廢氣再循環(huán)對車用柴油機(jī)性能影響的研究

歸孫福

摘要：我國人均消費(fèi)水平逐年上升，汽車已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶。柴油汽車被已經(jīng)被廣泛地使用在我們的生活中。車用柴油機(jī)的使用已經(jīng)大大改善和提高了我們的日常生活。但是柴油汽車出現(xiàn)也會(huì)給我們的生活帶來一定的問題，如環(huán)境污染和能源危機(jī)的背景下[1]，世界各國對汽車的排放制定出更嚴(yán)格NOX排放標(biāo)準(zhǔn)，世界上很多國家都在加快步伐開展柴油機(jī)廢氣再循（EGR）技術(shù)的測試試驗(yàn)研究。從現(xiàn)階段來看使用EGR技術(shù)可以很好地降低汽車尾氣中的氮氧化物有毒氣體的排放。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);廢氣再循環(huán);NOX

當(dāng)今社會(huì)人們逐漸提高了對汽車的性能及排放的要求，特別是對環(huán)境領(lǐng)域的影響，有關(guān)部門既定出了嚴(yán)格的規(guī)定。是因?yàn)椴裼蜋C(jī)有著很高的熱效率、良好的工況環(huán)境適應(yīng)性、功率范圍較大，柴油機(jī)在汽車領(lǐng)域上的地位越來越重要，目前已經(jīng)被在各行各業(yè)中廣泛被使用，汽車柴油機(jī)的大量使用，伴隨而來的是NOX的大量排放造成環(huán)境的污染和柴油的大量消耗造成的能源危機(jī)。

廢氣再循環(huán)技術(shù)是目前世界上用于減少柴油機(jī)尾氣NOX排放的重要方法。通過把汽車排放出的尾氣重新引進(jìn)進(jìn)氣歧管，再次進(jìn)到氣缸中燃燒，以抑制氮氧化物的產(chǎn)生。NOX在高溫和富氧環(huán)境中，經(jīng)混合氣中的氮?dú)夂脱鯕獍l(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物。燃燒溫度越高，氮氧化物越多。廢氣中有大量的CO2。CO2是一種不參加化學(xué)反應(yīng)的氣體，新鮮的混合氣中滲入一定的廢氣后，CO2在單位的新鮮混合氣中所占成分增多，但是CO2不參與氧化還原反應(yīng)，反而能吸收大量的熱，所以燃燒溫度下降，抑制了NOX生成。

但是，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)會(huì)把廢氣重新導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)，導(dǎo)致混合氣的發(fā)火性能和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的有效功率下降，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、小負(fù)荷及發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)，再循環(huán)的廢氣導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的性能大大下降。在使用帶有廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，要研究發(fā)動(dòng)機(jī)NOX排放量最惡劣的工作條件下，適當(dāng)進(jìn)行廢氣再循環(huán)。

在此之前，美國、日本以及西歐的部分工業(yè)國家專門針對汽車尾氣排放的CO、HC、NOX? 等有害物質(zhì)，做出了相應(yīng)的法律制約，從而直接促進(jìn)了對低污染車用發(fā)動(dòng)機(jī)和對排氣凈化設(shè)施的研究。國外首先把廢氣再循環(huán)技術(shù)在柴油機(jī)上使用，從純氣動(dòng)不帶冷卻循環(huán)到帶冷卻循環(huán)最后到電控EGR技術(shù)。柴油機(jī)排放控制是目前柴油機(jī)技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，柴油機(jī)排放的難點(diǎn)在于控制NOX 和PM。對于NOX，目前最主要的手段是采用EGR技術(shù)，廢氣再循環(huán)技術(shù)已經(jīng)接近完善，成為國外車用發(fā)動(dòng)機(jī)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)重要措施。

我們國家在近幾年對環(huán)境保護(hù)的力度越來越大，尤其是在汽車排放指標(biāo)的要求也越來越嚴(yán)，制定出了很多專門的法律法規(guī)，為了減小汽車給我們的生活環(huán)境帶來的污染，在發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用EGR技術(shù)，現(xiàn)在我國成為研究熱點(diǎn)，特別是在車用柴油機(jī)上的。我國的高校、科研單位對廢氣再循環(huán)做了很多的實(shí)驗(yàn)研究，但時(shí)該技術(shù)在國內(nèi)還不是很成熟。

在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷以及噴油時(shí)刻情況下，通過改變不同的EGR率。當(dāng)增加EGR率時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)新鮮充量相對減少，新鮮空氣量減少，新鮮空氣與廢氣的混合，局部氧濃度降低;同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)平均壓力和溫度都在降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)功減少;EGR率的增加會(huì)使殘余廢氣系數(shù)升高，放熱率下降，發(fā)動(dòng)機(jī)的平均指示壓力下降，發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功也相對減少;增大EGR率，發(fā)動(dòng)機(jī)有效功相應(yīng)減少，動(dòng)力性能有所下降，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率升高，經(jīng)濟(jì)性能相應(yīng)的也會(huì)變差;增加氣缸內(nèi)的EGR量，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)溫度下降[26]，有效抑制了NOX的生成。另外，當(dāng)增加EGR率到40%時(shí)，燃燒嚴(yán)重惡化，即EGR率應(yīng)該控制在30%左右為最佳。

在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的前提下，通過變化噴油時(shí)刻和EGR率。EGR率一樣的條件下，提前發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油時(shí)刻，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)平均壓力增大;提前發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油時(shí)刻，發(fā)動(dòng)機(jī)放熱率也會(huì)相應(yīng)增大;提前發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油時(shí)刻，缸內(nèi)的NOX濃度增加。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定，噴油量控制負(fù)荷。負(fù)荷增大，缸內(nèi)工質(zhì)增多，壓力越大;負(fù)荷增大，放熱率增大，EGR率較大，負(fù)荷較小時(shí)，最大放熱率峰值差值越明顯;負(fù)荷增大，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率越大，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)有效油料消耗率下降;負(fù)荷增加，缸內(nèi)NOX濃度增大。另外，30%負(fù)荷，EGR率在30%時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)NOX濃度較小，同時(shí)有效燃油消耗率迅速升高，嚴(yán)重的影響發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。所以負(fù)荷減小時(shí)，應(yīng)減小EGR率。

負(fù)荷不變，通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和EGR率。增加轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)壓力峰值相應(yīng)減小;放熱率峰值隨轉(zhuǎn)速的增加反而減小;有效功率隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而升高，動(dòng)力性性能就越好;在較大的EGR率時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)適當(dāng)提高。

結(jié)論

綜合數(shù)據(jù)分析表明EGR率控制在30%左右為最佳。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙偉，張全長，張春化.后噴時(shí)刻和EGR率對柴油低溫燃燒和排放的影響[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（04）：167-171.

[2]方立輝，郝美剛，范寶慶.外部EGR對渦輪增壓汽油機(jī)性能的影響[J].現(xiàn)代零部件，2014（05）：62-64.

[3]陳征，劉敬平，吳振闊.柴油-丁醇復(fù)合噴油燃燒模式的排放研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（12）：45-49.

[4]余浩，鄔斌揚(yáng)等.基于進(jìn)氣門晚關(guān)和EGR的協(xié)同作用在兩種燃燒模式下對柴油機(jī)排放和熱效率優(yōu)化[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2013（05）：385-392.