低压EGR对GDI发动机燃烧和燃油经济性的影响

高尚志 潘建考 杨 陈 尹建东 沈 源 王瑞平，2

（1-宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江 宁波 315336 2-浙江吉利罗佑发动机有限公司）

引言

对于EGR技术在柴油机上应用已经比较成熟，主要用来降低氮氧化物排放。对于汽油机，加入EGR主要用于降低燃油消耗。在中低转速低负荷区域，加入EGR可以减小泵气损失，减小燃油消耗率[1]。在低速大负荷，加入EGR可以抑制爆燃，点火角提前，使得燃烧效率增加[2]。在高速大负荷区域，可以降低排温，减少高速大负荷加浓。但在高速大负荷区域，加入EGR会降低发动机性能。本文主要研究了在发动机中低转速，加入EGR对发动机燃烧和油耗的影响。

所选小型缸内直喷增压发动机，原始机型压缩比为9.6，为了更大限度地提高发动机热效率，试验发动机改装成压缩比10.5。在不同工况改变EGR率，探究低压EGR对GDI发动机燃烧和燃油经济性的影响。

1 试验装置及试验条件

试验装置主要包括所选缸内直喷增压发动机、发动机的所有附件以及台架传感器等，AVL电力测功机、AVL燃烧分析仪、EGR控制器等。

台架布置采用低压EGR，低压EGR的布置如图1所示，从三催后取废气，经过EGR冷却器和EGR阀计入压气机前。

图1 低压EGR布置图

EGR率计算：

2 不同EGR率对油耗的影响

图2～6为在中低转速，不同负荷、不同EGR率相对于不加EGR的油耗率的降低。

图2 1 500 r/min不同EGR率与油耗率降低的关系

图3 2 000 r/min不同EGR率与油耗率降低的关系

图4 2 500 r/min不同EGR率与油耗率降低的关系

图5 3 000 r/min不同EGR率与油耗率降低的关系

图6 不同负荷最佳EGR率与油耗降低MAP

由图2～5可知：在中低转速，当负荷过小时，排气背压较小，能达到的最大EGR率较小，节油效果受到限制；当负荷过大时，加入外部EGR，EGR率仍然不能太大，此时加入EGR，转矩下降较多，为了保证发动机动力性，EGR率受到限制。

在发动机循环变动较小的情况下，随着EGR率的增加，油耗率逐渐下降。在小负荷区域，采用EGR技术，进气压力增加，泵气损失减小[3]。燃烧温度降低，发动机传热损失降低，发动机热效率提高。另外采用外部EGR技术，比热比增加，提高了理论热效率，发动机油耗率减小。在大负荷区域，引用EGR技术，可以抑制爆燃，通过提前点火角度，燃烧效率增加，热效率增加。同样地，在大负荷区域，引入EGR可以降低缸内温度，传热损失降低，比热比增加，发动机热效率增加，油耗率降低。中高负荷相对于低负荷，油耗率降低幅度更大，节油效果更好。

3 不同EGR率的燃烧分析

3.1 中高负荷不同EGR率的燃烧分析

如图7所示，在中低速中高负荷区域，随着EGR率的增加，AI50（燃烧50%对应的曲轴转角）提前，燃烧中心提前，因为随着EGR率的增加，更多废气进入进气道，发动机进气量增加，提高了混合气体比热容，缸内燃烧温度降低，抑制爆燃，可以通过增大点火提前角使燃烧更加提前。如图8所示，随着EGR率的增加，AI90-AI10（燃烧持续期）逐渐增大，因为随着EGR率的增加混合气被稀释，混合气中氧浓度降低，燃烧变缓慢。由图9所示，随着EGR率增大，最大缸压增加，燃烧也更加提前，燃烧效率提高[4]。

图7 不同转速中高负荷燃烧A I 5 0

图8 不同转速中高负荷燃烧持续期

图9 1 500 r/min、1.2 MPa不同EGR率缸压曲线

3.2 中低负荷不同EGR率的燃烧分析

如图10所示，在中低速低负荷，随着EGR率的变化，AI50（燃烧50%对应的曲轴转角）在6～8°CA内，燃烧效率都较高。由图11可以看出在不同转速，随着EGR率的增加，混合气氧浓度逐渐降低，燃烧持续期增加。图12为1 500 r/min@0.5 MPa不同EGR率的缸压曲线。由于在低负荷下，排气背压比较小，缸压曲线变化不明显，随着EGR率的升高，燃烧略微提前，进气压力变大，泵气损失减小。

图10 不同转速中低负荷燃烧AI50

图11 不同转速中低负荷燃烧持续期

图12 1 500 r/min、0.5 MPa不同EGR率缸压曲线

4 结论

1）在发动机中低转速，循环变动较小的情况下，随着EGR率的增大，油耗率逐渐变小。

2）在发动机中低转速，负荷较大时主要通过抑制爆燃，提前点火角来提升燃烧效率，降低了燃油消耗，节油效果大。

3）在发动机中低转速，负荷较小时，主要通过提高进气压力，减小泵气损失来降低燃油消耗率，节油效果较小。