废气再循环对天然气发动机性能影响研究

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1、第2期(总第187期)车用发动机No．2(SerialN0．187)2010年4月VEHICLEENGINEApr．2010废气再循环对天然气发动机性能影响研究杨立平，马修真，宋恩哲，李君，李学民(1．哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．吉林大学汽车工程学院，吉林长春130025)摘要：利用1台增压中冷天然气发动机，在2840r／rain，75和5O负荷、过量空气系数为1．1～1．3稀混合气条件下研究了EGR对天然气发动机性能影响。结果表明：不同负荷和下，随着EGR增加，NO排放迅速降低，与单纯采用空气稀释相比，稀混合气加EGR联合稀释

2、的方式更具降低NO排放的潜力，75负荷、一1．3发动机达到稳定运行界限时(循环变动系数为1O)N排放降低到0．3g／(kw·h)，而单纯采用空气稀释时只能降低到1．92g／(kW·h)；当EGR率小于1o时，随着EGR增加，HC和CO排放缓慢增加，有效热效率缓慢下降，当EGR率超过1O后，HC，CO排放增加和有效热效率下降的速度都加快。小负荷时产生的NO排放较少，且达到相同NO排放目标值时所需的EGR量也较少，但是会产生较高的HC和CO排放及较低的热效率。关键词：天然气发动机；废气再循环；排放控制}热效率中图分类号：TK437文献标志码：B文章编号：1001—22

3、22(2010)02—0031-04增压稀燃技术是提高天然气发动机功率密度、气在增压器前被引入进气管与新鲜进气进行混合，改善燃料经济性和降低NO排放的有效技术措施，混合气经中冷器后温度被控制在35℃左右。试验是当前研究的一个重点l】]。但是随着混合气变稀，所需仪器及设备有Cw一260测功机，DK一5油门燃烧速度下降，当}昆合气浓度达到稀燃极限时失火控制器，CMFC25CNG流量计，GU21C缸压传感和部分燃烧现象增加，导致热效率迅速下降和HC器，电荷放大器，CEB-200废气分析仪，DS9100燃排放迅速增加[2，即使是采用稀燃传感器实现了闭烧分析仪，LA4—4．

4、9空燃比测量仪，LSU4．9线性环空燃比控制，发动机仍需控制在比最大理论空燃氧传感器。图1示出了试验装置结构简图。比低的混合气条件下运行，此时三效催化器失效，无法对NO排放进行有效控制。为了满足未来更严格的排放法规要求，需要采用其他技术措施来解决这个问题。废气再循环(EGR)可以通过降低火焰温度和氧气分压力的方法来有效降低NO排放一，因此，在1台增压中冷天然气发动机上研究EGR对发动机性能的影响规律，为发动机性能优化和排放控制提供基础研究数据。1试验条件及设备试验用发动机为1台4缸水冷单燃料天然气发动机，缸径为101．6min，行程为1】4．3mm，压缩比图1试验

5、装置结构简图为11，燃烧室形状为浴盆形，标定功率78．7kW，标2研究方法定转速为3200r／min，燃料供给方式为进气道多点喷射。为了弥补发动机燃用稀混合气以及添加首先对装用增压器前后天然气发动机的性能进EGR时所造成的功率损失，选配了1套增压中冷系行了对比研究。结果表明，增压后当量比混合气条统和中冷EGR系统，采用TB28增压器，再循环废件下4SH—N天然气发动机在各转速下的最大扭收稿日期：2009—12—18；修回日期：2010—03—15基金项目：国家“八六三”重点基础研究发展规划资助项目(2006AA1lA1B1)；哈尔滨市科技攻关计划项目(2009AA

6、2AG060)作者简介：杨立平(1979～)。男，工学博士，研究方向为汽车新能源；yangliping302@tom．corn。车用发动机2010年第2期矩都可以提高35以上，但是出于对发动机热负应的EGR率作为天然气发动机稳定运行的EGR率荷、机械强度和排温的考虑，将各转速下的最大扭矩极限值。50负荷时发动机对EGR的容忍度下降，提高25％作为4sH—N天然气发动机的100负各下循环变动系数达到1O时的EGR率都比荷，并以该负荷为基准来定义负荷率，试验是在75负荷小。2840r／min，5O％和75部分负荷下进行的。3．2No排放在研究EGR对发动机性能和排放影

7、响时，若图3示出了NO排放随EGR率的变化关系。在发动机运行稀限附近加入EGR会使发动机无法由图可见，75负荷、j5一定时，随着EGR率的增稳定运行，因此，在为1．1～1．3的稀混合气条件加，NO排放迅速降低，不同下EGR率大于8下研究EGR对4SH—N天然气发动机性能影响。时，NO排放基本都可控制在5g／(kW·h)以下，试验过程中通过调整喷气脉宽使加入气缸中的燃料继续增加EGR率还有进一步降低NO排放的潜量保持不变，当加入EGR时，发生变化，这时需力，一1．3，EGR率为10(达到发动机稳定运行要增加节气门开度来增加进入气缸的空气量，这样界限)时NO排放可以降

8、低到0．3