摘 要

近年来我国的汽车排放标准越来越严格，废气再循环技术（EGR）通过将汽车尾气的一部分返回气缸内，可以有效地减少内燃机废气中的氮氧化物排放，同时EGR会对内燃机的其他主要污染物如一氧化碳（CO）、碳烟（soot）的排放产生影响，而且对内燃机的缸压，热释放率也有影响。生物柴油作为可以替代传统石化柴油的一种新型可再生能源，可以和石化柴油任何比例进行掺混使用，而且不需要改动原有的发动机结构，具有巨大的应用前景。在本文中，我们使用KIVA-4 和 CHEMKIN 耦合的数值模型对汽油/生物柴油双燃料内燃机的燃烧和排放情况进行模拟计算分析，计算选取的工况为不同汽油预混比例（0.6和0.8）下，EGR率为0.0-0.5（间隔0.1）。通过对缸压、热释放率、指示功、指示平均压力以及主要排放物（氮氧化物、一氧化碳、碳烟）的排放质量进行分析，结果显示，EGR对于降低NO_X排放效果显著，而且在本次数值模拟的研究范围内，EGR率越大，降低NO_X的效果越明显，而且EGR会使着火时间延后，从而使得热释放率峰值出现时间延后，同时，EGR会降低缸压，对一氧化碳和碳烟的影响随着汽油预混比例的改变而改变。

关键词：EGR NO_X 生物柴油 双燃料内燃机

Effects of exhaust gas recirculation (EGR) technology on

the combustion and emission characteristics in a dual-fuel engine

abstract

In recent years, vehicle emission standards in our country become more and more strict, the technology of exhaust gas recirculation (EGR) which return part of automobile exhaust in cylinder, can effectively reduce the NOx of internal combustion engine in the exhaust emissions, and EGR on the internal combustion engine's other main pollutants such as carbon monoxide (CO), carbon (soot) effect on emissions of smoke, but also for internal combustion engine cylinder pressure, heat release rate may also be affected.Biodiesel, as a new renewable energy that can replace traditional petrochemical diesel, can be mixed with petrochemical diesel in any proportion, and does not need to change the original engine structure, which has a huge application prospect.In this paper, kiva-4 and CHEMKIN coupled numerical models were used to simulate the combustion and emission of gasoline/biodiesel dual-fuel internal combustion engines. The EGR rate was 0-0.5 (with an interval of 0.1) under different gasoline premix ratios (0.6 and 0.8).Through the cylinder pressure, heat release rate, indicated work, indicated mean pressure and main emissions (nitrogen oxides, carbon monoxide, carbon smoke emission quality were analyzed, and the results show that the EGR to reducing NOx emission effect is remarkable, and in the scope of this numerical simulation study, the greater the EGR rate, the effect of reducing NOx, the more obvious, and EGR can make the ignition delay time, so as to make the time delay, the peak heat release rate at the same time, EGR can reduce cylinder pressure, the carbon monoxide and carbon smoke change with the change of the premixed gasoline ratio.

Keywords: EGR NO_X Biodiesel Dual-fuel engine

目录

摘 要 I

abstract II

目录 i

第一章 绪论 1

1.1 背景 1

1.2 生物柴油的特性与废气再循环系统（EGR）介绍 2

1.2.1 生物柴油简介 2

1.2.2 EGR技术简介 3

1.3 国内外研究现状 4

1.3.1 生物柴油研究现状 4

1.3.2 EGR研究现状 5

1.4 课题研究内容与意义 5

第二章 数值模拟方法和模型可行性验证 7

2.1 KIVA4和CHEMIKIN 原理介绍 7

2.2 NO_X生成机理 9

2.3 碳烟生成机理 10

2.4 数值模拟合理性验证 12

2.4.1设备与条件介绍 12

2.4.2 燃烧室网格 13

2.4.3 合理性验证情况 13

2.5 研究内容 15

2.6 本章小节 16

第三章EGR对内燃机燃烧和排放特性的影响 17

3.1引言 17

3.2 EGR对内燃机燃烧特性的影响分析 17

3.2.1指示平均压力分析 18

3.2.2缸压和热释放率分析 19

3.3 EGR对内燃机排放特性影响分析 22

3.3.1 EGR对CO排放影响分析 22

3.3.2 EGR对NO排放量影响 24

3.3.3 EGR对碳烟排放影响 26

3.3.4 分布图分析 27

3.4 经济性分析 31

第四章 总结 32

参考文献 33

第一章 绪论

1.1 背景

我国对于石油的消耗量居世界前列，2018年9月5日石油输出国组织（欧佩克OPEC）秘书长在一次会议中表示，2018年全球石油日消费量达到一亿桶，其中，中国这样的新兴经济体占据了很大的份额，约为1300万桶。专家预测，在2020年前，中国石油消耗量将持续上涨。然而，我国的石油产量在2018年为世界第七，仅为世界第一俄罗斯的32.2%，这与我国的石油消费量不相匹配。数据表明，2000年我国石油消耗量中有1/3来自机动车；2014年中国进口原油进口量达3.1亿吨，占全球总消费量的12.3%，原油进口与石油消费量皆仅次于美国，位居世界第二；2015年，中国石油消费持续中低速增长，对外依存度首次突破60%。中国海关总署公布的数据显示,2017年全年中国原油进口量为4.2亿吨,同比增长10.1%,创出历史记录新高。专家预测，预计到2020，中国油气需求量将达6亿吨，进口量将达4亿吨，对外依存度将达67%。生物柴油作为一种可再生液态燃料，消费量仅次于酒精（液体乙醇），可以与石化柴油任意比例混合，具有运输安全，对环境污染小，容易推广等优势^[1]，在缓解我国在石油方面对外国过分依赖的问题上，具有巨大的潜力。

而随着我国经济的发展，尤其是近年来的产业由追求数量向追求质量的转型，对环境问题和人民群众的生活质量越来越重视，对于汽车的排放标准要求也越来越严格。从最初的国一、国二排放标准到现在最新的国六排放标准，现在我国对于汽车排放的管控无疑走在了世界前列。2018年世界著名的发动机制造公司康明斯，EGR的缔造者在中国进行了国六动力解决方案的全球首发，其中国区首席技术官彭立新表示“20 多年前，基本是将康明斯在其他市场的销售产品卖到中国。后来，又将其他市场销售的产品放到中国生产。现在，中国在排放法规的要求上高于其他国家。^[2]”表1-1是最近正在过渡的国五和国六排放标准中一些重要排放物指标的对比，其中，国六B为最终标准，国六A为过渡标准。由表中可以看出，最新的国六排放标准不仅不再区分汽油和柴油车，而且各种排放物

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