直噴汽油機廢氣再循環(huán)氛圍下燃燒與排放特性研究.pdf

1、小型強化直噴汽油機在節(jié)能減排方面具有巨大潛力，但同時存在著爆震和顆粒物排放的問題。爆震限制了壓縮比和增壓比的提高，從而限制了發(fā)動機性能和熱效率的進(jìn)一步提升。隨著人們對大氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注，顆粒物排放法規(guī)也日趨嚴(yán)格。
　　本文采用廢氣再循環(huán)（EGR）有效抑制了小型強化直噴汽油機的爆震傾向，且降低了顆粒物的數(shù)量和質(zhì)量排放。然而EGR會導(dǎo)致燃燒進(jìn)程過于緩慢，不利于燃燒效率的提高。從促進(jìn)廢氣氛圍下火焰?zhèn)鞑ニ俾实慕嵌瘸霭l(fā)，本文采用提高滾流比和

2、向汽油中摻混低比例乙醇、正丁醇等生物質(zhì)燃料的方法，既發(fā)揮了EGR的優(yōu)勢，又促進(jìn)了廢氣氛圍下的燃燒速率。
　　在一臺小型強化直噴汽油機上，采用低壓EGR系統(tǒng)和進(jìn)氣歧管可變滾流比機構(gòu)，研究了EGR結(jié)合可變滾流比對直噴汽油機部分負(fù)荷工況燃油經(jīng)濟(jì)性、燃燒和排放特性的影響和作用機理。試驗結(jié)果表明，在部分負(fù)荷工況下，引入EGR和提高滾流比對改善燃油經(jīng)濟(jì)性均有積極作用，兩者共同作用可降低燃油消耗率約13.1~19.5％。原因在于EGR降低了泵氣

3、損失，而高滾流比提升了燃燒效率。隨著EGR率的增加，火焰發(fā)展期（0-10% MFB）和快速燃燒期（10-90% MFB）均明顯延長，不利于燃燒效率的提高；提高滾流比后，火焰發(fā)展期和快速燃燒期均明顯縮短，在高EGR率（>20%）下的變化尤為顯著。提高滾流比有利于促進(jìn)廢氣稀釋氛圍下的火焰?zhèn)鞑ィ档腿紵h(huán)變動，使EGR率界限得到拓展。隨著EGR率的增加，NOx排放大幅降低；提高滾流比使燃燒溫度升高，NOx排放有所上升；兩者綜合仍可降低NOx

4、排放。提高EGR率和滾流比均使HC排放有所增加。隨著EGR率的增加，不完全燃燒成為部分負(fù)荷下影響CO排放的主要因素，導(dǎo)致CO排放有所增加；提高滾流比有利于降低CO排放。
　　在全負(fù)荷工況下，研究了EGR結(jié)合乙醇汽油、正丁醇汽油等混合燃料對直噴汽油機燃油經(jīng)濟(jì)性、燃燒、爆震和排放特性的影響。由于降低了燃燒溫度和壁面?zhèn)鳠釗p失，EGR在全負(fù)荷工況下同樣能起到改善燃油經(jīng)濟(jì)性的作用，在20%EGR率處有效燃油消耗率降低約4.9~6.1%。將各

5、混合燃料低熱值折算成汽油低熱值后，各燃料間的當(dāng)量汽油有效燃油消耗率差別較?。ā?.9%）。燃料蒸發(fā)所帶來的缸內(nèi)充量的冷卻效應(yīng)（LH/LHV）由強到弱依次排列為：E20> E10>n-B20>n-B10>汽油。EGR及燃料蒸發(fā)均可造成燃燒溫度的明顯降低，且前者的影響更大一些。隨著EGR率和燃料LH/LHV值的增加，火焰發(fā)展期均延長，同樣是前者的影響更大?？焖偃紵谂c燃料的層流燃燒速率存在較強的關(guān)聯(lián)，即層流燃燒速率越高，快速燃燒期越短。隨著

6、EGR率從0%增加到20%，火焰?zhèn)鞑ニ俾式档?，混合燃料的快速燃燒期延長約25.5~38.9%，汽油的快速燃燒期延長約64.1%。混合燃料的快速燃燒期比汽油的增幅小，即醇類的添加縮短了快速燃燒期，原因在于混合燃料具有較高的層流燃燒速率。這表明乙醇或正丁醇的添加促進(jìn)了廢氣氛圍下的火焰?zhèn)鞑ァＲ虼?，EGR造成的燃燒過緩的問題可通過摻混乙醇或正丁醇來解決。隨著EGR率的增加，最大燃燒壓力的相位分布變得分散，燃燒穩(wěn)定性變差；隨著含醇量的增加，最大燃

7、燒壓力的相位分布重新變得集中，燃燒穩(wěn)定性得到改善。相同含醇量下，乙醇汽油混合燃料的層流燃燒速率高于正丁醇汽油混合燃料，所以乙醇汽油混合燃料的燃燒穩(wěn)定性更高。由燃料辛烷值和LH/LHV值的共同作用，乙醇汽油混合燃料的抗爆性最強，汽油的居中，正丁醇汽油混合燃料的最弱。引入EGR可明顯降低爆震傾向?？赏ㄟ^引入EGR的方式降低正丁醇汽油混合燃料的爆震傾向。在全負(fù)荷工況，引入EGR和摻混乙醇、正丁醇均可降低直噴汽油機的顆粒數(shù)量排放。隨著EGR率的