废气再循环和过量空气系数对天然气发动机性能的影响

【摘要】： 随着石油资源的日益匮乏及人类保护环境意识的日趋强烈,汽车发动机受到节能减排的压力与挑战,汽车代用燃料的研发与应用成为不可逆转的趋势。天然气因其具有排放“清洁”及资源丰富的特性,受到了广泛关注,但也存在着火温度高、火焰传播速度慢等问题。随着我国天然气汽车应用范围的不断扩大,以及发动机燃油经济性和排放法规的日益严格,如何保证发动机的经济性及低排放性,成为亟待解决的问题之一,因此开展天然气发动机燃烧与排放的试验研究是有意义的。 废气再循环(Exhaust Gas Recirculation)作为降低NOx排放行之有效的技术,已被内燃机研究者广泛采用,也成为了发动机满足日益严格排放法规的关键技术之一。稀薄燃烧技术可以充分提高天然气发动机的热效率及改善排放,而单靠EGR或空气稀释,稀燃极限较小,发动机一旦超过稀燃极限,燃烧及排放情况将急剧恶化。 为了降低发动机有害物排放,提高燃油经济性,拓展稀燃极限,本文采用废气再循环和额外空气同时对混合气进行稀释的方法,在配备圆柱形燃烧室的CA6SE1-21N天然气发动机上进行试验,研究分析不同EGR率及过量空气系数对天然气发动机燃烧和排放的影响规律,并通过优化发动机喷气时刻和点火时刻,进一步改善天然气发动机燃油经济性与排放性。 研究中选取欧洲稳态标准测试循环ESC(European Stationary Cycle)十三工况转速进行试验。在天然气发动机部分负荷工况下,保持转速不变,在各指定过量空气系数(λ)条件下,调节EGR阀开度,借助燃烧分析系统和排放分析仪,来研究EGR率和λ对发动机性能的影响。试验结果表明废气再循环和稀薄燃烧对天然气发动机燃烧过程影响明显,能够有效降低NOx排放,通过边界条件的优化,能够进一步提高发动机燃油经济性及改善NOx排放。具体研究结果如下： 1.在发动机同一工况下,随着EGR率和过量空气系数(λ)的增加,缸内混合气浓度变稀,发动机最高燃烧压力,缸内最高平均温度均降低；放热率重心及燃烧始点均后移,主燃期延长。 2.随着EGR率和λ的增大,发动机燃烧循环变动增加,且λ对燃烧循环变动影响较明显。 3.随着EGR率的增大,发动机NOx比排放呈下降趋势；NOx比排放在λ=1.1时达到最大值,当λ1.1后,随着过量空气系数加大,NOx比排放逐渐减小。在发动机当量燃烧下,EGR对降低NOx比排放的影响甚微,在稀薄燃烧情况下加入EGR,对降低发动机NOx比排放效果非常明显。HC比排放随EGR率的增加而增大,随负荷增加而减小。 4.当过量空气系数较小时,随着过量空气系数的增加,发动机比气耗呈下降趋势；随着过量空气系数的进一步增加,比气耗波动较大；在混合气较浓状态时,随着EGR率的增大,发动机比气耗逐渐降低,在过量空气系数较大时,比气耗随着EGR率的增加而上升。 5.通过优化点火时刻和喷气时刻,能够进一步改善发动机的经济性和NOx的排放性。 【关键词】：废气再循环 过量空气系数 天然气发动机 燃烧 排放
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U464.174
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 第1章 文献综述11-23
• 1.1 引言11-14
• 1.1.1 汽车排气法规的发展历程11-13
• 1.1.2 我国汽车替代燃料的发展13-14
• 1.2 天然气汽车的发展14-17
• 1.2.1 发展天然气汽车的必要性14-15
• 1.2.2 国内外天然气汽车发展现状及趋势15-17
• 1.3 天然气发动机技术的研究现状17-23
• 1.3.1 天然气发动机的特点17-18
• 1.3.2 天然气发动机稀燃技术18-21
• 1.3.3 天然气发动机排放控制技术21-23
• 第2章 绪论23-27
• 2.1 研究目的和意义23-24
• 2.2 研究的主要内容24-27
• 第3章 试验系统介绍27-34
• 3.1 研究对象27
• 3.2 试验用仪器设备27-28
• 3.3 试验台架布置28-31
• 3.3.1 点火系统29
• 3.3.2 天然气供给系统29-30
• 3.3.3 EGR系统设计30-31
• 3.4 试验方法与步骤31-33
• 3.4.1 试验方法31-32
• 3.4.2 试验步骤32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 EGR和稀薄燃烧下天然气发动机燃烧特性试验研究34-42
• 4.1 EGR和λ对燃烧压力的影响34-35
• 4.2 EGR和λ对燃烧温度的影响35-36
• 4.3 EGR和λ对放热率重心的影响36-37
• 4.4 EGR和λ对燃烧期的影响37-39
• 4.4.1 EGR和λ对燃烧始点的影响37-38
• 4.4.2 EGR和λ对主燃期的影响38-39
• 4.5 EGR和λ对燃烧循环变动的影响39-41
• 4.6 本章小结41-42
• 第5章 EGR和稀薄燃烧下天然气发动机排放特性试验研究42-48
• 5.1 EGR和λ对NOx排放的影响42-43
• 5.2 EGR和λ对HC排放的影响43-44
• 5.3 EGR和λ对发动机经济性的影响44-45
• 5.4 不同优化策略对发动机NOx排放及经济性的影响45-46
• 5.5 本章小结46-48
• 第6章 全文总结与工作展望48-50
• 6.1 全文总结48-49
• 6.2 工作展望49-50
• 参考文献50-53
• 致谢53-54
• 在学期间发表的论文54

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