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(guān)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(shù)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(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。若能在起動過程中將這些活性組分以EGR的方式重新引入氣缸內(nèi),對缸內(nèi)燃燒過程將有顯著的促進作用。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,目前尚鮮有報道。為此,本文采用試驗與仿真相結(jié)合的方法,研究分析了內(nèi)、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(chǔ)上,基于工控PC和多線程編程技術(shù),設(shè)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(nèi)、外部EGR對柴油機起動過程燃燒排放性能的影響。結(jié)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(nèi)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(yīng),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(nèi)、外部EGR試驗工況的平均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(nèi)部EGR工況中,由于內(nèi)部EGR的熱效應(yīng)相對顯著,NOx排放將隨內(nèi)部EGR量的增大而出現(xiàn)較大幅度的增長。
　　 根據(jù)外部EGR工況的試驗結(jié)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(yīng)延遲階段應(yīng)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(yīng)維持在37％左右。
　　 在試驗的基礎(chǔ)上,采用CFD和單區(qū)詳細化學(xué)動力學(xué)分析相結(jié)合的方法,進一步研究分析了EGR中燃油蒸汽和低溫反應(yīng)產(chǎn)物二者對缸內(nèi)燃燒的影響作用。計算結(jié)果表明,由于低溫反應(yīng)產(chǎn)物中的活性分子對缸內(nèi)混合氣鏈反應(yīng)開始階段的反應(yīng)速率有顯著的