双路EGR耦合两次喷射实现超低排放的DMCC发动机试验研究

摘要

内燃机行业正面临能源安全、环境污染等诸多严峻挑战，应用可再生能源，开发可靠、高效和清洁的燃烧模式是内燃机工作者研究的重点。柴油/甲醇组合燃烧技术（DMCC）是应对内燃机行业诸多挑战最具应用前景的技术之一，该技术在应用可再生能源甲醇的同时，实现清洁燃烧，具有极低原机排放。前期工作表明，经简单后处理装置就可实现国V排放法规，这无疑使得该技术具有十分广阔的应用前景。为了实现无尿素满足国VI排放法规的目标，本研究展开了如下试验工作：基于WHSC稳态测试循环，对一台增压中冷高压共轨柴油机改造成运行DMDF燃烧模式双燃料发动机，利用废气再循环（EGR）对抑制氮氧化物（NOx）生成的作用，采用高、低压双路EGR相结合的模式，探究EGR率对不同负荷燃烧性能的影响。同时，充分利用高压共轨的特点，结合双路EGR模式展开了预主喷两次喷射策略研究，通过不同的喷射规律弥补高EGR率下可能带来的热效率低、未燃碳氢排放高等不足。本研究主要结论如下：　　（1）DMDF技术应用双路EGR能够实现无尿素辅助的超低排放。当双路EGR模式应用到柴油甲醇双燃料燃烧方式中，打破了PM和NOx之间的tread-off关系，能够同时满足中、小负荷NOx和PM排放法规限值要求。随着EGR率的增加，NOx比排放降低到0.4g/kWh时，PM比排放整体处于0.001g/kWh极低排放水平附近，并始终保持在0.01g/kWh以内。在高压EGR优先（HP_LP）模式下，小负荷工况EGR率需求高于中等负荷，小负荷工况需要43%EGR率使NOx比排放满足法规要求，而中等负荷工况EGR率则为40%；若采用低压EGR优先（LP_HP）模式则相反，中等负荷EGR率需求高于小负荷，小负荷EGR需求为37%，而中等负荷EGR率需求为45%。此外，HP_LP模式在中等负荷的有效热效率和燃烧效率更高，LP_HP模式在中、小负荷的有效热效率和燃烧效率水平相差较小。当过度增加EGR率时，小负荷在HP_LP模式和中等负荷在LP_HP模式出现PM小幅增加现象。　　（2）DMDF技术应用双路EGR模式时需要结合采用两次喷射策略。柴油甲醇双燃料燃烧采用双路EGR模式时应根据负荷不同确定预喷策略，以便在提高有效热效率、燃烧效率的同时，减少CO和THC排放。在小负荷时，应选择低预喷比例小预喷间隔角的预喷策略；中等负荷工况，应选择高预喷比例小预喷间隔角的预喷策略，而大负荷应选择高预喷比例大预喷间隔角的预喷策略。　　（3）运用双路EGR模式时的预喷比例对NOx及PM排放水平的影响大于预喷时刻。预喷比例的增加，中、小负荷PM比排放变动较小，始终低于0.01g/kWh排放水平；然而大负荷时预喷比例的增加会使PM比排放升高，超过0.04amp;nbsp;g/kWh限值；中、大负荷NOx比排放在低预喷比例时（30%），能够保持稳定且满足法规限值，在预喷比例大于30%时，大负荷NOx排放呈上升趋势，并超出法规限值，中等负荷NOx排放变化较小。预喷时刻的提前，NOx和PM排放整体呈小幅降低趋势，其中，PM比排放在不同负荷均低于0.01g/kWh，NOx比排放在中、大负荷始终低于0.4g/kWh排放水平，小负荷因EGR率受限仅为32%，NOx比排放高于0.4g/kWh。

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