EGR对点燃式甲醇发动机燃烧及排放影响的试验研究

作     者：孟雨航 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱建军;樊巨廷

授予年度：2023年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：甲醇发动机 EGR 点火正时 稀燃 复合稀释 

摘      要：近些年来,随着排放法规的日益严苛、化石燃料的逐渐枯竭,能源的使用正在从高碳燃料逐渐转换成低碳燃料,同时先进的燃烧理念和替代燃料的利用越来越被人们所重视。甲醇被誉为“液态阳光,具有来源广泛、易于合成及清洁燃烧等众多优点,是作为内燃机替代燃料的最佳选择之一。本文基于一台点燃式M100甲醇发动机,通过台架试验的方式,研究EGR、EGR耦合点火正时以及EGR、稀燃两种稀释策略对甲醇发动机性能、燃烧及排放的影响。并在此基础上,分析比较在相同稀释率下,复合稀释与EGR单独稀释和过量空气单独稀释的优劣。为甲醇发动机在降低氮氧化物排放的同时,仍然使得甲醇发动机保持相当的动力性和燃油经济性提供试验依据和理论支持。其研究结果如下:(1)随着EGR率的增大,峰值缸压及放热率有所减小,其所对应的曲轴转角和燃烧重心均推迟,滞燃期延长,循环变动率增大,最大压升率降低,泵气损失减小,燃烧持续期缩短。在排放方面,随着EGR率的增大,CO排放下降,HC排放上升,呈现相反的趋势,NO排放显著下降,最大降低幅度高达97.17%,而未燃甲醇和甲醛均呈现上升的趋势。(2)在相同EGR率下,峰值缸压和放热率随着点火提前角的增大而呈现增大的趋势,其所对应的曲轴转角也越来越靠近上止点。但当点火提前角较小时,缸压曲线会出现双峰现象。在相同EGR率下,随着点火提前角的增大,燃烧重心、燃油消耗率、循环波动率呈现下降的趋势,滞燃期呈现先下降后上升的趋势,泵气损失平均有效压力、最大压升率呈现上升的趋势;当点火提前角一定时,随着EGR率的增加,燃烧重心、燃油消耗率、循环波动率呈现上升的趋势,滞燃期有所延长,而泵气损失平均有效压力、最大压升率与之相反,呈现下降的趋势。在排放方面,在相同EGR率下,随着点火提前角的增大,HC和NO排放都呈现上升的趋势,CO排放并无明显的规律可寻;随着EGR率的增大,NO排放下降幅度会有所减缓,而HC排放随着EGR率的增大整体呈现上升的趋势。随着点火提前角和EGR率的增大未燃甲醇排放呈现上升的趋势,而对甲醛排放并无较为明显的影响。(3)在相同稀释率下,EGR稀释策略比稀燃拥有更大的MBT点火正时且对循环波动率的影响更为显著。当稀释率较低时,EGR稀释和稀燃的缸压曲线相似,但当稀释率大于25.7%时,稀燃策略比EGR稀释策略能获得更大的峰值缸压。在相同稀释率下,EGR稀释策略比稀燃能获得更长的燃烧持续期。而稀燃策略下的燃油消耗率、有效热效率均优于EGR稀释。稀燃策略比EGR稀释策略拥有更低的HC和CO排放。但在降低NO排放方面,EGR稀释策略则更为优越,最大降低幅度高达98.34%。稀燃策略下的未燃甲醇比EGR稀释策略下的要低,而甲醛排放呈现变化幅度较小的上下波动趋势,两者无较大区别。复合稀释在稀释程度较低时循环变动率和EGR、空气单独稀释相似。而在燃油消耗率和有效热效率这两方面,复合稀释则拥有较为显著的优势。复合稀释在稀释程度较小时拥有折中的HC排放,在降低CO排放方面拥有和过量空气稀释一样显著的效果,且拥有更好的抑制NO排放的效果,最大降低幅度高达97%。复合稀释在稀释程度较小时能一定程度改善未燃甲醇的排放,但甲醛排放会有所增加。综上所述,EGR的加入可以显著降低NO排放,提高有效热效率,降低燃油消耗率。虽然同时会对燃烧速率和缸压产生影响,但是可以通过调整点火提前角来解决。复合稀释同时具有EGR和稀燃两种稀释策略的优点,复合稀释配合MBT点火正时,可以在保证甲醇发动机动力性和经济性的同时,降低NO排放。