楊凱，趙汶彬，丁曉倩，祁東輝

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EGR和噴射參數(shù)對CRDI生物柴油發(fā)動機燃燒特性的影響

楊凱，趙汶彬，丁曉倩，祁東輝

（長安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

研究試圖對噴油壓力、噴射時間和廢氣再循環(huán)(EGR)比對燃燒特性、粒度分布和排氣的影響進行比較研究。在共軌直接噴射(CRDI)柴油發(fā)動機中使用的廢棄食用油(WCO)產(chǎn)生的生物柴油排放量。結(jié)果表明，噴射時間對缸內(nèi)壓力和放熱率有明顯的影響，這倆隨著噴射時間的延遲而降低，但在不同的噴射時間下噴射壓力對不同的參數(shù)則影響不大。在不同工況下，氣缸內(nèi)壓力峰值和放熱率與EGR率的變化趨勢基本相似，20% EGR率時得到最高值。

廢食用油生物柴油；共軌直噴發(fā)動機；燃燒特性

1 概述

儲存和處置來自餐館和家庭的廢物烹調(diào)油 (WCO) 的既麻煩又費錢。大部分的WCO，涌入城市的下水道系統(tǒng)，造成河流、湖泊、海洋和地下水的污染，這對環(huán)境和人類健康非常有害。研究結(jié)果表明，WCO可以通過與甲醇或乙醇酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化為對環(huán)境友好的生物柴油燃料。原料油價格是影響生物柴油生產(chǎn)經(jīng)濟可行性的重要因素之一。利用WCO生物柴油可為滿足工業(yè)能源需求提供可觀的經(jīng)濟效益，因為其較低的原材料成本足以彌補較高的初始投資。一般而言，大多數(shù)被查閱的文獻表明，當WCO生物柴油被用作部分或全部柴油替代品時，減少的排放有烴(HC)、一氧化碳 (CO)、微粒物質(zhì)(PM)，增加的有氮氧化物(NOx)和碳氧化物(CO2)排放量。此外，還進行了一些試驗,以改善用生物柴油燃料發(fā)動機的性能。

2 實驗設(shè)備和方法

2.1 測試引擎

測試引擎是單缸共軌直噴式壓縮著火發(fā)動機，缸徑100 mm，行程125 mm，排量0.98升，壓縮比為17.4。它是由6缸重型柴油發(fā)動機改裝而成的，發(fā)動機的第一缸被用于測試。其他五氣缸沒有燃料噴射和閥門運動而失效。

2.2 發(fā)動機儀表

發(fā)動機轉(zhuǎn)速由直流測功機控制。八孔直徑0.131毫米，博世DL06Tier4中期CRIN3電磁式噴射器采用380 ml/30s在100 bar和噴霧角150的水力流量。噴射壓力控制器保持共軌的燃料壓力。在凸輪軸上安裝有曲柄角傳感器的噴油器驅(qū)動， 用于控制噴射時間和噴射質(zhì)量。發(fā)動機 EGR 閥由步進電機驅(qū)動，允許操作者設(shè)定相同的EGR率。缸內(nèi)壓力記錄在每0.2曲軸角度 (CAD)由一個壓電壓力傳感器(基斯特勒，6052C)耦合與電荷放大器(基斯特勒，5011)。對100發(fā)動機循環(huán)的缸內(nèi)壓力進行了平均計算。

3 結(jié)果與分析

3.1 燃燒特性

圖中顯示了噴射時間、噴射壓力和EGR率對缸內(nèi)壓力的影響。從圖中可以看出，隨著噴射時間的向后移動，缸內(nèi)壓力峰值減小，相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角也會減小。缸內(nèi)壓力峰值主要取決于預(yù)混燃燒階段燃料燃燒的分數(shù)和燃料與空氣混合的能力。由于噴射時間延遲，著火延時降低。不均勻的燃料空氣混合物形成，導(dǎo)致一個短的預(yù)混燃燒階段，導(dǎo)致一個較低的峰值缸內(nèi)壓力。同時也可以看出，EGR導(dǎo)致了著火延遲的增加，整個燃燒過程在較晚的階段發(fā)生了變化，而燃燒持續(xù)時間減少。因此，噴射壓力對著火延遲期的燃料-空氣混合的影響不顯著。在80MPa的噴射壓力下，較長的著火延遲時間導(dǎo)致了氣缸內(nèi)壓力的升高，這是在上止點前進行的壓縮沖程發(fā)生的。在5°BTDC的噴射時間時，著火延遲期減短，高噴射壓力增強了霧化，導(dǎo)致平均直徑降低，破碎長度短，分散度更高，導(dǎo)致燃料的積累增加。在著火延遲期和預(yù)混放熱速率的增加。提高了氣缸的峰值。缸內(nèi)壓力的峰值出現(xiàn)在上止點之后的膨脹行程。

圖1

4 結(jié)論

（1）缸內(nèi)壓力峰值隨噴射時間的延遲而減小，隨EGR率的增加而輕微下降。在25°BTDC的噴射時間，80兆帕的噴射壓力表現(xiàn)出較高的缸內(nèi)壓力，但在5°BTDC的噴射時間時則相反。隨著噴射時間的延遲，峰值放熱率降低，隨噴射壓力的增加而略有增加。EGR對放熱率有復(fù)雜的影響，在各種工況下，20% EGR率達到最高值。

（2）在較高噴射壓力下的燃燒更能耐受EGR率的增大，使用160MPa的噴射壓力，5°BTDC的噴射時間和EGR率20%被認為是WCO生物柴油發(fā)動機性能的最佳條件。

[1]楊帥,李秀元,應(yīng)啟戛等.EGR率對柴油機排放特性影響的試驗[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2006,37(5):29-33.

[2]王德傳,莊戌利.EGR對發(fā)動機性能影響的研究[J].內(nèi)燃機與配件,2017(17).

[3]白富強.采用含氧燃料和EGR同時降低直噴式柴油機碳煙和NO排放的試驗研究[D].西安交通大學(xué), 2001.

[4]賈超超.噴射參數(shù)對高壓共軌柴油機燃用地溝油生物柴油性能的影響研究[D].長安大學(xué),2014.

Combine effect of EGR and injection parameters on combustion characteristics of a CRDI biodiesel engine

Yang Kai, Zhao Wenbin, Ding Xiaoqian, Qi Donghui

( Department of school of automobile, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064 )

In this study, an attempt has been made to investigate and compare the combine effect of fuel injection pressure, injection timing, and exhaust gas recirculation (EGR) ratio on the combustion characteristics, particle size distributions and exhaust emissions of biodiesel produced from waste cooking oil (WCO) used in a common rail direct injection (CRDI) diesel engine. The results indicated that the injection timing had evident effect on the peak in-cylinder pressure and heat release rate, which were reduced with the retard of the injection timing, but injection pressure had slight effect on these parameters at different injection timings. Under different operating conditions, the variation trend of the peak in-cylinder pressure and heat release rate with EGR ratio were almost similar, and 20% EGR ratio showed the highest values.

Waste cooking oil biodiesel; Common-rail direct injection engine; Combustion characteristic

B

1671-7988(2019)05-110-02

U467

B

1671-7988(2019)05-110-02

U467

楊凱，就讀于長安大學(xué)汽車學(xué)院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.033