EGR對(duì)柴油機(jī)起動(dòng)過(guò)程燃燒排放性能影響的研究.pdf

1、隨著排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格,除了排放限值不斷降低以外,測(cè)試循環(huán)的改進(jìn)對(duì)起動(dòng)工況的排放也提出了嚴(yán)格的要求。而柴油機(jī)在起動(dòng)過(guò)程,尤其是在冷機(jī)條件下的起動(dòng)過(guò)程,由于壓縮壓力和壓縮溫度相對(duì)較低,存在倒拖時(shí)間較長(zhǎng)、著火燃燒過(guò)程不穩(wěn)定、排放惡化等問(wèn)題。此外,起動(dòng)問(wèn)題也是高增壓大功率柴油機(jī)進(jìn)一步強(qiáng)化所面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。因此,對(duì)柴油機(jī)起動(dòng)過(guò)程進(jìn)行研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 EGR技術(shù)是目前柴油機(jī)降低NOx排放普遍采用的一種有效有段。在正常

2、工況下,EGR中引入CO2等惰性氣體組分有效抑制NOx的生成。但在起動(dòng)工況,由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低,缸內(nèi)混合氣形成和著火條件較差,排氣中含有大量的未燃HC、部分氧化產(chǎn)物等組分。若能在起動(dòng)過(guò)程中將這些活性組分以EGR的方式重新引入氣缸內(nèi),對(duì)缸內(nèi)燃燒過(guò)程將有顯著的促進(jìn)作用。且EGR的熱效應(yīng)也能有效改善混合氣的滯燃期。但關(guān)于這方面的研究,目前尚鮮有報(bào)道。為此,本文采用試驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方法,研究分析了內(nèi)、外部EGR對(duì)柴油機(jī)起動(dòng)過(guò)程燃燒排放性能的影

3、響,掌握起動(dòng)過(guò)程EGR的控制規(guī)律,并以試驗(yàn)論證了控制EGR改善柴油機(jī)起動(dòng)性能的可行性。
　　 本文首先根據(jù)試驗(yàn)研究方案要求,在原有的單缸直噴柴油機(jī)臺(tái)架基礎(chǔ)上,基于工控PC和多線程編程技術(shù),設(shè)計(jì)開發(fā)了柴油機(jī)起動(dòng)工況測(cè)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了在起動(dòng)工況試驗(yàn)過(guò)程中,對(duì)噴油參數(shù)、EGR系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)地控制,并實(shí)現(xiàn)了對(duì)起動(dòng)工況試驗(yàn)過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)各狀態(tài)參數(shù)、NOx排放和消光煙度的連續(xù)采集記錄,從而為試驗(yàn)提供了可靠的硬件保障。
　　 然后通過(guò)臺(tái)架試

4、驗(yàn),分別研究了內(nèi)、外部EGR對(duì)柴油機(jī)起動(dòng)過(guò)程燃燒排放性能的影響。結(jié)果表明,在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程的初始著火循環(huán)、首次著火后的初始階段及循環(huán)噴油量減小時(shí)出現(xiàn)的著火不穩(wěn)階段中,通過(guò)引入EGR,均能有效改善缸內(nèi)混合氣的著火燃燒性能。在試驗(yàn)中,利用EGR,首著火循環(huán)的IMEP與無(wú)EGR時(shí)相比最大提高了32％左右；而在初始著火循環(huán)的后續(xù)循環(huán)中,由于EGR的組分和熱效應(yīng),發(fā)動(dòng)機(jī)的IMEP和著火時(shí)刻也得到了有效改善；在油量減小的著火不穩(wěn)階段,與正常起動(dòng)工況

5、相比,內(nèi)、外部EGR試驗(yàn)工況的平均IMEP分別提高了29％和22％左右。
　　 內(nèi)、外部EGR工況的試驗(yàn)結(jié)果還表明,內(nèi)、外部EGR均能在一定程度上有效降低柴油機(jī)起動(dòng)過(guò)程的平均煙度排放。對(duì)于起動(dòng)過(guò)程的NOx排放,在外部EGR條件下,隨著EGR率的增大NOx排放顯著降低；而在內(nèi)部EGR工況中,由于內(nèi)部EGR的熱效應(yīng)相對(duì)顯著,NOx排放將隨內(nèi)部EGR量的增大而出現(xiàn)較大幅度的增長(zhǎng)。
　　 根據(jù)外部EGR工況的試驗(yàn)結(jié)果,提出了起動(dòng)

6、過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)EGR率分階段的控制規(guī)律。在首次著火前及著火后的EGR響應(yīng)延遲階段應(yīng)采用盡可能大的EGR率(本文的試驗(yàn)中達(dá)到了70％左右),過(guò)渡階段減小至58％左右,最后穩(wěn)定階段EGR率則應(yīng)維持在37％左右。
　　 在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用CFD和單區(qū)詳細(xì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析相結(jié)合的方法,進(jìn)一步研究分析了EGR中燃油蒸汽和低溫反應(yīng)產(chǎn)物二者對(duì)缸內(nèi)燃燒的影響作用。計(jì)算結(jié)果表明,由于低溫反應(yīng)產(chǎn)物中的活性分子對(duì)缸內(nèi)混合氣鏈反應(yīng)開始階段的反應(yīng)速率有顯著的