实验研究氧浓度对柴油发动机燃烧和排放的影响.docx
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实验研究氧浓度对柴油发动机燃烧和排放的影响
实验研究氧浓度对柴油发动机燃烧和排放的影响
YAOMingFa†,ZHANGQuanChang,ZHENGZunQin&ZHANGPang
引擎状态关键实验室，天津大学，天津300072，中国
氧浓度的柴油引擎作用对燃烧和放射由实验调查。
入口氧浓度是通过调整二氧化碳控制的。
结果表示，非常煤灰和氮氧化物排放的低水平可以通过调整在氧浓度的低水平的射入压力、时间和升压力达到。
然而，CO和HC放射和燃料消费清楚地增加在氧浓度的低水平。
结果也表明氮氧化物排放强烈取决于氧浓度，而煤灰放射强烈取决于射入压力。
越来越少的氧浓度是控制氮氧化物排放的最有效的方法。
高射入压力是必要减少烟放射。
高射入压力可能也减少CO和HC放射和改进引擎效率。
随着进气压力的增加，氮化物和烟放射减少。
然而，使用适当的进气压力为了得到与高效率的低HC和CO放射是必要的。
柴油引擎，氧浓度，低温燃烧，放射
1介绍
虽然柴油引擎当前是最高效率的，实用能源厂可利用为地面交通，高氮化物缺点和粒状物质（PM）放射继续是关心的问题和研究。
为了遇见未来放射章程，同时减少氮化物和PM放射是挑战。
相当数量煤灰和从氮氧化物排放引擎依靠温度和混合物[1]。
在火焰高温，多不的芳烃（PAHs），被认为煤灰前体，是氧化而不是形成变换成煤灰的种类。
最大煤灰含量可以在中间火焰温度找到，对PAHs形成和他们的变革是理想的对煤烟粒。
在低温火焰，氧化作用PAHs是较不有效的，并且PAHs的生产高于在中间温度。
温度，然而，太低的以至于不能导致凝固PAHs到沥青里和沥青的随后变革到煤灰里。
Alriksson和Denbratt计算了φ-煤灰的T地图和使用Senkin的没有集中与包括一个同源混合物的[2]代理人柴油的代码n烷和甲苯。
结果建议应该在大约2200K之下保留地方燃烧温度避免没有低相等比率的集中。
在上流相等比率，进一步减少最大容许的温度避免变得必要煤灰形成。
在常规柴油燃烧引擎，一种方式在燃烧时减少温度是使用EGR。
这导致减少的地方火焰温度在燃烧时。
不幸地，对氧气流速的减少和地方火焰温度导致在微粒排放的增量。
然而，使用很多冷却的EGR可以减少对足够低同时压制氮化物和煤灰形成的燃烧温度。
这个概念指EGR被稀释的低温燃烧（国际航空测量中心）。
所以，国际航空测量中心运用稀释高水平减少整体燃烧温度和加长燃烧延迟。
这增加的燃烧延迟提供燃料蒸发的时刻和减少多相性在反应剂混合物，因而减少氮化物形成从地方温度钉和煤灰形成从当地富有的混合物。
同时煤灰和氮化物减少被观察EGR率增加到非常高水平（大约60%或更加伟大）[3-8]。
在这些高的稀释水平，描绘为氧浓度大约11%，火焰温度被限制到煤灰和氮化物形成率是低的水平。
使用低温燃烧的可能性为了减少煤灰和氮氧化物排放由Alriksson等也研究了[5]。
在25%引擎装载，使用非常高的EGR水平导致低煤灰和氮氧化物排放。
低温反应在所有工作状态的放热分析的率被查出了与充分大的相当数量EGR。
然而，在这些操作条件，CO和HC燃料消费和放射被增加了。
在以下研究，他们调查了延伸的可能性引擎的范围在哪煤灰和氮氧化物排放装载能减到最小通过使用国际航空测量中心与一道高水平EGR[6]。
非常煤灰的低水平和氮氧化物排放可以达到在引擎装载50%通过减少压缩比到14和申请EGR高水平（由大约60%决定）。
它能结束与EGR高水平，非常煤灰和氮氧化物排放的低水平可以是达到。
所以，EGR在控制国际航空测量中心燃烧极大扮演一个角色。
冷却的EGR的作用燃烧包括“稀释作用”和“热效应容量”。
EGR气体替换从进气口的部份空气减少O2集中。
在圆筒充电的变浓热容量将是高当EGR气体由于二氧化碳的主要更高的比热容量价值增加。
作为结果，它减少在圆筒温度，它然后延长燃烧延迟。
高水平EGR需要延长燃烧延迟十分地因而扩大可利用时率为混合。
所以，EGR在控制国际航空测量中心燃烧扮演一个极大角色。
冷却的EGR的作用燃烧包括“稀释作用”和“热效应容量”。
EGR气体替换从进气口的部份空气减少O2集中。
在圆筒充电的变浓热容量将很高，当EGR气体由于二氧化碳的主要更高的比热容量价值增加。
作为结果，它减少在圆筒温度，它然后延长燃烧延迟。
高水平EGR需要延长燃烧延迟十分地因而扩大可利用时率为混合。
2实验性用具
2.1测试引擎试验
在修改过的单一的圆筒，4阀门，四冲程周期，用一个共同的路轨燃料喷射系统装备的水冷的柴油引擎做了能够导致不同的共同的路轨压力。
表1显示引擎规格。
表1引擎和注射器规格
缸径
105mm
行程
连接道路长度
压缩比
移位
进气门的关闭时机
喷嘴孔数
喷嘴孔直径
包括喷雾角
燃油喷射系统
共轨压力
125mm
210mm
17.5:
1
1081.8cm3
−137°ATDC
7
0.71mm
155°
共轨
1600巴
2.2测试装置
图1显示了发动机安装示意图。
摄入的空气被压缩，然后与二氧化碳混合。
一个氧传感器安装在进气管道来衡量氧气浓度。
通过调节阀门的开度，摄入量的二氧化碳的质量是可以改变的，所以摄入的氧浓度的变化。
通过在油门排气管，排气背压调整模拟涡轮增压器的效果。
燃油喷射由电控系统的控制。
参数注射量，喷油定时，共轨压力等可以灵活调整。
Kistler6125A压力传感器冲洗适合了使用气缸盖的墙壁，被连接通过Kistler5011充电放大器到全国仪器适合一台适合个人计算机数据收集委员会。
圆筒压力数据在半曲柄角度增加被记录了，触发由一个光学轴角编码器。
二氧化碳、CO、O2、在的氮化物和THC的集中废气由HoribaMEXA-测量7100DEGR尾气分析仪，由a测量HC氢火焰电离（FID）方法、CO和二氧化碳由非分散性红外（NDIR）方法和氮化物一台化学物理的氮化物分析仪（CLA）。
烟是测量由AVL415S滤纸烟米。
图1实验性设定。
1压缩机;2三方式阀门;3-气流米;4空气坦克;5阀门;6惰性气体坦克;7-AVL-415烟米;8尾气分析仪;9压力变换装置;10注射器;11功率计;12编码器;13充电放大器;14氧气传感器。
2.3试验条件
在实验之前，通过准备做法跑引擎是必要的。
当蓄冷剂温度大约被到达的80℃和油温度被到达的大约85℃，测试开始了。
在调查时使用的引擎操作条件在表2.被列出。
表2引擎操作条件
发动机速度
1400r/min
燃料每冲程50毫克吸纳空气温度
30-35℃
SOI
−5，−10，−15，−20，−25CADATDC
升压力
1.0，1.5，2.0bar
射入压力
1200,1400,1600bar
3结果与讨论
3.1氧浓度的影响
在这部分,目的是强调氧浓度的影响在不同的燃烧和排放喷射定时。
喷射压力被定为1400酒吧和进气压力为1.0的酒吧。
3.1.1燃烧
图2显示氧气的作用在放热率（射入时间的集中在20°ATDC）。
图3显示氧气的作用在燃烧延迟的集中用不同的射入时间。
燃烧定时被定义成10%大量分数燃料烧了。
所以，燃烧延迟被定义如从计时对时间的射入10%许多分数燃料烧了。
图3显示那的氧浓度的秋天与二氧化碳的上升是等效的在混合物的，导致比热容量增量，燃烧延迟长期成为。
如果燃烧延迟是太长的，它导致与氧浓度减退的射不出。
所以，射入时间的前进，低限度氧浓度减少。
例如，当射入时间在−5CADATDC时，氧浓度低限度是16%，而氧浓度低限度是13%与射入时间在−25CADATDC。
图2O2影响热释放速率
图3O2作用对燃烧延迟。
射入压力：
1400酒吧，射入大量：
50mg/cyc升压力：
1.0酒吧，速度：
1400r/min。
图2也表示，低温反应（LTRs）在所有工作状态的放热分析的率被查出了与氧浓度在17.5%以下。
氧浓度减退，LTR增量放热。
有一些因素，例如预先混合的混合物，氧浓度和燃烧温度，影响率的放热。
放热比例预先混合燃烧增加与氧浓度减退。
它导致增加热的率发行。
3.1.2放射
图4展示氮氧化物排放在不同的氧浓度和不同的射入时间。
以更高的氧浓度，氮氧化物的排放极大地增加与推进射入时间。
以更低的氧浓度，氮氧化物排放也增加与推进射入时间，但是增长的程度很大地是低的比较更高的氧浓度。
以氧浓度在16%以下，氮氧化物排放是接近零射入时间的。
越来越少的氧浓度是控制氮氧化物排放的最有效的方法。
在另一只手上，最低的氮氧化物排放减少与推进射入时间由于射不出极限。
例如，最低的氮氧化物排放是0.109g/k.W与射入时间的h在−25CADATDC，当它是0.254g/k时·W·在−5CADATDC的h。
所以，为了得到最低的氮氧化物排放，早射入时间是必要。
图5表示，煤灰放射首先增加，和然后减少与氧浓度减退，并且那烟放射显示用不同的氧浓度的不同的趋向在另外射入时间。
原因是煤灰放射强烈依靠在燃烧延迟和氧浓度。
与氧浓度，延长的减退燃烧延迟扩大可利用时率为混合，造成减少烟。
在另一只手上，在增长的烟的低含氧量的集中结果放射。
以中间的氧浓度，燃烧延迟不能十分地被延长，减少在增加的氧浓度结果烟放射。
当燃烧延迟是时延长保证燃气很好混合的足够，烟能减少与氧浓度减退。
所以，延长燃烧延迟在体会低煤灰扮演一个重大角色和氮氧化物排放。
不幸地，作为图6-8展示那国际航空测量中心由在放射的增量伴随HC和CO放射和燃料消费。
图5也显示推进射入时间可能减少烟放射在有极端底的氧气的国际航空测量中心集中。
图4O2作用对氮氧化物排放。
射入压力：
1400酒吧，射入大量：
50mg/cyc进气压力：
1.0酒吧，速度：
1400r/min。
图6显示氧浓度的作用CO放射。
它表明CO放射增加迅速地与氧浓度减退和高CO放射是其中一个国际航空测量中心的挑战。
适当的射入时间可能减少CO放射。
原因是绝热火焰温度进入CO形成区域第二次在膨胀冲程期间。
因为有，“CO半岛”负责对这种现象存在少量OH根本基础，并且，因而，CO的氧化作用对二氧化碳的只是部份的在低温[9]。
推进射入时间可能减少CO放射，与最低的CO放射的射入时间在−25CAD在这个情况的ATDC。
图5O2作用对烟放射。
射入压力：
1400酒吧，射入大量：
50mg/cyc进气压力：
1.0酒吧，速度：
1400r/min。
图6O2作用对CO放射。
射入压力：
1400酒吧，射入大量：
50mg/cyc升压力：
1.0酒吧，速度：
1400r/min。
图7O2作用对THC放射。
射入压力：
1400酒吧，射入大量：
50mg/cyc升压力：
1.0酒吧，速度：
1400r/min。
如与氧气减退的图7所显示，集中，HC放射增加用不同的射入射入时间。
射入时间的作用对HC放射取决于氧浓度。
在国际航空测量中心区域低含氧量的集中，HC放射减退推进射入时间。
3.1.3被表明的具体燃料消费（ISFC）。
有些因素，例如未烧过的HC和CO放射、燃烧定时和放热率，影响被表明的具体燃料消费（ISFC）。
显示在图8上，ISFC增加与越来越少的氧浓度在不同的射入时间。
推进在国际航空测量中心的射入时间改进ISFC。
原因部分是交付的对HC和CO放射的增量和部分对恶劣计时的燃烧。
所以，推进射入是必要的在国际航空测量中心的时间有低含氧量的集中的改进引擎效率的命令。
图8O2作用对ISFC。
射入压力：
1400酒吧，射入大量：
50mg/cyc升压力：
1.0酒吧，速度：
1400r/min。
3.2射入压力的作用
在常规柴油燃烧引擎，燃烧过程由燃料和空气的混合的率控制。
需要的能量混合来自运动被注射的燃料和空气的能量。
射入压力增量可能导致燃油流量率增量并且可以改进燃料和空气的混合的率。
在低含氧量的集中，废气的一个大比例存在于圆筒而不是新鲜空气。
所以，混合燃料和空气变得更加重要。
3.2.1燃烧
图9（a）显示射入压力的作用对放热率（射入时间−20CADATDC）。
随着射入压力的增加，放热率有一点增加由于燃料和空气的混合的率的改善。
另外，图9（b）也显示那射入压力几乎没有对燃烧延迟的作用。
3.2.2放射
图10显示射入压力的作用对放射。
氮氧化物排放随着射入压力的增加增加。
然而，以更低的氧浓度，射入压力有对氮氧化物排放的少许作用。
氮氧化物排放强烈依靠氧气放射。
重大烟随着射入压力的增加放射减退。
当氧气在13%时，烟是接近零射入压力的在1600酒吧。
所以，射入压力增量是最有效的措施减少烟放射。
另外，CO放射减退随着射入压力的增加，因为放热率增量导致在圆筒温度增量。
HC放射显示不同趋向。
射入压力的HC放射在1400酒吧是最低，而射入压力的HC放射在1600酒吧低于那些射入压力的在1200酒吧。
图9射入压力作用对燃烧。
（a）放热率;（b）燃烧延迟。
在jection时间：
−20加州ATDC升压力：
1.0酒吧。
图10射入压力作用对放射。
（a）氮氧化物排放;（b）烟放射;（c）CO放射;（d）HC放射。
3.2.3ISFC
如图11.所显示，随着射入压力的增加，ISFC特别是在低含氧量的集中将被减少。
所以，改进燃料喷射压力为了减少国际航空测量中心引擎的燃料消费是必要的。
图11射入压力作用对ISFC
3.3助力的作用
为低含氧量的集中情况，一个大比例废气存在于圆筒而不是新鲜空气。
新鲜空气巨大减退导致燃烧的恶化特别是高装载的。
所以，提供足够的新鲜空气由增量升压力是一项有效的措施改进燃烧在高装载和低含氧量的集中。
3.3.1燃烧。
图12显示作用在放热率的助力和燃烧延迟。
随着进气压力的增加，在圆筒压力峰顶迅速地增加。
射入压力这些情况是全部在1600酒吧。
图12也表明那个助力有对放热峰顶的少许作用率。
随着助力的增加，新鲜空气增量导致燃料或空气相等比率减退。
新鲜空气适当的增量可能改进混合燃料和空气。
图12助力作用对燃烧。
（a）放热率;（b）燃烧延迟。
3.3.2放射。
图13显示作用在放射的助力。
它表明那氮化物和煤灰放射随着助力的增加减少。
当氧浓度在15%，极端底的氮化物以下，并且烟放射将达到。
原因是混合物是精瘦与增加充电气压。
因此，相等比率是更低的，并且绝热火焰温度不进入氮化物和煤灰形成区域。
如图13所显示（c），CO放射是最低的以1.5酒吧进气压力，因为燃烧可以被改进在此进气压力如分析以上。
当入口压力继续改善到2.0酒吧，在增加CO的内部的圆筒温度减退结果放射，它也导致迅速增加HC放射与氧浓度在15%以下显示在图13（d）上。
图13助力作用对放射。
（a）氮化物;（b）烟;（c）CO;（d）THC.
3.3.3ISFC
如图，当进气压力增加，14所显示，ISFC将显著被减少从1.0酒吧到1.5酒吧和2.0酒吧。
然而，当氧气在16%以下时，1.5酒吧ISFC低于那2.0酒吧。
原因是放热率随着进气压力的增加减少。
它导致延长燃烧期间。
所以，使用适当的进气压力为了得到与高效率的低放射是必要的。
图14助力作用对ISFC。
4结论
实验研究的结果可以概括如下：
烟尘和氮氧化物的排放非常低的水平可以通过调节喷射压力，定时的实现，在氧气浓度低的水平提高的压力。
然而，CO和HC排放和燃料消费明显增加的水平低氧浓度。
越来越少的氧浓度是控制氮氧化物排放的最有效的方法。
更早的射入时间是必要为了得到低放射和高效率。
高射入压力是必要减少烟放射。
高射入压力可能也减少CO和HC放射和改进引擎效率。
在低温燃烧，射入几乎没有对氮氧化物排放的作用。
随着进气压力的增加，氮化物和烟放射减少。
然而，使用适当的进气压力为了得到是必要的与高效率的低HC和CO放射。
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