EGR和噴射參數(shù)對(duì)CRDI生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性的影響

楊凱，趙汶彬，丁曉倩，祁東輝

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EGR和噴射參數(shù)對(duì)CRDI生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性的影響

楊凱，趙汶彬，丁曉倩，祁東輝

（長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

研究試圖對(duì)噴油壓力、噴射時(shí)間和廢氣再循環(huán)(EGR)比對(duì)燃燒特性、粒度分布和排氣的影響進(jìn)行比較研究。在共軌直接噴射(CRDI)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的廢棄食用油(WCO)產(chǎn)生的生物柴油排放量。結(jié)果表明，噴射時(shí)間對(duì)缸內(nèi)壓力和放熱率有明顯的影響，這倆隨著噴射時(shí)間的延遲而降低，但在不同的噴射時(shí)間下噴射壓力對(duì)不同的參數(shù)則影響不大。在不同工況下，氣缸內(nèi)壓力峰值和放熱率與EGR率的變化趨勢(shì)基本相似，20% EGR率時(shí)得到最高值。

廢食用油生物柴油；共軌直噴發(fā)動(dòng)機(jī)；燃燒特性

1 概述

儲(chǔ)存和處置來自餐館和家庭的廢物烹調(diào)油 (WCO) 的既麻煩又費(fèi)錢。大部分的WCO，涌入城市的下水道系統(tǒng)，造成河流、湖泊、海洋和地下水的污染，這對(duì)環(huán)境和人類健康非常有害。研究結(jié)果表明，WCO可以通過與甲醇或乙醇酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境友好的生物柴油燃料。原料油價(jià)格是影響生物柴油生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)可行性的重要因素之一。利用WCO生物柴油可為滿足工業(yè)能源需求提供可觀的經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)槠漭^低的原材料成本足以彌補(bǔ)較高的初始投資。一般而言，大多數(shù)被查閱的文獻(xiàn)表明，當(dāng)WCO生物柴油被用作部分或全部柴油替代品時(shí)，減少的排放有烴(HC)、一氧化碳 (CO)、微粒物質(zhì)(PM)，增加的有氮氧化物(NOx)和碳氧化物(CO2)排放量。此外，還進(jìn)行了一些試驗(yàn),以改善用生物柴油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法

2.1 測(cè)試引擎

測(cè)試引擎是單缸共軌直噴式壓縮著火發(fā)動(dòng)機(jī)，缸徑100 mm，行程125 mm，排量0.98升，壓縮比為17.4。它是由6缸重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)改裝而成的，發(fā)動(dòng)機(jī)的第一缸被用于測(cè)試。其他五氣缸沒有燃料噴射和閥門運(yùn)動(dòng)而失效。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)儀表

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由直流測(cè)功機(jī)控制。八孔直徑0.131毫米，博世DL06Tier4中期CRIN3電磁式噴射器采用380 ml/30s在100 bar和噴霧角150的水力流量。噴射壓力控制器保持共軌的燃料壓力。在凸輪軸上安裝有曲柄角傳感器的噴油器驅(qū)動(dòng)， 用于控制噴射時(shí)間和噴射質(zhì)量。發(fā)動(dòng)機(jī) EGR 閥由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，允許操作者設(shè)定相同的EGR率。缸內(nèi)壓力記錄在每0.2曲軸角度 (CAD)由一個(gè)壓電壓力傳感器(基斯特勒，6052C)耦合與電荷放大器(基斯特勒，5011)。對(duì)100發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)的缸內(nèi)壓力進(jìn)行了平均計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 燃燒特性

圖中顯示了噴射時(shí)間、噴射壓力和EGR率對(duì)缸內(nèi)壓力的影響。從圖中可以看出，隨著噴射時(shí)間的向后移動(dòng)，缸內(nèi)壓力峰值減小，相應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角也會(huì)減小。缸內(nèi)壓力峰值主要取決于預(yù)混燃燒階段燃料燃燒的分?jǐn)?shù)和燃料與空氣混合的能力。由于噴射時(shí)間延遲，著火延時(shí)降低。不均勻的燃料空氣混合物形成，導(dǎo)致一個(gè)短的預(yù)混燃燒階段，導(dǎo)致一個(gè)較低的峰值缸內(nèi)壓力。同時(shí)也可以看出，EGR導(dǎo)致了著火延遲的增加，整個(gè)燃燒過程在較晚的階段發(fā)生了變化，而燃燒持續(xù)時(shí)間減少。因此，噴射壓力對(duì)著火延遲期的燃料-空氣混合的影響不顯著。在80MPa的噴射壓力下，較長(zhǎng)的著火延遲時(shí)間導(dǎo)致了氣缸內(nèi)壓力的升高，這是在上止點(diǎn)前進(jìn)行的壓縮沖程發(fā)生的。在5°BTDC的噴射時(shí)間時(shí)，著火延遲期減短，高噴射壓力增強(qiáng)了霧化，導(dǎo)致平均直徑降低，破碎長(zhǎng)度短，分散度更高，導(dǎo)致燃料的積累增加。在著火延遲期和預(yù)混放熱速率的增加。提高了氣缸的峰值。缸內(nèi)壓力的峰值出現(xiàn)在上止點(diǎn)之后的膨脹行程。

圖1

4 結(jié)論

（1）缸內(nèi)壓力峰值隨噴射時(shí)間的延遲而減小，隨EGR率的增加而輕微下降。在25°BTDC的噴射時(shí)間，80兆帕的噴射壓力表現(xiàn)出較高的缸內(nèi)壓力，但在5°BTDC的噴射時(shí)間時(shí)則相反。隨著噴射時(shí)間的延遲，峰值放熱率降低，隨噴射壓力的增加而略有增加。EGR對(duì)放熱率有復(fù)雜的影響，在各種工況下，20% EGR率達(dá)到最高值。

（2）在較高噴射壓力下的燃燒更能耐受EGR率的增大，使用160MPa的噴射壓力，5°BTDC的噴射時(shí)間和EGR率20%被認(rèn)為是WCO生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)性能的最佳條件。

[1]楊帥,李秀元,應(yīng)啟戛等.EGR率對(duì)柴油機(jī)排放特性影響的試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2006,37(5):29-33.

[2]王德傳,莊戌利.EGR對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2017(17).

[3]白富強(qiáng).采用含氧燃料和EGR同時(shí)降低直噴式柴油機(jī)碳煙和NO排放的試驗(yàn)研究[D].西安交通大學(xué), 2001.

[4]賈超超.噴射參數(shù)對(duì)高壓共軌柴油機(jī)燃用地溝油生物柴油性能的影響研究[D].長(zhǎng)安大學(xué),2014.

Combine effect of EGR and injection parameters on combustion characteristics of a CRDI biodiesel engine

Yang Kai, Zhao Wenbin, Ding Xiaoqian, Qi Donghui

( Department of school of automobile, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064 )

In this study, an attempt has been made to investigate and compare the combine effect of fuel injection pressure, injection timing, and exhaust gas recirculation (EGR) ratio on the combustion characteristics, particle size distributions and exhaust emissions of biodiesel produced from waste cooking oil (WCO) used in a common rail direct injection (CRDI) diesel engine. The results indicated that the injection timing had evident effect on the peak in-cylinder pressure and heat release rate, which were reduced with the retard of the injection timing, but injection pressure had slight effect on these parameters at different injection timings. Under different operating conditions, the variation trend of the peak in-cylinder pressure and heat release rate with EGR ratio were almost similar, and 20% EGR ratio showed the highest values.

Waste cooking oil biodiesel; Common-rail direct injection engine; Combustion characteristic

B

1671-7988(2019)05-110-02

U467

B

1671-7988(2019)05-110-02

U467

楊凱，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.033