VNT與EGR耦合對不同氣壓下燃用含氧燃料柴油機性能的影響

畢玉華，唐成章，申立中，文萬斌，王 俊，宋國富

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VNT與EGR耦合對不同氣壓下燃用含氧燃料柴油機性能的影響

畢玉華1，唐成章1，申立中1，文萬斌1，王 俊1，宋國富2

（1. 昆明理工大學(xué)云南省內(nèi)燃機重點試驗室，昆明 650500； 2. 昆明云內(nèi)動力股份有限公司，昆明 650500）

將廢氣再循環(huán)（exhaust gas recirculation, EGR）、可變噴嘴渦輪增壓器（variable nozzle turbocharger, VNT）與含氧燃料摻燒技術(shù)結(jié)合，可拓寬EGR的適用工況，提高空燃比，既有助于解決氮氧化物（nitrogen oxides, NOx）與微粒（particulate matter, PM）排放的矛盾，也有利于減小海拔上升導(dǎo)致的柴油機性能惡化的程度。選擇EGR與VNT耦合的高壓共軌柴油機作為研究機型，將生物柴油和生物乙醇按一定比例與柴油混合成生物乙醇柴油（biodiesel-ethanol-diesel, BED）燃料，利用大氣模擬系統(tǒng)，在100和80 kPa的環(huán)境下，試驗研究VNT與EGR對含氧燃料柴油機動力性、經(jīng)濟性、排放特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明：含氧燃料柴油機的動力性和經(jīng)濟性隨著VNT開度和EGR率的增大以及大氣壓力的降低而變差，在大氣壓力為80 kPa、轉(zhuǎn)速為2 200 r/min工況下，VNT開度從22%增大到28%扭矩平均降低3.8 N·m，比油耗平均增加4.2 g/(kW·h)，EGR率每增大5%扭矩平均降低0.8 N·m，比油耗平均增加1.5 g/(kW·h)，大氣壓力從100降低至80 kPa時扭矩平均降低3.4 N·m，比油耗平均增加4.9 g/(kW·h)；VNT開度從22%增大到28%時NOx平均減小15%，EGR率每增大5%時NOx排放平均降低12%，大氣壓力從80增大到100 kPa時NOx排放平均增加11%；VNT開度從22%增大到28%煙度的平均增幅為175.3%，EGR率每增大5%煙度的平均增幅為331.9%，大氣壓力從100降低至80 kPa時煙度的平均增幅為96.6%。

柴油機；燃燒；排放控制；不同大氣壓力；可變噴嘴渦輪增壓器；廢氣再循環(huán)；含氧燃料

0 引 言

隨著全球范圍內(nèi)石油資源的日益枯竭和日趨嚴格的排放法規(guī)帶來的挑戰(zhàn)，人類逐漸意識到節(jié)約資源和發(fā)展代替能源的重要性，而生物柴油以其低排放、可再生、可生物降解等優(yōu)勢引起人們的廣泛關(guān)注[1-3]。

柴油機排放控制的重點是氮氧化物（NOx）和PM排放，但是NOx和PM存在生成機理的矛盾性，使柴油機的排放控制技術(shù)較汽油機更加復(fù)雜[4-6]。廢氣再循環(huán)技術(shù)是目前降低柴油機NOx排放最有效的技術(shù)之一，已成為現(xiàn)代柴油機滿足歐6排放法規(guī)的重要技術(shù)措施[7-8]。輕型車或轎車用柴油機在中小負荷時過量空氣系數(shù)Φ較大，可以采用較大的EGR率來改善NOx排放，而在大負荷時過量空氣系數(shù)Φ較小，使用EGR改善NOx排放的幅度較小，同時還會使柴油機出現(xiàn)動力性下降、經(jīng)濟性惡化以及顆粒物排放增加等現(xiàn)象[9-11]。此外，增壓中冷柴油機在低速與高負荷工況存在進排氣逆差，難以實現(xiàn)和提高EGR率。可變噴嘴渦輪增壓器是解決普通渦輪增壓器與柴油機在低速時扭矩不足、響應(yīng)遲滯，海拔上升時柴油機性能惡化的有效技術(shù)手段[12-16]。Wijetugne等[17]對柴油機進行可變噴嘴渦輪增壓器（variable nozzle turbocharger, VNT）和EGR的聯(lián)合控制研究，通過調(diào)節(jié)VNT增壓器噴嘴位置改變排氣背壓，改變進氣量和EGR率，降低了NOx排放。王滸等[18-20]研究了VNT或VGT與EGR耦合控制對柴油機性能和排放的影響，研究表明：采用VNT或VGT可在各個工況實現(xiàn)理想的EGR率，顯著降低NOx排放，并且能夠在一定的EGR率范圍內(nèi)保持較高的空燃比；通過控制VNT或VGT的開度，提高空燃比，限制柴油機的PM排放，同時可以改善柴油機動力性與燃油經(jīng)濟性。

柴油機在高海拔地區(qū)運行時，隨著海拔的升高，大氣壓力和空氣密度隨之降低，導(dǎo)致柴油機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性和排放指標都不同程度地下降。董素榮等[21]通過可調(diào)二級增壓柴油機高海拔燃燒與性能模擬試驗,研究了不同海拔條件下VGT開度對柴油機性能的影響，結(jié)果表明海拔高度越高柴油機的燃燒越差，動力性惡化。申立中等[22]采用微機控制的大氣模擬綜合測控系統(tǒng)深入研究了柴油機運行在不同海拔地區(qū)的排放特性，根據(jù)實驗結(jié)果分析得出了不同海拔地區(qū)之間柴油機碳煙的排放規(guī)律。Chaffin等[23]利用自己研發(fā)的大氣模擬系統(tǒng)模擬3個不同海拔大氣壓力環(huán)境，研究了不同大氣壓力環(huán)境對柴油機動力性和排放性的影響規(guī)律，結(jié)果表明柴油機的扭矩和微粒排放都隨海拔的升高而變差。楊永忠等[24]在海拔高度約為1 960 m的高原地區(qū)系統(tǒng)研究了可變噴嘴渦輪增壓器對運行在高原地區(qū)的車用柴油機動力性、經(jīng)濟性以及排放性能的影響關(guān)系,結(jié)果表明在高原地區(qū)，通過減小VNT噴嘴環(huán)開度可以降低渦前溫度，進而降低柴油機的熱負荷，提高其可靠性，合理調(diào)節(jié)VNT噴嘴環(huán)開度可以獲得較為滿意的NOx比排放與煙度排放。

多組分含氧燃料來源廣泛，含氧有利于改善燃燒過程，提高燃燒效率，其作為替代能源既可以緩解能源危機，又有利于柴油機降低排放[25-29]。Felipe等[30]運用發(fā)動機臺架試驗和熱學(xué)分析研究了發(fā)動機分別燃用4種生物燃料（純柴油、B100、B20和B50，其中B100、B20和B50是指由生物柴油的摻混比分別為100%、20%和50%與純柴油摻混而成的混合燃料）對柴油機性能和排放的影響，結(jié)果表明B20燃料相比純柴油功率、扭矩和熱效率都有所增加，碳煙排放降低。劉少華等[31]運用發(fā)動機臺架試驗研究了不同類別的含氧生物質(zhì)燃料（柴油、乙醇柴油E10以及生物柴油-乙醇-柴油B10E10）在高原缺氧環(huán)境下對發(fā)動機性能和排放的影響，結(jié)果表明與E10燃料相比，B10E10混合燃料在柴油機的一氧化碳和碳氫化合物（HC）以及碳煙排放方面具有更好的改善效果；但是動力性下降幅度較大，NOx排放增加。國內(nèi)外學(xué)者針對VNT與EGR對柴油機性能影響規(guī)律進行了相關(guān)研究，然而針對不同大氣壓力地區(qū)VNT與EGR對燃用多組分含氧燃料柴油機性能影響規(guī)律的研究極少。

選擇燃用純柴油和多組分含氧燃料的高壓共軌柴油機作為研究對象，利用大氣模擬系統(tǒng)、常規(guī)試驗臺架以及排放測試裝置，在80和100 kPa的大氣環(huán)境下，研究了VNT與EGR系統(tǒng)對含氧燃料柴油機的動力性、經(jīng)濟性以及排放特性的影響規(guī)律，以期為高原柴油機實現(xiàn)高效低污染燃燒提供參考。

1 試驗設(shè)備及臺架

研究對象為一臺帶EGR回路和VNT渦輪增壓器的直列四缸高壓共軌柴油機。其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。臺架設(shè)備主要為WE31水渦流測功機（杭州奕科機電技術(shù)有限公司，精度為±2%·滿量程）、TOCEIL-LFE300 進氣流量計（上海同圓發(fā)動機測試設(shè)備有限公司，精度為±1%·測量值）、FCM04瞬態(tài)油耗儀（杭州奕科機電技術(shù)有限公司，精度為＜±0.05%·滿量程）、AVL415SG002煙度計（奧地利·AVL李斯特有限公司）等，試驗臺架布置如圖1所示。

表1 發(fā)動機基本設(shè)計參數(shù)

1.穩(wěn)壓罐 2.中冷器 3.EGR閥 4.數(shù)據(jù)采集器 5.EGR冷卻器 6.測功機 7.INCA V7.1 8.接口硬件 9. 帶ETK的ECU 10. 415S G002煙度計 11. AVL SESAM i60 FTIR 12.VNT渦輪增壓器 13.層流流量計

2 試驗方案

2.1 試驗所用燃料

研究中所選燃料為純柴油與B15E5含氧燃料，2種燃料的理化特性如表2所示。B15E5含氧燃料由0#柴油、99.5%濃度無水乙醇和用地溝油提煉成的生物柴油混合而成，體積比例分別為80%柴油、15%生物柴油、5%乙醇。前期進行了柴油、乙醇、生物柴油的互溶性和穩(wěn)定性試驗，獲得了不同配比生物乙醇柴油（biodiesel- ethanol-diesel, BED）燃料混合的三相互溶區(qū)。

表2 柴油、B15E5燃料的理化特性

注：B15E5燃料代表由體積比例分別為80%柴油、15%生物柴油和5%乙醇混合而成的含氧燃料。

Note: B15E5 fuel represents an oxygenated fuel made up of a mixture of 80% diesel, 15% biodiesel and 5% ethanol.

生物柴油的十六烷值比柴油高，而乙醇的十六烷值則比柴油低得多，因此BED燃料十六烷值比柴油低。BED燃料十六烷值可以通過柴油、生物柴油和乙醇的比例以及各自的十六烷值計算得到，計算公式如式（1）[32-33]。

CNBED= CNb·V+ CNe·V+ CNd·V（1）

式中CNBED，CNb，CNe，CNd分別表示多組分燃料，生物柴油，乙醇以及柴油的十六烷值；V，V與V分別指BED多組分燃料中生物柴油，乙醇和柴油體積百分比。

2.2 方案設(shè)計

試驗通過大氣模擬系統(tǒng)，研究不同大氣壓力環(huán)境下VNT與EGR系統(tǒng)對柴油機分別燃用柴油燃料和B15E5性能的影響規(guī)律。論文主要進行VNT與EGR系統(tǒng)對柴油機性能和排放特性影響的基礎(chǔ)試驗研究，為保證能實現(xiàn)較大的EGR率且不嚴重影響發(fā)動機性能，故試驗選擇工況為發(fā)動機最大扭矩轉(zhuǎn)速（2 200 r/min）、定油量為40 mg以及額定功率轉(zhuǎn)速（4 000 r/min）、定油量為36 mg。試驗方案如下表3所示。

二是參與主體的多元化。這是我們最為熟悉的養(yǎng)老服務(wù)社會化的內(nèi)容，也是大部分學(xué)者討論最多的一點。所謂養(yǎng)老服務(wù)主體的“社會化”主要是指相對于“家庭”和“國家”而言的。充分動員、組織社會各方面的力量，參與到社會養(yǎng)老服務(wù)中來，這些主體包括企業(yè)、社會組織、慈善機構(gòu)等等。通過大力培育和扶持非營利社會組織，讓盡可能多的養(yǎng)老服務(wù)的事務(wù)由社會組織去承擔；通過積極的產(chǎn)業(yè)化政策創(chuàng)造良好的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，使得企業(yè)能夠在養(yǎng)老服務(wù)市場中立足并做大做強，提供多維度、高質(zhì)量的養(yǎng)老服務(wù)。

表3 試驗研究方案

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 動力性對比分析

VNT開度和EGR率的變化都會直接導(dǎo)致柴油機空燃比發(fā)生變化，從而對柴油機的動力性、經(jīng)濟性和排放性產(chǎn)生影響。論文研究是基于定循環(huán)噴油量下VNT開度和EGR率的變化對柴油機性能和排放特性的影響，而試驗用柴油機的冒煙極限值為固定空燃比17.5，故所有研究均在空燃比＞17.5的條件下進行。圖2為不同大氣壓力下VNT開度和EGR率對含氧燃料柴油機動力性的影響。

圖2 VNT與EGR耦合對不同氣壓下柴油機動力性的影響

Fig.2 Effect of VNT and EGR coupling on diesel engine power performance at different atmospheric pressures

試驗結(jié)果表明在不同大氣壓力下，B15E5的動力性差于純柴油，柴油機的動力性隨著VNT開度和EGR率的增大以及大氣壓力的降低而下降。如在轉(zhuǎn)速為2 200 r/min工況下，大氣壓力為80 kPa時，VNT開度從22%增大至28%扭矩平均降低3.8 N·m，EGR率每增大5%扭矩平均降低0.8 N·m，大氣壓力從100減小到80 kPa時扭矩平均降低3.4 N·m。在4 000 r/min轉(zhuǎn)速下，VNT開度從50%增加至70%扭矩平均降低4.8 N·m，EGR率每增大5%扭矩平均降低1.8 N·m，大氣壓力從100減小到80 kPa時扭矩平均降低5 N·m。

B15E5的低熱值低于純柴油燃料是導(dǎo)致其動力性變差的主要原因。隨著VNT開度的增大，渦輪機的流通面積增大導(dǎo)致渦輪機做功效率降低，使發(fā)動機進氣量降低且隨著大氣壓力的降低，進氣量降低程度更為劇烈，從而導(dǎo)致發(fā)動機動力性下降；當EGR率增大時，驅(qū)動渦輪機的排氣量降低導(dǎo)致渦輪機做功能力下降，使發(fā)動機的進氣量下降，同時也降低了混合氣中的氧氣濃度，造成發(fā)動機燃燒情況惡化，燃燒壓力和溫度降低，進而造成動力性下降。在VNT開度和EGR率保持不變的情況下，隨著大氣壓力的降低空氣密度和含氧量下降，空燃比降低在循環(huán)噴油量不變的情況下，柴油機燃燒過程變差，因此導(dǎo)致柴油機動力性變差。

3.2 經(jīng)濟性對比

圖3表示為不同大氣壓力下VNT開度和EGR率對含氧燃料柴油機經(jīng)濟性的影響。試驗結(jié)果表明在不同大氣壓力下B15E5的經(jīng)濟性差于純柴油，隨著VNT開度和EGR率的增大以及大氣壓力的下降柴油機的經(jīng)濟性隨之變差。

大氣壓力為80 kPa、轉(zhuǎn)速為2 200 r/min、VNT開度為22%時，B15E5的比油耗相對于純柴油平均增幅為4.89%，這主要是由于混合燃料中的生物柴油和乙醇熱值低于純柴油，未對噴油量進行調(diào)整的情況下，與純柴油相同量的混合燃料所釋放出的熱量低于純柴油從而導(dǎo)致比油耗增加。

在大氣壓力為80 kPa，轉(zhuǎn)速為2 200 r/min工況下，隨著VNT開度的增加，柴油機的比油耗升高，VNT開度從22%增加至28%比油耗平均增加4.2 g/(kW·h)；轉(zhuǎn)速為4 000 r/min時，VNT開度從50%增加至70%比油耗平均增加7.6 g/(kW·h)。這是因為在80 kPa下，空氣密度和氧含量相對較低，隨著VNT噴嘴環(huán)開度的增大，進氣流量降低，空燃比的降低導(dǎo)致燃燒不充分，因而有效燃油消耗率升高。

在大氣壓力為80 kPa、轉(zhuǎn)速為2 200 r/min、VNT開度為28%時，比油耗隨著EGR率增大呈上升趨勢，EGR率每增大5%比油耗平均增加1.5 g/(kW·h)；在轉(zhuǎn)速為4 000 r/min、VNT開度為70%時，EGR率每增大5%比油耗平均增大1.4 g/(kW·h)。這是因為隨著EGR率的增大，混合氣中氧濃度降低，空燃比降低，燃燒過程惡化，因而有效燃油消耗率升高。隨著大氣壓力的下降，發(fā)動機進氣量變小導(dǎo)致燃燒過程惡化，進而導(dǎo)致了發(fā)動機的經(jīng)濟性表差。

注：比油耗指有效燃油消耗率。

3.3 排放性對比分析

3.3.1 氮氧化物（NOx）排放

圖4表示為不同大氣壓力下VNT開度和EGR率對含氧燃料柴油機氮氧化物排放的影響。試驗結(jié)果表明在不同大氣壓力下B15E5燃料NOx排放略高于純柴油燃料，EGR有效降低了柴油機的氮氧化物的排放且隨著EGR率的增大柴油機的NOx排放隨之減小，隨著大氣壓力的升高NOx排放隨之增大，而VNT對NOx的影響則因發(fā)動機轉(zhuǎn)速不同而出現(xiàn)不同影響規(guī)律。

NOx的生成主要取決于燃燒過程中的氧濃度、燃燒溫度以及反應(yīng)時間。大氣壓力為80 kPa、轉(zhuǎn)速為2 200 r/min、VNT開度為22%時，EGR率每增大5%時柴油機的NOx排放平均降低12%；而在大氣壓力為80 kPa、轉(zhuǎn)速為4 000 r/min、VNT開度為70%時，EGR率每增大5%時柴油機的NOx排放平均降低17.5%。這是因為隨著EGR率的增大氧濃度和最高燃燒溫度降低從而使NOx排放降低。

圖4 VNT與EGR耦合對不同氣壓下NOx排放的影響

在大氣壓力為80 kPa、轉(zhuǎn)速為2 200 r/min、EGR率為10%時，柴油機的NOx排放隨VNT開度的增大而減小，VNT開度從22%增大至28%時柴油機的NOx平均減小15%；而在4 000 r/min時NOx隨VNT開度的增大而增大，VNT開度從22%增大至28%時柴油機的NOx平均增加4.5%。這是因為VNT噴嘴環(huán)開度增大，增壓壓力和進氣流量均降低，一方面，滯燃期延長，預(yù)混燃燒比例增加，使得缸內(nèi)的初期放熱量增加，有利于燃燒溫度的提高，促進NOx的生成；另一方面，缸內(nèi)的氧含量減少，又抑制了NOx的生成。在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2 200 r/min時，氧含量的減少對NOx生成占主導(dǎo)地位，而在4 000 r/min時，則是燃燒溫度對NOx生成起主導(dǎo)作用。

在轉(zhuǎn)速為2 200 r/min、VNT開度為28%工況時，大氣壓力從80增加到100 kPa時NOx排放平均增加了11%；而在轉(zhuǎn)速為4 000 r/min、VNT開度為70%工況時，大氣壓力從80減小到100 kPa時NOx排放平均增加了7.9%。這是因為在EGR率相同時，隨著大氣壓力的升高，空燃比增大，缸內(nèi)的氧濃度增大，同時缸內(nèi)的最高燃燒溫度也降低，而此時缸內(nèi)的氧濃度的增大對NOx生成的促進作用占主導(dǎo)地位，所以NOx排放增加。

3.3.2 碳煙排放

圖5表示不同大氣壓力下VNT開度和EGR率對含氧燃料柴油機的碳煙排放影響。試驗結(jié)果表明在不同大氣壓力下B15E5燃料的碳煙排放均低于柴油燃料，在大氣壓力100 kPa、VNT開度22%、轉(zhuǎn)速為2 200 r/min時，B15E5的碳煙排放比柴油平均降低43%；在VNT開度50%，轉(zhuǎn)速為4 000 r/min下B15E5的碳煙排放比柴油平均降低21%。一般認為碳煙是不完全燃燒的產(chǎn)物，是碳氫化合物在高溫缺氧的情況下燃燒或者裂解釋放出并聚合而成的，BED混合燃料能夠降低碳煙排放的主要原因是其自供氧特性。在80 kPa高原環(huán)境下，大氣壓力和密度都較低，進氣量不足，BED燃料的含氧特性能夠有效增加較濃混合氣區(qū)域的含氧量，改善燃燒過程。另外，混合燃料的分子結(jié)構(gòu)也有一定的影響，混合燃料分子結(jié)構(gòu)中不含C－C鍵或含量較低，使得在燃燒過程中產(chǎn)生的聚合成碳煙核基本單元PAH先驅(qū)物的小分子不飽和碳氫較少，從而能夠降低碳煙排放。

VNT開度從22%增大到28%煙度的平均增幅為175.3%。大氣壓力和VNT開度相同時，碳煙排放隨著EGR率增大而上升。在轉(zhuǎn)速為2 200 r/min，VNT開度22%，EGR率每增大5%煙度的平均增幅為331.9%；轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，VNT開度50%，EGR率每增大5%煙度的平均增幅為91.6%。隨著EGR率的增大，空燃比降低，缸內(nèi)的氧含量減少，降低了燃料完全燃燒的比例，同時EGR率增大使得最高燃燒溫度下降也阻礙了碳煙的進一步的氧化，因而煙度升高。

在大氣壓力為80 kPa、轉(zhuǎn)速為2 200 r/min時，VNT開度從22%增大至28%時煙度的平均增幅為162.8%；在轉(zhuǎn)速為4 000 r/min時，VNT開度從50%增大70%煙度的平均增幅為54.5%。隨著VNT噴嘴環(huán)開度的增大，進氣流量降低，混合氣質(zhì)量變差，燃燒惡化，同時缸內(nèi)氧含量的降低使得碳煙后期的氧化受到抑制，因而排氣煙度上升。

在轉(zhuǎn)速為2 200 r/min、VNT開度為28%工況時，大氣壓力從100降低到80 kPa時煙度的平均增幅為96.6%；而在轉(zhuǎn)速為4 000 r/min、VNT開度為70%工況時，大氣壓力從100降低到80 kPa時煙度的平均增幅為20.9%。這是因為隨著大氣壓力的降低，空氣密度降低，混合氣中含氧量減少，導(dǎo)致燃燒惡化進而使碳煙排放增大。

圖5 VNT與EGR耦合對不同氣壓下碳煙排放的影響

4 結(jié) 論

1）在不同大氣壓力下柴油機的動力性隨著可變噴嘴渦輪增壓器（variable nozzle turbocharger, VNT）開度、廢氣再循環(huán)（exhaust gas recirculation, EGR）率的增大以及大氣壓力的降低而下降，在大氣壓力為80 kPa、轉(zhuǎn)速為2 200 r/min工況下，VNT開度從22%增大至28%扭矩平均降低3.8 N·m，EGR率每增大5%扭矩降低0.8 N·m，大氣壓力從100降低至80 kPa扭矩平均降低3.4 N·m。

2）隨著VNT開度和EGR率的增大以及大氣壓力的下降，柴油機的燃燒惡化，其經(jīng)濟性也隨之變差。在大氣壓力為80 kPa、轉(zhuǎn)速為2 200 r/min工況下，VNT開度從22%增大至28%比油耗平均增加4.2 g/(kW·h)，EGR率每增大5%比油耗平均增加1.5 g/(kW·h)，大氣壓力從100降低至80 kPa比油耗平均增加4.9 g/(kW·h)。

3）使用EGR后NOx排放得到明顯改善，NOx排放隨著VNT開度和EGR率的增大而減小，而隨著大氣壓力的升高而增大。在大氣壓力為80 kPa、轉(zhuǎn)速為2 200 r/min工況下，VNT開度從22%增大到28%時NOx平均減小15%，EGR率每增大5%時NOx排放平均降低12%，大氣壓力從80增大到100 kPa時NOx排放平均增加11%。碳煙排放則隨著VNT開度和EGR率的增大以及大氣壓力的降低而增大。VNT開度從22%增大到28%煙度的平均增幅為175.3%，EGR率每增大5%煙度的平均增幅為331.9%，大氣壓力從100降低至80 kPa時煙度的平均增幅為96.6%。

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Effect of VNT and EGR coupling on performance of diesel engine fueled with oxygenated fuel under different atmospheric pressures

Bi Yuhua1, Tang Chengzhang1, Shen Lizhong1, Wen Wanbin1, Wang Jun1, Song Guofu2

(1.,,650500,; 2..,.,650500,)

Due to the advantages of good economy, lighter specific mass and good mobility, the internal combustion engine has become the thermal energy machinery used most widely. With the increasing exhaustion of oil resources in the world and the challenge of increasingly stringent emission regulations, the advantages of biodiesel, such as low emission, renewable and biodegradable property, have aroused widespread concern, and meanwhile, engine manufacturers around the world have adopted a wide array of VNT (variable nozzle turbocharger) and EGR (exhaust gas recirculation) technologies in order to maintain performance when downsizing their engines. The focus of diesel engine emission control is NOx(nitric oxide) and PM (particulate matter) emissions. The terrain changes in China are complex; when the diesel engine runs in the plateau areas, due to that the air pressure is reduced, the air is thin and the oxygen content of the intake charge is reduced, the combustion of the engine is deteriorated, the engine power and economy are reduced, the NOxemission is reduced, and the PM emission is increased. EGR and VNT combined with the technology of mixing fuel containing oxygen can broaden the applicable conditions of EGR, and improve the air-fuel ratio, which could resolve the conflicts between NOxand PM emissions, but also reduce the degree of deterioration of diesel engine caused by rising altitude. A high pressure common rail diesel engine coupled with EGR and VNT is selected as the research type, and biodiesel and bio-ethanol are mixed into diesel fuel to form multi-component oxygenated fuel (biodiesel-ethanol-diesel, BED) at a certain proportion. Under the atmospheric pressure environment of 100 and 80 kPa (VNT opening and EGR valve opening (control EGR rate) are adjusted by ECU(electronic control unit), ES590 and INCA calibration software), the influence of VNT and EGR on the power, economy and emission characteristics of oxygenated fuel diesel is studied by atmospheric simulation system. The results show that the power and economy of the oxygenated fuel diesel engine become worse with the increase of the VNT opening and the EGR rate and the decrease of the atmospheric pressure. Under the condition of the atmospheric pressure of 80 kPa and the speed of 2 200 r/min, the opening of VNT increases from 22% to 28%, the torque is reduced by 3.8 N·m, and the average increase of oil consumption is 4.2 g/(kW·h). When the EGR rate increases by 5%, the torque is reduced by 0.8 N·m, and the average increase of oil consumption is 1.5 g/(kW·h). When the atmospheric pressure is reduced from 100 to 80 kPa, the torque is reduced by an average of 3.4 N·m, and the average increase of oil consumption is 4.9 g/(kW·h). When the VNT opening increases from 22% to 28%, the average NOxdecreases by 15%. When the EGR rate increases by 5%, the average NOxemission decreases by 12%. When the atmospheric pressure increases from 80 to 100 kPa, the average increase of NOxemissions is 11%. When the VNT opening increases from 22% to 28%, the average increase of smoke is 477%. When the EGR rate increases by 5%, the average increase of smoke is 331.9%. When atmospheric pressure decreases from 100 to 80 kPa, the average increase of smoke is 96.6%.

diesel engines; combustion; emission control; different atmospheric pressure; variable nozzle turbocharger; exhaust gas recirculation; oxygenated fuel

2018-03-12

2018-06-30

國家自然科學(xué)基金項目（51466003，51666005）；云南省基礎(chǔ)研究重點項目（2018FA030）

畢玉華，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事內(nèi)燃機現(xiàn)代設(shè)計。Email：yuhuabi97@sina.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.006

TK46+4

A

1002-6819(2018)-17-0038-08

畢玉華，唐成章，申立中，文萬斌，王 俊，宋國富.VNT與EGR耦合對不同氣壓下燃用含氧燃料柴油機性能的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34(17)：38－45. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.006 http://www.tcsae.org

Bi Yuhua, Tang Chengzhang, Shen Lizhong, Wen Wanbin, Wang Jun, Song Guofu. Effect of VNT and EGR coupling on performance of diesel engine fueled with oxygenated fuel under different atmospheric pressures[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(17): 38－45. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.17.006 http://www.tcsae.org