低壓EGR對GDI發(fā)動機燃燒和燃油經(jīng)濟性的影響

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)動機零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利羅佑發(fā)動機有限公司）

引言

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

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

1 試驗裝置及試驗條件

試驗裝置主要包括所選缸內(nèi)直噴增壓發(fā)動機、發(fā)動機的所有附件以及臺架傳感器等，AVL電力測功機、AVL燃燒分析儀、EGR控制器等。

臺架布置采用低壓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閥計入壓氣機前。

圖1 低壓EGR布置圖

EGR率計算：

2 不同EGR率對油耗的影響

圖2～6為在中低轉(zhuǎn)速，不同負荷、不同EGR率相對于不加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 不同負荷最佳EGR率與油耗降低MAP

由圖2～5可知：在中低轉(zhuǎn)速，當負荷過小時，排氣背壓較小，能達到的最大EGR率較小，節(jié)油效果受到限制；當負荷過大時，加入外部EGR，EGR率仍然不能太大，此時加入EGR，轉(zhuǎn)矩下降較多，為了保證發(fā)動機動力性，EGR率受到限制。

在發(fā)動機循環(huán)變動較小的情況下，隨著EGR率的增加，油耗率逐漸下降。在小負荷區(qū)域，采用EGR技術(shù)，進氣壓力增加，泵氣損失減小[3]。燃燒溫度降低，發(fā)動機傳熱損失降低，發(fā)動機熱效率提高。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)動機油耗率減小。在大負荷區(qū)域，引用EGR技術(shù)，可以抑制爆燃，通過提前點火角度，燃燒效率增加，熱效率增加。同樣地，在大負荷區(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)動機熱效率增加，油耗率降低。中高負荷相對于低負荷，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 中高負荷不同EGR率的燃燒分析

如圖7所示，在中低速中高負荷區(qū)域，隨著EGR率的增加，AI50（燃燒50%對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角）提前，燃燒中心提前，因為隨著EGR率的增加，更多廢氣進入進氣道，發(fā)動機進氣量增加，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，因為隨著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)速中高負荷燃燒A I 5 0

圖8 不同轉(zhuǎn)速中高負荷燃燒持續(xù)期

圖9 1 500 r/min、1.2 MPa不同EGR率缸壓曲線

3.2 中低負荷不同EGR率的燃燒分析

如圖10所示，在中低速低負荷，隨著EGR率的變化，AI50（燃燒50%對應(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，進氣壓力變大，泵氣損失減小。

圖10 不同轉(zhuǎn)速中低負荷燃燒AI50

圖11 不同轉(zhuǎn)速中低負荷燃燒持續(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)動機中低轉(zhuǎn)速，循環(huán)變動較小的情況下，隨著EGR率的增大，油耗率逐漸變小。

2）在發(fā)動機中低轉(zhuǎn)速，負荷較大時主要通過抑制爆燃，提前點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)動機中低轉(zhuǎn)速，負荷較小時，主要通過提高進氣壓力，減小泵氣損失來降低燃油消耗率，節(jié)油效果較小。