外文翻譯（中文）--對于直噴式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車尾氣排放的egr系統(tǒng)的各種影響

1、<p><b>　　中文9600字</b></p><p>　　對于直噴式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車尾氣排放的EGR系</p><p><b>　　統(tǒng)的各種影響</b></p><p>　　內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)工作隊(duì)，流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，UMR6598法國國家科學(xué)研究中心，巴黎高等Centrale南特，英國石油公司92101，44321南

2、特Cedex3，法國發(fā)表于07年3月16日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　冷卻廢氣再循環(huán)（EGR）是一種控制缸內(nèi)NOx的產(chǎn)生的常用方法并使用于現(xiàn)代的高速直接噴射（HSDI）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上。然而廢氣再循環(huán)對燃燒和排放有不同的影響，而且這些影響機(jī)理是很難分辨的（進(jìn)氣溫度的升高，放熱率的降低（ROHR），峰值熱量釋放的降低，氧濃度的降低（空燃比

3、的降低））以及火焰溫度降低，火焰舉升長度的增加等等），從而導(dǎo)致EGR對NOx和微粒物（PM）排放的影響不能被完全了解，尤其是在高EGR率下。進(jìn)行了一項(xiàng)基于2.0升HSDI汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷和部分負(fù)荷條件運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)進(jìn)行，它用來分析和量化EGR對燃燒和NOx/ PM排放的影響。伴隨EGR系統(tǒng)的進(jìn)氣溫度對燃燒和排放有相反的影響作用，因而有時(shí)給出了與傳統(tǒng)意義上的研究相反的趨勢，例如，隨著入口溫度升高氮氧化物的減少。對于一個(gè)理論擴(kuò)散燃

4、燒，當(dāng)改變缸周圍氣體特性（溫度或廢氣再循環(huán)率）且空燃比一定時(shí)放熱率是不變的。在低負(fù)荷條件下，在一定增壓壓力的情況下使用高EGR率是一種大幅度降低NOx和PM排放量的方式，不過也增加了有效燃油消耗以及其它排放物（CO和烴類），然而在一定空燃比下的EGR可能大幅度降低氮氧化物排放而不至于對有效燃油消</p><p>　　關(guān)鍵詞:柴油發(fā)動(dòng)機(jī); 廢氣再循環(huán); 燃燒; 放熱; 尾氣排放</p><p&g

5、t;<b>　　1. 引言</b></p><p>　　將來的排放法規(guī)像歐V以及可能出臺(tái)的歐VI將促使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)制造商大幅降低氮氧化物和顆粒物（PM）排放量。雖然后處理設(shè)備將肯定回有巨大的進(jìn)步，未來新的缸內(nèi)策略正在相繼出現(xiàn)從而降低NOx和PM排放。</p><p>　　外部廢氣再循環(huán)技術(shù)是一個(gè)普遍的降低氮氧化物排放的缸內(nèi)策略，特別是用于現(xiàn)代的缸內(nèi)直噴汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，它

6、還提供了降低燃燒溫度的可能[1,2]。伴隨高EGR率的氮氧化物排放的降低是收多方面因素影響的：</p><p>　　傳熱學(xué)因素: 由于與氧氣和氮?dú)庀啾妊h(huán)二氧化碳和水的比熱容較高，這導(dǎo)致進(jìn)口熱容量的增加從而是燃燒過程中的氣體溫度較低，這種情況在較低的火焰溫度下更明顯[3–5]。</p><p>　　Maiboom 等等 / 能源33 (2008) 22–34</p><

7、p>　　稀釋效應(yīng)：近期中央其濃度的下降主要導(dǎo)致了燃料與洋氣的混合速率，繼而導(dǎo)致燃料在火焰區(qū)擴(kuò)散。這樣一來，吸收熱損失的氣體數(shù)量增加，導(dǎo)致了較低的點(diǎn)火溫度[3,4]。因此稀釋效應(yīng)的一個(gè)后果就是局部溫度的下降，而這也可以被看作是傳熱學(xué)效應(yīng)（“局部”傳熱學(xué)效應(yīng)）.另一個(gè)稀釋效應(yīng)的影響就是減少了氧氣分壓及其對NO生成的基本動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的效果。</p><p>　　化學(xué)效應(yīng)：循環(huán)水蒸汽和二氧化碳在燃燒過程中被分離，從而

8、緩和了燃燒過程和 NOX的排放。特別的是，對于H2O的吸收分解導(dǎo)致了火焰溫度的下降[3,4]。</p><p>　　有EGR的情況下增加微粒生成會(huì)導(dǎo)致火焰輻射的增加，從而使火焰溫度下降。[6,7]</p><p>　　有EGR情況下點(diǎn)或延遲率的增高通常能被觀測到[8]，這樣一來燃燒過程的預(yù)混合部分就更長了；沒有EGR可能會(huì)增加氮氧化物排放[7]，但是在有EGR的情況下在預(yù)混合峰值時(shí)的熱損失

9、效率（放熱率）更低，這樣一來則降低了氮氧化物排放[6]。</p><p>　　更普遍的是，所有的燃燒過程會(huì)被點(diǎn)或延遲稀空氣、預(yù)混合燃燒、擴(kuò)散和后擴(kuò)散燃燒延遲。其結(jié)果就是整個(gè)燃燒過程會(huì)被轉(zhuǎn)移到做功沖程中從而降低燃燒溫度[4]。</p><p>　　另一方面，雖然現(xiàn)代汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)都裝配了一個(gè)EGR冷卻器，在與循環(huán)氣體混合后，進(jìn)氣溫度會(huì)隨著EGR率的增加而增加，這樣一來就降低了進(jìn)氣密度（在一定

10、的增壓壓力下）和缸內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量（熱節(jié)流）。盡管它會(huì)被上述列出的其他EGR影響補(bǔ)償，這個(gè)溫度的增加仍會(huì)導(dǎo)致氮氧化物排放的增加。這些在進(jìn)氣閥關(guān)閉相位時(shí)EGR對于近期條件的不同影響（溫度、熱容量等等）以及整個(gè)燃燒過程使得對EGR的了解控制尤其困難。然而只有一些韓就試圖孤立這些多重影響。Ladommatos等人[3,4,9]已經(jīng)成功隔離了二氧化碳和水蒸氣（EGR系統(tǒng)的兩個(gè)主要組分）在對燃燒過程的整體研究（排出發(fā)動(dòng)機(jī)的氮氧化物作為進(jìn)氣閥關(guān)閉相位時(shí)二

11、氧化碳和水蒸氣的函數(shù)）中的前三個(gè)影響因素，這表明了稀釋效應(yīng)是最顯著的一個(gè)因素（在一定的增壓壓力下）。當(dāng)保持一個(gè)恒定的空燃比時(shí)，也就是說恒定的新鮮空氣流時(shí)，熱效應(yīng)通過降低火焰溫度成為最主要的因素（在進(jìn)氣閥關(guān)閉相位升高的氣體質(zhì)量和因此更高的進(jìn)氣熱容量）[9]。在第二個(gè)“EGR策略”下，氮氧化物排放的只是減少了一點(diǎn)點(diǎn)，然而傳統(tǒng)觀測對于EGR作用在微粒排放和剎車比油耗的消極影響有相當(dāng)?shù)臏p少[5,9–12]。通過使用詳細(xì)</p>&

12、lt;p>　　此外，基于EGR應(yīng)用基礎(chǔ)上的新的燃燒概念已經(jīng)在研究并用于大幅度減少氮氧化物排放和顆粒物排放，例如同質(zhì)壓燃（HCCI）或者低溫燃燒技術(shù)（LTC）。后者存在于大量的EGR應(yīng)用中。，這個(gè)新的燃燒概念首次由Akihama和他的同事們通過所謂的“無煙富柴油燃燒”獲得的高EGR率這一手段發(fā)現(xiàn)[13]，這一手段就是即使在富氧條件下，對微粒的抑制是通過使燃燒溫度低于形成微粒所需溫度而實(shí)現(xiàn)的。在他們調(diào)整動(dòng)力學(xué)燃燒概念中，Kimura和

13、他的同事們[14]通過LTC 和預(yù)混合燃燒的同時(shí)應(yīng)用成功地降低了氮氧化物和微粒的排放且避免了燃油消耗的增加。調(diào)整動(dòng)力學(xué)燃燒這一概念應(yīng)用于在高EGR率下降低氧濃度（為了減少氮氧化物排放）、延長點(diǎn)火延遲期以及促進(jìn)注入燃料的分散以完成預(yù)混合（近似于HCCI，但不全是同質(zhì)的，并且燃燒過程由燃油噴射來控制）等方面。另一個(gè)叫做在低限量下的柴油機(jī)排放（DEAL）的LTC概念由Istituto Motori [15]獲得了專利。它大量應(yīng)用于EGR系統(tǒng)和

14、先進(jìn)的噴油定時(shí)從而實(shí)現(xiàn)部分預(yù)混合燃燒；它可以被看作是MK概念和無煙富柴油燃燒概念之間的中間概念。</p><p>　　為了更好的了解在火焰?zhèn)鞑ブ懈變?nèi)氣體濃度的降低以及當(dāng)EGR用于減少氮氧化物排放時(shí)的燃燒過程所產(chǎn)生的影響，Siebers和其同事 [16,17]已經(jīng)研究了通過裝在一個(gè)靜態(tài)定容燃燒柴油機(jī)的單孔共軌燃油噴射器產(chǎn)生的典型直噴柴油噴射過程。通過使燃油和空氣的混合上游的剝離長度（也就是說燃燒過程之前的任何過程）

15、，它們表明了在燃油噴射中火焰上升的位置在燃燒過程和排放過程起到了十分重要的作用。只是在火焰升距的下游，局部的燃油-氣混合物的預(yù)混合實(shí)在一個(gè)預(yù)燃燒過程中進(jìn)行的，這一過程產(chǎn)生了十分顯著的局部放熱和能為噴射周邊火焰擴(kuò)散稱為助力的富燃油-氣混合物。微粒的形成被看做在火焰升距的等效空燃比；當(dāng)空燃比近似低于2時(shí)不會(huì)有微粒產(chǎn)生[17]。另外一個(gè)重要的結(jié)果是這樣的：火焰升距與環(huán)境氣體氧濃度成反比。所以，當(dāng)環(huán)境空氣氧濃度降低的時(shí)候，包含于火焰升距噴射流的

16、氣體總量增加了，這不唱了氧濃度的減少，這樣一來包含于與混合物中的氧氣總量不會(huì)改變[16]。這些結(jié)論促使筆者得出一個(gè)新的LTC概念，就是所謂的“無微粒生成”，“低火焰溫度多重控制燃燒過程” [17]，它應(yīng)用于在火焰升距（歸功于很小的噴油嘴）和在高EGR率下大量降低</p><p>　　最后，調(diào)查報(bào)告展示了關(guān)于EGR在典型汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的氮氧化物/微粒排放方面的多種影響的整體研究，不過缺失了缸內(nèi)過程的信息。從另一方面

17、來講，基于定容燃燒內(nèi)燃機(jī)的局部研究給出了關(guān)于燃油噴射擴(kuò)散和燃燒過程的很有趣的結(jié)論，不過這些結(jié)論并未在真正的內(nèi)燃機(jī)上得到驗(yàn)證。</p><p>　　這個(gè)研究的目的是區(qū)分并量化EGR（進(jìn)氣溫度的增加，放熱率的延遲以及空燃比的降低）對于燃燒過程以及在典型現(xiàn)代高速直噴汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、低或部分負(fù)荷條件是預(yù)混合且多重控制燃燒過程下氮氧化物/微粒排放的影響。</p><p>　　2. 實(shí)驗(yàn)裝置及程序<

18、/p><p><b>　　2.1發(fā)動(dòng)機(jī)簡介</b></p><p>　　研究在保持其他參數(shù)保持恒定時(shí)單一參數(shù)變化影響的更簡單的辦法是在單缸獨(dú)立系統(tǒng)下進(jìn)行測試從而得到EGR率、進(jìn)氣溫度、空氣和燃油流量。同時(shí)，這也忽略了實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的損失：例如，使用渦輪增壓時(shí)基于排氣管處可用功的升壓。我們研究的最終目的是找出控制氮氧化物和微粒排放的缸內(nèi)策略從而應(yīng)對未來</p>&

19、lt;p>　　的排放標(biāo)準(zhǔn)，因而我們選擇在經(jīng)過有限修改的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)下進(jìn)行試驗(yàn)。</p><p><b>　　圖1.發(fā)動(dòng)機(jī)配置</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)選用的發(fā)動(dòng)機(jī)是一臺(tái)2.0升恒中等-漩渦、水冷高速直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，它還配備了冷卻EGR循環(huán)以及一個(gè)可變幾何渦輪增壓器和一個(gè)內(nèi)部冷卻器。發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)格由表一給出。實(shí)驗(yàn)是為了在低或部分負(fù)荷下的多種操作條件而進(jìn)行的，例如

20、旨在輕型車、混合控制以及預(yù)混合燃燒過程（在主噴射之前有或沒有噴射點(diǎn)）的歐洲排放循環(huán)測試—由四個(gè)乘試駕是循環(huán)和一個(gè)附加城市駕駛循環(huán)組成。這里展示了兩個(gè)。相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油道壓力、主要噴射量，主要起始燃油噴射量，背壓和近似平均有效壓力由表二給出。對于每一個(gè)，注入量是恒定的，這樣近似平均有效壓力不會(huì)因?yàn)闇y試導(dǎo)致的修改而發(fā)生太大的變化（進(jìn)氣溫的和背壓以及EGR率）</p><p>　　廢氣再循環(huán)電路已經(jīng)被修改：<

21、/p><p>　　在EGR冷卻器上的一個(gè)獨(dú)立水循環(huán)是用來控制再循環(huán)氣體溫度Tegr的。他 用來使氣體保持在120℃以上的溫度從而避免水蒸氣的凝結(jié)。</p><p>　　一個(gè)帶有EGR混合器的經(jīng)過修改的EGR電路被用來保證空氣和再循環(huán)氣體能夠完美的混合，從而保證缸缸之間的低擴(kuò)散。EGR混合氣經(jīng)過冷卻之后被導(dǎo)入主入口切管，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)渦流（見圖2）。對于不同的汽缸，混合器被測試且被規(guī)定分散在不

22、到10%的程度。</p><p>　　平均EGR率定義如下：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　這里XCO2_inlet和XCO2_exhaust是由進(jìn)氣和排氣歧管的CO2濃度分別測量的。</p><p>　　兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)是用來控制EGR率和新鮮空氣流的：</p><p

23、>　　EGR閥控制EGR流</p><p>　　可變幾何渦輪增壓器的角度同時(shí)調(diào)整EGR流和新鮮空氣流：當(dāng)EGR閥關(guān)閉且可變幾何渦輪增壓器也關(guān)閉時(shí)，增壓器加速，這樣就增加了背壓P2"和新鮮空氣流。當(dāng)EGR閥開啟（部分或全部）且可變幾何渦輪增壓器關(guān)閉時(shí)，排氣歧管處壓力P3，增加，這樣就增加了EGR流，但普遍上背壓是一定的（也就是說新鮮空氣流的減少）。這樣，當(dāng)增加EGR率時(shí)想要保持空燃比的恒定是相當(dāng)困難

24、的。</p><p>　　進(jìn)氣溫度T2'是分別控制的，獨(dú)立于EGR率，在與EGR系統(tǒng)混合后受控制的進(jìn)氣溫度T2"。</p><p><b>　　2.2排放控制措施</b></p><p>　　NOX排放物是由生態(tài)理化學(xué)發(fā)光檢測器、 700EL氣體分析儀測量者，他運(yùn)用了化學(xué)發(fā)光檢測器的方法。氮氧化物排放從ppm轉(zhuǎn)化為g/h：&l

25、t;/p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　這里的MMO2=46.005g/mol，Vm=22.411/mol，處于標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下。</p><p>　　在排氣歧管的微粒使用一個(gè)AVL 415S煙度計(jì)來測量的。微粒過濾量和微粒排放量之間的關(guān)系由煙度計(jì)操作手冊用mg/m3計(jì)量給出，并如下：</p><p&g

26、t;　　Smoke(mg/m3)= (3)</p><p>　　微粒排放用g/h計(jì)量則由下式給出</p><p>　　Smoke(g/h)10-3 Smoke(mg/m3)Qexhaust （4）</p><p>　　由于對所有測量控制條件來說理論空氣盈余值都超過1，尾氣是

27、由燃燒過的氣體和未消耗空氣組成。這樣，非凝結(jié)的尾氣流Qexhaust由下式給出：</p><p>　　Qexhaust=FMF （5）</p><p>　　這里的AFRst=14.4，且是理論空燃比，是理論混合物的已燃?xì)怏w密度，是空氣密度，是過量空氣系數(shù)。；</p><p>　　相似地，干燥的排氣流由下式給

28、出</p><p>　　Qexhaust_dry=FMF , (6)</p><p>　　其中是一公斤未凝結(jié)尾氣中干燥尾氣的質(zhì)量（相當(dāng)于燃燒0.924千克柴油）。</p><p>　　過量空氣系數(shù)由空氣質(zhì)量流量AMF和燃油質(zhì)量流量FMF求得：</p><p>　　=

29、 (7)</p><p>　　進(jìn)排尾氣中CO2濃度是由西門子ULTRAMAT23氣體分析儀測量的，這個(gè)分析儀采用了非分散紅外（恩蒂爾）測量技術(shù)。每一個(gè)氣體分析儀在特定氣體標(biāo)準(zhǔn)下每4小時(shí)標(biāo)定一次。如果要求的變化范圍小于0.3%，那經(jīng)過校準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)就得到了驗(yàn)證。</p><p>　　表1 測試發(fā)動(dòng)機(jī)的規(guī)

30、格</p><p>　　表2 控制點(diǎn)：轉(zhuǎn)速和平均有效壓力</p><p>　　2.3對于平均總熱損失率的評估（放熱率）</p><p>　　平均總放熱率是通過對每一個(gè)操作條件在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)置計(jì)算程序而獲得的。計(jì)算程序傳統(tǒng)上基于缸內(nèi)壓力，壓力是通過一個(gè)Kistler6055BB壓電壓力傳感器和一個(gè)分辨率0.361CA的編碼器測得的。所用的缸內(nèi)壓力是連續(xù)25次測量的

31、平均值。實(shí)際上，及時(shí)對大多周期對周期分散操作條件下的測試，放熱率的最大變異系數(shù)要小于7%。這樣一來基于總放熱率的平均放熱率誤差要小于3%。必須要強(qiáng)調(diào)的是，平均放熱率沒有給出組中的周期對周期分散的跡象。通過霍恩貝格模型計(jì)算到燃燒室壁的熱傳遞從而在凈放熱率提取總放熱率[18]。</p><p>　　2.4在點(diǎn)火延遲期注入燃料百分比的評估</p><p>　　為了描述氮氧化物和微粒排放，了解在預(yù)

32、混合相中燃燒的以及在擴(kuò)散相中燃燒的燃油百分比是有幫助的。實(shí)際上，直接測量這個(gè)百分比是不可能的。這樣，點(diǎn)火延遲期內(nèi)的燃油注入量百分比 r 是在每一個(gè)測試的操作條件下計(jì)算出來的。噴射速率為每一個(gè)控制點(diǎn)提供每一刻注入燃料比例的瞬間值。當(dāng)燃燒加速（放熱率的差分，用W/s來計(jì)量）達(dá)到任意固定在2108W/s這樣一個(gè)臨界值時(shí)，點(diǎn)或延遲就應(yīng)該結(jié)束了。括號(hào)內(nèi)給出的在燃燒過程初始的注入燃料的比例是每個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作條件放熱率運(yùn)行狀態(tài)圖。必須要強(qiáng)調(diào)的是在點(diǎn)或延

33、遲去部分注入的燃料沒有與空氣混合而且它也不會(huì)參與預(yù)混合燃燒過程。這樣一來，比例 r 被認(rèn)為是在預(yù)混合狀態(tài)下的燃料百分比的上限。</p><p><b>　　2.5誤差分析</b></p><p>　　表3總結(jié)了包含在實(shí)驗(yàn)中各種參數(shù)的測量技術(shù)、校準(zhǔn)范圍、精確度和各種儀表的相對誤差。實(shí)驗(yàn)誤差主要來源于儀表?xiàng)l件、校準(zhǔn)、環(huán)境、觀測手段、讀書以及測試手段。實(shí)驗(yàn)的精度必須通過誤差

34、分析進(jìn)行驗(yàn)證。這里選用基于泰勒定理的誤差擴(kuò)散的差分方法來驗(yàn)證。它給出了最大誤差 u 的函數(shù)如下：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　這樣一來，XEGR,NOx（g/h），Smoke（g/h），Qexhaust以及分別是1.4%，1.5%，2.3%，1.1%和1.05%。</p><p>　　對于后面給出的每一條曲線

35、，Y軸以百分比形式給出；對于每一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的繪制，會(huì)有一個(gè)值被設(shè)為100%并且在所有操作條件下保持恒定。</p><p>　　表3 相對測量誤差</p><p>　　3. 在恒定EGR率下進(jìn)氣溫度的影響</p><p>　　被測的EGR系統(tǒng)的第一個(gè)影響是進(jìn)氣溫度的變化。實(shí)際上，當(dāng)EGR率升高時(shí)，進(jìn)氣在進(jìn)入EGR系統(tǒng)后溫度會(huì)升高，因?yàn)樵傺h(huán)氣體通常在超過100℃時(shí)

36、被冷卻以防止由于水凝結(jié)造成對EGR冷卻器和進(jìn)氣閥的服飾。進(jìn)氣溫度、氧氣量和熱容量的增加板粟了缸內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量（熱節(jié)流效應(yīng)）的減少，為了孤立由EGR產(chǎn)生的稀釋效應(yīng)對于進(jìn)氣溫度的影響，要在保持EGR率恒定的情況下分別調(diào)整進(jìn)氣溫度。對于第一個(gè)控制點(diǎn)，在多重控制以及預(yù)混合燃燒且在恒定背壓P2"及恒定空燃比情況下，0%和15.5%的EGR是低的。在進(jìn)氣溫度T2"升高時(shí)，通過關(guān)閉可變截面幾何增壓器來增加背壓P2"繼而獲得恒

37、定的空燃比。（圖3-8在15.5%EGR下，由于可變截面幾何增壓器完全關(guān)閉，在超過45℃下保持恒定的空燃比是不可能的）</p><p>　　3.1在燃燒過程中進(jìn)氣溫度的影響</p><p>　　放熱率曲線和缸內(nèi)壓力曲線由圖3—6給出。必須強(qiáng)調(diào)的是對于每一個(gè)注射點(diǎn)的第一控制點(diǎn)，燃燒過程是一個(gè)只有一點(diǎn)點(diǎn)預(yù)混合部分的準(zhǔn)靜態(tài)多重控制。相反，要是沒有注射點(diǎn)，燃燒過程是準(zhǔn)靜態(tài)預(yù)混合。兩種狀態(tài)時(shí)能區(qū)分的

38、：</p><p><b>　　3.1．1擴(kuò)散燃燒</b></p><p>　　對于一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)擴(kuò)散燃燒過程，在恒定背壓下進(jìn)氣溫度升高是因?yàn)榉艧崧实妮p微下降，這是由于缸內(nèi)氣體密度下降造成的。（見圖3）。實(shí)際上，對于一個(gè)擴(kuò)散燃燒過程，燃燒速率是由空氣與燃油之間的混合過程決定的。當(dāng)保持噴射參數(shù)時(shí)，噴射的燃油回?cái)y帶相同體積周圍的空氣。事實(shí)上，在恒定背壓下，噴射的燃油在缸內(nèi)氣體

39、密度下降時(shí)會(huì)攜帶更少的新鮮空氣，這會(huì)導(dǎo)致更低的氧—燃油混合以及更低的放熱率。在恒定空燃比下，壓縮行程末端的環(huán)境空氣壓力及溫度會(huì)因此有小幅升高，這樣就縮短了點(diǎn)火延遲期、部分燃燒的預(yù)混合部分以及壓縮行程的預(yù)混合部分的放熱率分布。（見圖5）.在0%以及15.5%放熱率時(shí)會(huì)觀測到同樣的趨勢。必須強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)研究放熱率的微小變化是需要特別關(guān)注（舉例見圖3）。實(shí)際上，一些微小的變化可以歸咎于并未考慮到放熱率計(jì)算，尤其是用于從凈放熱率得到總放熱率的熱

40、傳遞模型中的計(jì)算。</p><p>　　3.1．2預(yù)混合燃燒過程</p><p>　　對于一個(gè)預(yù)混合燃燒過程，在恒定背壓以及恒定空燃比的條件下，進(jìn)氣溫度的增加會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火延遲期的大幅縮短（分別見圖4--6）。這樣，燃燒過程更早地產(chǎn)生于循環(huán)中缸內(nèi)壓力及環(huán)境氣體溫度更高的時(shí)刻，這就導(dǎo)致更高的燃燒速率以及放熱率峰值。這是因?yàn)橐粋€(gè)預(yù)混合燃燒過程是動(dòng)態(tài)控制的。在0%和15.5%EGR時(shí)可以觀測到相同的

41、趨勢。</p><p>　　3.2氮氧化物及微粒排放對于進(jìn)氣溫度的影響</p><p>　　在0%和15.5%EGR時(shí)對氮氧化物以及微粒排放相應(yīng)的影響由圖7和8分別給出。首先可以注意到，在沒有噴油時(shí)，對于一個(gè)給定的進(jìn)氣溫度，氮氧化物排放更高而微粒排放更低。沒有噴油時(shí)，主要燃燒過程是預(yù)混合燃燒并且形成于點(diǎn)火延遲期的混合物平均等價(jià)空燃比由于微粒存在一定很低，這就解釋了為什么在測試的發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)混

42、合燃燒過程中微粒排放很低。Musculus解釋說，相應(yīng)的EGR率高導(dǎo)致了更高的局部溫度，這樣就促使了氮氧化物的形成[7]。</p><p>　　3.2．1擴(kuò)散燃燒過程</p><p>　　對于一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)多重控制燃燒過程，在0%EGR率下進(jìn)氣溫度的升高導(dǎo)致了微粒排放的增加，不過它對氮氧化物排放的影響很小，無論在恒定背壓下還是恒定空燃比下，這很可能是由對立的影響造成的：一方面降低放熱率，另一方

43、面升高局部溫度。Musculus解釋說，在15.5%的EGR率時(shí)，伴隨著進(jìn)氣溫度的升高的預(yù)混合期縮短相比于在0%EGR率時(shí)更重要，這樣就減少了氮氧化物排放。</p><p>　　3.2．2預(yù)混合燃燒過程</p><p>　　對于一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)預(yù)混合燃燒過程，伴隨進(jìn)氣溫度升高而縮短的點(diǎn)火延遲期導(dǎo)致了在SOC處產(chǎn)生更濃的空氣--燃料混合物，因?yàn)楣┙o注入燃料與周圍空氣混合的時(shí)間更少了。以前的說法是，

44、放熱率也很高，這就導(dǎo)致局部溫度的升高。對于這兩個(gè)參數(shù)的調(diào)整會(huì)對氮氧化物和微粒生成有相反的影響：傳統(tǒng)意義上更高的燃燒溫度會(huì)導(dǎo)致更高的氮氧化物排放（因?yàn)楦叩幕鹧鏈囟然卮偈沟趸锷蒣20,21]）和更低的微粒排放（由于更高的微粒氧化速率），燃燒越充分則相反的影響越明顯。對于再次研究的控制點(diǎn)，第二個(gè)影響更顯著，這就導(dǎo)致無論在恒定背壓還是恒定空燃比下，即使燃燒溫度很高，仍會(huì)產(chǎn)生更低的氮氧化物排放和更高的微粒排放。沒有試點(diǎn)在恒定空燃比，對于0

45、%和15.5%EGR，相比于恒定背壓條件會(huì)產(chǎn)生稍少的氮氧化物排放。</p><p>　　4.在恒定進(jìn)氣溫度下EGR系統(tǒng)的影響</p><p>　　在第一和第二控制點(diǎn)EGR在燃燒過程中，在恒定背壓以及恒定空燃比條件下，對于氮氧化物排放和微粒排放的影響：見圖9----16.對于第一控制點(diǎn)，多重控制以及預(yù)混合燃燒兩個(gè)過程都經(jīng)過研究。進(jìn)氣溫度保持恒定。對于第二控制點(diǎn)，當(dāng)EGR率升高時(shí)，保持進(jìn)氣溫度

46、的恒定是不可能的。這樣，就有兩個(gè)進(jìn)氣溫度值：中等EGR率時(shí)是33℃，更高EGR率時(shí)是53℃。</p><p>　　4.1．EGR率對于燃燒過程的影響</p><p>　　放熱率曲線以及缸內(nèi)壓力線由圖9---13給出。四個(gè)例子能清晰看出：在恒定背壓或者恒定空燃比下的擴(kuò)散或者預(yù)混合燃燒過程。</p><p>　　4.1．1擴(kuò)散燃燒過程</p><p&

47、gt;　　4.1．1.1.恒定背壓。對于一個(gè)在恒定背壓的準(zhǔn)靜態(tài)多重控制燃燒過程（見圖9---10），EGR率升高的結(jié)果就是點(diǎn)火延遲期的升高。這樣預(yù)混合燃燒部分就更重要了，這導(dǎo)致對于第一控制點(diǎn)，相比于0%EGR率，19.6%EGR率時(shí)的放熱率峰值更高。在第二控制點(diǎn)，對于從0%到20%變化的EGR率來說預(yù)混合燃燒過程的峰值僅僅稍稍升高，并且稍后會(huì)因?yàn)槔鋮s效應(yīng)的深入而下降，在SOC處產(chǎn)生的油氣混合物溫度會(huì)更低，這樣就降低了相應(yīng)的放熱率峰值。&

48、lt;/p><p>　　圖9 對于不同EGR率的放熱率和缸內(nèi)壓力，第一控制點(diǎn)，恒定背壓，有試點(diǎn)</p><p>　　圖10 對于不同EGR率的放熱率和缸內(nèi)壓力，第二控制點(diǎn)，恒定背壓，有試點(diǎn)</p><p>　　圖11 對于不同EGR率的放熱率和缸內(nèi)壓力，第一控制點(diǎn)，恒定背壓，無試點(diǎn)</p><p>　　圖12 對于不同EGR率的放熱率和缸

49、內(nèi)壓力，第二控制點(diǎn)，恒定背壓，有試點(diǎn)</p><p>　　圖13 對于不同EGR率的放熱率和缸內(nèi)壓力，第一控制點(diǎn)，恒定背壓，無試點(diǎn)</p><p>　　圖14 對于不同EGR率的放熱率和缸內(nèi)壓力，第一控制點(diǎn)</p><p>　　圖15 對于不同EGR率的放熱率和缸內(nèi)壓力，第二控制點(diǎn)</p><p>　　圖16 氮氧化物與微粒的權(quán)衡&l

50、t;/p><p>　　4.1．1.2恒定空燃比。 對于一個(gè)在恒定空燃比下的準(zhǔn)靜態(tài)純粹多重控制燃燒過程，當(dāng)EGR率升高時(shí)導(dǎo)致的背壓的升高會(huì)引起點(diǎn)火延遲期的縮短，這樣一來就會(huì)稍稍縮短預(yù)混合部分。擴(kuò)散燃燒部分的放熱率四惠不隨EGR率的變化而變化。實(shí)際上，根據(jù)更早的解釋，當(dāng)保持噴射參數(shù)時(shí)，噴射的燃油會(huì)攜帶相同體積的周圍氣體（空氣和EGR循環(huán)氣）[19]。事實(shí)上，在恒定背壓下，噴射燃油會(huì)隨著升高的EGR率攜帶更少的新鮮空氣，這

51、就導(dǎo)致更低的氧氣—燃油混合量以及更低的放熱率。另一方面，在恒定空燃比下，周圍空氣密度會(huì)升高并且噴射燃油會(huì)攜帶相同提及的新鮮空氣。結(jié)果就是，氧氣和燃油混合量不會(huì)改變，這就導(dǎo)致伴隨EGR率的升高放熱率保持不變。</p><p>　　4.1．2預(yù)混合燃燒過程</p><p>　　4.1．2.1恒定背壓。在恒定背壓下對于預(yù)混合燃燒過程，當(dāng)EGR率升高時(shí)點(diǎn)火延遲期回延長。燃燒會(huì)稍后出現(xiàn)在循環(huán)的做功行

52、程中，而且缸內(nèi)溫度會(huì)更低，這樣就降低了燃燒速率和放熱率峰值。</p><p>　　4.1．2.2恒定空燃比。在恒定空燃比下對于一個(gè)預(yù)混合燃燒過程，在點(diǎn)火延遲期的EGR的稀釋影響可以為在壓縮重點(diǎn)的環(huán)境空氣溫度的升高而補(bǔ)償，這就導(dǎo)致隨著EGR率的升高而縮短了點(diǎn)火延遲期。空氣和燃油的預(yù)混合物因此而稍稍變濃，而且相應(yīng)的放熱率峰值會(huì)稍稍降低。</p><p>　　4.2．EGR對于氮氧化物以及微粒排

53、放物的影響</p><p>　　EGR對于氮氧化物以及微粒排放的影響由圖14和圖15給出。其相應(yīng)的氮氧化物/微粒權(quán)衡由圖16給出。首先，對于無試點(diǎn)的第一個(gè)控制點(diǎn)，給出EGR率，對于進(jìn)氣溫度的影響，氮氧化物排放更高而微粒排放更低。</p><p>　　4.2．1.擴(kuò)散燃燒</p><p>　　對于無試點(diǎn)的第一控制點(diǎn)，EGR率的升高，無論在恒定背壓或者恒定空燃比，會(huì)導(dǎo)致

54、氮氧化物排放的大幅度降低以及微粒排放的升高。</p><p>　　在恒定背壓下的第二控制點(diǎn)，微粒排放從EGR率從0%到30%時(shí)首次增加，但當(dāng)EGR率超過30%時(shí)開始下降，這樣就進(jìn)入一個(gè)地氮氧化物低微粒燃燒模式。這些現(xiàn)象由實(shí)驗(yàn)人員觀測到[13,22]。這個(gè)低氮氧化物低微粒條件非常接近于Akihama提出的無煙濃柴油燃燒過程[13]。必須強(qiáng)調(diào)的是伴隨微粒以及氮氧化物排放物的降低一定會(huì)伴隨8.5%的燃油消耗率上升以及C

55、O和烴的排放的上升。</p><p>　　有EGR存在的氮氧化物排放的降低以及微粒排放的升高在第一控制點(diǎn)處、恒定空燃比時(shí)會(huì)更低。另一些作者說，不過EGR的升高帶來的微粒損失不能通過保持空燃比加以抑制[10].對于第二控制點(diǎn)，對立的影響是：對于一個(gè)給定的EGR率，微粒排放在恒定空燃比下更高，這就導(dǎo)致不良的氮氧化物/微粒權(quán)衡（見圖16）。另外，當(dāng)保持恒定的空燃比時(shí)，在第一第二控制點(diǎn)保持超過17%的EGR率是不可能的，

56、因?yàn)樵鰤浩魇遣豢赡茉黾颖硥旱礁叩闹?。事?shí)上，在傳統(tǒng)的高壓EGR環(huán)路上，高EGR率將不可挽回的通過渦輪降低空氣流量繼而導(dǎo)致背壓的下降。所以，在實(shí)際EGR配置下，想通過保持合適的空燃比在不提高微粒排放的情況下大幅度降低氮氧化物排放是不可實(shí)現(xiàn)的。對空氣環(huán)路的一些調(diào)整可以同時(shí)獲得高背壓和高EGR率：在低或部分負(fù)荷條件下更好的渦輪增壓系統(tǒng)（例如有一個(gè)雙級增壓），或者一個(gè)不同的EGR環(huán)路（高壓EGR環(huán)路的低壓損失，或者低壓EGR環(huán)路）。在一個(gè)高雅

57、EGR環(huán)路中，在循環(huán)氣體經(jīng)過增加其，這樣通過增壓器的氣體流、背壓在EGR率升高時(shí)保持不變。在低壓EGR環(huán)路中就容易保持合適的空燃比。</p><p>　　4.2．2.預(yù)混合燃燒過程</p><p>　　無試點(diǎn)下（準(zhǔn)靜態(tài)預(yù)混合燃燒過程），盡管燃燒過程和空氣組成不同，對于第一控制點(diǎn)一個(gè)給定的EGR率，在恒定背壓條件或恒定空燃比條件下微粒和氮氧化物排放沒有什么不同。通過第一控制點(diǎn)的氮氧化物/微粒

58、權(quán)衡看出，在準(zhǔn)靜態(tài)預(yù)混合燃燒過程中，很低的氮氧化物和微粒排放條件是可以實(shí)現(xiàn)的。燃燒出現(xiàn)的時(shí)刻可以與MK概念相比較。另一方面，由于高EGR率，它導(dǎo)致了CO、未燃烴排放、高燃燒噪音以及循環(huán)對循環(huán)燃燒擴(kuò)散。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　EGR對于燃燒過程以及氮氧化物—微粒排放的影響已經(jīng)為各種EGR控制策略研究過了。主要的結(jié)論如下：</

59、p><p>　　1、在恒定EGR率條件下進(jìn)氣溫度的提高對于燃燒過程以及排放物有對立的效果，這樣傳統(tǒng)的觀測有時(shí)會(huì)給出相反的趨勢。例如進(jìn)氣溫度升高時(shí)氮氧化物排放的增加。所以，EGR產(chǎn)生的進(jìn)氣溫度的增加對于不同的操作條件會(huì)有積極、消極不同的影響，這表明在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)必須要考慮到這些因素</p><p>　　2、對于完全靜態(tài)擴(kuò)散燃燒過程，當(dāng)改變缸內(nèi)環(huán)境氣體組分時(shí)，放熱率在一定空燃比下不會(huì)改變。&l

60、t;/p><p>　　3、在低負(fù)荷條件下，通過恒定背壓下的高EGR率可以獲得很低的氮氧化物和微粒排放，這是因?yàn)楦呦♂屝?yīng)導(dǎo)致的燃燒過程的延遲。這同時(shí)伴隨著燃油消耗率（可高于10%）的增加以及CO、烴排放的增加。</p><p>　　4、對于一些操作條件，在恒定空燃比且沒有重大燃油消耗率損失和高微粒排放下，EGR是一個(gè)大幅度降低氮氧化物排放地方法。此外，在一些操作條件下，隊(duì)里的影響也被測試到。進(jìn)