EGR和噴射參數對CRDI生物柴油發動機燃燒特性的影響

楊凱，趙汶彬，丁曉倩，祁東輝

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EGR和噴射參數對CRDI生物柴油發動機燃燒特性的影響

楊凱，趙汶彬，丁曉倩，祁東輝

（長安大學 汽車學院，陜西 西安 710064）

研究試圖對噴油壓力、噴射時間和廢氣再循環(EGR)比對燃燒特性、粒度分布和排氣的影響進行比較研究。在共軌直接噴射(CRDI)柴油發動機中使用的廢棄食用油(WCO)產生的生物柴油排放量。結果表明，噴射時間對缸內壓力和放熱率有明顯的影響，這倆隨著噴射時間的延遲而降低，但在不同的噴射時間下噴射壓力對不同的參數則影響不大。在不同工況下，氣缸內壓力峰值和放熱率與EGR率的變化趨勢基本相似，20% EGR率時得到最高值。

廢食用油生物柴油；共軌直噴發動機；燃燒特性

1 概述

儲存和處置來自餐館和家庭的廢物烹調油 (WCO) 的既麻煩又費錢。大部分的WCO，涌入城市的下水道系統，造成河流、湖泊、海洋和地下水的污染，這對環境和人類健康非常有害。研究結果表明，WCO可以通過與甲醇或乙醇酯交換反應轉化為對環境友好的生物柴油燃料。原料油價格是影響生物柴油生產經濟可行性的重要因素之一。利用WCO生物柴油可為滿足工業能源需求提供可觀的經濟效益，因為其較低的原材料成本足以彌補較高的初始投資。一般而言，大多數被查閱的文獻表明，當WCO生物柴油被用作部分或全部柴油替代品時，減少的排放有烴(HC)、一氧化碳 (CO)、微粒物質(PM)，增加的有氮氧化物(NOx)和碳氧化物(CO2)排放量。此外，還進行了一些試驗,以改善用生物柴油燃料發動機的性能。

2 實驗設備和方法

2.1 測試引擎

測試引擎是單缸共軌直噴式壓縮著火發動機，缸徑100 mm，行程125 mm，排量0.98升，壓縮比為17.4。它是由6缸重型柴油發動機改裝而成的，發動機的第一缸被用于測試。其他五氣缸沒有燃料噴射和閥門運動而失效。

2.2 發動機儀表

發動機轉速由直流測功機控制。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動， 用于控制噴射時間和噴射質量。發動機 EGR 閥由步進電機驅動，允許操作者設定相同的EGR率。缸內壓力記錄在每0.2曲軸角度 (CAD)由一個壓電壓力傳感器(基斯特勒，6052C)耦合與電荷放大器(基斯特勒，5011)。對100發動機循環的缸內壓力進行了平均計算。

3 結果與分析

3.1 燃燒特性

圖中顯示了噴射時間、噴射壓力和EGR率對缸內壓力的影響。從圖中可以看出，隨著噴射時間的向后移動，缸內壓力峰值減小，相應的曲軸轉角也會減小。缸內壓力峰值主要取決于預混燃燒階段燃料燃燒的分數和燃料與空氣混合的能力。由于噴射時間延遲，著火延時降低。不均勻的燃料空氣混合物形成，導致一個短的預混燃燒階段，導致一個較低的峰值缸內壓力。同時也可以看出，EGR導致了著火延遲的增加，整個燃燒過程在較晚的階段發生了變化，而燃燒持續時間減少。因此，噴射壓力對著火延遲期的燃料-空氣混合的影響不顯著。在80MPa的噴射壓力下，較長的著火延遲時間導致了氣缸內壓力的升高，這是在上止點前進行的壓縮沖程發生的。在5°BTDC的噴射時間時，著火延遲期減短，高噴射壓力增強了霧化，導致平均直徑降低，破碎長度短，分散度更高，導致燃料的積累增加。在著火延遲期和預混放熱速率的增加。提高了氣缸的峰值。缸內壓力的峰值出現在上止點之后的膨脹行程。

圖1

4 結論

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

（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的噴射時間和EGR率20%被認為是WCO生物柴油發動機性能的最佳條件。

[1]楊帥,李秀元,應啟戛等.EGR率對柴油機排放特性影響的試驗[J].農業機械學報,2006,37(5):29-33.

[2]王德傳,莊戌利.EGR對發動機性能影響的研究[J].內燃機與配件,2017(17).

[3]白富強.采用含氧燃料和EGR同時降低直噴式柴油機碳煙和NO排放的試驗研究[D].西安交通大學, 2001.

[4]賈超超.噴射參數對高壓共軌柴油機燃用地溝油生物柴油性能的影響研究[D].長安大學,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，就讀于長安大學汽車學院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.033