废气再循环在柴油机中的应用

柴油车尾气中Nox的控制技术

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NOx排到大气中，碰到强烈的紫外线时，会生成光化学烟雾。这种光化学烟雾，会造成眼睛疼痛，严重的话还会呼吸困难。长期呼吸被氮氧化物和黑烟等污染的空气，也容易带来呼吸器官的疾病和癌症。

柴油机NOx控制方法大体可分机内处理和后处理两大类。机内处理主要是根据NOx在气缸内的生成条件采取相应措施抑制其生成。后处理是指利用还原剂将尾气中已生成的NOx还原除去。

1 机内处理方法

1.1 掺水乳化油

柴油的烃类性质决定了柴油在富氧快速燃烧时瞬时释放出大量的热，导致热聚集而产生高温，在富氧的高温地带也就是NOx大量生成的地方。在国内外投入大量人力和资金进行研究的低温预混合燃烧，其目的之一就是要避免柴油燃烧时的局部高温。单纯的以柴油为燃料，要实现低温预混燃烧，就是要避免柴油燃烧时的局部高温，存在非常大的难度。掺水乳化油燃烧为低温燃烧找到了一种途径。柴油掺水燃烧国内外也研究了很多年，进气道喷水和缸内直接喷水用来降低缸内高温，被很多实验证明非常有效，可以很轻易地降低20%以上的NOx浓度。但锈蚀和机油污染严重。更有效的方式是将水加入到柴油中在乳化剂和搅拌的作用下形成乳化柴油。这种方法在燃烧重油的锅炉和船用柴油机上已作为成熟技术推广使用。乳化油燃烧时，油包水小颗粒中的水相在高温下迅速汽化，燃料颗粒立即破碎分散，与空气得到充分混合。水在高温下汽化吸收了大量的热，降低了缸内燃烧的最高温度，从而达到了减少了NOx排放的目的。由于在1000℃以上时，水能与碳烟颗粒发生水煤气反应，所以，燃用乳化油还能降低碳烟排放，提高燃烧效率。柴油机燃用乳化油的优势比较明显，国内外这方面的研究也一直未中断过。20世纪90年代，美国、日本和欧洲已进入实用化阶段。2002年美国加州的Chevron Products Company配置的乳化燃油PuriNOx 经加州空气资源(ARB)确认在实用中可减少63% PM排放，14% NO2 排放。法国埃尔夫石油公司开发的乳化柴油，2002年经美国加利福尼亚大气资源部(ARB )认证可降低16%的NOx 和60%的PM排放。但乳化柴油目前存在的问题是乳化剂成本较高，稳定性不好，容易分层，柴油机冷启动困难。若这两个问题能得到解决，乳化柴油将具有极大的社会效益。

柴油机设计与制造　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　２００７年第２期第ｌ５卷（总第１１９期）　

废气再循环在增压中冷柴油机上的试验研究　

席端良方锡邦　

（合肥工业大学机械与汽车学院，安徽合肥２３０００９）　

摘要为了降低车用柴油机的ＮＯ　排放，分析了不同工况下ＥＧＲ率对柴油机性能的影响。　通过试验了解到，采用ＥＧＲ可以有效地降低Ｎ　排放，大负荷比小负荷效果显著。并对控制最　

佳ＥＧＲ率的电控脉谱系统提出了初步的探讨。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　Ｎ０　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＥＧＲ　ｒａｔｉｏ　ｏｎ　ｐｅｒｆｏｒ—　

ｍａｎｃｅｓ　ｏｆ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｓｉｓｅｄ。Ｔｅｓｔｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ　

ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ＮＱ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｗａｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｗｈｅｎ　ｕｓｉｎｇ　ＥＧＲ　ａｎｄ　ＮＱ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｂｉｇ　ｌｏａｄｓ　Ｗａｓ　ｍｕｃｈ　ｍｏｒｅ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｕｎｄｅｒ　ｓｍａｌｌ　ｌｏａｄｓ　ｗｈｉｌｅ　ＰＭ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ａ　ｐｒｅ—　

ｌｉｍｉｎａｒｙ　ｓｔｕｄｙ　Ｗａｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｏｎ　ａｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ａｒｔｅｒｉｅｓ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｈａｖｉｎｇ　ｂｅｓｔ　ＥＧＲ　ｒａｔｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．　

关键词：柴油机增压中冷废气再循环排放　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ，ＴＣＩ，ＥＧ　Ｒ，ｅｍｉｓｓｉｏｎ　

１前言　随着人们环保意识的不断加强，车辆的排放法　

内置和外置EGR

EGR可既降低汽缸内的燃烧温度，有效控制高温富氧条件下NOx的生成，大大降低发动机废气中NOx含量。EGR也可略微降低有效燃油消耗率。因此，EGR不会对发动机造成不良影响。废气再循环系统(Exhaust Gas Recirculation)简称EGR，是将柴油机产生的废气的一小部分再送回气缸。再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程，也就是说燃烧速度将会放慢从而导致燃烧室中的压力形成过程放慢，这就是氮氧化合物会减少的主要原因。另外，提高废气再循环率会使总的废气流量(mass flow) 减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。EGR系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况，从而使燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保证排放物中的污染成份最低。由于废气再循环量的改变会对不同的污染成份可能产生截然相反的影响，因此所谓的最佳状况往往是一种折衷的，使相关污染物总的排放达到最佳的方案。比方说，尽管提高废气再循环率对减少氮氧化物（NOx）的排放有积极的影响, 但同时这也会对颗粒物和其他污染成份的增加产生消极的影响。

内部EGR:就是通过改变凸轮轴的配配气相位来实现的，通过内部EGR可以使缸内残留一部分废气从而实现降低NOX的目的。实现内部EGR有多种方法，常用的有以下：（1）取消气门重叠角，也就是排气门在排气上之前关闭，进气门在排气上止点后打开，这样在压缩终了时就有一部分废气留在了气缸内排不出去，从而实现了内部EGR。这种方法只要对凸轮轴的凸轮型线重重新设计就可以了，比较容易实现。这种方法叫做废气残留法；（2）废气倒吸法，就是在原有的排气凸轮型线的基础上再设计出一个凸轮型线，使得在进气冲程时，排气门再次打开，从而从排气管中吸入一部分废气。这种方法要在原有的排气凸轮型线上再设计出一个型线，结构相对第一种也复杂；（3）同理第三种方法就是在原有的进气凸轮型线上再设计出一个凸轮型线，使得在排气冲程时进气门打开，将一部分废气排入进气道内，那么在进气冲程时废气就会进入气缸实现内部EGR。

第３４卷（２０１２）第５期　柴油机　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　

‘……　｛性能与排放；　ＬｊＨ…，…，　－‘Ｊ　

船用中速柴油机废气再循环技术研究　

张东明。平涛，胡必柱。林缨，张文正　

（七一一研究所，上海２０１１０８）　

摘要：废气再循环（ＥＧＲ）技术是船用中速柴油机应对ＩＭＯ　Ｔｉｅｒ　ＩＩＩ排放法规的重要技术措施。　

本文以船用中速单缸柴油机为研究对象，开展了牺牲某缸的ＥＧＲ系统中被牺牲气缸的工作过程、　

性能及排放特性的试验及仿真研究，研究结果可为船用中速柴油机克服进排气压力逆差关键技术　

的方案选择提供一定的技术依据。　

关键词：船用中速柴油机；ＥＧＲ系统；牺牲某缸；试验；仿真　

中图分类号：ＴＫ４２１　．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４３５７（２０１２）０５～００１１—０６　

ＥＧＲ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｍｅｄｉｕｍ－ｓｐｅｅｄ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｅｎｇｉｎｅ　

Ｚｈａｎｇ　Ｄｏｎｇｍｉｎｇ，Ｐｉｎｇ　Ｔａｏ，Ｈｕ　Ｂｉｚｈｕ，Ｌｉｎ　Ｙｉｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｗｅｎｚｈｅｎｇ　

（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１　１０８）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｘｈａｕｓｔ　ｇａｓ　ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ（ＥＧＲ）ｉｓ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｃｏｎｃｅｉｖａｂｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｆｕｌｆｉｌｌ　ｔｈｅ　ｃｏｍｉｎｇ　ＩＭＯ　

Ｔｉｅｒ　ＩＩＩ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｏｐｅｒａｔｅｄ　ｏｎ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｍｅｄｉｕｍ—ｓｐｅｅｄ　ｍａｒｉｎｅ　

ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｏｎｏｒ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｏｎ　ｗｏｒｋ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　

ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｔｈｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｕｐｐｏ￣ｆｏｒ　ｋｅｙ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｏｖｅｒｃｏ－