相繼增壓柴油機(jī)文丘里管EGR系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

高占斌， 祖象歡， 杜 駿， 王銀燕

(1.哈爾濱工程大學(xué) 動(dòng)力與能源工程學(xué)院， 哈爾濱 150001；2.集美大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院， 福建 廈門(mén) 361021;3.北京市特種設(shè)備檢測(cè)中心, 北京 100029)

隨著全球排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，在保持柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，如何最有效地降低NOx污染物的排放量，成為柴油機(jī)燃燒與排放技術(shù)所面臨的關(guān)鍵難題。[1-3]

廢氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recirculation，EGR)是將排氣中的一部分廢氣引進(jìn)到進(jìn)氣管，同新鮮空氣混合后進(jìn)入氣缸重新參與燃燒的過(guò)程。[4]EGR技術(shù)能有效降低柴油機(jī)最高燃燒溫度和缸內(nèi)氧濃度，從而降低NOx污染物的生成，目前,已成為控制船舶柴油機(jī)NOx排放物的有效手段之一。[1-8]

為實(shí)現(xiàn)EGR技術(shù)，增壓中冷型柴油機(jī)通常使用兩種布置回路。一種是低壓回路，即將廢氣從渦輪入口前引入到壓氣機(jī)入口前；另一種是高壓回路，即將廢氣從渦輪入口前引入到壓氣機(jī)出口后。由于低壓回路中易出現(xiàn)廢氣泄漏，并且廢氣中顆粒物等雜質(zhì)容易對(duì)葉片表面造成損傷，實(shí)現(xiàn)較為困難。在高壓回路中，當(dāng)柴油機(jī)處于高負(fù)荷工作時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)增壓壓力高于廢氣壓力，出現(xiàn)廢氣回流的問(wèn)題,目前通常在進(jìn)氣管中安裝節(jié)氣門(mén)[2-8]或文丘里管結(jié)構(gòu)。[9-16]節(jié)氣門(mén)能方便快速調(diào)節(jié)管中的氣流壓力，且構(gòu)造簡(jiǎn)單易于操作，但是會(huì)對(duì)增壓器的運(yùn)行帶來(lái)負(fù)面影響，如惡化柴油機(jī)的掃氣效果，影響柴油機(jī)的運(yùn)行性能。文丘里管結(jié)構(gòu)利用節(jié)流引射作用使得廢氣進(jìn)入進(jìn)氣管，對(duì)進(jìn)氣壓力損失影響較小，但由于尺寸原因，布置比節(jié)氣門(mén)要復(fù)雜。

目前，關(guān)于EGR研究以直列柴油機(jī)為主。直列柴油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和布置相對(duì)簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，而V型柴油機(jī)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得EGR循環(huán)更加困難。V型柴油機(jī)的進(jìn)氣管和排氣管通常采取兩列平行結(jié)構(gòu)，為廢氣的引出和流入增加難度，如果從單一列進(jìn)排氣管完成廢氣再循環(huán)，將會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)缸內(nèi)燃燒程度不同，使其運(yùn)行的穩(wěn)定性遭到破壞。為避免該情況發(fā)生，一般將雙管道改造成單管道，或在雙管道間通過(guò)加裝旁通閥的方法讓兩列氣流一致，來(lái)改善柴油機(jī)工作的穩(wěn)定性。

在一臺(tái)匹配相繼增壓系統(tǒng)的TBD234V12增壓中冷型柴油機(jī)上，設(shè)計(jì)文丘里管EGR系統(tǒng)，并以改造后的柴油機(jī)作為試驗(yàn)臺(tái)架，進(jìn)行帶文丘里管的高壓EGR系統(tǒng)對(duì)相繼增壓柴油機(jī)燃燒與排放性能影響的相關(guān)試驗(yàn)。該研究為相繼增壓、V型和較大型船用柴油機(jī)EGR系統(tǒng)優(yōu)化匹配提供依據(jù)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 文丘里管EGR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

試驗(yàn)主要研究增壓柴油機(jī)TBD234V12的外部高壓EGR系統(tǒng)，由原機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)柴油機(jī)在高工況運(yùn)行時(shí)，進(jìn)氣壓力明顯高于排氣壓力，此時(shí)實(shí)現(xiàn)EGR廢氣回流困難，因此,選擇在增壓器出口后串接文丘里管，可有效減小對(duì)柴油機(jī)和渦輪增壓器的運(yùn)行影響。

黨的十八大以來(lái)，在各項(xiàng)治國(guó)理政的實(shí)踐中，習(xí)近平總書(shū)記把反腐倡廉建設(shè)提高到前所未有的高度，發(fā)表了一系列反腐倡廉建設(shè)重要講話，提出了許多新理念、新思想、新觀點(diǎn)、新論斷，回應(yīng)了新形勢(shì)下反腐倡廉建設(shè)的重大理論現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。這些反腐倡廉的論斷有哪些特點(diǎn)，高校的反腐倡廉還存在哪些挑戰(zhàn)，就這些問(wèn)題，本刊記者（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“記”)專(zhuān)訪了西安交通大學(xué)教授李景平（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“李”）。

2.4.1 HPLC指紋圖譜的生成 取5批樣品各適量，按“2.2.3”項(xiàng)下方法制備供試品溶液，再按“2.1”項(xiàng)下色譜條件進(jìn)樣測(cè)定，采用《中藥色譜指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)系統(tǒng)（2004 A版）》對(duì)5批樣品的HPLC圖譜進(jìn)行分析，得HPLC指紋圖譜，詳見(jiàn)圖1、圖2。

1.1 文丘里管基本原理

文丘里管采用縮擴(kuò)形噴管結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,主要組成部分分別為收縮噴嘴段、喉口混合段和擴(kuò)壓段。在收縮段氣流實(shí)現(xiàn)膨脹，流速上升，馬赫數(shù)變大，流體壓力、密度和溫度均會(huì)降低；而在擴(kuò)壓段中，流體壓力逐步上升，溫度和密度均逐漸恢復(fù)，流速減慢。在膨脹過(guò)程中，流體的壓力逐漸變小，當(dāng)?shù)胶砜诓课粫r(shí)，形成低壓區(qū)，最終使得廢氣壓力與進(jìn)氣壓力之間形成一定的壓力差，保證廢氣從渦輪前引射入進(jìn)氣管。此外，擴(kuò)壓段的混合氣流動(dòng)是一種壓縮過(guò)程，壓力上升，降低壓力損失帶來(lái)的不利影響。對(duì)比其余輔助混合技術(shù)，文丘里管可在不損失機(jī)械功的狀況下實(shí)現(xiàn)進(jìn)排氣的混合。

1.2 文丘里管的布置及尺寸設(shè)計(jì)

文丘里管同進(jìn)氣管的連接有串聯(lián)和并聯(lián)2種形式[16-17]，綜合考慮到柴油機(jī)臺(tái)架的空間布局和文丘里管尺寸，選擇串聯(lián)的文丘里管系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

相繼增壓系統(tǒng)的空氣先由2臺(tái)并聯(lián)的壓氣機(jī)進(jìn)行壓縮，而后經(jīng)過(guò)三叉管道匯合流入到文丘里管的進(jìn)口截面，當(dāng)空氣流過(guò)收縮段時(shí)，流速加大，壓力降低。從排氣管中引出廢氣，經(jīng)中冷及EGR閥，在喉口部位與進(jìn)氣混合，壓力在擴(kuò)壓段又恢復(fù)，最終到達(dá)各個(gè)氣缸實(shí)現(xiàn)燃燒。

通過(guò)測(cè)取的試件中自制測(cè)力錨桿各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，可以得到對(duì)應(yīng)位置錨桿的軸力。依據(jù)前文2.2界面剪應(yīng)力分析，將錨桿軸力作為錨桿、錨固劑復(fù)合體承受的軸向載荷，兩測(cè)點(diǎn)間錨桿軸力差由錨固劑-圍巖界面剪應(yīng)力提供，視兩測(cè)點(diǎn)間界面剪應(yīng)力均勻分布，即可得到錨固劑-圍巖界面剪應(yīng)力沿錨固長(zhǎng)度分布情況。以錨固長(zhǎng)度0.8 m、張拉載荷為30 kN的C-3試件為例，將理論分析、數(shù)值模擬、張拉試驗(yàn)中得到的錨固劑-圍巖界面剪應(yīng)力數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，如圖8所示。

由于在設(shè)計(jì)工況運(yùn)行的柴油機(jī)，調(diào)整EGR閥開(kāi)度由完全封閉到完全打開(kāi)時(shí)，文丘里管都能發(fā)揮減壓引射作用，使得試驗(yàn)預(yù)想的EGR率能夠得到保證，而且當(dāng)EGR閥完全打開(kāi)時(shí)能夠讓文丘里管的喉口部位正好避免壅塞現(xiàn)象，因此,選取額定工況(1 800 r/min，444 kW)作為文丘里管設(shè)計(jì)工況，設(shè)計(jì)計(jì)算文丘里管有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)為

首先針對(duì)本次課的內(nèi)容列舉幾個(gè)(3～5)關(guān)鍵問(wèn)題，讓同學(xué)們根據(jù)問(wèn)題看書(shū)或借助其他手段找出問(wèn)題的答案，并將答案記錄在筆記中。由此在課堂上讓同學(xué)們既可以動(dòng)動(dòng)腦筋思考，又可以讓他們動(dòng)動(dòng)手，充分調(diào)動(dòng)同學(xué)們的積極性；其次針對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題組織同學(xué)們討論，通過(guò)讓同學(xué)們積極參與，使同學(xué)們對(duì)知識(shí)有更好的了解；最后老師對(duì)這幾個(gè)問(wèn)題總結(jié)并對(duì)其它一些內(nèi)容作講解，在講解過(guò)程中，要求同學(xué)們對(duì)筆記中出現(xiàn)的問(wèn)題作調(diào)整，完善筆記的內(nèi)容；最后在本次課結(jié)束前，讓同學(xué)們拿出手機(jī)登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，完成本次課相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，從而進(jìn)一步深化對(duì)本次課程內(nèi)容的理解和掌握；在下一次課時(shí)，用五分鐘左右的時(shí)間復(fù)習(xí)上次課的內(nèi)容，使同學(xué)們溫故而知新。

其次，抗辯權(quán)行使內(nèi)容的限制。合同的當(dāng)事人實(shí)行抗辯權(quán)的目的在于要求對(duì)方履行合同債務(wù)，以保障自己合同債權(quán)的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而促進(jìn)合同目的的實(shí)現(xiàn)。所以業(yè)主在行使抗辯權(quán)的時(shí)候，不能影響其他業(yè)主的合法權(quán)益，也不能影響物業(yè)服務(wù)企業(yè)的日常工作。而且業(yè)主也不可以采取法律所禁止或者違反公序良俗的方式行使抗辯權(quán)。

p=ρRT

(1)

m=ρAv

(2)

(3)

(4)

式(5)～式(9)中：A*為臨界截面面積，m2；p0為滯止壓力，MPa。由pt/p0的值，查氣體動(dòng)力函數(shù)表，采用線性插值計(jì)算為

由上述模擬結(jié)果分析可知:該文丘里管具有顯著的減壓能力，符合EGR廢氣的引射條件，在高負(fù)荷工況點(diǎn)也可達(dá)到預(yù)期的EGR率。

由式(1)～式(4)可得：馬赫數(shù)Ma=0.086 27；通過(guò)馬赫數(shù)查氣體動(dòng)力函數(shù)表，用線性插值法計(jì)算得

在高中地理教學(xué)中，教師要關(guān)注學(xué)生的人文精神和科學(xué)精神的融合情況，還要關(guān)注學(xué)生價(jià)值觀、情感觀方面的變化和進(jìn)步，關(guān)注學(xué)生自身的發(fā)展。高中地理課堂上，課前引入是融合人文知識(shí)最好的情境，通過(guò)創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，通過(guò)轉(zhuǎn)承手段，融合人文知識(shí)和學(xué)生所學(xué)習(xí)的知識(shí)，讓地理知識(shí)更加富有感染力和張力。

(5)

(6)

d*=44 mm

(7)

(8)

(9)

式(1)～式(4)中:p為進(jìn)氣壓力，MPa；ρ為進(jìn)氣密度，kg/m3；R為氣體常數(shù)，J/(kg·K)；T為進(jìn)氣絕對(duì)溫度，K；m為進(jìn)氣質(zhì)量流量，kg/s；A為管道截面積，m2；v為進(jìn)氣流速，m/s；a為當(dāng)?shù)匾羲?，m/s；γ為比熱比；Ma為馬赫數(shù)。

(10)

(11)

試驗(yàn)機(jī)型為T(mén)BD234V12相繼增壓中冷型柴油機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

組織專(zhuān)家完成2012年重點(diǎn)縣建設(shè)資金省級(jí)績(jī)效考評(píng)；對(duì)第三四批重點(diǎn)縣2013年度標(biāo)準(zhǔn)文本，第四批重點(diǎn)縣2014年度標(biāo)準(zhǔn)文本及第五批重點(diǎn)縣3年建設(shè)方案進(jìn)行合規(guī)性審查；編制了《中央財(cái)政小型農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)中一般中型灌區(qū)立項(xiàng)指南》和《一般中型灌區(qū)配套改造實(shí)施方案編寫(xiě)大綱》。

表1 文丘里管結(jié)構(gòu)尺寸 mm

1.3 文丘里管內(nèi)部流動(dòng)計(jì)算分析

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)文丘里管的引射效果，選取柴油機(jī)TBD234V12推進(jìn)特性下的75%負(fù)荷,EGR率分別為5.80%、11.20%時(shí)，對(duì)其進(jìn)行三維流場(chǎng)分析。這2個(gè)工況點(diǎn)能夠較好代表中等和偏大廢氣回流量的文丘里管混合情況。

試驗(yàn)主要設(shè)備及儀器包括：高溫EGR球閥、長(zhǎng)沙湘儀FC2010發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控儀、長(zhǎng)沙湘儀SG880水力測(cè)功器、長(zhǎng)沙湘儀FC2210智能油耗儀、瑞士KISTLER 6125C缸壓傳感器、瑞士KISTLER 5011電荷放大器、奧地利AVL INDIMODUL 621燃燒分析儀、奧地利AVL 439 OPACIMETER 不透光式煙度計(jì)、奧地利AVL AMAI60廢氣分析儀和德國(guó)德圖Testo 煙氣分析儀等。其中:用AVL AMA I60廢氣分析儀來(lái)檢測(cè)廢氣中NOx、CO2、CO、CH等成分，根據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣的采樣，標(biāo)定氣體的實(shí)際值；進(jìn)氣中CO2成分利用煙氣分析儀Testo 350檢測(cè)。

5.80%的EGR率時(shí)文丘里管流動(dòng)狀態(tài)見(jiàn)圖4，由圖4可知:管道內(nèi)壓力分布總體梯度明顯，過(guò)渡平和，空氣從文丘里管進(jìn)口流入喉口段時(shí)，壓力由0.135 6 MPa降至0.125 MPa，降低了0.010 6 MPa，廢氣壓力是0.125 7 MPa，使得其與進(jìn)氣兩者之間存在壓力梯度，保證廢氣的流入。由圖4b)可知:氣流由壓縮段向喉口段流動(dòng)時(shí)，壓力減小，流速慢慢加大，當(dāng)流至喉口部位時(shí)達(dá)到最大，而后氣流流向擴(kuò)壓段，流速慢慢減小，壓力逐漸增加。

11.20%EGR率時(shí)文丘里管流動(dòng)狀態(tài)見(jiàn)圖5，由圖5可知，管內(nèi)氣體流動(dòng)趨勢(shì)與5.80%EGR率時(shí)流動(dòng)基本保持一致，高壓空氣由文丘里管進(jìn)口流入到喉口時(shí)，流速慢慢加大，壓力均勻下降，從開(kāi)始的0.131 MPa降至0.118 8 MPa，降低了0.012 2 MPa。而后流向擴(kuò)壓段，壓力慢慢增大，流速對(duì)應(yīng)也有所降低。因?yàn)閺U氣與進(jìn)氣的混合，造成喉口出口和擴(kuò)壓段部位生成部分低壓區(qū)，使得氣流的融合不相同，但是在擴(kuò)壓段尾部氣體壓力又上升至0.012 2 MPa。

試驗(yàn)中文丘里管進(jìn)出口截面直徑應(yīng)等于進(jìn)氣管的直徑d1=d2=115 mm，壓氣機(jī)出口空氣壓力=0.157 MPa，溫度=345 K，進(jìn)氣流量=0.529 kg/s，渦前廢氣壓力=0.15 MPa。為保證廢氣有效引射入進(jìn)氣管，必須讓排氣管與文丘里管喉口部存在壓力差，由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)查得，二者通常需有3～10 kPa的壓力差[9]，因而我們選取pt=0.14 MPa。

分別從兩列廢氣管引出廢氣，由中冷器將其冷卻，氣流的脈沖影響也會(huì)在中冷器腔被消除，而后進(jìn)氣和經(jīng)過(guò)EGR閥到達(dá)文丘里管喉口的廢氣進(jìn)行混合。EGR閥安裝在廢氣引入管道內(nèi)，而廢氣流量是通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制的，由此改變EGR率。廢氣引入管與喉口段夾角的最大取值范圍為α/2至90°(α角為收縮段錐角)，通過(guò)FLUENT軟件仿真計(jì)算可知45°夾角對(duì)流體混合有較好的效果，同時(shí)考慮到加工難度和平臺(tái)尺寸問(wèn)題，故選擇喉口段與廢氣引入管的夾角為45°。

2 試驗(yàn)設(shè)備及方法

喉口面積明確之后，由經(jīng)驗(yàn)公式可知文丘里管?chē)娮扉L(zhǎng)度L1、混合段長(zhǎng)度Lt和擴(kuò)壓器長(zhǎng)度L2。為讓文丘里管收縮角度及擴(kuò)張角度在合適錐角范圍以?xún)?nèi)，由試驗(yàn)臺(tái)架的位置布置，分別計(jì)算得到文丘里管收縮段、喉口混合段和擴(kuò)壓段長(zhǎng)度。具體結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1,實(shí)物見(jiàn)圖3。

表2 TBD234V12柴油機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

試驗(yàn)柴油機(jī)是V型機(jī)，進(jìn)氣管與排氣管都獨(dú)立布置為2列。該結(jié)構(gòu)對(duì)廢氣回流造成一定困難，所以將原雙進(jìn)氣道改成單進(jìn)氣總管，并且把旁通管加裝在2列排氣管間，使用三通結(jié)構(gòu)由旁通管把廢氣引出，從而保證2列渦輪增壓器穩(wěn)定運(yùn)行及廢氣回流至每缸的均勻性。受限原機(jī)構(gòu)造，將采取中冷前高壓廢氣循環(huán)系統(tǒng)。受V型柴油機(jī)狹小空間布置的限制，冷卻器的尺寸不能過(guò)大。參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，EGR溫度應(yīng)冷卻至120～160 ℃范圍內(nèi)最為理想。試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)見(jiàn)圖7。

1270 基于“和諧使命－2017”任務(wù)醫(yī)院船海外醫(yī)療服務(wù)中超聲工作的思考 宋家琳，蔣 棟，法 凱，查長(zhǎng)松

試驗(yàn)選取該柴油機(jī)高、中、低3種轉(zhuǎn)速進(jìn)行，以部分工況為重點(diǎn)研究對(duì)象，選取轉(zhuǎn)速900 r/min和1 500 r/min下25%、50%、75%、100%負(fù)荷等8個(gè)工況點(diǎn)。每個(gè)工況點(diǎn)通過(guò)調(diào)節(jié)EGR閥門(mén)開(kāi)度獲得不同EGR率，同時(shí)為保證該柴油機(jī)其他廢氣排放及穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，并保證NOx的有效降低，試驗(yàn)中將EGR率控制在15%之內(nèi)。

3 試驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1 EGR率對(duì)缸內(nèi)壓力的影響

900 r/min的25%負(fù)荷、1 500 r/min的25%負(fù)荷，EGR率對(duì)缸內(nèi)壓力的影響見(jiàn)圖8。從圖8分析可知:相同工況下缸壓曲線變化趨勢(shì)保持一致。伴隨EGR率上升，缸壓峰值呈減小趨勢(shì)。如圖8a)中轉(zhuǎn)速900 r/min，25%負(fù)荷工況點(diǎn)，峰值減小了0.64 MPa。這是因?yàn)閺臏u前引出回流廢氣增加，減少?gòu)U氣渦輪所需的能量，因此增大EGR率最終會(huì)造成進(jìn)氣量減少，壓力降低，缸內(nèi)初始?jí)毫皦毫Ψ逯到档汀＿M(jìn)一步分析，缸壓在低轉(zhuǎn)速工況下為單峰、高轉(zhuǎn)速下為雙峰，燃燒所形成的波峰值大致在上止點(diǎn)后2°～8°。圖8b)中缸壓為雙峰，第1峰值大致出現(xiàn)在上止點(diǎn)后2°，燃燒在上止點(diǎn)前。由于EGR率的上升，進(jìn)氣量降低，使得第1峰值由EGR率的增加而減小。第2峰發(fā)生于上止點(diǎn)后8°，活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)后開(kāi)始下行，下行造成缸壓減小，但燃燒使得壓力增大速率比活塞下行造成的壓力降低速率大，便有了第2峰。由于EGR率的上升，該工況下進(jìn)入缸內(nèi)的廢氣量變大，導(dǎo)致氣體比熱容上升，延長(zhǎng)滯燃期，最后延遲燃燒始點(diǎn)。因此,EGR系統(tǒng)導(dǎo)致缸壓曲線總體由上止點(diǎn)向后偏移。

3.2 EGR率對(duì)油耗的影響

900 r/min和1 500 r/min轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷分別為25%、50%、75%、100%時(shí)油耗率隨EGR率的變化見(jiàn)圖9。由圖9可知:在負(fù)荷相同時(shí)，提高EGR率，廢氣引入量上升，燃燒惡化，但動(dòng)力輸出保持不變，故油耗與EGR率兩者呈線性關(guān)系。小負(fù)荷時(shí)EGR的引入導(dǎo)致的空燃比變化不大，因此燃油消耗率變化緩慢。如1 500 r/min轉(zhuǎn)速、25%負(fù)荷時(shí)，當(dāng)EGR率由0上升至10.8%時(shí)，油耗率由257.5 g/(kW·h)上升至268.1 g/(kW·h)，增加了4.12%;高負(fù)荷時(shí)，因?yàn)镋GR引入造成空燃比顯著減小，缸內(nèi)局部混合氣濃度過(guò)高，致使發(fā)生缺氧情況，伴隨EGR率上升，混合氣濃度持續(xù)變大，最后造成燃燒不斷惡化。由于后燃加劇，因此,有一定量燃油在活塞下行過(guò)程中燃燒，放熱率最大值向后偏移，造成柴油機(jī)做功能力下降，因此大負(fù)荷時(shí)扭矩減小速率比小負(fù)荷扭矩減小速率大，柴油機(jī)工作時(shí)為彌補(bǔ)損耗功率，必須增加噴油量來(lái)保證理想的輸出功率，所以油耗隨EGR率上升而增加。如在1 500 r/min轉(zhuǎn)速、100%負(fù)荷時(shí)，當(dāng)EGR率由0上升至10.8%時(shí)，油耗率由206.6 g/(kW·h)上升至225.4 g/(kW·h)，增加了9.10%；小負(fù)荷時(shí)，扭矩降低不大，因此耗油增加趨勢(shì)比大負(fù)荷緩慢。

3.3 EGR率對(duì)NOx的影響

900 r/min和1 500 r/min轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷分別為25%、50%、75%、100%時(shí)NOx排放隨EGR率的變化見(jiàn)圖10。由圖10可知:EGR廢氣的引入可以顯著改善NOx的排放，特別在高負(fù)荷時(shí)效果更加明顯。如在1 500 r/min，75%負(fù)荷工況時(shí)，當(dāng)EGR率從0.6%變化到10.1%時(shí)，NOx排放從0.210 1%降低到0.146 5%，共下降了30.27%。這是由于EGR廢氣比熱容較大，導(dǎo)致缸內(nèi)燃燒初始階段放熱率減小，燃燒溫度降低，并且廢氣引入會(huì)使空燃比減小，氧氣濃度會(huì)隨著EGR率的增加又急劇減小，因此在高負(fù)荷時(shí)NOx下降速率更大。在低轉(zhuǎn)速工況工作時(shí)，NOx排放隨著EGR率的增加先下降后上升。如在900 r/min轉(zhuǎn)速、25%負(fù)荷時(shí)，開(kāi)始呈下降趨勢(shì)，NOx從0.037 699%下降至0.025 12%，但是當(dāng)EGR率由10.40%持續(xù)增加到11.60%時(shí)，NOx增多了0.001 01%，這是由于在低轉(zhuǎn)速工況點(diǎn)時(shí)，EGR起到減小氧濃度作用，伴隨廢氣量的逐漸升高，缸內(nèi)溫度升高，同樣高溫持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，與此同時(shí)消除了氧濃度降低的效果，因此EGR對(duì)NOx產(chǎn)生不利影響，NOx排放略微上升。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速上升至1 500 r/min時(shí)，廢氣當(dāng)中的惰性氣體開(kāi)始發(fā)揮明顯作用，對(duì)燃燒的快速發(fā)生造成障礙，缸內(nèi)溫度下降，因?yàn)樯蒒Ox的速度較燃燒反應(yīng)速度小，所以只有少量NOx在火焰的外焰區(qū)生成，且轉(zhuǎn)速不斷增加，高溫持續(xù)時(shí)間減小，使得NOx的生成無(wú)法達(dá)到平衡，因此NOx生成量隨廢氣量的上升不斷降低。

3.4 EGR率對(duì)煙度的影響

900 r/min和1 500 r/min轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷分別為25%、50%、75%、100%時(shí)煙度隨EGR率的變化見(jiàn)圖11。由圖11可知:小負(fù)荷時(shí)，煙度值基本不會(huì)隨EGR率的變化而產(chǎn)生明顯變化。如900 r/min、25%負(fù)荷時(shí)，EGR率改變初期，煙度大小基本不變，當(dāng)EGR率上升至9%時(shí)，煙度值才有顯著上升趨勢(shì)，此后隨著EGR率的持續(xù)上升，煙度大致呈指數(shù)曲線急劇上升。當(dāng)EGR率不斷上升時(shí)，與低負(fù)荷工況相比較，高負(fù)荷工況下的煙度值突變點(diǎn)也對(duì)應(yīng)向前移動(dòng)，在900 r/min，75%負(fù)荷工況下，EGR率達(dá)到5.40%時(shí)煙度值突然變化，顯著上升，而100%負(fù)荷下煙度隨EGR率增加急劇上升。這是因?yàn)樵谕绒D(zhuǎn)速下，負(fù)荷越大，空燃比就越低，EGR率對(duì)燃燒造成的影響就越明顯，此時(shí)缸內(nèi)溫度的升高使得碳的二次燃燒加劇，導(dǎo)致該工況下煙度上升。在相同轉(zhuǎn)速下，高煙度區(qū)朝高負(fù)荷和高EGR率區(qū)移動(dòng)，其影響因素主要有空燃比和缸內(nèi)局部溫度。

4 結(jié)束語(yǔ)

1) 以TBD234V12相繼增壓柴油機(jī)為研究對(duì)象，以原機(jī)額定工況點(diǎn)為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，計(jì)算出能夠匹配的文丘里管構(gòu)造，并參考V型柴油機(jī)進(jìn)排氣管的位置分布，完成文丘里管EGR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2) 仿真計(jì)算分析推進(jìn)特性75%負(fù)荷下的兩個(gè)不同EGR率時(shí)文丘里管的內(nèi)部流動(dòng)，驗(yàn)證文丘里管的良好降壓作用，可滿足較高的EGR率要求。

3) 當(dāng)該機(jī)按負(fù)荷特性穩(wěn)定工作時(shí)，采取EGR循環(huán)，可有效地降低NOx的排放，特別是在高轉(zhuǎn)速時(shí)效果更為明顯，NOx的生成量隨EGR率的上升而大幅降低，當(dāng)EGR率升高到8%左右，NOx均能得到25%左右的降幅，而煙度和油耗等只有小幅度增長(zhǎng)。

針對(duì)“認(rèn)知領(lǐng)域—情感領(lǐng)域—精神運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域”3個(gè)方面，以解決情感問(wèn)題為目標(biāo)實(shí)施“多元化”的評(píng)價(jià)方案[4]，有利于在學(xué)生參與“館校合作”科學(xué)活動(dòng)中，給予恰當(dāng)?shù)倪^(guò)程性評(píng)價(jià)。這種過(guò)程性的評(píng)價(jià)可以是教師給予學(xué)生，或由學(xué)生互評(píng)、學(xué)生自評(píng)；評(píng)價(jià)也可是針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果、成績(jī)。我校在“館校合作”科學(xué)活動(dòng)方案中，是對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)態(tài)度、合作交流、實(shí)踐能力和成果展示四個(gè)方面的表現(xiàn)，設(shè)計(jì)了活動(dòng)評(píng)價(jià)表。

4) EGR率的升高會(huì)使缸內(nèi)爆壓降低，延長(zhǎng)滯燃期，燃燒始點(diǎn)及終點(diǎn)都會(huì)出現(xiàn)一定的延遲。低負(fù)荷時(shí)，油耗呈小幅度升高，在同一轉(zhuǎn)速下，油耗在高負(fù)荷工況點(diǎn)升高較低負(fù)荷明顯。

與類(lèi)似，當(dāng)和分別等于零時(shí)，式(12)中的P、Lv和Mv分別為0，可得其交點(diǎn)軸線T-Map的3維空間域邊界方程分別為：

5) 在低負(fù)荷工況時(shí)，煙度受到EGR率的影響效果并不明顯；當(dāng)EGR率增大到9%左右時(shí)，隨著EGR率的加大，煙度上升幅度明顯增加；與低負(fù)荷工況相比，高負(fù)荷下煙度值突變點(diǎn)向前移動(dòng)。