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进气成分对柴油机低温燃烧影响的试验和模拟研究_废气再循环-论文网

时间:2014-01-01  作者:张全长,雒静,尧命发,郑尊清,张鹏
而在较小循环喷油量下,滞燃期较长生成的THC较多,而燃烧后期较低的温度不能进一步氧化THC。

不过图6和图7表明,氧浓度较低时,CO和THC排放较高,这也是柴油机低温燃烧所面临的问题之一。

a)25mg/cyc

a)50mg/cyc

图7不同喷油时THC排放对比

Fig.7ThecomparisonofTHCwithdifferentinjectionmass

5模拟计算结果

图8是向进气管喷入N时不同氧浓度条件下,燃烧进行到CA50时缸内Φ-T分布,图9是向进气管喷入CO时不同氧浓度条件下,燃烧进行到CA50时缸内Φ-T分布。图中表明,当向进气管喷入N时,当氧浓度降到13%时,CA50时刻仍有部分混合气进入碳烟和NO生成区域。而当向进气管中喷入CO气体时,当氧浓度降至19%时,CA50时刻避开了碳烟生成区;当氧浓度降到15%时,同时避开了NO和碳烟生成区,实现了较低的碳烟和NO排放。这主要是因为CO比热容较大,降低了缸内温度,这说明提高进气的比热容或降低压缩终了温度是实现同时降低碳烟和NO的重要途径。在氧浓度为19%时,由于低温便有部分燃油进入UHC/CO生成区。虽然这些CO和HC在随后的燃烧中会被进一步氧化,但由于燃烧后期相对温度也较低,因而最后CO和THC排放会高些,这也与前文结果一致。从图8和图9可知,进气成分对燃烧路径影响很大,要实现低温燃烧,实质上也是改变燃烧路径。

图10是向进气管喷入N时,CA50时不同氧浓度下的缸内温度分布,图11是向进气管喷入CO时,CA50时不同氧浓度下的缸内温度分布。图中表明,在相同的氧浓度下,向进气管喷入N时,局部高温区较多,局部低温区也较多。氧浓度为19%时,局部最高温度约为2700K,而当氧浓度为13%时,局部最高温度仍约为2000K,即随氧浓度降低,局部最高温度并没有大幅降低,这就为NO和碳烟的同时生成提供了条件之一。氧浓度降低后,NO排放会减少,但碳烟生成条件完全具备,因而碳烟排放升高,这也与试验结果一致。和向进气管喷入CO时相比,缸内温度分布更加不均匀,在低氧浓度下这种现象更加明显。这主要还是和滞燃期有关,CO比例较大时,滞燃期较长,燃油与空气混合充分,因而缸内温度分布相对更加均匀。由于局部过浓区较少,因而碳烟排放降低,而温度分布较均匀,又达不到NO生成温度,因而NO排放也较低。

a)21%b)19%c)17%

d)15%e)14%f)13%

图8不同氧浓度时Φ-T分布(N)

Fig.8Φ-Tdistributionswithdifferentoxygenconcentrations(N)

a)21%b)19%c)17%

d)15%e)14%f)13%

图9不同氧浓度时Φ-T分布(CO)

Fig.9Φ-Tdistributionswithdifferentoxygenconcentrations(CO)

10不同氧浓度条件下时缸内温度分布(N )

Fig.10 The in-cylinder temperature distributions with different oxygen concentrations (N )

11不同氧浓度条件下CA50缸内温度分布(CO )

Fig.11 The in-cylinder temperature distributions with different oxygen concentrations (CO )

从图10和图11对比也可发现,在相同氧浓度下,虽然进气中CO比例较大时缸内温度分布更加均匀,但局部最高温度仍和进气中N比例较大的工况差别不大。由于NO排放主要受氧浓度和局部最高温度的影响,也就是说,N和CO的稀释效应对降低NO排放的效果是相当的,即氧浓度是降低NO排放的主要原因。从图12三者的NO排放对比看,在相同氧浓度下,进气中CO比例较大时,NO并没有大幅降低。

图12NO排放对比

Fig.12ThecomparisonofNOemissions

6结论

(1)EGR中的N主要起稀释效应,而CO

包括稀释效应、热效应和化学效应等作用。N和CO的稀释作用对降低NO排放的效果相当,即氧浓度降低是NO降低的主要原因。

(2)在相同氧浓度条件下,进气成分对燃烧

过程的影响的主要因素是比热容的影响,CO降低碳烟排放的主要原因是其比热容较大,延长了滞燃期,燃油与空气充分混合并降低燃烧温度避免了局部过浓区和高温区,从而抑制了碳烟生成。CO与燃烧中生成的碳烟直接发生化学反应也可能是碳烟排放降低的一个原因。

(3)数值模拟结果表明,进气中加入N

时,氧浓度在13%时缸内Φ-T分布仍不能完全避开碳烟和NO生成区;而进气中加入CO,氧浓度降至15%时就同时避开了NO和碳烟生成区域。进气成分对燃烧路径影响较大,且CO比例较高时,滞燃期延长使缸内温度分布更加均匀。

(4)降低氧浓度和压缩终了缸内温度,延长

滞燃期,使燃油与空气充分混合是实现同时降低NO和碳烟排放的重要技术途径。

参考文献
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8 Ladammatos.N., Abdelhalim.S.M Zhao.H. Hu.Z, The effects of carbon dioxide in exhaust gasrecirculation on diesel engine emissions, Proc. Lmech E 1998, Part D, Journal of automobile Engiens, Vol 212 Part D, PP 25-439
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10 张全长,尧命发,郑尊清等,进气氧浓度对柴油机低温燃

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