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基于外部废气再循环的甲醇均质压燃发动机试验研究

佟娟娟  
【摘要】:石油资源匮乏与环境污染已成为当今世界各国面临的两大难题。内燃机作为汽车等动力装置的主要原动机,是环境污染和消耗石油资源的大户,因此实现内燃机的节能减排至关重要。均质压燃(HCCI, Homogeneous Charge Compression Ignition)发动机结合了传统汽油机与柴油机的优点,具有高热效率和低排放的特点,为此得到汽车和内燃机业界人士的广泛关注。燃烧过程的精确控制和运行范围的拓展是当前HCCI发动机面临的主要难点。 废气再循环(EGR, Exhaust Gas Recirculation)是实现HCCI燃烧很重要的一项措施,分为内部EGR和外部EGR。本文在一台改装后的发动机上,通过试验研究分析了外部EGR对甲醇HCCI发动机的燃烧与排放特性、发动机性能以及运行范围的影响。试验结果表明: 外部EGR对甲醇HCCI燃烧相位具有显著的影响,随EGR率的增加,CA50逐渐推迟,燃烧持续期逐渐延长,且推迟和延长的速度逐渐加快。但影响的程度因混合气浓度的不同而有所不同,每一混合气浓度下都存在一个最佳EGR率,使平均指示压力(pi)和热效率达到最大,且该最佳EGR率随混合气浓度的增加而逐渐增大。试验数据表明,废气加热作用对缸内燃烧的影响相对较弱,主要是稀释和热容的影响较大。 随EGR率的增加,HC和CO排放逐渐增加,且增加的幅度逐渐变大。NO、排放在过量空气系数为1.8-2.0之间时几乎都为0,仅在过量空气系数为1.6和1.5时存在,且随着EGR率的增加,其排放数值迅速下降。据此,NO、排放可作为HCCI发动机是否产生爆震燃烧的判断依据之一 外部EGR可使甲醇HCCI燃烧向更浓的混合气方向拓展,使发动机的最大平均指示压力由无EGR时的0.37MPa增加到0.50MPa,增长了约35%。平均指示压力的覆盖范围随EGR率的增加逐渐有所拓宽,在EGR率为12%-15%之间时达到最大,约有0.22MPa的变动。但随混合气浓度的降低,外部EGR拓展平均指示压力上限的能力逐渐降低,在λ=2.0时,其最大的平均指示压力发生在无EGR时,此时EGR已失去了向高负荷拓展的能力。


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