EGR的热容作用使蒸发率和燃烧速率降低 2.04%2073% 10.61%19.1% 204%-20.73% 1718%17.62% 1061%19.1% 1718%17.62% 35.58%13.77% 6.03%16.18% 35.58%13.77 Crank Angle(deg ATDC) Crank Angle(deg ATDC EGR率小,喷油时刻缸内的平均温度高,蒸发率最高。随EGR增大,蒸发 率降低 燃烧反应率(稀释效应十低蒸发率)降低。 EGR=17%工况,因增压的作用其当量比最低,氧气的绝对量最多,在燃 烧中后期其燃烧反应率最大
EGR的热容作用使蒸发率和燃烧速率降低 ◼ EGR率小，喷油时刻缸内的平均温度高，蒸发率最高。随EGR增大，蒸发 率降低； ◼ 燃烧反应率（稀释效应＋低蒸发率）降低。 ◼ EGR=17%工况，因增压的作用其当量比最低，氧气的绝对量最多，在燃 烧中后期其燃烧反应率最大。 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 100 Evprt_% Crank Angle(deg.ATDC) 2.04%-20.73% 10.61%-19.1% 17.18%-17.62% 26.03%-16.18% 35.58%-13.77% 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 Evprt_Burnt_% 2.04%--20.73% 10.61%-19.1% 17.18%-17.62% 26.03%-16.18% 35.58%-13.77% Crank Angle(deg.ATDC) 8 9 10 11 12 13 14 0 20 40 60 80 100 Evprt_% Crank Angle(deg.ATDC) 2.04%--20.73% 10.61%--19.1% 17.18%--17.62% 26.03%--16.18% 35.58%--13.77%
EGR,氧浓度和充量密度耦合作用 对NOX和热效率的影响 Case 3 20.73%02 密度增加 EGR=204%EGR=10.6% o2]=20,73%o2=19.1% EGR=26% 191%02 EGR=356% 1762%0216.18%021377%02 o2]=13.77% IVC(-60CA. ATDC)In_cylinder Pressure(bar) EGR Rate( %) 般而言,EGR率逐渐升高,燃烧效率降低,相应的指示热效率降低 工况点3其密度高,致使缸内氧的绝对量最多,化学反应率高,指示热效率 最高;但模拟结果也表明,过高的密度致使热容过大,燃烧温度过低,效 率降低。 NOx排放随EGR率的升高成指数级下降,密度越高下降越快,趋势上与实 验结果一致;
EGR，氧浓度和充量密度耦合作用 对NOx和热效率的影响 8 9 10 11 12 13 14 44 45 46 47 48 49 EGR=35.6% [O2]=13.77% EGR=26% [O2]=16.18% EGR=17.2% [O2]=17.68% EGR=10.6% [O2]=19.1% Indicated Thermal Efficiency(%) IVC(-60CA.ATDC) In_cylinder Pressure(bar) EGR=2.04% [O2]=20.73% ◼ 一般而言，EGR率逐渐升高，燃烧效率降低，相应的指示热效率降低。 ◼ 工况点3其密度高，致使缸内氧的绝对量最多，化学反应率高，指示热效率 最高；但模拟结果也表明，过高的密度致使热容过大，燃烧温度过低，效 率降低。 ◼ NOx排放随EGR率的升高成指数级下降，密度越高下降越快，趋势上与实 验结果一致；。 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1 2 3 4 5 NOX(g/kwh) EGR Rate(%) 20.73%O2 17.62%O2 16.18%O2 13.77%O2 19.1%O2 密度增加 Case 3
密度、EGR和氧浓度耦合作用对排 放、热效率的影响 3.5x10 3.0x103 2.5X103 case1(21%02◆=0498,PF233bar) 密度提高混合效率也提高,使 case7(155%02,●=0.752中n=23bar) 2.0x103 得放热速率增加,指示热效率 一-case16(13%02,◆=0752中=293bar) ase17(12%02◆=0752,=324ban 增加,热效率明显改善。 01.5x10 -…case19(0%02,=0752F=-405ba 1.0X10 密度、EGR和氧浓度的耦合作 用可实现降低Nox和SoOT排 50x103 放的同时,保持高热效率。 0.0 100 EVO Crank Angle(deg ATDC) 050 Φ=0.752Φ=0488 ·低氧浓度条件下碳烟的最终生成量也 是生成和氧化两过程竞争的结果。 ·预混燃烧比例的增加以及燃烧后产生 001+-—V 的低温使碳烟生成被抑制(相对21% EURO 6: PM 氧浓度的情况,传统燃烧方案)。被 EURO 6: NOx 抑制的碳烟生成过程是碳烟排放低的 根本原因 口 022 Mole Fraction of O2 (n
0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.0 0.2 0.4 5.0 5.5 6.0 NOx (g / kW.h) Mole Fraction of O2 (/) EURO 6: NOx 0.00 0.01 0.02 0.03 Soot (g / kW.h) EURO 6: PM 20 25 30 35 40 45 50 = 0.752 = 0.488 Indicated Thermal Efficiency (%) -100 -50 0 50 100 0.0 5.0x10-9 1.0x10-8 1.5x10-8 2.0x10-8 2.5x10-8 3.0x10-8 3.5x10-8 Soot (kg) Crank Angle (deg. ATDC) Case 1 (21% O2, = 0.498, Pini=2.33 bar) Case 7 (15.5% O2, = 0.752, Pini=2.33 bar) Case 15 (14% O2, = 0.752, Pini=2.66 bar) Case 16 (13% O2, = 0.752, Pini=2.93 bar) Case 17 (12% O2, = 0.752, Pini=3.24 bar) Case 19 (10% O2, = 0.752, Pini=4.05 bar) EVO 密度、EGR和氧浓度耦合作用对排 放、热效率的影响 • 低氧浓度条件下碳烟的最终生成量也 是生成和氧化两过程竞争的结果。 • 预混燃烧比例的增加以及燃烧后产生 的低温使碳烟生成被抑制（相对21％ 氧浓度的情况，传统燃烧方案）。被 抑制的碳烟生成过程是碳烟排放低的 根本原因 ◼ 密度提高混合效率也提高，使 得放热速率增加，指示热效率 增加，热效率明显改善。 ◼ 密度、EGR和氧浓度的耦合作 用可实现降低NOx和SOOT排 放的同时，保持高热效率
燃烧路径控制的模拟研究 6 25% 13.77%02 Soot Formation 16.18%021762%02 20.73%02 5000 ppm 阶段1 NOx 1200 2800 Temperature(K) 四个阶段: 1预混合气形成阶段:EGR率升高,着火延迟期增长,形成的预混合气量增多,平 均当量比增天。 2预混燃烧阶段 3.主喷扩散燃烧阶段:随着EGR增大,燃烧路径逐渐远离NOx生成区,NOx生成量 降低。 4后喷阶段:因主喷放热量使缸温升高,远超过燃油蒸发的临界温度,混合气浓度很 快升到最 然后蒸发氧化掉。后喷燃油放出的热量有助于主喷未燃燃 油,co,HC的燃烧,提高燃烧效率
燃烧路径控制的模拟研究 四个阶段： 1. 预混合气形成阶段：EGR率升高，着火延迟期增长，形成的预混合气量增多，平 均当量比增大。 2.预混燃烧阶段 3.主喷扩散燃烧阶段：随着EGR增大，燃烧路径逐渐远离NOx生成区，NOx生成量 降低。 4.后喷阶段：因主喷放热量使缸温升高，远超过燃油蒸发的临界温度，混合气浓度很 快升到最大值，然后蒸发氧化掉。后喷燃油放出的热量有助于主喷未燃燃 油,CO,HC的燃烧，提高燃烧效率。 800 1200 1600 2000 2400 2800 0 2 4 6 800 1200 1600 2000 2400 2800 0 2 4 6 800 1200 1600 2000 2400 2800 0 2 4 6 Soot Formation 1% 5% 15% 20% 500 ppm Equivalence Ratio ( / ) Temperature ( K ) NOx 5000 ppm 25% 600 Rapid CO oxidation 8CA 13.77%O2 16.18%O2 17.62%O2 19.1%O2 20.73%O2 阶段1
时间尺度控制燃烧过程的物理和化学因素 TSCC燃烧 °着火定时·热效率 放热率排放 控制混合特征时间 控制化学特征时间 mⅸx/提高混合率 chem △g △T 混合的控制 热力学状态和组分控制 燃油喷射的浓度分布控制 EGR技术 喷射压力,孔径,空化现象的利用 混合能量的利用 高增压技术 大尺度涡漩的诱导和利用 可变压缩比 喷射参数的优化研究 可变气门(升程、相位)技术
时间尺度控制燃烧过程的物理和化学因素 控制混合特征时间 控制化学特征时间 / 提高混合率 TSCC燃烧 排放控制 自燃着火 速率的 控制 燃烧速率 的控制 Δ¢ 混合的控制 燃油喷射的浓度分布控制 混合能量的利用 大尺度涡漩的诱导和利用 喷射参数的优化研究 ΔΤ 热力学状态和组分控制 EGR技术 高增压技术 可变压缩比 可变气门（升程、相位）技术 chem mix 喷射压力，孔径，空化现象的利用 •着火定时 •放热率 •热效率 •排放