基于EGR技术路线的重型柴油机燃烧系统开发

摘要

近年来,世界机动车数量的快速增长给能源和环境带来越来越大的压力。特别是在环境方面,内燃机排出的废气是城市空气的主要污染源之一。为此,世界各国都制定了严格的排放法规来限制内燃机的排气污染,这也给内燃机技术不断提出新的挑战。废气再循环是降低柴油机排放的重要技术措施之一,本文以车用柴油机为研究对象,进行了基于EGR技术的燃烧系统开发及其对柴油机性能和排放影响的试验研究。
　　 本研究在一台电控高压共轨重型柴油机上进行。分别对采用文丘里管和节气门两种装置实现EGR的方案进行了试验研究,结果表明采用节气门在不同工况下都可得到足够的EGR率,且相对于文丘里管方案具有更好的经济性,从而确定了采用节气门实现EGR的研究方案。在此基础上对柴油机燃烧系统的优化包括对不同增压器、燃烧室和喷油器的对比试验研究。研究结果表明,涡轮流通截面较小的增压器有利于实现EGR,同时可保持较充足的进气量,经济性和排放较好；压缩比为17的燃烧室具有较好的性能和排放指标；喷孔直径和流量较小的喷油器有利于降低碳烟排放。
　　 在燃烧系统优化的基础上,进行了喷油正时、多次喷射和喷油压力等燃油喷射参数对柴油机性能及排放影响的研究。通过燃油喷射参数优化可以获得排放的进一步改善:优化主喷定时可以在一定程度上改善排放；提高喷油压力能明显降低碳烟,改善NOx和烟度的trade-off关系,同时有利于减少HC和CO排放；加入后喷能够有效降低碳烟排放,在高速大负荷工况后喷的作用更加明显。
　　 燃烧系统和燃油喷射参数优化后的排放测试结果表明,通过基于EGR的燃烧优化控制,在ESC测试循环NOx满足国四限值的情况下,能够保持较低的soot排放,经济性相对原机得到改善,这表明基于EGR排放控制技术路线,在使用WGT增压器和简单后处理装置(DOC或POC)条件下具有达到国四排放要求的潜力。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 柴油机主要有害排放物的生成机理及后处理技术

1.2.1 柴油机有害排放物的生成机理

1.2.2 柴油机排气后处理技术

1.3 柴油机增压技术

1.3.1 涡轮增压技术

1.3.2 柴油机增压中冷技术

1.3.3 二级增压系统和VNT

1.4 废气再循环技术

1.4.1 EGR降低柴油机NOx排放的机理

1.4.2 增压柴油机上EGR技术的实现方式

1.4.3 柴油机上几种常用的EGR系统

1.5 本课题的研究内容及意义

第二章 试验装置和研究方法

2.1 试验装置和设备

2.1.1 试验发动机参数及试验台架

2.1.2 电控标定系统

2.1.3 数据监测采集和燃烧分析系统

2.1.4 废气再循环试验装置及控制系统

2.2 试验研究方法

2.2.1 功率校正和进气流量分析

2.2.2 排气分析

2.2.3 试验工况的确定

第三章 基于EGR技术的柴油机燃烧系统优化

3.1 EGR系统方案优化

3.1.1 文丘里管与节气门对柴油机经济性的影响

3.1.2 文丘里管与节气门对柴油机进气的影响

3.1.3 文丘里管与节气门对柴油机排放的影响

3.2 增压器结构参数对采用EGR技术后发动机性能和排放的影响

3.2.1 增压器参数对经济性及进、排气的影响

3.2.2 增压器参数对排放的影响

3.2.3 柴油机与增压器的联合运行线

3.3 燃烧室压缩比对发动机性能和排放的影响

3.3.1 燃烧室压缩比对进气及经济性的影响

3.3.2 燃烧室压缩比对排放的影响

3.4 喷油器参数对柴油机性能的影响

3.4.1 喷油器对进气及经济性的影响

3.4.2 不同喷油器对排放性的影响

3.5 柴油机采用EGR技术前后的12工况排放对比

3.6 本章小结

第四章 喷油参数对采用EGR技术后柴油机性能的影响

4.1 喷油正时对发动机性能和排放的影响

4.1.1 喷油正时对性能的影响

4.1.2 喷油正时对排放的影响

4.2 后喷对柴油机性能和排放的影响

4.2.1 后喷对经济性的影响

4.2.2 后喷对排放的影响

4.3 燃油喷射压力对柴油机燃烧、性能和排放的影响

4.3.1 喷油压力对燃烧的影响

4.3.2 喷油压力对经济性的影响

4.3.3 喷油压力对排放的影响

4.4 喷油参数优化前后13工况点排放性对比

4.5 不同增压方式下的最终优化结果比较

4.5.1 进气量对比

4.5.2 排放对比

4.6 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢