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富氧进气结合EGR技术对增压柴油机排放的试验研究

作　者: 毕克刚
导　师: 沈颖刚
学　校: 昆明理工大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 柴油机富氧燃烧 EGR 烟度 NOx
分类号: TK421.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

节能和排放已成为内燃机发展的主题,采用富氧燃烧技术可以降低发动机的微粒排放,提高其经济性和动力性,但同时却带来了NOx排放增加的问题,需要采取其它措施来解决。本文选用一台增压柴油机进行富氧燃烧技术试验研究,基于富氧燃烧结合EGR技术的控制方法,在布置了稳定的富氧进气系统,设计了可靠的EGR系统基础上,重点试验研究了不同进气氧浓度与不同EGR率组合对柴油机烟度和NOx排放的影响,及对有效燃油消耗率和最大输出功率的影响。试验主要选取了进气氧浓度为21%、22%、23%、24%和EGR率为20%、35%、45%、50%进行相互组合匹配,并与富氧进气试验、原机试验进行了对比研究。试验研究结果表明,当富氧进气浓度在21%-24%范围内,同一工况下增压柴油机烟度随进气氧浓度的增加而大幅度减小,NOx排放则随着进气氧浓度增加而急剧上升,主要原因是富氧进气提高了缸内燃烧压力和温度,对NOx生成起积极作用；其有效燃油消耗率随着氧浓度的升高而稍有降低,最大输出功率则随着进气氧浓度的增加而增加;当进气氧浓度每增加1%时,其最大输出功率的平均增长率约为0.8%。当富氧进气在21%-24%与EGR率在20%-50%的范围内进行合理组合匹配时,一定工况下相应增加进气氧浓度和EGR率可以同时明显降低烟度和NOx排放。大部分组合后烟度排放都远远低于原机,特别是2200r/min全负荷工况点,富氧进气24%和EGR率20%组合,烟度排放降低比例可达80.0%左右；在部分组合下NOx排放远远低于原机,特别是1600 r/min全负荷工况点,进气氧浓度21%和EGR率50%组合,NOx排放降低比例可达56.7%左右;发动机1600r/min和2200r/min全负荷工况的有效燃油消耗率和最大输出功率在EGR率20%-45%时组合基本与原机相当,而EGR率45%-50%范围内组合时对发动机有效燃油消耗率的影响程度在10%左右。通过富氧进气和EGR二者共同作用,可以同时降低烟度和NOx排放,并基本保持与原机相当的经济性和动力性,在发动机2200r/min全负荷工况点,进气氧浓度21%和EGR率20%组合,氧浓度22%和EGR率50%组合可使烟度和NOx排放降低比例分别为20.0%和14.8%,6.7%和19.2%。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-21
  1.1 车用柴油机排放控制的发展现状  9-14
    1.1.1 车用柴油机排放控制的紧迫性及其法规  9-11
    1.1.2 车用柴油机的排放控制技术  11-14
  1.2 内燃机富氧燃烧技术的概述和发展现状  14-19
    1.2.1 内燃机富氧燃烧技术的提出  14-16
    1.2.2 国内外富氧技术的研究现状及发展  16-19
  1.3 本课题的研究意义和主要工作内容  19-21
    1.3.1 本课题的研究意义  19-20
    1.3.2 本课题的主要研究内容  20-21
第二章富氧进气结合EGR技术试验的条件及方法  21-29
  2.1 试验装置  21-22
  2.2 试验的设计方案  22-27
    2.2.1 富氧进气的设计与选择  22-23
    2.2.2 EGR系统的设计与选择  23-24
    2.2.3 试验台架的设计与布置  24-27
  2.3 富氧进气量和EGR率的确定  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章富氧进气对柴油机烟度和NOx排放的影响  29-46
  3.1 柴油机微粒和NOx排放物的生成机理与影响因素  29-33
    3.1.1 柴油机微粒排放物的生成机理与影响因素  29-32
    3.1.2 柴油机NO_x排放物的生成机理与影响因素  32-33
  3.2 富氧进气对柴油机烟度和NOx排放的影响研究  33-40
    3.2.1 富氧进气对柴油机烟度的影响  34-36
    3.2.2 富氧进气对柴油机氮氧化合物(NOx)排放的影响  36-40
  3.3 富氧进气对柴油机经济性和动力性的影响  40-45
    3.3.1 富氧进气对柴油机经济性的影响  41-43
    3.3.2 富氧进气对柴油机动力性的影响  43-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章富氧进气结合EGR技术对柴油机烟度和NOx排放的影响  46-67
  4.1 EGR技术及其特点的概述  46-47
  4.2 富氧进气结合EGR技术对柴油机烟度和NOx排放的影响研究  47-57
    4.2.1 富氧进气结合EGR技术对柴油机烟度的影响  47-51
    4.2.2 富氧进气与EGR技术对柴油机NOx排放的影响  51-57
  4.3 基于富氧进气结合EGR技术对柴油机烟度和NOx排放的综合影响  57-58
  4.4 富氧进气结合EGR技术对柴油机经济性和动力性的影响  58-65
    4.4.1 富氧进气结合EGR技术对柴油机经济性的影响  58-61
    4.4.2 富氧进气结合EGR技术对柴油机动力性的影响  61-65
  4.5 本章小结  65-67
第五章柴油机富氧进气与EGR率最佳组合的确定  67-72
  5.1 富氧进气浓度与EGR率最佳组合的选择与确定  67-69
  5.2 富氧进气浓度与EGR率最佳组合的MAP图  69-71
  5.3 本章小结  71-72
第六章全文总结及展望  72-75
  6.1 全文总结  72-73
  6.2 工作展望  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-81
附录A  81

富氧进气结合EGR技术对增压柴油机排放的试验研究

内容摘要

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