鄒振宇, 劉 晶

(1.吉林建筑工程學(xué)院土木工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130021;2.吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130021;3.國(guó)家開發(fā)銀行吉林省分行,吉林長(zhǎng)春 130021)

0 引 言

節(jié)能、減排是當(dāng)今世界面臨的最大的問(wèn)題,柴油機(jī)的排放是影響這兩個(gè)問(wèn)題的最大因素之一。為了解決這個(gè)問(wèn)題,世界范圍內(nèi)對(duì)柴油機(jī)排放的研究越來(lái)越熱。要解決柴油機(jī)尾氣污染的問(wèn)題,根據(jù)大量的研究經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)是降低柴油機(jī)排放的一項(xiàng)最有利措施[1-2]。通過(guò)在進(jìn)氣管中引入CO2能有效增加比熱[3-4]。引入CO2可以通過(guò)引入部分排氣來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí),EGR稀釋了混合氣中O2,NOx的生成量被大大降低[5-7],但是EGR技術(shù)在降低柴油排放的同時(shí),也影響到了柴油機(jī)的燃燒特性。文中利用EGR技術(shù),通過(guò)試驗(yàn)的方法研究了EGR技術(shù)對(duì)柴油機(jī)燃燒特性的影響,并總結(jié)其影響規(guī)律。

1 EGR系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的結(jié)構(gòu)布置

1.1 樣機(jī)參數(shù)

研究樣機(jī)的基本參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 柴油機(jī)參數(shù)

1.2 EGR的結(jié)構(gòu)布置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

本試驗(yàn)的EGR系統(tǒng)采用廢氣從渦輪機(jī)前排氣管引出模式,廢氣與壓后進(jìn)氣混合進(jìn)入汽缸。此種EGR廢氣流動(dòng)路線設(shè)計(jì)與其它方式相比可以避免再循環(huán)廢氣污染壓氣機(jī)和中冷器,使壓氣機(jī)和中冷器不受排氣中的微粒、碳?xì)浠衔锖土虻挠绊?從而減少了可能會(huì)出現(xiàn)的淤塞與腐蝕問(wèn)題[8]。通常增壓直噴柴油機(jī)的排氣平均壓力小于進(jìn)氣平均壓力,要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的廢氣再循環(huán),必須采取措施克服壓力逆差,使足量的廢氣送入進(jìn)氣系統(tǒng)。克服壓力逆差通過(guò)調(diào)整增壓器參數(shù)以提高渦前壓力方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。由渦輪前排氣管向中冷后進(jìn)氣管加EGR廢氣,通過(guò)廢氣調(diào)節(jié)閥控制廢氣流量,并利用EGR冷卻器對(duì)廢氣進(jìn)行冷卻。

1.3 EGR試驗(yàn)注意事項(xiàng)

1)試驗(yàn)時(shí)需要嚴(yán)格控制試驗(yàn)邊界條件,比如對(duì)EGR系統(tǒng)影響較大的排氣背壓,中冷后溫度和壓力等試驗(yàn)參數(shù),時(shí)刻控制這些重要參數(shù)保持在合理的范圍之內(nèi)。

2)試驗(yàn)過(guò)程中要密切關(guān)注一些對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能有重要影響的試驗(yàn)參數(shù),如發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷是否運(yùn)行,發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷工況,排氣溫度和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速是否超標(biāo)等,這些都是EGR系統(tǒng)可能帶來(lái)的一些負(fù)面影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

發(fā)動(dòng)機(jī)B75轉(zhuǎn)速特性圖如圖1所示。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)B75轉(zhuǎn)速特性圖

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)A,B,C三種轉(zhuǎn)速來(lái)說(shuō),B轉(zhuǎn)速的特性介于A和C轉(zhuǎn)速之間,所以B轉(zhuǎn)速代表了發(fā)動(dòng)機(jī)的一般特性,完全可以B75點(diǎn)為例,研究EGR對(duì)柴油機(jī)燃燒特性的影響。從圖中可以發(fā)現(xiàn),EGR開度由小變大的過(guò)程中,空燃比是逐漸降低的,降低將近10%左右。而有效燃油消耗率也是具有微小增加的趨勢(shì)。這是因?yàn)?隨著EGR開度的逐漸擴(kuò)大,進(jìn)入到汽缸中的廢氣逐漸增多,而新鮮空氣會(huì)逐漸減少,所以造成空燃比降低。這會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性變差,使燃油燃燒不充分,惡化燃燒,從而,燃油消耗量會(huì)有一定程度的提高。導(dǎo)致的結(jié)果就是柴油機(jī)排放物中的NOx含量降低,而微粒的含量大大增加。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)各轉(zhuǎn)速的其它點(diǎn)來(lái)說(shuō),同樣會(huì)有這樣的情況。只是相對(duì)來(lái)說(shuō),C轉(zhuǎn)速的空燃比要比B轉(zhuǎn)速小,比A轉(zhuǎn)速更小,所以C轉(zhuǎn)速惡化燃燒的程度更大。排放物中微粒的含量更高,這都是燃燒不充分產(chǎn)生的結(jié)果。

發(fā)動(dòng)機(jī)B75轉(zhuǎn)速在不同曲軸轉(zhuǎn)角下缸壓對(duì)比如圖3所示。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)B75轉(zhuǎn)速在不同曲軸轉(zhuǎn)角下缸壓對(duì)比圖

從圖上可以發(fā)現(xiàn),隨著EGR開度增大,汽缸里的最高燃燒壓力有所降低,尤其是EGR開度變大后,壓力降的更低,這主要是由于EGR開度變大后,由于廢氣循環(huán)進(jìn)汽缸,使缸內(nèi)總的進(jìn)氣量受到影響,從而壓力降低。汽缸內(nèi)最高燃燒壓力降低不利于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒,使燃燒特性惡化。最高燃燒壓力降低也破壞了生成NOx所需要的高壓條件,在一定程度上抑制了NOx的生成。

發(fā)動(dòng)機(jī)B75轉(zhuǎn)速在不同曲軸轉(zhuǎn)角放熱率對(duì)比如圖4所示。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)B75轉(zhuǎn)速在不同曲軸轉(zhuǎn)角放熱率對(duì)比圖

從圖中可以看出,隨著EGR開度的不斷增加,發(fā)動(dòng)機(jī)的最大放熱率是逐漸降低的,隨著最大放熱率降低,開始著火的時(shí)刻有所提前,著火滯燃期相應(yīng)縮短。因此,初期放熱率的峰值有所降低,從這一點(diǎn)的意義上說(shuō),也將能使NOx生成量減少,也說(shuō)明了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒品質(zhì)變差,燃油消耗增加。通過(guò)以上分析可以知道,RGR技術(shù)對(duì)解決柴油機(jī)廢氣排放是有很大作用的,可以很大程度上控制NOx生成量,但同時(shí)也產(chǎn)生了負(fù)面效應(yīng),它會(huì)使碳煙的生成量逐漸變大,因?yàn)閺U氣再循環(huán)破壞了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性,使燃燒不充分,而且會(huì)使燃油消耗量一定幅度地得到增加。

3 結(jié) 語(yǔ)

1)EGR開度增加,發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比逐漸降低,有效燃油消耗略微升高。

2)EGR開度增加,發(fā)動(dòng)機(jī)最大燃燒壓力及放熱率降低。

3)EGR開度增加,發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性變差,燃油消耗量增加。

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