A numerical study on the effects of EGR and spark timing to combustion characteristics and NOx emission of a GDI engine

EGR is one of the most significant strategies for reducing especially nitrogen oxides (NO_x) emissions from internal combustion engines. The thermal efficiency of spark ignition engines is lower than compression ignition engines because of its lower compression ratio. If the compression ratio is increased to obtain higher thermal efficiency, there may be a knocking tendency in spark ignition engines. EGR can be used in order to reduce NO_x emissions and avoid knocking phenomena at higher compression ratios. In-cylinder temperature at the end of combustion is decreased and heat capacity of fresh charge is increased when EGR applied. Besides EGR, spark timing is another significant parameter for reducing exhaust emissions such as nitrogen oxides, and unburned hydrocarbon (UHC). In this study the effects of EGR and spark timing on spark ignition engine were investigated numerically. KIVA codes were used in order to model combustion process. The combustion process has been modeled for a single cylinder, four stroke and gasoline direct injection (GDI) spark ignition engine. The results showed that in-cylinder pressure and heat release rate decrease as EGR ratio increase. In-cylinder pressure increases with the advancing of spark timing. Advancing spark timing increases the heat release rate and in-cylinder temperature. The simulation results also showed that EGR reduced exhaust gas temperature and NO_x emissions.     

乙醇汽油对国六直喷汽油车排放特性的影响

选择5台国六直喷汽油车采用3种不同组分的E10乙醇汽油和1种不含含氧化合物的国VI汽油,按照国六排放标准开展了WLTC循环测试,研究乙醇和基础油组分对污染物排放的影响规律.结果表明,多数国六直喷汽油车的CO、THC和PM排放有所降低,NO_x排放无明显差异,PN排放微增,所有样车的CO、THC和PM平均排放降低为6%、7%和14%.E10乙醇汽油中的重质芳香烃含量增高时,PN排放明显增加,PN排放与PMI指数呈现较强的正相关关系.     

芳香烃含量对直喷汽油机颗粒物排放影响的试验研究

在一台增压中冷缸内直喷(GDI)汽油机上,开展了不同芳香烃含量的汽油对发动机颗粒物粒径分布和数量浓度影响的研究.结果表明,在正常热机工况下,随着负荷增加,核态颗粒物增加明显,颗粒物排放逐渐由三峰分布演变为双峰分布,并且芳烃含量高时,颗粒物排放明显增多.冷机工况及冷怠速时,芳烃含量对颗粒物的排放影响较小.和冷怠速相比,热怠速时颗粒物向小粒径方向移动,且颗粒物数量减少.热怠速时高芳烃含量的汽油排气中颗粒物相对较多.不同芳烃含量下,发动机参数对颗粒物排放会有一定影响,重芳烃含量高的汽油其颗粒物排放也高.     

MMT对GDI、PFI汽油机微粒排放的影响

为研究MMT对GDI、PFI汽油机微粒排放数量浓度以及质量浓度的影响,利用DMS500快速型微粒光谱仪,对一台增压缸内直喷(GDI)汽油机和一台自然吸气式气道喷射(PFI)汽油机燃用基础油以及在基础油中添加有机锰(MMT)的燃油的微粒排放特性进行了试验研究.结果表明:MMT的添加均会增加GDI、PFI汽油机的微粒排放,燃用不同含Mn量的燃油,各负荷下GDI汽油机的微粒数量浓度均明显高于PFI汽油机.中小负荷下GDI、PFI汽油机微粒排放数量浓度以及质量浓度均随着Mn含量的增加而上升.大负荷下,PFI汽油机微粒数量浓度随着Mn含量的增加而上升,但GDI汽油机则是在燃用不含Mn的燃油时微粒数量浓度最低,而后随着燃油中Mn含量的增加,超细微粒数量浓度的峰值反而逐步降低.GDI、PFI汽油机核模态与积聚模态微粒数量变化的规律相似.     

乙醇汽油对国六直喷汽油车排放特性的影响

选择5台国六直喷汽油车采用3种不同组分的E10乙醇汽油和1种不含含氧化合物的国VI汽油,按照国六排放标准开展了WLTC循环测试,研究乙醇和基础油组分对污染物排放的影响规律.结果表明,多数国六直喷汽油车的CO、THC和PM排放有所降低,NO_x排放无明显差异,PN排放微增,所有样车的CO、THC和PM平均排放降低为6%、7%和14%.E10乙醇汽油中的重质芳香烃含量增高时,PN排放明显增加,PN排放与PMI指数呈现较强的正相关关系.     

轻型汽油车国六排放标准可行性研究

研究了国五排放水平的缸内直喷(GDI)汽油车和普通进气道喷射(PFI)汽油车按照国六排放标准规定的测试规程在常温(23 ℃)和低温(-7 ℃)冷启动下污染物的排放特性。结果表明:PFI汽油车的CO和HC排放量比GDI汽油车高4.3%~39.5%,NO_x、颗粒物质量(PM)和颗粒物数量(PN)排放量低69.8%~82.7%。由于GDI汽油车PN的排放量较高,与PFI汽油车相比,达到国六排放标准的难度更大。2种汽油车低速时各种气态污染物的排放量远高于中速、高速和超高速,但PFI汽油车NO_x排放量在超高速下比中速和高速有所增高,仅比低速下低约22.2%。     

缸内直喷汽油车颗粒物数量及可溶性有机组分排放特性

以一辆国V排放缸内直喷汽油车为研究对象,试验研究了NEDC、FTP-75和WLTC对该车颗粒物质量、23nm～2.5μm固态颗粒物数量、5.6～560nm超细颗粒数量及粒径分布、颗粒物有机组分的影响.结果表明:NEDC、FTP-75、WLTC颗粒粒径分布基本相同,均呈对数双峰分布,在9nm和60nm两个粒径处出现峰值;...     

怠速起停对汽油车油耗及颗粒数量排放的影响

以一辆配置怠速起停系统的国V缸内直喷汽油车为研究对象,使用底盘测功机试验系统、全流稀释采样系统和固态颗粒计数系统,试验研究怠速起停对缸内直喷汽油车油耗与颗粒数量排放的影响,并分析起动温度、试验循环等因素的影响.结果表明,NEDC循环车辆冷机起动时,车辆怠速起停系统开启的百公里油耗降低了5.1%,颗粒数量排放升高了16.7%;车辆热机起动,怠速起停开启产生的百公里油耗降幅增大到7.3%,颗粒数量排放升幅减小至9.3%;WLTC循环热机起动,车辆怠速起停系统开启的百公里油耗降幅减少到1.7%,颗粒数量排放升幅减少到6.2%.怠速起停有利于降低汽车的百公里油耗,但不利于缸内直喷汽油车颗粒数量排放的控制.     

醇类汽油混合燃料EGR氛围下颗粒物排放特性研究

在一台缸内直喷(GDI)汽油机上,研究了部分负荷工况下引入EGR和添加醇类燃料对发动机颗粒物数量浓度和体积浓度排放特性的影响.实验结果表明,对于汽油、E20(乙醇在混合燃料中的体积比例为20%)、Bu20(正丁醇在混合燃料中的体积比例为20%)3种燃料而言,随着EGR率从0增加到20%,核态颗粒物数量浓度最大升幅为31.6%、110.0%、55.0%,积聚态颗粒物数量浓度最高降幅分别达21.9%、29.2%、40.9%,体积浓度最高降幅分别达45.0%、55.0%、36.6%.在EGR率为0工况下,相对于汽油燃料,E20与Bu20燃料核态颗粒物排放数量浓度降幅分别达82.4%、64.9%,积聚态颗粒物排放数量浓度降幅分别达77.0%、56.0%,体积浓度降幅分别达78.4%、52.0%,在降低颗粒物排放方面,乙醇要优于正丁醇.