柴油机NOX排放控制与废气再循环技术.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse肅柴油机NOX排放控制与废气再循环技术羃天津大学何邦全姚春德刘增勇李万众肂(天津 300072>莆摘要本文从柴油机废气再循环的角度分析了降低柴油机NOX排放的原理、实施方膅案、存在的问题及其解决方法。可以相信,随着废气再循环技术和发动机相关技术的莄发展,柴油机NOX和颗粒排放物将会进一步降低。葿关键词废气再循环排放物荿ReductionofNOXfromDieselEngineswithEGR膅TianjinUniversity HeBangquan YaoChunde LiuZengyong LiWangzhongb5E2RGbCAP蒀(Tianjin 300072>芁Abstract Inthispaper,thetheory,-circulationanditsrelevanttechnologiesap-DXDiTa9E3d芅pliedtodieselengines, Exhaustgasre-circulation,Emissions虿1 前言羆为了改善空气质量,各国开始制定自己莅的排放法规。表1就是美国、欧共体制定出节的未来轻型柴油车严格的排放法规。莁单位:(g/mile>罿美国年份NOXCONMHC或NMOGPM蒅联邦1现在0·43·40·250·08蚃联邦220040·21·70·1250·08衿欧Ⅲ20000·50·640·560·05螈欧Ⅳ20050·250·50·300·025薄由此可见,减少柴油机的有害排放物,特膄别是NOX的措施已成为柴油机满足各种新薁法规的必要手段。薇2 废气再循环技术蚄与汽油机相比,柴油机由于其进气流动芁损失小,燃油消耗率低,而且在低当量比下工聿作时CO和HC排放低这些优点,所以使柴油芆机成为很有吸引力的动力。柴油机的废气主螄要由N2、CO2、H2O和O2组成,然而传统的柴蚂油机有相当高的NOX和颗粒排放物,大多数螁降低NOX排放物的措施往往又致使HC和颗荿粒排放增加。如推迟喷油提前角可使压力升螄高率dp/dθ下降,最高燃烧温度下降,NOX肃减少,但参与扩散燃烧的燃料增加,颗粒排放膈增加,而且还使发动机热效率降低,燃油经济肈性下降。图1给出了喷油提前角与燃油经济袄性和排放之间的关系。蒄图1 喷油提前角与燃油消耗和排放之间的关系袀图2给出了发动机燃烧放热率随排放法袆规变化的趋势图。由此可见,仅用推迟喷油羄提前角来改善排放是有限的。通常小于5g/。为了保证发动机的燃烧热效率,进一步肄推迟喷油提前角必然要使用更高的喷油压羁力,这又会对发动机材料的强度提出更高的肀要求,同时喷油压力的提高又将增加驱动油蚈泵的功率损失,燃油系统的成本也将增加,一膄般还会导致发动机NOX排放升高。因此有莂必要探索一条更有效的降低NOX排放的技螂术。废气再循环(EGR>技术一直被认为是一蒇种降低汽油机NOX排放的有效措施。图3芃给出了汽油机和柴油机的热容量和A/F随螃EGR率变化的趋势。可以看出,由于汽油机芀气缸中的进气总量随着EGR率的增加而增膆加,因此混合气的比热也随之增加。当柴油莃机采用EGR时由于其进气总量不会变化,所膄以废气的加入,使A/F比减小,比热增加较羂小,因此,汽油机气缸中的气体温度会随着艿EGR的增加而减小,柴油机中气体的温度减莃小较少,但氧气浓度随EGR率的增加而迅速莁减小,因而使得单位质量混合气的放热量成蒀比例地减小,降低了燃烧的最高温度,从而使羈NOX排放减少。柴油机在采用废气再循环蒃时,由于废气的加入,使得发动机气缸中混合螂气的形成、燃烧和排放发生了变化,因而对发膂动机的性能产生了各种影响。螇图2 放热率趋势袇2·1 废气再循环对柴油机性能的影响膃(1>通常情况下,高温的再循环废气导致蕿发动机的进气温度增加,致使压缩行程通过衿气缸壁传出的热量增加,最高燃烧压力降低。羇(2>由于再循环废气的影响,气缸中气体薃的氧浓度下降。这是由两个因素引起的:一芁方面是再循环废气比新鲜空气的氧气含量薈低。另一方面是使用EGR时进气道和气缸壁羇羄蝿莇的温度升高导致进气充量下降。图4给出了肇在大众可视化四缸1·9L直喷式柴油机上测肁得的O2浓度和CO2浓度随EGR的变化