降低NO_x排放,而受益于高氧气浓度,相同稀释率下稀燃的HC及CO排放均低于采用EGR时,从而使稀燃的未燃损失更低。     

电增压及废气再循环共同作用下对降低汽油机燃油消耗率的试验研究

为降低增压米勒循环发动机燃油消耗率,对一台1.5L增压直喷汽油机进行改制,提高其压缩比与进气滚流,进行了电动增压与废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)降低燃油消耗率(brake specific fuel consumption,BSFC)的试验研究。试验结果表明:高压缩比EGR方案能大幅降低发动机燃油消耗率,燃油消耗率下降5.0%～13.6%。最高有效热效率达到41.2%,这主要得益于传热损失、换气损失的减少和膨胀做功的增加。提高EGR率能减少传热损失与提前燃烧重心,这是燃油消耗率降低的主要原因。提高EGR容忍度的关键是优化燃烧组织以减小点火滞燃期和燃烧持续期。     

高压缩比下扫气式预燃室湍流射流点火对废气再循环稀释汽油机性能影响研究北大核心CSCD

基于一台可调压缩比(compression ratio,CR)的单缸发动机和自主设计的湍流射流点火(turbulent jet ignition,TJI)系统,开展高压缩比下扫气式预燃室湍流射流点火对废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)稀释汽油机性能影响的研究。研究发现在高EGR率时,扫气式TJI的点火方式燃烧稳定性最高,可以在EGR率超过30%时实现稳定燃烧。提升压缩比对提升TJI在高EGR率下的燃烧稳定性有积极作用,然而对提升高EGR率下火花塞点火(spark ignition,SI)的稳定性作用不大。对于TJI,在低EGR率时提升压缩比会造成发动机强烈爆震,过于推迟点火造成燃烧定容度下降,燃油消耗率上升。在高EGR率时,发动机爆震受到抑制,可以提前点火优化燃烧相位,降低燃油消耗率,在压缩比15时最低燃油消耗率相比压缩比11时降低2.2%。高EGR率时,提升压缩比有利于提升燃烧速率,降低滞燃期和燃烧持续期,提升发动机燃烧稳定性。在EGR率为30%而压缩比为15时,逐渐提前点火时刻会加大末端混合气自燃倾向,放热率出现两阶段高峰。     

稀释方式与进气包角对发动机影响的试验研究

基于1台带有低压废气再循环系统(EGR)的涡轮增压直喷汽油发动机,使用2种进气凸轮包角,首先研究了米勒循环部分负荷燃烧特性,之后研究了米勒循环、奥托循环耦合EGR、稀薄燃烧(简称稀燃)等技术的节油潜力。结果表明,米勒循环在部分负荷节气门开度大、进气压力高、泵气损失小,燃烧重心提前,燃烧持续期变长,排气温度上升,能减少有效燃油消耗率(BSFC),但随着负荷的增加,节油能力下降。米勒循环的进气包角小,进气时间短,进气门升程低,进气门处的节流损失大,导致米勒循环的缸内滚流比、湍动能、缸内湍流速度与活塞平均速度的比值(U_(prime)/C_m)大幅下降。米勒循环与奥托循环发动机稀燃的节油能力均大于EGR。由于米勒循环缸内主要流动参数低于奥托循环,米勒循环在搭配EGR技术和稀燃技术时的燃油经济性改善程度明显低于奥托循环。米勒循环机型的后续优化方向是提高缸内滚流强度。     

直喷汽油机采用不同缸内稀释技术的性能研究

针对一款4缸1.5L废气涡轮增压缸内直喷汽油(GDI)发动机,进行了废气再循环(EGR)缸内稀释燃烧技术、空气缸内稀释燃烧技术与原机燃烧的经济性、排放特性对比试验研究。研究了不同缸内稀释技术对发动机性能和排放影响的变动规律,并对比分析了相同稀释率下、采用不同稀释技术时发动机的性能变化。结果表明:空气稀释率在49.5%时比油耗相比原机下降6.2%,而EGR稀释率在20.5%时经济性改善4.2%,在相同稀释率时,EGR稀释可采用更为提前的点火角实现更优的燃烧相位,但空气稀释所带来的多变指数提升使其经济性优于EGR稀释,且发动机燃烧系统对空气稀释程度具有更强的容忍性;NOx排放在空气稀释率为11.0%时达到峰值水平,随后随着稀释率的提高不断下降,而EGR稀释的NOx排放随着稀释率的提高持续大幅下降;空气稀释的CO排放水平远低于原机,EGR稀释的CO排放随着稀释率的增加而略有下降;对于HC排放,空气稀释的排放量低于EGR稀释,而当空气稀释率由49.5%增加为68.0%时,HC排放出现较大幅度上升。     

不同EGR形成方式对汽油机性能影响的仿真研究

利用GT-Power软件仿真探讨了降低排气门升程、提前和推迟排气正时、提前进气正时4种方式形成的内部废气再循环(EGR)对汽油燃烧和性能的影响。仿真结果表明,随着内部EGR率的增加,4种方式的发动机燃烧重心均推迟,燃烧持续期均延迟。但4种方式在形成相同的内部EGR率时,提前进气正时使发动机燃烧重心推迟更明显,燃烧持续期增长也更多,缸内燃烧温度最低,因此传热损失也最小,另外提前进气正时后泵气损失也最小,所以提前进气正时形成的内部EGR油耗更低,减少了22%。     

进气VVT对低压EGR汽油机油耗影响研究

基于一台带有低压废气再循环(EGR)回路的小排量增压进气道喷射(PFI)发动机,研究了进气正时(VVT)对低压EGR汽油机油耗与燃烧特性的影响。结果表明:EGR率越小,泵气损失越大,EGR率较小时泵气损失随EGR率的变化程度较小,EGR率较大时泵气损失随EGR率变化程度较大;进气门开启时刻相对于上止点提前或滞后均会使泵气损失减小。在1 850r/min、0.45MPa工况下,进气门在上止点前10°、28°曲轴转角和上止点后24°曲轴转角开启可使泵气损失依次减小2.3%、11.9%和18.8%;进气门开启时刻越提前或迟后,EGR率越大,对应的燃烧持续期和滞燃期越大,燃油消耗率越小;与原机相比(燃油消耗率为294.49g/(kW·h)),综合优化EGR率和进气门开启时刻后(EGR率为10%、进气门开启时刻为上止点后25°曲轴转角)的最佳燃油消耗率为283.44g/(kW·h),可使燃油消耗率提高3.8%。     

高低压回路EGR对柴油机燃烧过程影响的试验研究

在一台重型电控高压共轨柴油机上布置了高压和低压回路废气再循环(EGR)系统,并以此为基础研究了高低压回路EGR联合运行时,EGR率和高低压EGR比例对发动机缸内燃烧过程的影响,以及低负荷工况下发动机排气温度在EGR作用下的提升效果,研究结果表明:提高EGR率或增大高压EGR所占比例,都会导致进入缸内的新鲜空气量减少,最高燃烧压力下降,滞燃期延长,燃烧持续期延长;随着EGR率的提高,发动机有效热效率降低,此时需要逐渐减少高压EGR比例;引入EGR可以提升发动机低负荷工况的排气温度,但相同EGR率下,高压EGR比例越大,则排气温度提升幅度也越大。     

超多喷孔喷油嘴早喷射低温燃烧试验研究

进行了早喷射喷油定时、废气再循环(EGR)率和喷油压力实现低温燃烧降低排放的试验研究。通过缸内压力和燃烧排放数据的采集、处理,分析这些参数对放热规律、滞燃期、燃烧重心、排放等特性的影响。早喷射可以实现低温燃烧,但与晚喷射相比,早喷射的滞燃期稍短,需要更大的EGR率来适当延长滞燃期并降低燃烧温度,最优排放点与原机相比烟度下降了63%,NOx降低了81%,但油耗比原机升高了6%。除了压缩比降低的原因,燃烧始点在上止点前造成的传热损失增大,增大喷油压力和提前喷油会导致燃油喷射到活塞顶面和气缸壁面,以及增大EGR率导致的增压压力和混合气氧气含量下降引起的燃烧效率下降等都可能是油耗升高的原因。早喷射与晚喷射相比,燃烧更稳定,放热率峰值较高,但是早喷射的最大压力升高比较大,甚至会超过2 MPa/(°)。     

乙醇-甲酯-柴油含氧燃料对柴油机性能与燃烧特性的影响

在一台四缸柴油机上燃用乙醇-甲酯-柴油混合燃料,使得乙醇含量达到30%.研究了氧含量对柴油机动力性、经济性以及燃烧特性的影响.结果表明,在发动机不做调整的情况下,含氧燃料会使发动机动力有所下降,有效燃油消耗率上升,但等效燃油消耗率基本不变.乙醇含量越多,燃烧滞燃期越长,E20B、E30B的滞燃期比柴油分别长1.2°CA和2.5°CA;燃烧持续期会缩短,全负荷时E10B的燃烧持续期比柴油缩短了5°CA,E30B的燃烧持续期比柴油缩短了10°CA;另外随着乙醇含量的增多,最大爆发压力升高,放热率峰值增大.     

低压EGR对GDI增压汽油机外特性下性能和排放影响

通过一款涡轮增压汽油直喷(gasoline direct injection,GDI)发动机低压废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)的试验,研究了EGR率和点火提前角的综合作用对增压GDI发动机的燃烧、缸压、排放和油耗等方面的影响。结果表明,在GDI增压发动机中加入EGR后,由于废气的稀释和热容作用,使缸内燃烧持续期增大,排气温度下降,燃烧相位也发生了改变。这对发动机外特性的有利影响是油耗减少,CO和NO_x排放也明显减少;不利影响是EGR的加入提高了增压发动机的排气压力,导致泵气损失增加。此外,总碳氢(total hydro carbons,THC)排放也有所增加。在GDI增压汽油机中使用EGR系统并配合点火角的调节能够有效提高热效率,降低NO_x排放。     

在稳定性指标制约下汽油机应用稀燃和EGR的局限性

本文应用微机检测发动机稳定性指标,在一台采用涡流室火花塞组成快速燃烧系统的汽油机中,对影响燃油消耗率、NO_x排放和稳定性指标的主要参数如空燃比、点火提前角和废气再循环率进行了试验研究。结果进一步表明:在稳定性指标制约条件下,稀燃能节油,但不能降低NO_x排放;EGR能降低NO_x排放,但不能节油。     

废气再循环率及点火时刻对天然气发动机燃烧和排温的影响

基于一台当量比燃烧的天然气发动机,采用三维燃烧分析与发动机一维热力学计算相结合的方式开展了废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率及点火时刻对缸内燃烧过程和发动机排温的影响研究.研究结果表明:随着EG R率的增加,燃烧相位后移,燃烧持续期延长,放热率峰值减小,最大压升率、缸内最高燃烧压...     

米勒循环和废气再循环对涡轮增压汽油机燃烧性能的影响和优化

为了研究米勒循环和废气再循环对高负荷和最佳油耗点燃烧性能的影响,通过修改进气凸轮型线,将一台1.5L采用废气再循环的涡轮增压直喷汽油机由奥托循环改为米勒循环运行。试验结果显示,在对米勒循环和奥托循环两种不同运行方式进行的对比试验中,在低负荷下,米勒循环的泵气损失比奥托循环小。随着负荷的增加,米勒循环的影响开始减小,与奥托循环泵气损失的差异逐渐变小,阻碍米勒循环热效率的改进。此外,米勒循环还降低了压缩终了温度,从而增加了燃烧持续期和排气温度,使其难以提高最佳油耗点的燃油经济性。就废气再循环对米勒循环和奥托循环的影响也进行了对比试验。随着废气再循环率的增加,两种循环的热效率均呈现先升后降的趋势。但采用米勒循环减少了进气时间和气门升程,大大降低了缸内滚流比和湍动能,从而延迟了已燃50%质量分数对应的曲轴转角(MBF50)并延长了燃烧持续期,这使其在高负荷下的热效率和燃油经济性均低于奥托循环。     

电控五气门汽油机稀燃与废气再循环性能对比研究

在一电控喷射稀薄燃烧五气门汽油机上，以稀薄燃烧汽油机电控开发系统及相应的废气再循环系统为试验平台，对五气门汽油机在各种进气模式下实施稀混合气燃烧及废气再循环时的燃油消耗率和排放性能进行了详细的试验研究，进而对本发动机的稀燃性能与废气再循环性能进行了比较，分析实施不同方法对发动机性能的不同影响效果，实验结果表明，采用分层EGR技术以后，EGR比率可达32％，稀燃和分层废气再循环都有效地降低了NOx排放，分层废气再循环对NOx降低的效果更为明显，而且降低速度更快，尤其在中、低负荷，可以使排气中的NOx降低85％～95％．对于油耗，稀燃的效果显然要好于废气再循环，在较高负荷尤为明显，稀燃可显著降低HC、CO，分层EGR对HC、CO排放降低幅度不大。     

Part-load characteristics of direct injection spark ignition engine using exhaust gas trap

Internal exhaust gas recirculation (EGR) is an effective strategy to reduce pumping loss and improve fuel economy using mixture dilution than traditional external EGR. In this paper, the internal EGR was obtained by exhaust gas trap (EGT) using the negative valve overlap (NVO) method. The effects of EGT on the part-load characteristics, including energy conversion, combustion and emission characteristics were studied in a direct injection spark ignition (DISI) engine. The experimental results showed that EGT can save fuel consumption by 5–16% due to reduced pumping loss and improved combustion efficiency, while it also can increase the engine cyclic variation and combustion duration. The engine cyclic variation increases with increasing of the EGT level; this can be overcome by advancing spark timing to stabilize the combustion. The flame propagation and compression combustion occurred simultaneously when high EGT level and high compression ratio were adopted; the combined combustion can reduce combustion duration but increase the engine cyclic variation. The stratified mixture using the two-stage injection strategy can reduce the engine cyclic variation and shorten the combustion duration so as to improve the thermal efficiency. Moreover, the second injection mass ratio and timing take an important effect on the combustion and emission characteristics in DISI engines using EGT strategy.     

Numerical study of EGR effects on reducing the pressure rise rate of HCCI engine combustion

The effects of the inert components of exhaust gas recirculation (EGR) gas on reducing the pressure rise rate of homogeneous charge compression ignition engine combustion were investigated numerically by utilizing the CHEMKIN II package and its SENKIN code, as well as Curran’s dimethyl ether reaction scheme. Calculations were conducted under constant volume combustion and engine combustion (one compression and one expansion only, respectively) conditions. Results show that with constant fuel amount and initial temperature and pressure, as EGR ratio increases, combustion timings are retarded and the duration of thermal ignition preparation extends non-linearly; peak values of pressure, pressure rising rate (PRR), and temperature decrease; and peak values of heat release rate in both low temperature heat release (LTHR) and high temperature heat release decrease. Moreover, maximum PRR decreases as CA50 is retarded. With constant fuel amount, mixtures with different EGR ratios can obtain the same CA50 by adjusting the initial temperature. Under the same CA50, as EGR ratio increases, the LTHR timing is advanced and the duration of thermal ignition preparation is extended. Maximum PRR is almost constant with the fixed CA50 despite the change in EGR ratio, indicating that the influence of EGR dilution on chemical reaction rate is offset by other factors. Further investigation on the mechanism of this phenomenon is needed.     

Numerical study of EGR effects on reducing the pressure rise rate of HCCI engine combustion

The effects of the inert components of exhaust gas recirculation (EGR) gas on reducing the pressure rise rate of homogeneous charge compression ignition engine combustion were investigated numerically by utilizing the CHEMKIN II package and its SENKIN code, as well as Curran’s dimethyl ether reaction scheme. Calculations were conducted under constant volume combustion and engine combustion (one compression and one expansion only, respectively) conditions. Results show that with constant fuel amount and initial temperature and pressure, as EGR ratio increases, combustion timings are retarded and the duration of thermal ignition preparation extends non-linearly; peak values of pressure, pressure rising rate (PRR), and temperature decrease; and peak values of heat release rate in both low temperature heat release (LTHR) and high temperature heat release decrease. Moreover, maximum PRR decreases as CA50 is retarded. With constant fuel amount, mixtures with different EGR ratios can obtain the same CA50 by adjusting the initial temperature. Under the same CA50, as EGR ratio increases, the LTHR timing is advanced and the duration of thermal ignition preparation is extended. Maximum PRR is almost constant with the fixed CA50 despite the change in EGR ratio, indicating that the influence of EGR dilution on chemical reaction rate is offset by other factors. Further investigation on the mechanism of this phenomenon is needed.