EGR和乙醇汽油協(xié)同對汽油機排放的影響

0 引言

近年來排放法規(guī)明顯趨嚴，國六 b 的 CO、THC 和 NMHC 限值都降低了50%，NOx限值下降 42%，PM 限值下降 33%。國五僅對裝直噴發(fā)動機的汽車提出 PM 的限值要求；國六對所有的裝點燃式發(fā)動機的汽車都有 PM 值要求，同時新增了 PN 的限值要求。此外，國六新增了 N

O的限值要求。國六還要求企業(yè)申報整個測試循環(huán)的CO

的排放水平。

EGR可大幅降低NOx排放且在部分負荷有效降低油耗率，但可能會帶來的THC、CO增加問題。乙醇是性能優(yōu)良的含氧燃料，用它作為發(fā)動機燃料的增氧劑不僅可以部分緩解我國,石油短缺的問題而且對發(fā)動機排放的改善發(fā)揮著積極的作用。巴西國內(nèi)汽油中也摻入高達22%-25%的乙醇，目前巴西已經(jīng)將乙醇汽油作為一項基本國策。出口到泰國的汽車必須同時滿足E85、E0油品下的排放限值。印度已經(jīng)油12個州被要求汽油中摻入5%的乙醇。歐洲歐六法規(guī)要求公告油從E5升為E10。EGR和乙醇汽油協(xié)同研究對汽油機排放有重大意義。

破碎區(qū)又稱中速區(qū)，碰撞速度在3～7 km·s-1之間。彈丸與緩沖屏碰撞后形成碎片云，其擴散角度及碎片尺寸主要取決于彈丸碰撞速度，并與緩沖屏厚度存在一定關(guān)系。隨著撞擊速度增高，碎片粒子尺寸變小，橫向擴散角度變大。而緩沖屏增厚，會引起兩者的同向增大。隨碰撞速度進一步增高，彈丸受到更大程度的破碎并出現(xiàn)部分熔化(對于鋁球和鋁板的碰撞，碰撞速度大致大于 5.5 km·s-1時，彈丸開始熔化，在7 km·s-1左右彈丸完全熔化)[28]，從而引起碎片云對后墻的破壞作用降低。此速度區(qū)內(nèi)，后墻正面出現(xiàn)大量撞擊坑。后墻背面出現(xiàn)鼓包、層裂、剝落、穿孔。

1 設(shè)備及硬件搭建

安裝示意圖見圖1，從催化器后取廢氣經(jīng)EGR冷卻器降溫，屬于低壓EGR，過量空氣系數(shù)λ=1.0，轉(zhuǎn)速為1500r/min，不同EGR率與不同摻乙醇汽油排列組合對比，研究對NOx、THC、CO、顆粒物等排放物及油耗率的影響，綜合評價排放油耗等發(fā)現(xiàn)相對最優(yōu)匹配比例。

2 EGR和乙醇汽油協(xié)同對THC的影響

圖2為排放物THC 隨乙醇汽油比例變化趨勢,HC排放和汽油機發(fā)動機的燃燒室粹熄有關(guān)，也與潤滑油膜吸附作用有關(guān)，有時燃燒室內(nèi)的沉淀物也會影響排放程度，EGR率為0%、5%、10%、15%、20%，變化趨勢類似，隨著乙醇比例的增加，缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤龠M了混合氣在缸內(nèi)的燃燒，使燃料燃燒更加徹底，HC排放不斷降低。壓縮沖程直接噴射含氧燃料乙醇可以促進缸內(nèi)燃燒，在很大程度上降低HC排放。 EGR在升高的同時缸內(nèi)溫度下降，粹熄距離拉開，有未燃燒材料不斷出現(xiàn)，HC因此而加大排放。當(dāng)EGR增加到一定程度時可能會存在失火現(xiàn)象，這時HC排放會短時間內(nèi)迅速升高。當(dāng)引入的廢氣比例較大(EGR=25%)時，循環(huán)變化系數(shù)較大，可能超過發(fā)動機的工作范圍。此時，發(fā)動機氣缸內(nèi)的燃燒惡化，燃油的燃燒不完全，HC排放較高，但添加乙醇仍然可以減少未燃燒碳氫化合物的排放，使其低于原始發(fā)動機水平。隨著EGR率的增加，后期燃燒溫度降低，HC氧化減弱，HC排放逐漸增加。燃燒持續(xù)期的延長給一氧化碳的生產(chǎn)提供了時間，但是缸中燃燒溫度降低對一氧化碳的生成起到一定的抑制性效果。由于缸中燃燒溫度下降，碳氫化合物因為燃燒持續(xù)期延長而不斷產(chǎn)生，隨著EGR增加，碳氫化合物出現(xiàn)的越來越多。

(8)降雨指標?？紤]到區(qū)內(nèi)一年降雨不平均，多集中于汛期(7—9月)，選取降雨不均勻系數(shù)(即多年汛期平均降雨量與多年平均降雨量之比)作為降雨指標，在GIS平臺中進行量化和0～1之間歸一化差值處理(圖3h)。

3 EGR和乙醇汽油協(xié)同對CO的影響

①當(dāng)EGR率在20%以下時，隨直噴乙醇比例的增加，排放物HC 排放不斷下降。當(dāng)引入廢氣比例較大時(EGR=25%)，部分燃料燃燒不完全，HC 排放較高。一定乙醇配比時，隨著 EGR率的增加，HC 的排放逐漸增加。

4 EGR和乙醇汽油協(xié)同對NOx的影響

圖4為排放物NOx 隨乙醇比例變化趨勢，由圖可見，在EGR率不變時，乙醇比例對NOx 影響趨勢為先上升而后一直降低，上升的原因分析為乙醇組合比例越大，燃油的含氧量就越大，十六烷值越大，從而改善了燃燒的性能，容易滿足高溫富氧的條件，導(dǎo)致NOx排放量逐漸升高，隨乙醇比例的不斷增加，缸內(nèi)乙醇汽化潛熱吸收的熱量不斷增加使得缸內(nèi)溫度降低，氮氧化物排放下降。當(dāng)乙醇比例不變時，氮氧化物排放明顯下降。因為EGR的增加，使缸內(nèi)氧化劑被稀釋，同時混合氣的比熱容增加，使燃燒溫度降低。可見在EGR 和乙醇的共同作用能較大比例的降低排放物中氮氧化物含量。

5 EGR和乙醇汽油協(xié)同對顆粒物的影響

②EGR 率為0%、5%、10%、15%、20%時，CO的排放先上升后下降，但EGR率較高時，由于燃燒不完全，CO排放會升高。

隨機抽樣模擬初始缺陷分布對鋼結(jié)構(gòu)的影響……………………………………… 何玉斌，周斌，朱海鵬（11-9）

試驗所用基準燃油滿足國標技術(shù)要求，如表1。

總結(jié)：基于實驗結(jié)果及理論分析，可以得到如下結(jié)論：

圖3為排放物CO 隨汽油乙醇汽油比例變化趨勢，由圖可見，EGR 率為0%、5%、10%、15%、20%時，CO的排放先上升后下降，但EGR率較高時，由于燃燒不完全，CO排放會升高。一氧化碳在生成的過程中受到氧濃度、燃燒時溫度、壓力等因素影響，汽油機大負荷運載時發(fā)生爆燃，此時點火角出現(xiàn)推遲現(xiàn)象，設(shè)備會對混合氣加濃處理，從而保護硬件設(shè)施安全，這時燃料存在不完全燃燒的現(xiàn)象，導(dǎo)致CO排放很高。引入廢氣再循環(huán)系統(tǒng)后，EGR可有效抑制爆燃，盡可能的降低混合氣的加濃程度，使CO排放降低。當(dāng)汽油機處于中小程度負荷時，一氧化碳的排放情況與動力學(xué)相關(guān)，燃料的完全燃燒會產(chǎn)生二氧化碳，二氧化碳在高溫環(huán)境下分解為一氧化碳，EGR應(yīng)用后汽油機缸中燃燒溫度下降，從而有效抑制二氧化碳進一步分解，所以CO排放會降低。

圖 5為不同EGR 率下乙醇對微?？倲?shù)的影響，當(dāng)EGR率為0時，乙醇可以較大比例的降低微粒的總數(shù)。EGR 率為5%、10%、15%、20%、25%時微?？倲?shù)較少，其中大多數(shù)應(yīng)該是核膜顆粒。不易形成碳核的原因一是乙醇分子量小，二是添加含氧燃料乙醇使燃燒更加徹底。一般來說，根據(jù)顆粒大小，發(fā)動機顆?？梢苑譃槿N類型：核膜式、聚集模式和粗粒模式。核膜顆粒的粒徑范圍為5-50nm。例如粒徑較小，顆粒質(zhì)量百分比較小，但數(shù)量百分比較高的固體碳核、硫酸鹽化合物、金屬灰燼等有機物；粗顆粒的模態(tài)粒徑大于1000nm，汽油機中相應(yīng)的核膜顆粒和聚集顆粒數(shù)量較少，可以忽略不計；聚集顆粒的粒徑范圍為50-1000nm，形成原因一般是未完全燃燒的煙塵顆粒通過聚集、表面生長、吸附碳氫化合物等物質(zhì)形成。此外，在引入廢氣后，最高燃燒溫度降低，這削弱了氣缸內(nèi)燃料的熱裂解和脫氫反應(yīng)，并進一步抑制了初級煙塵顆粒的形成。核顆粒主要由發(fā)動機燃燒過程中HC化合物和硫酸鹽的成核形成。HC的體積分數(shù)逐漸增加，從而提高了HC化合物的成核概率和吸附能力，增加了核顆粒的數(shù)量，并導(dǎo)致顆粒數(shù)密度峰值逐漸增大。隨著HC體積分數(shù)的進一步增加，HC化合物的成核概率和吸附量不斷增加，這有利于核顆粒的形成。隨著EGR率的增加，缸內(nèi)燃燒溫度降低。EGR降低了燃燒溫度。燃燒溫度的降低削弱了燃料在氣缸內(nèi)高溫缺氧區(qū)域的熱裂解和脫氫反應(yīng)，抑制了堿性煙塵的產(chǎn)生。

③在引入廢氣比例不變時，乙醇比例對NOx 影響趨勢為先稍有所上升而后一直降低。

導(dǎo)致跨境物流方面的平臺、商家、第三方物流等沒有對消費者權(quán)益產(chǎn)生足夠的重視。有的不法商家在物流上造假，承諾通過空運等快捷手段運送商品，而實際上卻使用海運等低成本的方式運貨，賺取中間的差價。

當(dāng)乙醇比例不變時，隨廢氣比例的不斷增加，最終氮氧化物排放明顯下降。

④當(dāng)EGR率為0時，乙醇可以較大比例的降低微粒的總數(shù)，一定乙醇比例時，最終EGR率的增加，顆粒數(shù)總體呈下降趨勢。

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