GDI發動機排氣背壓對性能影響的試驗研究

張 偉

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GDI發動機排氣背壓對性能影響的試驗研究

張 偉

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

通過改變某款GDI汽油發動機排氣背壓，在40kPa、50kPa、60kPa、70kPa四個邊界條件下進行發動機外特性試驗，以探究其對發動機性能的影響。試驗結果表面，隨著發動機排氣背壓增大，額定點功率、扭矩減小，油耗率增大。以實測數據驗證了理論推測，并為整車排氣管壓損值設計提供了數據支持。

排氣背壓；功率；扭矩；油耗

前言

在發動機的燃燒開發過程中，排氣系統邊界對發動機的動力性、經濟性都有著重要的影響，是開發過程中的重要指標參數。排氣背壓過高會造成排氣不暢，排氣所消耗功率增加，造成發動機有效輸出功降低，且會造成燃燒效率降低，燃油經濟性惡化。排氣背壓過小則會造成排氣系統總成的設計成本增加，導致噪聲水平變差[1]。

本文通過改變催化前背壓，在40kPa、50kPa、60kPa、70kPa四個邊界條件下進行發動機外特性試驗。分析了在不同背壓條件下發動機的動力性、經濟性變化趨勢，可為整車尾排系統設計或優化提供數據支持。

1 理論分析

排氣背壓是指排氣管出口壓力與大氣壓之間的差值，本文所述背壓測點為催化器前壓力。排氣管內的局部阻力和摩擦阻力隨著排氣流量的增大而增大，因此會導致排氣功率損失增大。另外管內排氣壓力大，在活塞下行的自由排氣階段和活塞上行的強制排氣階段，廢氣流動阻塞較大，廢氣較難排出，功率損耗越大，油耗增大，且會影響下一循環的進氣充量，最終也會導致發動機性能下降[2]。

2 試驗設備及方法

試驗使用的樣機為某款1.5T直噴增壓汽油發動機，使用AVL電力測功機，使用AVL廢氣背壓閥調節不同背壓，使用INCA進行參數控制及數據采集。

根據GB/T 18297-2001《汽車發動機性能試驗方法》要求對發動機進行試驗，工況以及方法如下：①在發動機全速全負荷工況下，通過調節背壓閥開度，使得催化前壓力達到最大目標值70kPa；②保持背壓閥開度不變，測量發動機外特性數據；③完成70kPa背壓測量后，再調至全速全負荷，催化前壓力調節為60kPa，以此類推做完50kPa、40kPa共四組試驗。

3 試驗結果及分析

3.1 背壓對發動機扭矩的影響

如圖1所示，隨著排氣背壓的減小，外特性扭矩不斷增大。在大于3000rpm轉速區間較為明顯。背壓每降低10kPa，5500rpm額定點扭矩上升約3-5Nm。背壓從70kPa降低至40kPa，額定點扭矩從214Nm上升至229.6Nm，增幅7.3%。

圖1 背壓對發動機扭矩的影響

圖2 背壓變化

3.2 背壓對發動機功率的影響

圖3 背壓對發動機功率的影響

如圖3所示，隨著排氣背壓的減小，外特性功率不斷增大。背壓每降低10kPa，5500rpm額定點功率增大2-4kW。背壓從70kPa降低至40kPa，額定點功率從123.3kW增大至132.3kW，增幅7.3%。

3.3 背壓對發動機油耗率的影響

燃油消耗率是由油耗儀測得油耗量，再通過計算得出當前工況的燃油消耗率。所以得出的數據可以真實地反映出不同背壓條件下油耗率的變化規律。

如圖4可以看出，隨著排氣背壓的減小，外特性油耗率也相應減小。背壓從70kPa降低至40kPa，油耗率從365.2 g/kW.h降低至344.5 g/kW.h，降幅5.7%。

圖4 背壓對發動機油耗率的影響

3.4 其他試驗邊界

如圖5所示，進氣溫度、壓力保持在近似一致水平，渦前溫度一致。

圖5 進排氣邊界

4 小結

本文通過對排氣背壓的調節，探究了背壓的變化對發動機動力性和經濟性的影響。以實測數據驗證了理論推測。隨著發動機排氣背壓的增大，功率、扭矩下降，油耗增大。為整車排氣管壓損值設計提供了數據支持。

[1] 馬少康.排氣背壓對發動機性能影響的研究[J].小型內燃機與車輛技術.2015.44(2):12-15.

[2] 周龍保.內燃機學[M].北京:機械工業出版社,2005.

Experimental Research of Exhaust Back Pressure’s Influence on GDI Engine Performance

Zhang Wei

( Anhui Jianghuai Automobile group Co., Ltd., Hefei Anhui 230601 )

By changing the exhaust back pressure of a GDI gasoline engine, four groups of full load tests were carried out under the four boundary conditions of 40 kPa, 50 kPa, 60 kPa and 70 kPa to explore the effects on engine performance.The test results show that with the increase of exhaust back pressure, rated power and torque decrease, and fuel consumption increases. The theoretical prediction is verified by the measured data and provides data support for the design of the exhaust pressure loss value of the vehicle.

Exhaust back pressure; Power; Torque; Fuel consumption

TK411.5

B

1671-7988(2018)21-71-02

TK411.5

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1671-7988(2018)21-71-02

張偉（1992-），男，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.025