利用egr降低柴油機(jī)排放的研究

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1、萬方數(shù)據(jù)·6·內(nèi)燃機(jī)工程2000年第4期利用EGR降低柴油機(jī)排放的研究平銀生張逸敏蔡?hào)|波吳旭陵何國煒(上海內(nèi)燃機(jī)研究所)侯洪川(江鈴汽車股份有限公司)hl_vestiga60nonImproV鋤eⅡtof蛐吣tEl:nissi帆fr咖DiesdE】呼n鼯麗tllEGRPiIlg峨踟IlgY蛐瞄腳b0wu刪

2、i119荔撼鬻i掣?簦差基i目《釃疆;雕《?號(hào)I墼室囊Ⅷ薹g=&g;馨薹i釃型i;霪簍糾糾斟i;*黻!i,從而利用氣流慣性動(dòng)能來提高充氣系數(shù)的緣故。與漸縮錐面管對(duì)應(yīng)的是漸擴(kuò)錐面管。圖10所示,人口直徑35mm,出口直徑40mm的漸擴(kuò)管與直徑為35Im的等截面管相比,轉(zhuǎn)速在

3、3800r/塒n之后,充氣系數(shù)有所提高,但是在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的效果普遍不如進(jìn)口直徑為40m,出口直徑為35m的漸縮管。最后,考慮進(jìn)氣腔容積的影響。圖11所示,隨著進(jìn)氣腔容積的增大,高速諧振區(qū)的充氣系數(shù)略有提高。原因是提高了進(jìn)氣支管經(jīng)進(jìn)氣腔反射回進(jìn)氣門處的正壓力波,從而提高≯。。圖1l進(jìn)氣腔容積對(duì)≠。的影響o—or21·扎Hy=1.9L▲一▲P=27L●~●r=3.5L但是,隨著進(jìn)氣腔容積增大,低轉(zhuǎn)速區(qū)的諧振效果下降。這是由于隨著容積的增大,進(jìn)氣總管中的壓力波動(dòng)逐漸減小,如前所述,低速諧振是由總管中的壓力波動(dòng)行進(jìn)到進(jìn)氣系統(tǒng)入口反射回來形成的。當(dāng)總管的壓力波動(dòng)減小時(shí),低速諧振的

4、效果就相應(yīng)地下降了。當(dāng)總管容積到3.5L時(shí),低速諧振點(diǎn)就基本消失了。這時(shí),進(jìn)氣總管容積已經(jīng)相當(dāng)大,壓力波動(dòng)很小,就成為一個(gè)穩(wěn)壓箱了,發(fā)動(dòng)機(jī)也就很難產(chǎn)生低速諧振。5結(jié)論(1)在3缸汽油機(jī)充氣系數(shù)一轉(zhuǎn)速曲線上≯。出現(xiàn)了兩個(gè)峰值,高速的峰值主要由進(jìn)氣支管的參數(shù)決定,低速時(shí)的峰值取決于整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)參數(shù),但進(jìn)氣總管的影響更顯著。(2)進(jìn)氣支管管長的增加或管徑的減小引起高速諧振點(diǎn)向低速移動(dòng),反之則引起諧振點(diǎn)向高速移動(dòng);進(jìn)氣總管管長的增加或管徑的減小引起低速諧振點(diǎn)向低速移動(dòng),反之則引起諧振點(diǎn)向高速移動(dòng)。萬方數(shù)據(jù)2000年第4期內(nèi)燃機(jī)工程2NOx產(chǎn)生的機(jī)理許多研究已經(jīng)表明,柴油機(jī)燃燒時(shí)產(chǎn)生

5、的高溫及其持續(xù)時(shí)間、燃燒的富氧狀態(tài)是生成Nox(主要是NO)的三個(gè)要素。前兩個(gè)要素隨轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增加而迅速增加,而富氧狀態(tài)則與空燃比直接相關(guān)。因此任何能降低燃燒峰值溫度、縮短高溫持續(xù)時(shí)間和采用適當(dāng)?shù)目杖急榷加欣诮档蚇ox的排放。但這些方法往往會(huì)引起燃油經(jīng)濟(jì)性的降低和顆粒、Hc排放不同程度的升高。故人們總是在不斷尋求改善他們的最佳折衷。從工作過程的角度,人們普遍推薦按圖1所示的放熱率來組織燃燒,以實(shí)現(xiàn)高的燃油經(jīng)濟(jì)性和低污染排放。(1)預(yù)混合燃燒階段,放熱率和放熱量都要盡量減小,燃燒速度要平滑增長,從而降低壓力升高率和最高燃燒壓力,降低該階段產(chǎn)生的局部高溫。(2)擴(kuò)散燃燒階段

6、,要實(shí)現(xiàn)高擴(kuò)散燃燒速度,縮短燃燒持續(xù)期,使燃燒快速徹底。3EGR控制N0嚏排放的原理廢氣再循環(huán)是目前控制發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放的有效措圈1降低柴油機(jī)排放的燃燒概念施。EGR系統(tǒng)在汽油機(jī)上運(yùn)用得比較成熟和普遍,而在柴油機(jī)上卻較少運(yùn)用。不過,近年來隨著柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展,E(m技術(shù)已成為控制柴油機(jī)N啦排放最為有效的措施之一。由于以下原因,采用EGR可降低發(fā)動(dòng)機(jī)的No]【排放:(1)廢氣中含有大量的氮和二氧化碳等接近惰性的氣體,當(dāng)這些廢氣部分回流到進(jìn)氣管后起到了稀釋新鮮進(jìn)氣的作用,使燃燒反應(yīng)速率減緩;(2)廢氣中含有的水蒸氣和二氧化碳等為三原子分子氣體,比熱容大,可以有效地降低氣缸內(nèi)最高

7、燃燒溫度;(3)廢氣的稀釋作用還可以使氧氣的相對(duì)濃度下降,從而也能降低N0x的排放。EGR率可按下式計(jì)算:EcR率=cr/(Ca+cr)式中Gr為廢氣再循環(huán)氣體流量;Ga為新鮮空氣流量。4試驗(yàn)結(jié)果2000試驗(yàn)在一臺(tái)高速直噴渦輪增壓柴油機(jī)上展開。.1500對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行了改裝,進(jìn)氣管上并列安裝了兩只jEGR閥,由真空泵提供開啟力,而真空通斷由電磁量1瞄閥控制。兩只EGR閥控制的通道有大、小之分,故250【’可以有小開、大開和全開三種組合,以用于實(shí)現(xiàn)不帥嗇同EGR率。4.1氣體排放物濃度的分布情況在各種工況下對(duì)柴油機(jī)的氣體排放物濃度進(jìn)行了測試。試驗(yàn)工況為轉(zhuǎn)速,r/嘣n:1600、

8、1800、2100、2200、2400、2700、3000、3300、3600圖2各種工況下Nm的排放量萬方數(shù)據(jù)內(nèi)燃機(jī)工程2000年第4期每檔轉(zhuǎn)速均按下列扭矩值確定工況扭矩,N·m:0、20、50、75、100、125、150、175、200試驗(yàn)結(jié)果見圖2—4。3∞2∞己200jI郅王I∞砌圖3各種工況下Hc的排放置坳卸皂l∞百1器4000圖4各種工況下c0的排放量在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速一定的狀態(tài)下,隨負(fù)荷增加,噴油量增加,空燃比減小,燃燒溫度升高,Nox隨之增加。隨著負(fù)荷的增加,燃燒性能得到改善,c0的排放量逐漸減少,但空

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