柴油发动机废气再循环控制策略优化研究

针对柴油发动机在瞬态工况下废气再循环(EGR)控制响应慢和稳定性差问题,在对进气量控制的基础上,提出一种基于最小二乘向量机(LSSVM)的EGR目标开度预测模型。通过改进的平衡优化器算法(EO)来调整LSSVM的正则化参数和带宽,提高了模型预测性能,并分别建立了基于PLEO-LSSVM的EGR目标开度控制模型和基于PLEO-LSSVM的EGR双闭环控制模型。为验证提出的模型在瞬态工况下的性能,通过Simulink对提出的模型在定转速变扭矩和定扭矩变转速2种瞬态工况下进行模拟仿真与实验分析。仿真结果表明:提出的EGR目标开度控制模型和双闭环控制模型在瞬态工况下响应速度和稳定性上有更好的表现。其中,在定转速变扭矩和定扭矩变转速工况下,与传统的组合控制相比,提出的EGR目标开度控制模型响应速度分别快0.85%和3.64%,振幅分别小34.9%和12.1%。与现有的EGR双闭环控制相比,PLEO-LSSVM双闭环控制在定转速变扭矩工况下1.6~2.3 s时间内,响应速度快5.26%,振幅小31.7%,在4.5~5.5 s时间内,响应速度快5.5%,振幅小40.81%。在定扭矩变转速工况下6.7~7.3 s时间内,PLEO-LSSVM双闭环控制响应速度快2.17%,振幅小57.9%,在11.85~12.2 s时间内,响应速度快7.14%,振幅小60.9%。

适用于天然气发动机高EGR率的引射器仿真研究

针对发动机抑制爆震的难题,提出采用无功耗的引射器实现天然气发动机高废气再循环(EGR)率的技术方案.首先,完成设计工况下的引射器结构参数设计计算;然后,建立引射器仿真模型,并根据实验数据开展引射器计算模型的校核与验证;其次,对引射器引射性能随结构参数的改变进行分析,获取各结构参数对引射性能的影响规律;最后,提出了一种新的结构参数敏感性评价指标,研究了结构参数对引射性能的影响程度.研究结果表明:随着混合段长度和扩压段长度的增加,引射系数(μ)会随之增大;混合段直径(d_(3))、扩压段角度(θ_(s))和喷嘴出口至混合段距离(L_(NXP))的增加会导致μ先增加后减小,μ的最大值分别出现在d_(3)=46.1 mm、θ_(s)=4°和L_(NXP)=57.33 mm处;对μ影响最大的结构参数为d_(3),对应的敏感性指标为0.88,而L_(NXP)对μ的影响程度最小,敏感性指标为0.05.

天然气掺氢配合废气再循环发动机的性能及排放研究

在一台火花点火天然气发动机上开展了不同掺氢比φ(H2)和废气再循环率下发动机性能和排放的实验研究.研究结果表明:引入废气再循环(EGR)会使发动机功率降低,但掺氢可以提高大值工况下的发动机功率.有效燃油消耗率随的增大呈现先减小后增大的趋势,在为5%时达到最低,有效燃油消耗率随φ(H2)的增大而降低.天然气掺氢后NOx排放增加,引入EGR使NOx排放得到降低,此降低效果在大掺氢比情况下更为显著.在较大时,天然气掺氢具有较好的效果.HC和CO排放随的增大而增加,随φ(H2)的增大而降低.当为10%、φ(H2)为20%时,发动机可获得较好的综合性能.

天然气掺氢配合废气再循环发动机燃烧过程的数值模拟

基于AVL厂FIRE软件，数值模拟了掺氢比为20％、不同当量比（0．9～1．4）、不同废气再循环率（0～0．25，指废气的质量分数）的情况下，天然气掺氢发动机缸内压力、温度、氮氧化合物随曲轴转角的变化规律及其三维空间分布．缸内压力的计算值与实测值达到很好的吻合，表明模拟计算能进行天然气掺氢发动机的燃烧分析．计算结果表明：当天然气掺氢发动机使用废气再循环（EGR）后，缸内温度、压力、放热量和NO质量分数都降低，NO出现的时刻推迟．废气再循环率大于159／6时，NO质量分数降低的速度已不明显．使用EGR是降低NO排放最直接和最有效的手段．在过量空气系数1．1处，NO生成量最高．稀薄燃烧也是天然气掺氢发动机实现低NO排放的重要手段．

废气再循环对天然气发动机性能影响研究

利用1台增压中冷天然气发动机，在2840r／min，75％和50％负荷、过量空气系数屯为1．1～1．3稀混合气条件下研究了EGR对天然气发动机性能影响。结果表明：不同负荷和Фa下，随着EGR增加，NOx排放迅速降低，与单纯采用空气稀释相比，稀混合气加EGR联合稀释的方式更具降低NOx排放的潜力，75％负荷、Фa=1．3发动机达到稳定运行界限时（循环变动系数为10％）NOx排放降低到0．3g／（kW·h），而单纯采用空气稀释时只能降低到1．92g／（kW·h）；当EGR率小于10％时，随着EGR增加，HC和CO排放缓慢增加，有效热效率缓慢下降，当EGR率超过10％后，HC，CO排放增加和有效热效率下降的速度都加快。小负荷时产生的NOx排放较少，且达到相同NOx排放目标值时所需的EGR量也较少，但是会产生较高的HC和CO排放及较低的热效率。

进气管结构对天然气发动机废气再循环率均匀性的影响

针对某国Ⅵ天然气发动机各缸燃烧一致性差异过大的问题,利用计算流体力学(CFD)软件STAR-CCM+对该发动机的进气管路开展废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率均匀性分析,发现第1缸~第3缸的EGR率高于第4缸~第6缸,1200 r/min全负荷工况EGR率相对偏差为-29.9%~34.2%。分析表明,EGR的引出方式为第1缸~第3缸单侧取气,导致EGR进气入口存在较大波动,是造成各缸EGR率分配不均的主要原因。从降低管路内EGR废气波动的角度提出了两种进气管路优化方案,使EGR废气在进入稳压腔之前得到了充分混合,各缸EGR率均匀性得到明显提高,EGR率相对偏差在±5%以内。

废气再循环与过量空气系数联合的NO_x控制策略在天然气发动机上的应用

在一台改造的增压中冷天然气发动机上研究了废气再循环(EGR)和过量空气系数(a)对天然气发动机性能的影响。结果表明稀混合气加EGR的方法在达到相同NOx排放控制目标值时能够产生比采用纯空气稀释时更高的热效率。因而提出了EGR和a联合的NOx排放控制策略。试验确定了2800r/min、75%和50%负荷下由EGR和a表示的NOx排放控制区,该区域内在没有催化后处理器的条件下可以将NOx降低到1g/(kW·h)以下,同时可以兼顾发动机燃料经济性。

废气再循环率及点火时刻对天然气发动机燃烧和排温的影响

基于一台当量比燃烧的天然气发动机,采用三维燃烧分析与发动机一维热力学计算相结合的方式开展了废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率及点火时刻对缸内燃烧过程和发动机排温的影响研究。研究结果表明:随着EGR率的增加,燃烧相位后移,燃烧持续期延长,放热率峰值减小,最大压升率、缸内最高燃烧压力和最高平均燃烧温度均降低,再循环废气的稀释作用和热容效应能够抑制混合气的燃烧。随着点火时刻的提前,燃烧重心(CA50)前移,燃烧持续期缩短,最大压升率、缸内压力和放热率峰值均增大。排温随EGR率的增大和点火时刻的提前而降低。保持空气和燃气进气量不变,EGR率增大至23%,点火时刻提前至-18°能够将原机标定功率提升7.4 kW,有效燃料消耗率降低4 g/(kW·h)。当空气和燃气进气量增加11.6%,EGR率大于19%,点火时刻早于-10.5°时,可将原机标定功率提升36 kW并且将排温控制在760℃以内。

掺氢比和废气再循环率对天然气发动机性能的影响

为了研究部分节气门开度下掺氢比和废气再循环(EGR)率对天然气发动机性能的影响,在一台6缸火花点火天然气发动机上进行了不同掺氢比和EGR率下的性能和排放特性试验。试验时,发动机转速恒定为1000 r/min,节气门开度为50%,过量空气系数φa=1。研究结果表明:最佳点火提前角随着EGR率的增大而提前,随着掺氢比的增加而推迟。平均有效压力(BMEP)随着EGR率的增大而降低,随着掺氢比的增加呈现先减小后稳定的趋势。NO X排放量随EGR率和掺氢比的变化趋势与HC排放量的变化趋势相反。CO排放量随EGR率增大变化不大,随掺氢比的增加而降低。发动机在此工况下的最佳掺氢比为40%,最佳EGR率为15.8%。

基于高低压EGR技术实现高效天然气发动机燃烧

针对某国Ⅵ天然气发动机开展了提升进气混合均匀性和发动机经济性的试验,分析了进气系统结构优化(包含加装扰流器)对进气混合均匀性的影响;同时研究了高低压废气再循环(EGR)技术(即EGR从涡轮机前取气而从压气机前引入)对发动机燃烧和性能的影响规律以及探索了其实现高效燃烧的潜力.结果表明:对进气系统结构的优化能显著改善混合气的混合均匀性,减少各缸燃烧差异从而改善发动机经济性.高低压EGR技术的应用能显著减小EGR引入对高涡前压力依赖的需求,相比高压EGR方案可匹配更大涡端增压器同时满足对大比例EGR率的需求,从而显著降低泵气损失;并且高低压EGR技术降低了进气歧管温度来提高充量系数;此外,采用高低压EGR技术延长了混合气的混合时间尺度,进一步提高混合均匀性.最终,更加高效的燃烧和较低的泵气损失使发动机有效热效率(BTE)从原机水平39.12%提升至40.63%,改善幅度达3.9%.

当量天然气发动机各缸燃烧一致性的试验研究

为研究废气再循环气体(exhaust gas recirculation,EGR)和进气方式对当量燃烧的天然气发动机燃烧特征的影响,通过发动机台架测试分别探究了EGR气体和EGR所含水汽以及5、6缸位置进气(右侧进气)与3、4缸位置进气(中间进气)对当量燃烧天然气发动机各缸燃烧一致性的影响规律。试验结果表明:在右侧进气方式下,EGR气体的引入是影响当量天然气发动机各缸燃烧一致性的重要因素,特别是EGR气体中的水汽在各缸的分配。EGR气体除水汽后,各缸最大缸压偏差值由原来的9.5%降低为4.1%,当不引入EGR气体时,各缸最大缸压偏差值降低为2.3%。基于右侧进气方式在引入EGR气体后存在的问题,采用新设计的中间进气方式有效改善了各缸EGR气体的分配,从而显著提高了各缸燃烧一致性,各缸最大缸压偏差值由原右侧进气方式的9.5%降低为2.0%,有效解决了右侧进气在引入EGR时带来的各缸燃烧不一致性问题。

商用纯甲醇发动机的非常规排放特性研究

甲醇作为一种清洁、来源广泛的碳中性燃料,可有效助力我国“双碳”战略目标的实现.本文在一台由天然气机改造而来的进气道喷射火花点燃式纯甲醇商用发动机上研究了负荷、转速、废气再循环(EGR)率及喷油策略对非常规甲醇甲醛排放的影响.对不同工况下所采尾气由GC-2010气相色谱仪直接进行检测.检测过程组合使用非放射性脉冲放电氦离子化检测器(PDHID)和氢火焰离子化检测器(FID),并使用Gs-OxyPLOT强极性毛细柱,提高了出检速度和准确率.结果表明:发动机非常规排放物主要为甲醇和甲醛,其排放量最高分别可达5000×10^(-6)和1000×10^(-6),二者占污染物总量的97%.喷射策略会直接影响甲醇/空气混合气的形成质量,进一步影响到缸内的燃烧质量,进而对非常规排放造成影响,最佳喷射时刻(360°CA)对应的热效率(BTE)比最低热效率提升了约5%,而对应的甲醇和甲醛排放可降低为原来的50%.此外,将甲醇直接向进气阀背面喷射可提升雾化质量,从而使排放降低.此外甲醛来源于未燃甲醇的后氧化过程,发动机转速、负荷以及EGR率本质上通过影响缸内及排气管中的温度以及尾气的停留时间来影响未燃甲醇和甲醛的排放.随着排气温度的升高,未燃甲醇排放降低,而甲醛排放先增加后降低.

EGR技术对生物柴油混合燃料发动机性能的影响研究

为缓解柴油掺烧生物柴油导致的NO_(x)排放过高问题,将4190ZLC船用中速柴油机作为试验台架,通过AVL_FIRE软件建立燃烧室模型,并验证该模型准确性。设置生物柴油掺混比0~40%等4组变量,EGR率0~12.5%等4组变量,进行柴油机燃烧、性能和排放分析。结果表明,掺烧适量生物柴油能够降低柴油机缸内温度,降低Soot排放,但同时会导致NO_(x)排放明显升高;EGR的引入能够实现低温燃烧,显著降低NO_(x)排放,但EGR率过高会增加Soot排放。生物柴油掺混比B40、EGR率12.5%组合NO排放比原机降低47.7%,Soot排放质量分数比原机降低98.13%。本文结果将为柴油掺混生物柴油燃烧并结合EGR技术提供一定的研究方向。

废气再循环对增压二甲醚发动机性能和排放影响的试验研究

以一台增压二甲醚发动机为研究对象,研究废气再循环(EGR)对二甲醚发动机性能和排放的影响。试验结果表明,EGR率增大,进气量减少。低负荷下,适当的EGR量会使发动机的油耗率降低。在中高负荷下,EGR的加入会导致油耗率增大,经济性恶化。随着EGR率的增加,发动机NOx排放大幅度下降,高负荷时下降幅度更大。EGR率增大,HC排放上升。EGR率在一定范围内时,EGR率对CO排放影响不大,但当EGR率超过一定范围时,EGR率增加会引起CO排放急剧加大。EGR率对二甲醚发动机的碳烟排放影响不大,碳烟排放测试值保持为零。在二甲醚发动机上采用废气再循环,没有碳烟增大的压力,确定各工况下的最佳EGR率时,只需在NOx排放和燃油经济性以及CO之间进行折中。低负荷时可以采用大的EGR率,高负荷时EGR率不宜过大。

基于废气再循环的乙醇-生物柴油发动机性能试验研究

通过在单缸柴油发电机上燃用5种混合比的乙醇-生物柴油燃料,并采用了16%和28%两种废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)率,对比分析了乙醇-生物柴油混合燃料的经济性,NOx,HC,CO的排放特性和光吸收系数,及EGR对以上性能参数的影响,结果发现:燃用E30B70时,燃烧状况不佳,NOx排放量较低,但HC,CO排放和尾气的光吸收系数较高;随乙醇比例增加,体积油耗增加;在10%的乙醇混合比附近能获得较高的热效率;20%的乙醇混合比,采用EGR可以降低油耗;乙醇混合比为20%以下时,混合燃料的NOx排放量相差较小;采用EGR后,NOx排放量明显降低,且降低量随EGR率增大而增大;各混合比燃料的HC和CO的排放量均随乙醇混合比的增大而增大;随EGR率增大,CO排放量增大。光吸收系数在1/3负荷左右时有极大值,在2/3负荷左右时有最小值;在不同的负荷范围内存在某一混合比的燃料有较优的烟度排放,不同混合比燃料有各自较优的EGR率以获得较低的油耗和HC排放。

应用推迟点火、废气再循环及过稀混合气降低稀燃甲醇发动机NO_x排放

为降低稀燃时NO_x排放及改善燃油消耗率-NO_x排放"(be-NO_x)"折中关系,以一台基于柴油机改制的进气道喷射点燃式甲醇发动机为试验对象,在1400r/min、4.52kg/h甲醇消耗量工况条件,以及1.5过量空气系数和21°CA BTDC点火提前角的基础上,研究了推迟点火、废气再循环(EGR)及过稀混合气3种策略对稀燃甲醇发动机燃烧和NO_x排放的影响。结果表明:3种策略均能在机内有效净化NO_x排放,实现接近零排放的效果。在相同NO_x排放水平下,与过稀混合气策略相比,EGR策略的燃烧滞后和延长程度有所减弱,循环变动降低,而推迟点火策略的燃烧更为滞后,但燃烧持续期和循环变动减小。对比而言,EGR策略能获得更佳的"be-NO_x"折中关系;推迟点火策略的"be-NO_x"折中性能虽较EGR策略有所降低,但排气温度有所升高,有利于提高样机在低负荷时后处理器的转化效率,从减小排放角度具有一定应用潜力。

深度废气再循环对二甲醚发动机性能及排放的影响

在一台两缸二甲醚发动机上开展了不同废气再循环(EGR)率下发动机的性能和排放特性研究,测量了不同工况下发动机的油耗,HC、CO和NOx的排放.研究表明:二甲醚发动机可承受的最大EGR率接近60%,但在高负荷时,过大的EGR率会导致发动机燃油消耗率显著升高;EGR率对发动机的NOx排放量影响很大,随着EGR率的增加,发动机的NOx排放量大幅度下降,高负荷时下降幅度更大;EGR率增大,HC和CO排放增加,高负荷时增加的幅度更大,特别是当EGR率超过一定范围时,EGR率的增大会引起HC和CO排放的急剧增加;低负荷时,最佳EGR率应保持在30%左右,而高负荷时,应采用较小的EGR率.

废气再循环对增压二甲醚发动机排放与性能的影响

以增压中冷二甲醚发动机为对象,研究废气再循环(EGR)对发动机动力性、经济性和排放特性的影响。试验结果表明:在宽广的负荷范围内采用EGR可大幅度降低二甲醚发动机的排放;发动机EGR率为4.8%～7.5%时,ESC循环试验中的CO、HC和NOx排放均可满足国-Ⅳ排放标准的限值;采用5.5%～8.7%EGR率后,发动机动力性能稍有下降,但下降的幅度较小,发动机在低转速下动力性能受EGR的影响大于在中、高转速时受到的影响;EGR率为5.5%～8.7%时,发动机中、低负荷下的燃料消耗率基本不变,高负荷工况下燃料消耗率升高1.0%～3.8%。

不同进气氛围耦合废气再循环对双燃料发动机工作过程的影响

基于正庚烷、甲烷、乙烷、丙烷多组分混合物简化动力学机理耦合三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模型,模拟研究高替代率时不同进气氛围(H_(2)、O_(2)组分)耦合废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对天然气/柴油双燃料发动机低负荷工作过程的影响机理。研究表明:在不同EGR率下,进气掺氢会使缸内燃烧速率显著加快,OH活性基浓度明显升高,CH_(4)排放显著降低,但CO排放升高;进气掺氧后,缸压及瞬时放热率峰值、最大压力升高率、最高燃烧温度及OH活性基浓度均升高,碳烟、CO和CH_(4)后期氧化作用增强使其最终排放降低,但NO_(x)排放升高。在EGR率小于29%,掺氢比小于2.5%时,在实现较低CO、碳烟排放的同时能显著降低CH_(4)排放和NO_(2)/NO_(x)比例;高EGR率时,进气掺氧能降低CO、碳烟排放,并改善CH_(4)与NO_(x)排放之间的折中关系。

优化带废气再循环的发动机调整参数控制NO_x和HC排放的试验研究

引言 根据中国汽车技术研究中心于1990年5月对国产汽车排放现状的普测结果,CA6102汽油机CO排放性能较好,但HC和NO_x排放严重超标,因此净化NO_x和HC是改善CA6102发动机排放性能的当务之急。