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废气再循环对柴油机性能影响的试验研究

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关键词 ： Ｅ Ｇ Ｒ率 ； 柴 油机 ； 燃烧 ； 排放 中图分 类号 ： Ｔ Ｋ ４ ２ １ ． ５ 文献 标识 码 ： Ａ
０ 引 言
柴油机比汽油机具有较 高的经济性和动力性 ，
连杆长度／ ｍ ｍ 缸数 排量／Ｌ 压缩 比 最大扭矩／ （ Ｎ・ ｍ）
、
ｌ ４ ９
进 气
点， 如此便会导致柴油机的指示热效率下降和指示
氧 浓 度 喷 油 缸 聪 传 感 排 气
油耗 的增 加 ， 分 别 如 图 ７和 图 ８所 示 ．
仪
排 气
图 １ 试 验 系统 图
－
６ ０ ． ５ ０
． ４ ０
． ３ ０ － ２ ０ ． １ ０ ０
１ ０ ２ ０ ３ ０ ４ ０
５ ２
佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
２ ０ １ ４ 血
２ 试 验 结 果 和分 析
为 了探索 Ｅ Ｇ Ｒ率对 柴油 机燃 烧过程 和 排放 物
知， 随着 Ｅ Ｇ Ｒ率的增大 ， 缸内压力和温度均降低． 放 热过程出现明显的滞后， 同时放热率的峰值降低． 图５和 图 ６给出 了不 同 Ｅ Ｇ Ｒ率下 ， 滞燃期和
放物的生成造成影响． 本文基于４ Ｄ ２ ０柴油机 ， 重点开展 了不同的 Ｅ Ｇ Ｒ率对柴油机性能影响的研 究． 分析试验结果发现 ， 随着 Ｅ Ｇ Ｒ率的增大， 燃烧滞燃期增长 ， 缸 内压力和缸 内温度降低 ， 放热率 峰值降低 ， 热效率下降； Ｎ Ｏ ｘ 排放随着 Ｅ Ｇ Ｒ率的增大而急剧下降； ｓ ｏ ｏ ｔ 排放随 着 Ｅ Ｇ Ｒ率的增 大 而增大； Ｃ Ｏ和 Ｈ Ｃ排放随着 Ｅ Ｇ Ｒ率的增大而增大．
Ｅ Ｇ Ｒ率 （ ％）
喷油时刻（ 。 Ｃ Ａ Ｂ Ｔ Ｄ Ｃ ） 喷油压 力（ ＭＰ ａ ）
新引回缸 内， 利用排气中的 Ｃ Ｏ ： ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＮ ： 等成分降低
缸内温度 ， 达到减少排放的 目的 Ｊ ． 由于废气 具有一定 的热作 用和化 学作用 Ｊ ，
０ ， ２ ０ ， ４ ０ ， ６ ０
Ｋ ｉ ｓ ｌ ｆ ｅ ｒ ６ ０ ５ ２
ＡＶＩ ４１ ５
五组分废气分析仪
佛分 Ｆ Ｇ Ａ ４ １ ０ ０
冲影 ｍｍ
８ ８ ． １
①
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３一ｌ ２—０ ６
作者简 介： 孙飞（ １ ９ ８ ０ 一） ， 男， 河南汝南人 ， 同济大学汽 车学院 ， 研究方向 ： 车辆工程．
Ｃ Ａ ５ ０的对 比 ， 可知随着 Ｅ Ｇ Ｒ 率 的增 大 ， 燃 烧 起 点 和 中间 点 （ 即 Ｃ Ａ ５ ０ ） 均滞后 ， 放 热 过 程 远 离 上 止
＾ √ 赠
生成的影响规律 ， 本文设定 了四种 Ｅ Ｇ Ｒ率 ， 分别为
０ ％， ２ ０ ％， ４ ０ ％和 ６ ０ ％．
Ｖ０ ｌ ３ ２ Ｎ０ ． １
Ｊ ａ ｎ ．
２ ０ １ ４
文章编号： １ ０ ０ ８—１ ４ ０ ２ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １— ０ ０ ５ １ —０ ４
废气 再循 环对 柴 油 机性 能影 响 的试 验 研 究①
飞
（ 同济大学汽车学院。 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２ Ｊ
摘
要 ： 通过 废 气再循 环 （ Ｅ Ｇ Ｒ— Ｅ ｘ ｈ ａ ｕ ｓ ｔ ｅ ｄ Ｇ ａ ｓ Ｒ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） 可 以有 效 地 降低 柴 油机 的 氮氧 化物（ Ｎ Ｏ ｘ ） 排放． 但是废 气具有一定的热作用和化 学作 用， 因此 Ｅ Ｇ Ｒ会对柴油机燃烧过程和排
１ ２ １ ２ Ｏ
其能够降低缸 内温度和减少 Ｎ Ｏ ｘ排放． 同时废气 还可能会对燃烧过程和其他排放物 的生成造成一
定 的影 响 ． 为此本文基 于 ４ Ｄ ２ ０柴 油 机 ， 开 展 不 同
试验系统如图 １ 所示 ， 该柴油机 的第一缸的进 气 和排 气 系统被 独 立 出来 ， 从 而可 以有效 地控 制和 实现所需的 Ｅ Ｇ Ｒ率 ， 同时试验测试和分析 的结果 数据也只针对第一缸． 试验过程主要用到的测试设 备 如表 ３所示 ．
第３ ２卷 第 １ 期
２ ０ １ ４ 年 ０ １月
佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｊ ｉ ａ ｍｕ ｓ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
表 ３ 试 验 设备
缸压传感器
烟度计
Ｅ Ｇ Ｒ率下的柴油机试验研究 ， 研 究不同 Ｅ Ｇ Ｒ率对 柴油机燃烧和排放物生成的影响规律．
１ 试验装置和方法
试验用的柴油机为 ４ Ｄ ２ ０高压共轨柴油机， 其 主要参数如表 １ 所示． 表 １ 柴油机基本参数
缸 ｍｍ ８ ５
４
２． Ｏ
故柴油机在商用车和工程机械等领域得到 了大量
的推广． 但随着排放法规 的升级 ， 在保持柴油机经 济性和动力性优势的同时 ， 也需要开展各项减少排 放的技术措施研究． 废气再循环技术¨ 是 目前广泛应用在柴油机 领域的减排技术． 它主要是通过将燃烧后的排气重
１ ６． ２
３ ０ ０ （ ２ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ）
标定功率／ （ ｋ Ｗ）
１ ０ ０ （ ４ ０ ０ ０ ｒ ／ ａ ｒ ｉ ｎ ）
试验过程转速 固定为 １ ４ ０ ０ ｒ ／ ａ ｒ ｉ ｎ ， 每循环喷油
量为 １ ４ ｍ ｇ ， 其他工况参数如表 ２ 所示． 表 ２ 试验研究工况参数
曲轴 转 角 （ 。 Ｃ Ａ）
８ ０ ００ ０ ０ ０ ７ ０ ０ ００ ０ ０
目
图４ 不同Ｅ Ｇ Ｒ率下 的放热率
２ ２
加
Ｈ
加
加
６０ ０ ０ ０ ００
Ｄ一
裔 ０ ０ ０ ０ ｏ ０
遥 ４ ０ ０ ０ ０ ０ ０

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废气再循环在增压中冷柴油机上的试验研究

废气再循环在增压中冷柴油机上的试验研究

废 气再 循环 （ Ｇ Ｅ Ｒ）技术 在柴 油机 上 的应 用范 围不 断扩 大 。废气 再循 环 （ Ｇ Ｅ Ｒ）是指将 柴 油机排 出 的 废 气 通过 一 定 的手段 重 新 引 回到气 缸 内参 与 燃 烧 ，
２ Ｅ Ｒ系统的组成及应用 Ｇ Ｅ ＧＲ系统 如 图 ｌ所示 ，由 电控 系统 、Ｅ Ｒ 冷 Ｇ
ｈ ｖｎ ｅ ｔＥＧＲ ｒ ｔ ｓｕ ｄ ｒｖ ｒｏ ｓｏ ｅ ａｉ ｇ ｃ ｎ ｔｏ ． ａ ｉ ｇ ｂ ｓ ａ ｅ ｎ ｅ ａ ｉｕ ｐ ｒ ｔ ｏ ｄ ｉ ｎ ｎ ｉ ｓ
关键词：柴油机
增压中冷
废气再循环 排放
Ｋ ｙｗｏ ｄ ：ｄｉｓ ｎ ｉｅ Ｔ ， ｅ ｒｓ ｅ ｅｌ ｇｎ ， ＣＩ ＥＧ ｅ ｉｓｏ ｅ Ｒ， ｍ ｓ ｉ ｎ
１ 前言
的性 能 优化 研 究 提 出 了新 的挑 战 。 因此 在采 用 Ｅ ～ Ｇ Ｒ后 。需 要 对 柴 油 机 各 种 工 况 下 的 Ｅ ＧＲ率 找 出
随 着人 们 环 保 意识 的不 断 加 强 ， 辆 的排 放 法 车
规也渐趋严格 ，车用柴油机 Ｎ 及微粒等主要废 气排放高的问题 日 益突出，在满足动力性和经济性
要 求 的前 提下 对柴 油机 的燃 烧及 排放 过程 进行 优
规律进行优化 和精确控制 。目前 随着 Ｅ Ｒ技术 的 Ｇ
逐步成熟 ．无论是汽油机还是柴油机都采用 电子控
制的 Ｅ ＧＲ技术 。
化 、探索降低排放的有效方法成为车用柴油机排放 控 制 的关 键环 节之 一 。 柴油机采用增压技术后 。其微 粒排放得到 降 低 ，但 同时 Ｎ 排放会增加 。为 了进一步降低柴 油 机 的 Ｎ 排放 ，除 了采 用 中冷技 术 外 ，近 年 来 ，
对于直喷式柴油发动机汽车尾气排放的EGR系统的各种影响

对于直喷式柴油发动机汽车尾气排放的EGR系统的各种影响

对于直喷式柴油发动机汽车尾气排放的EGR系统的各种影响内燃发动机工作队，流体力学实验室，UMR6598法国国家科学研究中心，巴黎高等Centrale南特，英国石油公司92101，44321南特Cedex3，法国发表于07年3月16日摘要冷却废气再循环（EGR）是一种控制缸内NOx的产生的常用方法并使用于现代的高速直接喷射（HSDI）柴油发动机上。

然而废气再循环对燃烧和排放有不同的影响，而且这些影响机理是很难分辨的（进气温度的升高，放热率的降低（ROHR），峰值热量释放的降低，氧浓度的降低（空燃比的降低））以及火焰温度降低，火焰举升长度的增加等等），从而导致EGR对NOx和微粒物（PM）排放的影响不能被完全了解，尤其是在高EGR率下。

进行了一项基于2.0升HSDI汽车柴油发动机在低负荷和部分负荷条件运行的实验研究已经进行，它用来分析和量化EGR对燃烧和NOx/ PM排放的影响。

伴随EGR系统的进气温度对燃烧和排放有相反的影响作用，因而有时给出了与传统意义上的研究相反的趋势，例如，随着入口温度升高氮氧化物的减少。

对于一个理论扩散燃烧，当改变缸周围气体特性（温度或废气再循环率）且空燃比一定时放热率是不变的。

在低负荷条件下，在一定增压压力的情况下使用高EGR率是一种大幅度降低NOx和PM排放量的方式，不过也增加了有效燃油消耗以及其它排放物（CO和烃类），然而在一定空燃比下的EGR可能大幅度降低氮氧化物排放而不至于对有效燃油消耗和微粒排放量带来很大的损失，但会受到被涡轮增压系统的限制。

关键词:柴油发动机; 废气再循环; 燃烧; 放热; 尾气排放1. 引言将来的排放法规像欧V以及可能出台的欧VI将促使柴油发动机制造商大幅降低氮氧化物和颗粒物（PM）排放量。

虽然后处理设备将肯定回有巨大的进步，未来新的缸内策略正在相继出现从而降低NOx和PM排放。

外部废气再循环技术是一个普遍的降低氮氧化物排放的缸内策略，特别是用于现代的缸内直喷汽车柴油发动机，它还提供了降低燃烧温度的可能[1,2]。

废气再循环(EGR)的温度对可变EGR率的重型直喷式柴油机性能和排放的影响模板

废气再循环(EGR)的温度对可变EGR率的重型直喷式柴油机性能和排放的影响模板

废气再循环（EGR）的温度对可变EGR率的重型直喷式柴油机性能和排放的影响D.T.Hountalas a,G.C.Mavropoulos a,*K.B.Binder ba Internal Combustion Engines Laboratory, Thermal Engineering Section, MechanicEngineeringDepartment,National Technical University of Athens, 9 HeroonPolytechniou, 157 73 Zografou, Greeceb Development Basic Systems, Heavy Duty Engines, DaimlerChrysler AG, 70546Stuttgart,Germany Received 10 December 2006摘要直喷柴油机是当今公认的卡车和其他有关重型车辆的动力总成。

与此同时，排放法规（主要针对NO X和颗粒物）变得更加严格，排放物限值降低到非常低的水平。

采用高比例废气再循环（EGR）是控制NO X排放以达到未来排放法规的一种有效方法，同时需要采用进气增加来降低对碳烟排放的负面影响。

该方法基于降低燃烧室内的气体温度和氧浓度，但通常会对碳烟排放和有效油耗率（BSFC）产生不利影响。

在采用高比例EGR时，需要EGR气体冷却以降低其在烟尘排放的不利影响。

尤其是在发动机高负荷时EGR流量和排气温度高时候，为此，本文，采用多区燃烧模型，在不同EGR比例下研究了冷却EGR温度对涡轮增压直喷重型柴油发动机全负荷工况下性能和排放的影响。

研究结果表明，降低EGR温度对有效油耗率和碳烟（低值）具有积极作用，同时，对NO也有一定的有利影响。

综上所述，低EGR温度的效果优于高EGR温度。

关键词：废气再循环；柴油机；EGR温度；排放1引言在柴油发动机的发展中，工程师和制造商面临的最困难的问题之一是控制和减少污染物排放[1,2]达到相关立法“可接受的”水平。

废气再循环对发动机性能和常规排放的影响研究

废气再循环对发动机性能和常规排放的影响研究


= Gr Ga + Gr
=
α r Ar
2g
Pex RTex
( Pex
−
Pe )
×100%
VL nPinηγ 2RaTin
+ α r Ar
2g
Pex RTex
( Pex
−
Pe )
（1-1）
式中 G——质量流量（kg/s），P——绝对压力（kPa），R——气体常数（kJ/(kmol*K)）VL—— 发动机排量，n——发动机转速（r/min），ηc——充气效率，α——流量系数，A——节流孔 面积。下标代号：a 为大气压力；in 为进气管；ex 为排气管处；r 为 EGR 回路；c 为废气引
2.2 容积流量型 EGR 率（EGRv）
当发动机的转速不变时，柴油机的进气量基本不发生变化。用层流流量计测流量，并计
算得到未进行排气再循环时吸入气缸的空气体积 Va0 ，然后再测出相同转速下进行排气再循 环时吸入气缸的空气量 Vr。在相同状态下，Vra = Va0 - Vr 为相对减少的量，即相当于进入气 缸内的废气量。这样，不需测量发动机的废气参数就可求出进入气缸的废气量。因此容积流
德国 Sartorius EA60 工业电子秤用来测量 DME 的油耗率，缸内压力数据通过瑞士 Kistler 公
司生产的 6125B 型压电石英非水冷式压力传感器采集，然后在 CB466 型燃烧综合分析仪上
显示输出，并得到示功图，最后利用 NHA-500 废气分析仪进行常规排放物 NOx、CO、HC、
=
[CO2 ]man − [CO2 ]bkg [CO2 ]exh − [CO2 ]bkg
×100%
（1-4）
式中[CO2] man——进气管中的CO2浓度；[CO2] exh ——排气管中CO2的浓度；[CO2] bkg ——在背景气体中CO2的浓度。通常情况下，[CO2] bkg =0；无EGR时，[CO2] man =[CO2] bkg。 使用CO2传感器测出CO2浓度，可方便求得EGRco2。类似这种二氧化碳浓度型EGR率评价方 法还有基于进气中O2体积分数的变化、基于排气中O2体积分数的变化、排气中CO2体积分数 的变化、基于过量空气系数Φa的变化，分别得到相应的EGR率评价指标；使用O2传感器或 CO2传感器测量O2和CO2度，可以计算得到各种EGR率，各种方法所得到的EGR率最大误差 为8%。