鄒振宇, 劉 晶

(1.吉林建筑工程學(xué)院土木工程學(xué)院,吉林長春 130021;2.吉林大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院,吉林長春 130021;3.國家開發(fā)銀行吉林省分行,吉林長春 130021)

0 引 言

節(jié)能、減排是當(dāng)今世界面臨的最大的問題,柴油機的排放是影響這兩個問題的最大因素之一。為了解決這個問題,世界范圍內(nèi)對柴油機排放的研究越來越熱。要解決柴油機尾氣污染的問題,根據(jù)大量的研究經(jīng)驗來看,廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)是降低柴油機排放的一項最有利措施[1-2]。通過在進(jìn)氣管中引入CO2能有效增加比熱[3-4]。引入CO2可以通過引入部分排氣來實現(xiàn)。同時,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,也影響到了柴油機的燃燒特性。文中利用EGR技術(shù),通過試驗的方法研究了EGR技術(shù)對柴油機燃燒特性的影響,并總結(jié)其影響規(guī)律。

1 EGR系統(tǒng)在發(fā)動機上的結(jié)構(gòu)布置

1.1 樣機參數(shù)

研究樣機的基本參數(shù)見表1。

表1 柴油機參數(shù)

1.2 EGR的結(jié)構(gòu)布置

實驗裝置如圖1所示。

圖1 實驗裝置示意圖

本試驗的EGR系統(tǒng)采用廢氣從渦輪機前排氣管引出模式,廢氣與壓后進(jìn)氣混合進(jìn)入汽缸。此種EGR廢氣流動路線設(shè)計與其它方式相比可以避免再循環(huán)廢氣污染壓氣機和中冷器,使壓氣機和中冷器不受排氣中的微粒、碳?xì)浠衔锖土虻挠绊?從而減少了可能會出現(xiàn)的淤塞與腐蝕問題[8]。通常增壓直噴柴油機的排氣平均壓力小于進(jìn)氣平均壓力,要實現(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)?？朔毫δ娌钔ㄟ^調(diào)整增壓器參數(shù)以提高渦前壓力方法來實現(xiàn)。由渦輪前排氣管向中冷后進(jìn)氣管加EGR廢氣,通過廢氣調(diào)節(jié)閥控制廢氣流量,并利用EGR冷卻器對廢氣進(jìn)行冷卻。

1.3 EGR試驗注意事項

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

2)試驗過程中要密切關(guān)注一些對發(fā)動機性能有重要影響的試驗參數(shù),如發(fā)動機的熱負(fù)荷是否運行,發(fā)動機長時間運行在高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷工況,排氣溫度和壓氣機轉(zhuǎn)速是否超標(biāo)等,這些都是EGR系統(tǒng)可能帶來的一些負(fù)面影響。

2 試驗結(jié)果及分析

發(fā)動機B75轉(zhuǎn)速特性圖如圖1所示。

圖2 發(fā)動機B75轉(zhuǎn)速特性圖

對于發(fā)動機A,B,C三種轉(zhuǎn)速來說,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)動機的一般特性,完全可以B75點為例,研究EGR對柴油機燃燒特性的影響。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。這是因為,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,而新鮮空氣會逐漸減少,所以造成空燃比降低。這會使發(fā)動機的燃燒特性變差,使燃油燃燒不充分,惡化燃燒,從而,燃油消耗量會有一定程度的提高。導(dǎo)致的結(jié)果就是柴油機排放物中的NOx含量降低,而微粒的含量大大增加。對于發(fā)動機各轉(zhuǎn)速的其它點來說,同樣會有這樣的情況。只是相對來說,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)動機B75轉(zhuǎn)速在不同曲軸轉(zhuǎn)角下缸壓對比如圖3所示。

圖3 發(fā)動機B75轉(zhuǎn)速在不同曲軸轉(zhuǎn)角下缸壓對比圖

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)動機燃燒,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)動機B75轉(zhuǎn)速在不同曲軸轉(zhuǎn)角放熱率對比如圖4所示。

圖4 發(fā)動機B75轉(zhuǎn)速在不同曲軸轉(zhuǎn)角放熱率對比圖

從圖中可以看出,隨著EGR開度的不斷增加,發(fā)動機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,從這一點的意義上說,也將能使NOx生成量減少,也說明了發(fā)動機燃燒品質(zhì)變差,燃油消耗增加。通過以上分析可以知道,RGR技術(shù)對解決柴油機廢氣排放是有很大作用的,可以很大程度上控制NOx生成量,但同時也產(chǎn)生了負(fù)面效應(yīng),它會使碳煙的生成量逐漸變大,因為廢氣再循環(huán)破壞了發(fā)動機的燃燒特性,使燃燒不充分,而且會使燃油消耗量一定幅度地得到增加。

3 結(jié) 語

1)EGR開度增加,發(fā)動機空燃比逐漸降低,有效燃油消耗略微升高。

2)EGR開度增加,發(fā)動機最大燃燒壓力及放熱率降低。

3)EGR開度增加,發(fā)動機的燃燒特性變差,燃油消耗量增加。

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