EGR對柴油機起動過程燃燒排放性能影響的研究.pdf

1、隨著排放法規(guī)的日趨嚴格,除了排放限值不斷降低以外,測試循環(huán)的改進對起動工況的排放也提出了嚴格的要求。而柴油機在起動過程,尤其是在冷機條件下的起動過程,由于壓縮壓力和壓縮溫度相對較低,存在倒拖時間較長、著火燃燒過程不穩(wěn)定、排放惡化等問題。此外,起動問題也是高增壓大功率柴油機進一步強化所面臨的一個關鍵問題。因此,對柴油機起動過程進行研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。
　　 EGR技術是目前柴油機降低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。但在起動工況,由于發(fā)動機轉速較低,缸內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。若能在起動過程中將這些活性組分以EGR的方式重新引入氣缸內,對缸內燃燒過程將有顯著的促進作用。且EGR的熱效應也能有效改善混合氣的滯燃期。但關于這方面的研究,目前尚鮮有報道。為此,本文采用試驗與仿真相結合的方法,研究分析了內、外部EGR對柴油機起動過程燃燒排放性能的影

3、響,掌握起動過程EGR的控制規(guī)律,并以試驗論證了控制EGR改善柴油機起動性能的可行性。
　　 本文首先根據(jù)試驗研究方案要求,在原有的單缸直噴柴油機臺架基礎上,基于工控PC和多線程編程技術,設計開發(fā)了柴油機起動工況測控系統(tǒng),實現(xiàn)了在起動工況試驗過程中,對噴油參數(shù)、EGR系統(tǒng)等進行實時地控制,并實現(xiàn)了對起動工況試驗過程發(fā)動機各狀態(tài)參數(shù)、NOx排放和消光煙度的連續(xù)采集記錄,從而為試驗提供了可靠的硬件保障。
　　 然后通過臺架試

4、驗,分別研究了內、外部EGR對柴油機起動過程燃燒排放性能的影響。結果表明,在發(fā)動機起動過程的初始著火循環(huán)、首次著火后的初始階段及循環(huán)噴油量減小時出現(xiàn)的著火不穩(wěn)階段中,通過引入EGR,均能有效改善缸內混合氣的著火燃燒性能。在試驗中,利用EGR,首著火循環(huán)的IMEP與無EGR時相比最大提高了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,發(fā)動機的IMEP和著火時刻也得到了有效改善；在油量減小的著火不穩(wěn)階段,與正常起動工況

5、相比,內、外部EGR試驗工況的平均IMEP分別提高了29％和22％左右。
　　 內、外部EGR工況的試驗結果還表明,內、外部EGR均能在一定程度上有效降低柴油機起動過程的平均煙度排放。對于起動過程的NOx排放,在外部EGR條件下,隨著EGR率的增大NOx排放顯著降低；而在內部EGR工況中,由于內部EGR的熱效應相對顯著,NOx排放將隨內部EGR量的增大而出現(xiàn)較大幅度的增長。
　　 根據(jù)外部EGR工況的試驗結果,提出了起動

6、過程發(fā)動機EGR率分階段的控制規(guī)律。在首次著火前及著火后的EGR響應延遲階段應采用盡可能大的EGR率(本文的試驗中達到了70％左右),過渡階段減小至58％左右,最后穩(wěn)定階段EGR率則應維持在37％左右。
　　 在試驗的基礎上,采用CFD和單區(qū)詳細化學動力學分析相結合的方法,進一步研究分析了EGR中燃油蒸汽和低溫反應產(chǎn)物二者對缸內燃燒的影響作用。計算結果表明,由于低溫反應產(chǎn)物中的活性分子對缸內混合氣鏈反應開始階段的反應速率有顯著的