EGR和喷射参数对CRDI生物柴油发动机燃烧特性的影响

杨凯，赵汶彬，丁晓倩，祁东辉



EGR和喷射参数对CRDI生物柴油发动机燃烧特性的影响

杨凯，赵汶彬，丁晓倩，祁东辉

（长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064）

研究试图对喷油压力、喷射时间和废气再循环(EGR)比对燃烧特性、粒度分布和排气的影响进行比较研究。在共轨直接喷射(CRDI)柴油发动机中使用的废弃食用油(WCO)产生的生物柴油排放量。结果表明，喷射时间对缸内压力和放热率有明显的影响，这俩随着喷射时间的延迟而降低，但在不同的喷射时间下喷射压力对不同的参数则影响不大。在不同工况下，气缸内压力峰值和放热率与EGR率的变化趋势基本相似，20% EGR率时得到最高值。

废食用油生物柴油；共轨直喷发动机；燃烧特性

1 概述

储存和处置来自餐馆和家庭的废物烹调油 (WCO) 的既麻烦又费钱。大部分的WCO，涌入城市的下水道系统，造成河流、湖泊、海洋和地下水的污染，这对环境和人类健康非常有害。研究结果表明，WCO可以通过与甲醇或乙醇酯交换反应转化为对环境友好的生物柴油燃料。原料油价格是影响生物柴油生产经济可行性的重要因素之一。利用WCO生物柴油可为满足工业能源需求提供可观的经济效益，因为其较低的原材料成本足以弥补较高的初始投资。一般而言，大多数被查阅的文献表明，当WCO生物柴油被用作部分或全部柴油替代品时，减少的排放有烃(HC)、一氧化碳 (CO)、微粒物质(PM)，增加的有氮氧化物(NOx)和碳氧化物(CO2)排放量。此外，还进行了一些试验,以改善用生物柴油燃料发动机的性能。

2 实验设备和方法

2.1 测试引擎

测试引擎是单缸共轨直喷式压缩着火发动机，缸径100 mm，行程125 mm，排量0.98升，压缩比为17.4。它是由6缸重型柴油发动机改装而成的，发动机的第一缸被用于测试。其他五气缸没有燃料喷射和阀门运动而失效。

2.2 发动机仪表

发动机转速由直流测功机控制。八孔直径0.131毫米，博世DL06Tier4中期CRIN3电磁式喷射器采用380 ml/30s在100 bar和喷雾角150的水力流量。喷射压力控制器保持共轨的燃料压力。在凸轮轴上安装有曲柄角传感器的喷油器驱动， 用于控制喷射时间和喷射质量。发动机 EGR 阀由步进电机驱动，允许操作者设定相同的EGR率。缸内压力记录在每0.2曲轴角度 (CAD)由一个压电压力传感器(基斯特勒，6052C)耦合与电荷放大器(基斯特勒，5011)。对100发动机循环的缸内压力进行了平均计算。

3 结果与分析

3.1 燃烧特性

图中显示了喷射时间、喷射压力和EGR率对缸内压力的影响。从图中可以看出，随着喷射时间的向后移动，缸内压力峰值减小，相应的曲轴转角也会减小。缸内压力峰值主要取决于预混燃烧阶段燃料燃烧的分数和燃料与空气混合的能力。由于喷射时间延迟，着火延时降低。不均匀的燃料空气混合物形成，导致一个短的预混燃烧阶段，导致一个较低的峰值缸内压力。同时也可以看出，EGR导致了着火延迟的增加，整个燃烧过程在较晚的阶段发生了变化，而燃烧持续时间减少。因此，喷射压力对着火延迟期的燃料-空气混合的影响不显著。在80MPa的喷射压力下，较长的着火延迟时间导致了气缸内压力的升高，这是在上止点前进行的压缩冲程发生的。在5°BTDC的喷射时间时，着火延迟期减短，高喷射压力增强了雾化，导致平均直径降低，破碎长度短，分散度更高，导致燃料的积累增加。在着火延迟期和预混放热速率的增加。提高了气缸的峰值。缸内压力的峰值出现在上止点之后的膨胀行程。

图1

4 结论

（1）缸内压力峰值随喷射时间的延迟而减小，随EGR率的增加而轻微下降。在25°BTDC的喷射时间，80兆帕的喷射压力表现出较高的缸内压力，但在5°BTDC的喷射时间时则相反。随着喷射时间的延迟，峰值放热率降低，随喷射压力的增加而略有增加。EGR对放热率有复杂的影响，在各种工况下，20% EGR率达到最高值。

（2）在较高喷射压力下的燃烧更能耐受EGR率的增大，使用160MPa的喷射压力，5°BTDC的喷射时间和EGR率20%被认为是WCO生物柴油发动机性能的最佳条件。

[1]杨帅,李秀元,应启戛等.EGR率对柴油机排放特性影响的试验[J].农业机械学报,2006,37(5):29-33.

[2]王德传,庄戌利.EGR对发动机性能影响的研究[J].内燃机与配件,2017(17).

[3]白富强.采用含氧燃料和EGR同时降低直喷式柴油机碳烟和NO排放的试验研究[D].西安交通大学, 2001.

[4]贾超超.喷射参数对高压共轨柴油机燃用地沟油生物柴油性能的影响研究[D].长安大学,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

杨凯，就读于长安大学汽车学院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.033