廢氣再循環(huán)(EGR)溫度對可變EGR率重型直噴式柴油機性能和排放影響

1、廢氣再循環(huán)（EGR）的溫度對可變EGR率的重型直噴式柴油機性能和排放的影響D.T.Hountalasa,G.C.Mavropoulosa,*K.B.BinderbaInternal Combustion Engines Laboratory, Thermal Engineering Section, Mechanic EngineeringDepartment,National Technical University of Athens, 9 Heroon Polytechniou, 157 73 Zografou, GreecebDevelopment Basic Systems, Hea

2、vy Duty Engines, DaimlerChrysler AG, 70546 Stuttgart,Germany Received 10 December 2006摘要直噴柴油機是當今公認的卡車和其他有關(guān)重型車輛的動力總成。與此同時，排放法規(guī)（主要針對NOX和顆粒物）變得更加嚴格，排放物限值降低到非常低的水平。采用高比例廢氣再循環(huán)（EGR）是控制NOX排放以達到未來排放法規(guī)的一種有效方法，同時需要采用進氣增加來降低對碳煙排放的負面影響。該方法基于降低燃燒室內(nèi)的氣體溫度和氧濃度，但通常會對碳煙排放和有效油耗率（BSFC）產(chǎn)生不利影響。在采用高比例EGR時，需要EGR氣體冷卻以降低其在煙塵

3、排放的不利影響。尤其是在發(fā)動機高負荷時EGR流量和排氣溫度高時候，為此，本文，采用多區(qū)燃燒模型，在不同EGR比例下研究了冷卻EGR溫度對渦輪增壓直噴重型柴油發(fā)動機全負荷工況下性能和排放的影響。研究結(jié)果表明，降低EGR溫度對有效油耗率和碳煙（低值）具有積極作用，同時，對NO也有一定的有利影響。綜上所述，低EGR溫度的效果優(yōu)于高EGR溫度。關(guān)鍵詞：廢氣再循環(huán)；柴油機；EGR溫度；排放1引言 在柴油發(fā)動機的發(fā)展中，工程師和制造商面臨的最困難的問題之一是控制和減少污染物排放1,2達到相關(guān)立法“可接受的”水平。在過去的幾十年里，減少NOX和煙塵的排放量已取得重大進展。但是與此同時，在歐V排放法規(guī)中，柴油

4、機的允許排放的限值也變得更加嚴格。柴油機被廣泛的應(yīng)用在交通運輸中，作為在未來主要的動力來源來說，降低其排放是亟待解決的?？刹捎孟冗M的燃燒技術(shù)和（或）后處理系統(tǒng)來實現(xiàn)對排放的控制。作為公認的唯一有可能實現(xiàn)未來限值的是使用內(nèi)部措施結(jié)合現(xiàn)有廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù) 3,4 。在發(fā)動機進氣沖程時，廢氣循環(huán)進入發(fā)動機是降低NOX5,6最知名的也是最成熟的技術(shù)之一。然而，在現(xiàn)有的發(fā)動機系統(tǒng)中要協(xié)調(diào)好各種影響發(fā)動機運行的因素。通過這種方式，就可以確保達到預期的限值（降低污染物排放）同時避免犧牲現(xiàn)有的“有利因子”（如發(fā)動機效率等）。建模的貢獻是可以有效的研究所涉及對發(fā)動機性能和排放的各種參數(shù)。其中一個重要的參

5、數(shù)就是再循環(huán)的廢氣的溫度。圖一.（a）區(qū)域在噴射方向形成“r-z”平面（b）區(qū)域形成在“x-r”平面總體來說，介紹了EGR對柴油機燃燒三種不同的方式：熱，化學和稀釋。熱效應(yīng)對進氣溫度影響與容積效率的增加有關(guān)（熱節(jié)流）和增加的電荷比熱容取決于CO2和H2O的存在。另一方面，在燃燒過程中的化學作用是氣體的解離有關(guān)，而稀釋是指減少氧氣供應(yīng)。目前我們主要集中在第一種，即熱效應(yīng)，考慮再循環(huán)廢氣溫度對性能和排放的影響。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，對廢氣再循環(huán)的冷卻是研究的EGR氣體溫度對不同EGR率下的性能和排放的影響一個重要課題，有利于發(fā)動機的使用和排放。因此，我們研究重型直噴式單缸柴油發(fā)動機能否在高的峰值

6、燃燒壓力7進行工作。歐盟項目HEDE-應(yīng)用先進的噴射定時來改善有效燃油消耗率（BSFC）但是顯然對NOX排放有不利影響。控制氮氧化物，冷卻EGR被認為是使用一個固定的對于所有的測試情況下的溫度來進行檢測。在目前的工作中研究不同EGR溫度來確定其對燃燒和污染物的形成機制。目前的研究已經(jīng)表明，如果我們希望沒有顯著犧牲發(fā)動機的效率時，保留低的NOX排放是對EGR冷卻是有利的。EGR冷卻對防止煙塵排放量上升到不可接受的水平是必要的。在高EGR率和發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，需要EGR的冷卻將更明顯。從理論的調(diào)查證明了，不同EGR溫度對部分負荷下的內(nèi)燃機有不同的影響。由于空間的限制，本研究是應(yīng)用在滿負荷和在最高E

7、GR質(zhì)量流量的要求下不同的發(fā)動機轉(zhuǎn)速為的條件的情況。理論研究是利用現(xiàn)有的三維多區(qū)模型8,9進行適當?shù)男薷?包括影響EGR率和溫度。為分析增壓壓力和噴油定時保持恒定時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，EGR率和EGR溫度作為計算參數(shù)。如圖所示EGR溫度對有效發(fā)動機的效率和煙塵的排放量產(chǎn)生不利的影響，而在EGR溫度范圍內(nèi)對NO排放沒有或者有小的影響。如果EGR上部溫度范圍內(nèi)增加江油更顯著的影響存在（熱EGR）。如發(fā)現(xiàn)，EGR（廢氣再循環(huán)）冷卻降溫是有益的BSFC和煙塵，而其影響取決于發(fā)動機轉(zhuǎn)速和EGR率。2仿真模型在這項研究中使用的模型已在過去8,9提出后被開發(fā)了。它已被修改為包括EGR率和溫度影響的應(yīng)用現(xiàn)狀。因此只

8、簡要的介紹了其主要原理。所使用的模型是一個多區(qū)燃燒區(qū)域之一。燃料射流被分成同心的三個區(qū)使用考慮。這使發(fā)動機熱力參數(shù)在燃料射流及其對污染物排放1012形成詳細的估計。它也揭示了EGR對污染物的形成機制的影響。2.1. 發(fā)動機氣缸的仿真燃料混合后，在噴射前分為不同的量稱為“zones”。壓力被認為在整個燃燒室是均勻。每個區(qū)都有自己的溫度和組成，運用熱力學第一定律和質(zhì)量守恒和動量守恒方程確定。圖.1a和b是同心的射流區(qū)。噴射軸線使用的射流軸被指定為“X”和其他兩個軸垂直于它的軸線作為“Z”和“R”。在軸向方向上的區(qū)域的數(shù)量是由注射時間和時間步長來確定，目前是0.5。CA。在其他兩個方向的區(qū)域的數(shù)量為

9、五，在圓周方向上的徑向數(shù)量是八。2.1.1 熱交換傳熱計算特性速度是采用湍流動能的粘性耗散率kt模型1,8,9,1317確定。熱交換率是這樣得到的： (1)其中Tg是由射流體積溫度： (2（指數(shù)k表示“kth”區(qū)的總數(shù)n）熱交換率的估計是根據(jù)公式分布式噴射區(qū)中的公式： （3）2.1.2. 空氣渦流以吸入空氣的旋轉(zhuǎn)運動為藍本，有效地假設(shè)固體旋轉(zhuǎn)包圍的勢流區(qū) 2,18 。該方案考慮造成汽缸壁附近的邊界層空氣的粘性。切向速度分布是由以下方程描述：u=WPR for 0R Reu=WPRe(Re/r)0.05 for RcRRP （4）在RC點是固體旋轉(zhuǎn)結(jié)束的點，由下面的經(jīng)驗公式給出：Rc=Rin(D

10、b/2Rp) （5）RP是圓柱體的半徑和Rin氣缸閥的軸向距離。解決的方法用旋轉(zhuǎn)速度來確定，數(shù)據(jù)由8,9提供。2.1.3. 噴霧模型從燃油噴射系統(tǒng)的仿真模型，確定了噴嘴出口處的初始條件。最初，燃料行駛距離?。〝嗔验L度）的內(nèi)筒，在破碎成液滴。斷裂長度是由公式2,8,9,18給出了. (6)其中C1是一個常數(shù)， Ra和Rl分別是空氣和燃料的密度。速度沿噴霧軸線分散后是區(qū)分噴霧穿透18,19隨時間產(chǎn)生的相關(guān)性為：. （7） 在射流區(qū)外圍，滲透速度乘以式（7）計算下列系數(shù)：, (8)在nj，i是本地區(qū)的速度修正系數(shù)，rj,i，是其相對于射流軸線區(qū)起始位置（見圖1b），n1，n2是常數(shù)。這樣得到的速度分

11、布，類似于實際在噴外圍滲透比較慢的中央的一個區(qū)。噴霧錐角是用來估計的噴射區(qū)域的幾何位置由下列關(guān)系2,18確定的： （9）計算在徑向和軸向方向上的空氣流速的局部成分和中軸線使用動量守恒方程，我們要考慮空氣渦流射流的幾何影響。碰壁后每個區(qū)域的滲透速度是由下面的關(guān)系17確定 （10）在區(qū)后沖擊被假定為平行于氣缸壁的路徑，這是接近現(xiàn)實。2.1.4.空氣卷吸進入?yún)^(qū)加氣用動量守恒估計，這已被證明是穩(wěn)定的，簡單的和幾乎不需要調(diào)整發(fā)動機的操作條件?？諝饩砦M區(qū)總量從注射時刻確定； （11）2.1.5.液滴破裂和蒸發(fā)噴射的燃料是根據(jù)瞬時噴油率分布區(qū)。每個區(qū)域內(nèi)的燃料分按以下具有相同的直徑Dd組分布2,8,9：

12、(12) 索特平均直徑的DSM是從半經(jīng)驗公式得到的，來自實驗數(shù)據(jù)： (13) (14)其中下標“1”,“2” 分別為的完整和不完整的噴霧。索特平均直徑為上述兩個值的最大值。博爾曼和約翰遜20的模型為蒸發(fā)過程的之后，如.燃燒模型燃燒啟動點火延遲期的關(guān)系2,21,22: (15) 其中“eq”是在混合區(qū)內(nèi)當?shù)氐娜剂峡諝猱斄勘龋且粋€常數(shù)。點火后的局部反應(yīng)率取決于燃料的質(zhì)量濃度，氧氣和溫度適宜的地方。下面的關(guān)系給出了燃料的反應(yīng)速率：(16)其中Kb是常數(shù)，EC是降低的活化能（K），Cf，Co分別是燃料和氧氣的質(zhì)量濃度。2.2. 氣體交換使用的填充和排空的方法，實現(xiàn)了進排氣系統(tǒng)的模擬，

13、取得了良好的效果1,2,16。該模型是模擬渦輪增壓內(nèi)燃機，即模擬渦輪增壓器和空氣冷卻器的運行16。2.3. 一氧化氮和煙塵的形成的模型2.3.1 一氧化氮的形成一氧化氮在每個區(qū)域內(nèi)都可形成，可以使用化學平衡。認為在每一區(qū)都存在這11種物質(zhì)23：O2，N2，CO2，H2O，H，H2，N，NO，O，OH，CO。在每個區(qū)域中的這些元素的平衡濃度是使用由作者開發(fā)的方法確定7,15。一氧化氮的形成是由化學動力學控制。在目前的工作中澤利多維奇用于涉及以下三個方程擴展機制： k1f =1.61010 k2f =6.4106 T exp（-3125/T） k3f =4.21010 (17) 在每個區(qū)域的NO濃

14、度變化可以表示為: (18)其中,=NO/NOe 。在以前的關(guān)系指數(shù)e表示平衡。以往的微分方程我們可以得到在每個區(qū)NO濃度整和。2.3.2. 碳煙的形成煙灰形成的速率是使用Hiroyasou半經(jīng)驗確定，模型2,15,26.碳煙的生成和氧化是由以下方程描述： （19） （20）其中， “f”表示碳煙的形成，“b”表示燃燒，mev是區(qū)域中燃料蒸發(fā)的量，是氧氣分壓。煙塵的形成Esf和燃燒Esb的活化能分別是82，000和120，000 kJ/kmol，凈碳煙的形成率用下面的公式確定，. (21)3.測試內(nèi)燃機的描述在使用的內(nèi)燃機基于戴姆勒-克萊斯勒500系列的單缸直噴渦輪增壓發(fā)動機。引擎的基本參數(shù)在

15、表1中給出。壓縮機已被風機所取代，噴嘴渦輪由具有等效流動面積提供了類似的平均排氣壓力的真正的發(fā)動機。采用廢氣再循環(huán)的壓縮機排出的高壓回路。在歐盟項目“HEDE”中特定的引擎已經(jīng)開發(fā)出并能承受高的峰值燃燒壓力達280巴7。通過戴姆勒克萊斯勒提供的HEDE項目發(fā)動機在試驗過程中獲得的試驗數(shù)據(jù)，用不同的EGR率和恒定的EGR溫度140C（冷卻EGR）。因此，一個懸而未決的問題仍然是關(guān)于EGR氣體溫度水平對發(fā)動機性能和排放的影響。這進行電流計算研究的主要動機。4模型驗證內(nèi)燃機曲軸轉(zhuǎn)角（度）EGR率圖2.比較在1130轉(zhuǎn)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速100%負 荷和-9的噴油定時，不 同EGR率。計算和實驗的氣缸壓力圖圖

16、3. 比較在1130和1420 轉(zhuǎn)的發(fā)動機速下100%負荷和-9的噴油定時不同EGR率，計算和試驗有效熱效率值的大小圖- 17 -使用的多區(qū)模型來檢測EGR溫度對發(fā)動機性能和排放污染物的影響，有必要驗證其能力作為EGR的效果而言。為此，對上述單缸試驗機我們使用的實驗數(shù)據(jù)是在戴姆勒-克萊斯勒公司的研究實驗室做的。試驗是使用EGR率從0%增加30%然后對發(fā)動機的運行狀況進行檢測。如上所述自從先進的噴射定時被用來提高發(fā)動機效率。EGR的使用檢測了作為控制NOX排放的意義。在目前的工作中獲得的實驗數(shù)據(jù)為兩個發(fā)動機轉(zhuǎn)速用于模型驗證，即在全負荷時，1130和1420轉(zhuǎn)使用在上止點-9的噴油定時提前角（對1

17、130轉(zhuǎn)速和1400轉(zhuǎn)速來說，普通值為上止點-2-5）。在試驗之中，EGR氣體溫度控制在140C（冷卻EGR）。測量的發(fā)動機的性能和排放與理論計算的數(shù)據(jù)相比較獲得EGR對性能和排放的影響。這要求我們使用模擬研究的理論基礎(chǔ)，研究EGR溫度對性能和排放量的影響。在無EGR時，1130轉(zhuǎn)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和100%負荷下對模型進行校準。參數(shù)調(diào)整為：缸壓峰值使用修正的事實或空氣卷吸率，點火延遲和煙塵的離子尾管值調(diào)整為常數(shù)，列入相關(guān)方程常數(shù)的值。我們將保持發(fā)動機操作條件不變。4.1. EGR對發(fā)動機性能的效果預測在圖2中給出了在1130轉(zhuǎn)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，100%負荷采用-9ATDC噴射定時的0%，10%和20%

18、的EGR計算和實驗氣缸壓力曲線的比較。觀察到與計算的所有EGR率測量值有一個良好的一致性。仿真成功捕捉了EGR對缸內(nèi)壓力軌跡的影響，導致在壓縮過程中缸內(nèi)壓力小是減少燃燒和膨脹過程中更強烈的一個。這一結(jié)果由于廢氣的存在增加，從電荷比熱容，O2的可用性，對燃燒速率的影響減少可以看出CO2和H2O的解離。應(yīng)該說，（全負荷）空氣燃料比（AFR）的值接近它們的最低限度。因此，廢氣再循環(huán)的存在在發(fā)動機進氣道進一步降低氧氣供應(yīng)，在目前情況下對即將到來的燃燒是一個主導因素。因此，EGR發(fā)動機氣缸內(nèi)的百分比增加降低了氣缸峰值壓力值。圖4.在1130和1420轉(zhuǎn)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，100%負荷和-9上噴油定時。EGR率

19、對計算和測量NO和碳煙排放的影響圖5.發(fā)動機轉(zhuǎn)速在100%負荷和91上的噴射定時的影響，EGR溫度和不同EGR率對空燃比的影響然而，在部分負荷下的不同的情況可以參照在高EGR溫度的經(jīng)驗（熱EGR），氧利用率明顯高于全負荷。由于EGR增加入口空氣溫度增加可以減少點火延遲，在某些情況下會導致隨EGR率的增加，氣缸峰值壓力增加27,28?？紤]到以前，預期EGR將對發(fā)動機效率產(chǎn)生負面影響。這是由驗證觀察圖3提供的計算和發(fā)動機有效熱效率為1130和1420轉(zhuǎn)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速在100%負荷下EGR率的函數(shù)的測量值的比較。計算出的值是接近實驗值和對EGR率對速度為定值的發(fā)動機的有效效率的最重要的模擬預測的檢查。

20、顯然，采用EGR對發(fā)動機效率的負面影響的百分比幾乎呈線性增加。尤其是在低轉(zhuǎn)速時這種效果更加明顯。4.2. 尾氣排放為了檢驗?zāi)Ｐ偷念A測能力，對EGR率對污染物的排放量的影響是圖4給出的計算在1130和1420轉(zhuǎn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速下，100%負載和不同EGR率的NO和煙塵測量值之間的比較。煙塵的值是從尾氣過濾器采集的（FSN）。觀察模擬預測足夠的EGR率對污染物的影響。EGR率的增加結(jié)果為降低NO，急劇增加的碳煙。在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速對污染物、的作用強。隨著EGR率的增加，NO降低，而煙塵的排放幾乎線性的指數(shù)增加。 因此，模擬可以預測定EGR率對性能和排放的影響，因此它也似乎適合于研究EGR溫度的影響。5.EG

21、R溫度對性能和排放的影響的理論研究在覆蓋整個發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速范圍的三種不同的發(fā)動機轉(zhuǎn)速即1130，1420，1710轉(zhuǎn)下和100%負荷的情形下，探討EGR溫度對發(fā)動機性能和排放的影響效果。在這一點上必須指出，由于考慮其重要性，在滿負荷的情況下它是燃料消耗和污染物排放最優(yōu)的結(jié)果（由于空間限制）。然而，研究了在低發(fā)動機負荷條件下試驗不同EGR率，即5%，10%和15%的結(jié)果，此時噴油提前角（-9ATDC）和增壓壓力是恒定值。對于每個測試案例，用不同的EGR溫度進行試驗，范圍從90C到240C，每50C為試驗一次。以前的溫度范圍是選取的一個溫度代表，在滿負荷使用冷卻EGR，在許多情況下，冷卻介質(zhì)是發(fā)動

22、機冷卻液。EGR率定義為是廢氣再循環(huán)的質(zhì)量，是新鮮空氣的質(zhì)量，進氣溫度考慮新鮮空氣和廢氣的進氣質(zhì)量流量用熱力學第一定律估計。5.1EGR溫度對發(fā)動機性能的影響很明顯，在恒定的增壓壓力下，EGR率的增加的結(jié)果是每循環(huán)引入的新鮮空氣的量減少。因此，由于每循環(huán)噴射的燃料的量仍保持不變，空燃比應(yīng)減少。增加EGR氣體溫度在一個給定的EGR率時的效果與預期類似。圖5提供了在不同EGR率下的EGR氣體溫度，空燃比在所有案例的變化。AFR的EGR氣體溫度的變化幾乎是線性的。在同一圖給出了空燃比與EGR率的在EGR氣體溫度較高和較低時檢測的相對變化，與發(fā)動機運轉(zhuǎn)無EGR時空燃比相借鑒。據(jù)觀察，溫度的增加的EGR

23、對AFR增加產(chǎn)生負面影響。對于所有的試驗情況下，EGR率和溫度的影響在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速更為明顯。因此，在滿負荷時的熱節(jié)流效應(yīng)（減少氣缸進氣量）是重要的，尤其是在EGR溫度提高到較高的值。在滿負載和轉(zhuǎn)速1130轉(zhuǎn)下，EGR氣體溫度對最高燃燒壓力的影響呈現(xiàn)在圖6.EGR氣體溫度增加降低了最高燃燒壓力，尤其在高EGR率下更強烈。這顯示最高爆發(fā)壓力的百分數(shù)的變化的曲線相比沒有EGR來說是更好的結(jié)果。在其他兩個發(fā)動機轉(zhuǎn)速下類似的結(jié)果已被試驗得到。有一點上應(yīng)該強調(diào)的是發(fā)動機運行在滿負荷，空燃比接近下限的情況下。因此，使用高EGR溫度進一步降低了氧的量。這在氣缸進氣后氧氣不足將導致燃燒率降低，從而延緩燃燒，降低

24、了氣缸最大爆發(fā)壓力。另一方面對點火延遲的影響幾乎可以忽略不計，因為滿負荷時，較高的壓力和溫度下的燃氣導致非常低的點火延遲值。從以前的結(jié)果來看，增加EGR氣體溫度的影響燃燒機理導致最高燃燒壓力的減小很明顯。因此，圖7表示，它在全負荷下不同EGR率和發(fā)動機轉(zhuǎn)速影響有效熱效率。如圖所示，有效熱效率隨EGR溫度線性降低。有效熱效率下降的原因主要是空燃比降低，從而影響燃料的燃燒率，增加氣缸內(nèi)的平均氣體溫度，影響熱損失。從提供發(fā)動機有效效率的變化（減少）隨著較高和較低的EGR氣體溫度下試驗的EGR率來看，這曲線顯示的很明顯。圖6.EGR溫度對不同EGR率的峰值缸壓力在 1130轉(zhuǎn)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，100%負荷

25、和-9上的噴油定時的影響圖7.EGR溫度對不同EGR率，發(fā)動機轉(zhuǎn)速在100%負荷和-9的噴射定時的有效熱效率的影響在EGR溫度高和發(fā)動機轉(zhuǎn)速低時，EGR的效果更加明顯。當轉(zhuǎn)速從1130增加到1420時，轉(zhuǎn)有效效率急劇增加，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1710轉(zhuǎn)時降低。這種變化可以在圖5中看出，參考EGR下空燃比和EGR氣體溫度的變化。在1420和1710轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速下空燃比的值是非常相似，而在1130轉(zhuǎn)，其相應(yīng)的顯著降低了。這是由于EGR實施相結(jié)合對發(fā)動機運行產(chǎn)生的不同影響。在目前滿負荷運行的情況下，熱節(jié)流效應(yīng)（即進氣沖程期間減少空氣和氧氣的量）是重要的，當EGR溫度值較高時，隨著EGR溫度的提高而增加。這顯然

26、對燃燒產(chǎn)生負面影響。同時，由氣缸內(nèi)溫度水平的增加，導致高的EGR溫度，從而導致熱損失的增加。最后，由于EGR的存在，進氣時氧濃度降低，對燃燒有顯著的負面影響。上述結(jié)果充分說明圖7中觀察到有效熱效率。5.2. EGR溫度對排放的影響總所周知，采用EGR有效降低NOX的排放量。通過這點，圖8介紹不同的EGR率的EGR溫度對NO變化的函數(shù)。如圖所示，在滿負荷時，選擇溫度在取值范圍內(nèi)時，NO的排放是一個定值，在高EGR率下有個小的增加34可以觀察出?？紤]到氮氧化物的形成溫度和氧氣敏感性，得出了燃燒室內(nèi)部的溫度增加，如下在圖10中所示，由于EGR溫度的增加是由AFR比減少來補償。觀察在較高和較低的EGR

27、溫度值的EGR率下NO的變化，試驗的結(jié)果證實了在試驗范圍內(nèi)在所有發(fā)動機轉(zhuǎn)速NO沒有明顯變化，僅在高EGR率下NO有微小的變化增加。另一方面，EGR率的影響在低轉(zhuǎn)速稍高。正如已經(jīng)提到的，這是因為在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速較低的空燃比引起的。在熱EGR的情況下（沒有冷卻）進氣溫度的增加會顯著，預計將導致冷卻的EGR的案例5,6,27NO將增加。如圖9顯示, 增加EGR溫度,碳煙排放量隨著其值的增加而增加。原因可能是因為AFR的減少。氧氣的濃度的減少影響了碳煙的形成和排放。在高EGR率和低轉(zhuǎn)速下，EGR溫度的影響幾乎呈線性明顯變化。在同一表格給出了對于三種發(fā)動機轉(zhuǎn)速和EGR氣體溫度上限和下限時，碳煙的排放隨EG

28、R率的相對變化，與沒有EGR時作比較。EGR率對碳煙的效果在高EGR溫度更強。此外，如圖所示，EGR溫度的影響在低轉(zhuǎn)速更大，碳煙變化的最大值可以觀察5,35。在煙塵的排放量可以預期，使用較高的EGR溫度可以提高碳煙氧化，減少煙塵排放情況。這可能是為重型柴油機低負荷運行由于采用AFR即使使用EGR氧利用率高碳煙也少的原因的解釋。然而，在滿負荷運轉(zhuǎn)，沒有的這種情況。作為EGR溫度的增加對AFR產(chǎn)生負面影響，因為沒有足夠的氧氣來氧化碳煙。提供對以前的意見，關(guān)于EGR溫度對NO和煙塵的影響有了更好的解釋。圖10給出了滿負載EGR溫度對平均氣體溫度的變化，本地區(qū)的溫度（區(qū)1,1,1-1st外圍區(qū)），NO

29、和碳煙的形成歷史。EGR溫度從90C到240C的增加導致了主燃燒期氣體的溫度的和個別區(qū)的溫度的增加。最后是由于增加的EGR溫度的結(jié)果，減少了空燃比和增加區(qū)內(nèi)卷吸的空氣溫度的補償?shù)?，對CO2和H2O的離解產(chǎn)生負面效應(yīng)。氣體溫度增加，從而氧氣供應(yīng)不足，煙塵不能氧化，熱節(jié)流增加。導致煙塵排放的增加。圖8.對不同EGR率，發(fā)動機轉(zhuǎn)速在100%負荷和91上的噴油定時對NO排放的EGR溫度的影響圖9.煙塵排放量在100%負荷和91上的噴油定時的EGR溫度和不同轉(zhuǎn)速率的變化。很明顯，當使用高EGR氣體溫度，由于缺乏氧氣，碳煙氧化在膨脹沖程中更早時停止。這提供了EGR氣體溫度對碳煙排放增加的負面效應(yīng)的一個解釋

30、。考慮圖5提供EGR溫度對整體的空燃比的影響，在EGR溫度下NO有一個微小的變化是解釋是局部區(qū)域氣體溫度的變化。隨著EGR溫度增加，局部氣體溫度的增加對NO的形成有一個小小的積極影響，這顯然是因為O2百分比的減少。最后這兩機制在EGR溫度水平試驗下NO有一個非常小的增加，在高EGR率下，更加明顯。圖10.EGR溫度對平均工作氣體溫度，溫度效應(yīng)，NO和煙塵的形成歷史的影響。結(jié)論本研究，采用現(xiàn)有的三維多區(qū)模型研究EGR溫度對渦輪增壓直噴柴油機性能和排放的影響。全負荷運行時，在涵蓋全部轉(zhuǎn)速范圍下的三個不同轉(zhuǎn)速下對不同EGR溫度和EGR率進行了研究。研究表明，EGR溫度對發(fā)動機有效效率，最高燃燒壓力和

31、碳煙排放均有不利影響。采用高EGR溫度（低冷卻）也會對空燃比負面影響。同樣，有效效率也會受到不利影響。EGR溫度的增加和氧濃度的降低，對碳煙排放產(chǎn)生了不利影響，同時阻礙了碳煙的生成和氧化。由于EGR溫度的升高，增加溫度和降低氧濃度的綜合作用，對一氧化氮凈排放量的影響較小。因此，一氧化氮排放量基本保持不變，僅隨EGR溫度有輕微上升，這在高EGR率條件下更加明顯。在低轉(zhuǎn)速和高EGR率時，EGR溫度對有效熱效率和碳煙的影響較大。目前的研究已經(jīng)表明，如果我們希望沒有顯著犧牲發(fā)動機的效率時，保留低的NOx排放是對EGR冷卻是有利的。EGR冷卻對防止煙塵排放量上升到不可接受的水平是必要的。在高EGR率和發(fā)

32、動機轉(zhuǎn)速較低時，需要EGR的冷卻將更明顯。從理論的調(diào)查證明了，不同EGR溫度對部分負荷下的內(nèi)燃機有不同的影響。致謝我們想對歐盟委員會在財政上的支持表示感謝，目前項目已經(jīng)實施。也感謝對姆勒-克萊斯勒汽車公司為這一研究提供實驗數(shù)據(jù)和對本項目的協(xié)助指導。參考文獻1 Benson RS, Whitehouse ND. Internal combustion engines. Oxford:Pergamon Press; 1979.2 Heywood JB. Internal combustion engine fundamentals. New York:McGraw-Hill; 1988.3 Kou

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