高尚志 潘建考 楊 陳 尹建東 沈 源 王瑞平，2

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司）

引言

對(duì)于EGR技術(shù)在柴油機(jī)上應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，主要用來降低氮氧化物排放。對(duì)于汽油機(jī)，加入EGR主要用于降低燃油消耗。在中低轉(zhuǎn)速低負(fù)荷區(qū)域，加入EGR可以減小泵氣損失，減小燃油消耗率[1]。在低速大負(fù)荷，加入EGR可以抑制爆燃，點(diǎn)火角提前，使得燃燒效率增加[2]。在高速大負(fù)荷區(qū)域，可以降低排溫，減少高速大負(fù)荷加濃。但在高速大負(fù)荷區(qū)域，加入EGR會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)性能。本文主要研究了在發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速，加入EGR對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和油耗的影響。

所選小型缸內(nèi)直噴增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，原始機(jī)型壓縮比為9.6，為了更大限度地提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)改裝成壓縮比10.5。在不同工況改變EGR率，探究低壓EGR對(duì)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。

1 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)條件

試驗(yàn)裝置主要包括所選缸內(nèi)直噴增壓發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的所有附件以及臺(tái)架傳感器等，AVL電力測(cè)功機(jī)、AVL燃燒分析儀、EGR控制器等。

臺(tái)架布置采用低壓EGR，低壓EGR的布置如圖1所示，從三催后取廢氣，經(jīng)過EGR冷卻器和EGR閥計(jì)入壓氣機(jī)前。

圖1 低壓EGR布置圖

EGR率計(jì)算：

2 不同EGR率對(duì)油耗的影響

圖2～6為在中低轉(zhuǎn)速，不同負(fù)荷、不同EGR率相對(duì)于不加EGR的油耗率的降低。

圖2 1 500 r/min不同EGR率與油耗率降低的關(guān)系

圖3 2 000 r/min不同EGR率與油耗率降低的關(guān)系

圖4 2 500 r/min不同EGR率與油耗率降低的關(guān)系

圖5 3 000 r/min不同EGR率與油耗率降低的關(guān)系

圖6 不同負(fù)荷最佳EGR率與油耗降低MAP

由圖2～5可知：在中低轉(zhuǎn)速，當(dāng)負(fù)荷過小時(shí)，排氣背壓較小，能達(dá)到的最大EGR率較小，節(jié)油效果受到限制；當(dāng)負(fù)荷過大時(shí)，加入外部EGR，EGR率仍然不能太大，此時(shí)加入EGR，轉(zhuǎn)矩下降較多，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性，EGR率受到限制。

在發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)變動(dòng)較小的情況下，隨著EGR率的增加，油耗率逐漸下降。在小負(fù)荷區(qū)域，采用EGR技術(shù)，進(jìn)氣壓力增加，泵氣損失減小[3]。燃燒溫度降低，發(fā)動(dòng)機(jī)傳熱損失降低，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提高。另外采用外部EGR技術(shù)，比熱比增加，提高了理論熱效率，發(fā)動(dòng)機(jī)油耗率減小。在大負(fù)荷區(qū)域，引用EGR技術(shù)，可以抑制爆燃，通過提前點(diǎn)火角度，燃燒效率增加，熱效率增加。同樣地，在大負(fù)荷區(qū)域，引入EGR可以降低缸內(nèi)溫度，傳熱損失降低，比熱比增加，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率增加，油耗率降低。中高負(fù)荷相對(duì)于低負(fù)荷，油耗率降低幅度更大，節(jié)油效果更好。

3 不同EGR率的燃燒分析

3.1 中高負(fù)荷不同EGR率的燃燒分析

如圖7所示，在中低速中高負(fù)荷區(qū)域，隨著EGR率的增加，AI50（燃燒50%對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角）提前，燃燒中心提前，因?yàn)殡S著EGR率的增加，更多廢氣進(jìn)入進(jìn)氣道，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量增加，提高了混合氣體比熱容，缸內(nèi)燃燒溫度降低，抑制爆燃，可以通過增大點(diǎn)火提前角使燃燒更加提前。如圖8所示，隨著EGR率的增加，AI90-AI10（燃燒持續(xù)期）逐漸增大，因?yàn)殡S著EGR率的增加混合氣被稀釋，混合氣中氧濃度降低，燃燒變緩慢。由圖9所示，隨著EGR率增大，最大缸壓增加，燃燒也更加提前，燃燒效率提高[4]。

圖7 不同轉(zhuǎn)速中高負(fù)荷燃燒A I 5 0

圖8 不同轉(zhuǎn)速中高負(fù)荷燃燒持續(xù)期

圖9 1 500 r/min、1.2 MPa不同EGR率缸壓曲線

3.2 中低負(fù)荷不同EGR率的燃燒分析

如圖10所示，在中低速低負(fù)荷，隨著EGR率的變化，AI50（燃燒50%對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角）在6～8°CA內(nèi)，燃燒效率都較高。由圖11可以看出在不同轉(zhuǎn)速，隨著EGR率的增加，混合氣氧濃度逐漸降低，燃燒持續(xù)期增加。圖12為1 500 r/min@0.5 MPa不同EGR率的缸壓曲線。由于在低負(fù)荷下，排氣背壓比較小，缸壓曲線變化不明顯，隨著EGR率的升高，燃燒略微提前，進(jìn)氣壓力變大，泵氣損失減小。

圖10 不同轉(zhuǎn)速中低負(fù)荷燃燒AI50

圖11 不同轉(zhuǎn)速中低負(fù)荷燃燒持續(xù)期

圖12 1 500 r/min、0.5 MPa不同EGR率缸壓曲線

4 結(jié)論

1）在發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速，循環(huán)變動(dòng)較小的情況下，隨著EGR率的增大，油耗率逐漸變小。

2）在發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速，負(fù)荷較大時(shí)主要通過抑制爆燃，提前點(diǎn)火角來提升燃燒效率，降低了燃油消耗，節(jié)油效果大。

3）在發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速，負(fù)荷較小時(shí)，主要通過提高進(jìn)氣壓力，減小泵氣損失來降低燃油消耗率，節(jié)油效果較小。