柴油机燃烧系统.docx

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1、低温燃烧(LTC)一、低温燃烧（LTC）的优势：1. 减少污染物（主要为NOx、碳烟）排放。如下图，LTC的燃烧温度较低，且过量空气系数较高，可以达到既减少NOx又减少碳烟的目的。2. 燃烧较平稳，最高燃烧温度降低，对NOx排放起到抑制作用。二、实现低温燃烧的方法：实现低温燃烧主要靠控制EGR和喷油提前角实现。两者结合使用，能够使燃烧更加平稳，避免缸内温度升高率过大；且能够提供较长时间进行油气混合，减少碳烟生成。在一定的控制范围内，并不会引起THC和CO的大幅增加。对减少排放有很好的效果。另外由于燃烧平稳，发动机的最高爆发压力和压力循环波动也降低，发动机的振动和噪声得到减小。2.实验及实验结论

2、 实验在一台福特彪马四缸共轨柴油机上进行。实验装置如下图。The balance three cylinders are operated in the conventional combustion mode to motor the research cylinder with a non-motoring eddy current dynamometer used for speed control and power dissipation. The research cylinder has independent intake and exhaust systems equippe

3、d with surge tanks. The details of the instrumentation of the single cylinder and its separation from the rest of the engine have been reported previously.（实验装置设置不太懂。）实验结果：1. 在EGR率一定的情况下（进气氧含量17%），CA50的变化对发动机的影响。下图表示发动机主要排放物的变化：蓝色点表示喷油持续时间不变；而橙色方块表示为弥补发动机功率下降而延长喷油时间。可以看出在上止点前燃烧开始，NOx和碳烟增加，THC和CO无太大变

4、化。随着点火提前，碳烟降低，NOx上升，这是因为：1.点火越提前，则燃烧前缸内温度越低，油气混合时间加长，是碳烟下降；2.点火提前，则燃烧时放热速率加快，导致NOx急剧增加。THC和CO没有很大变化，表明这种燃烧方式可以使燃烧完全。在上止点后燃烧开始，NOx和碳烟均下降；在适当的范围内，THC和CO没有很大变化，但燃烧过于延迟，会导致二者急剧增加。这一方式有几个优点：1.燃烧在膨胀冲程中进行，放热平缓，燃烧延长，使得NOx排放下降；2.在膨胀冲程中喷油，提供了较长的准备时间，使油气混合更加均匀，碳烟生成减少。这一方式使燃烧过程更加平稳，实现了LTC。由上面的分析可知，此方式对发动机振动及噪声有

5、较好抑制作用。上图可以看出控制CA50在366CA左右时，有较好的排放效果。下图表示喷油时刻对发动机循环压力和循环放热量的变化：上面三图中，由后面两图可知喷油时间过于靠后，甚至到膨胀冲程喷油，发动机的压力波动变大，燃烧放热也不均匀；这表明喷油时刻过于靠后引起燃烧恶化，使燃烧不够稳定。最上图表示常规的喷油时间，压力波动和放热率波动都较小；但是最高燃烧温度很高，NOx排放恶化。下图表示发动机的压力指标随CA50的变化：上图表示的是喷油时刻对平均指示压力（IMEP）、IMEP变异系数、点火延迟、燃烧持续角、压力升高率、平均燃烧压力的影响。每一点表示200转内的平均数值，每点的竖条表示数值的上下限。可

6、以看出燃烧时刻过迟会恶化发动机工况，引起压力波动。控制 CA50保持在360附近时发动机有较好的表现。2. 喷油时刻不变时，EGR对发动机的影响。(a)下图表示发动机排放的变化：图中橘红色是有喷油量补偿时的变化情况。可以看出EGR高时，对NOx有明显的降低作用，但是引起CO和THC的增加。而烟度则会在一定时刻有一峰值。当EGR过高时，自然会降低NOx排放，但同时导致缸温下降，燃烧不完全，CO和THC上升；此时燃烧延迟，油气混合时间加长，碳烟减少。EGR降低时，随着燃烧完全，NOx升高，烟度、CO和THC也随之下降。(b)下图表示喷油时刻不变时，EGR对循环压力和放热率的影响：最上图是EGR较低

7、时（进气氧含量18%），可以看到缸内循环压力和最高爆发压力较大，燃烧迅速，但是压力波动较小；下面两图是EGR较高时（进气氧含量11.4%），其中第三图是有喷油补偿的。可以看到缸内循环压力和放热率都降低了，燃烧波动较大。(c)下图表示发动机压力指标的变化：图中可以看出增大EGR率时，会降低压力升高率和平均循环压力，但是造成压力循环波动较大、平均指示压力下降。这是因为EGR过高恶化燃烧，使得上述情况发生。3. EGR和燃烧相位同时控制(a)下图表示在第一次实验的情况下，将CA50=366CA时发动机排放情况：可以看出在进气氧含量为14%时，能够的到一种较好的排放效果，比进气氧含量在17%降低不少。

8、(b)下图表示在固定的燃烧时刻时，EGR导致的发动机循环压力和放热率的变化：两图的燃烧时刻都相同（CA50=366CA），而EGR从很低（进气氧含量20.2%）升到很高（进气氧含量10.4%）。可以看到在这一燃烧时刻，EGR高使得循环压力和放热率较小，而且产生的压力波动增加不大。三、实验结论：在高压缩比的柴油机中，通过组合使用两种策略可在不同负荷水平下实现低温燃烧，这两种策略是：1）EGR稀释；2）燃烧相位延迟。通过缸内压力数据分析研究了稳态测试点的周期性变化。本研究的结果如下：1.在中等EGR水平下，为了实现LTC而通过延迟燃烧相位做补偿，可以观察到工作和燃烧性能有显著的波动变化。2.高EGR水平（进气氧含量10%）可以实现低NOx和低烟度排放。在一定的喷油提前角下，EGR率越高，燃烧相位延迟越多，导致更高的循环变动。3.高EGR时，通过喷油正时补偿保持燃烧相位在一个基本点，能够得到较高的周期稳定性。4.通过提高进气压力和喷油压力可以实现高负荷运行。而LTC是通过进气稀释和燃烧相位控制实现的，因此为了燃烧稳定性不得不使燃烧效率下降，导致柴油机可承受的负荷水平下降。