田國(guó)慶，邱若友，羅俊，王英杰（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

?

EGR對(duì)汽油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性影響的研究

田國(guó)慶，邱若友，羅俊，王英杰
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘要：基于NEDC循環(huán)工況，通過Cruise計(jì)算，確定影響某1.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)油耗的關(guān)鍵工況點(diǎn)，并借助CAE分析，確定各工況點(diǎn)的最佳EGR率。根據(jù)CAE分析的EGR率，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定和燃燒開發(fā)，確定實(shí)際最佳的EGR率控制MAP圖。最后根據(jù)EGR率控制MAP圖進(jìn)行模擬NEDC循環(huán)工況，確認(rèn)出EGR的實(shí)際節(jié)油率。

關(guān)鍵詞：自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)；EGR；NEDC循環(huán)；燃油經(jīng)濟(jì)性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

CLC NO.: U467.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)05-70-03

前言

隨著國(guó)家乘用車油耗限值日趨嚴(yán)格，節(jié)能減排是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)所面臨的重大問題之一，其中,根據(jù)《乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》第三階段要求，乘用車新車平均燃料消耗量水平在2015年下降至7L/100km，在2020年下降至5L/km，這對(duì)于自主企業(yè)來講，無疑將是一項(xiàng)目巨大挑戰(zhàn)。為了解決這一問題，不同車企紛紛采取不同的技術(shù)手段來降低燃油消耗量。廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)是降低汽油機(jī)燃油耗的一項(xiàng)有利技術(shù)，通過將燃燒后的廢氣經(jīng)過冷卻后，引入進(jìn)氣歧管中，可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失，達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率的作用，同時(shí)廢氣進(jìn)入進(jìn)氣道，可以有效抑制爆震，通過提高壓縮比、提前點(diǎn)火時(shí)刻，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，最終達(dá)到降低燃油消耗量。通常定位EGR率為參與循環(huán)的廢氣的質(zhì)量點(diǎn)新鮮充量的百分比。

通過CAE分析和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究EGR技術(shù)對(duì)自然吸氣汽油機(jī)的節(jié)油效率。

1、EGR在發(fā)動(dòng)機(jī)上的研究測(cè)試

1.1樣機(jī)參數(shù)

表1　汽油機(jī)參數(shù)

所研究樣機(jī)為某1.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)配6MT車型，其發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)如表1所示。

1.2EGR的結(jié)構(gòu)布置

EGR是將排氣歧管中的部分廢氣，經(jīng)過冷卻后，通過EGR閥控制，再次導(dǎo)入進(jìn)氣歧管中，與進(jìn)氣歧管中的新鮮空氣混合，然后進(jìn)入氣缸重新參與燃燒的技術(shù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)EGR布置示意圖見圖1。

圖1　結(jié)構(gòu)布置示意圖

1.3試驗(yàn)關(guān)鍵工況點(diǎn)及EGR率初步設(shè)定

基于某1.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)配6MT車型為邊界，參考?xì)W洲NEDC循環(huán)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定評(píng)價(jià)。歐洲NEDC循環(huán)工況分為城市工況及市郊工況，具體如下圖所示。

圖2　NEDC循環(huán)城市工況

圖3　NEDC循環(huán)市郊工況

根據(jù)NEDC的循環(huán)工況，確定等速工況，加速工況以及發(fā)動(dòng)機(jī)的特定工況，通過AVL Cruise軟件計(jì)算，確定影響油耗的16個(gè)關(guān)鍵工況點(diǎn)，如下表所示。

表1　NEDC循環(huán)16個(gè)關(guān)鍵工況點(diǎn)

根據(jù)確定的影響油耗的16的工況點(diǎn)，建立熱力學(xué)分析模型，以降低原機(jī)型以上16個(gè)工況點(diǎn)的2％的比油耗為導(dǎo)入，對(duì)原機(jī)型進(jìn)行熱力學(xué)分析，確定出EGR閥的開度，從而指導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的標(biāo)定。建立的熱力學(xué)模型如下圖所示：

圖4　BOOST熱力學(xué)分析模型

根據(jù)計(jì)算得到的16個(gè)工況點(diǎn)的EGR率如下表所示：

表2　勻速工況下計(jì)算的EGR率

表3　加速工況下的計(jì)算的RGE率

從表2勻速工況中可以看出，基于NEDC循環(huán)工況，對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1700rpm~3000rpm，EGR率在10％~15％時(shí)，可以達(dá)到2％的節(jié)油效率。從表3的加速工況可以看出，基于NEDC循環(huán)工況，對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速轉(zhuǎn)速為1000rpm~ 2700rpm，EGR率在8％~14％時(shí)，可以達(dá)到2％的節(jié)油效率。

1.4臺(tái)架標(biāo)定及燃燒開發(fā)

基于上述的分析結(jié)果，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行搭建，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行臺(tái)架標(biāo)定試驗(yàn)和燃燒開發(fā)。對(duì)關(guān)鍵工況點(diǎn)的分布進(jìn)行分析，確定合適的標(biāo)定工況區(qū)域及燃燒開發(fā)區(qū)域，如下圖所示：

圖5　關(guān)鍵工況點(diǎn)分布圖

對(duì)上16個(gè)關(guān)鍵工況點(diǎn)進(jìn)行分析，確定臺(tái)架標(biāo)定的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?200rpm/10N.m~3200rpm/80N.m，確定燃燒開發(fā)的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)?700rpm/10N.m~3000rpm/80N.m。標(biāo)定結(jié)果的EGR率控制MAP圖如下所示：

圖6　EGR率控制MAP圖

對(duì)1200rpm/10N.m~3200rpm/80N.m關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行標(biāo)定,得到的油耗率如下圖所示：

圖7　油耗率萬有特性表

從上圖標(biāo)定的油耗率可以看到，在1000rpm/（40N.m~ 80N.m）~3200rpm/（40N.m~80N.m），開EGR比不開EGR有明顯的油耗降低，在1000rpm/（10N.m~40N.m）~3200rpm/ （10N.m~40N.m），開EGR比不開EGR有一定的油耗降低。

對(duì)1700rpm/10N.m~3000rpm/80N.m進(jìn)行燃燒開發(fā)，對(duì)重點(diǎn)的均速工況進(jìn)行節(jié)油測(cè)試，得到數(shù)據(jù)如表4。

由于勻速工況1與勻速工況2扭矩較小，通過EGR控制MAP中，可以看出，不適合開EGR，因因在此低負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不穩(wěn)定，若開啟EGR，會(huì)導(dǎo)致燃燒變差，油耗變差。其它勻速工況3到勻速工況8及常用發(fā)動(dòng)機(jī)工況2000rpm/2bar下，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)油率在3％~8％之間。

表4　關(guān)鍵勻速工況下的節(jié)油率

1.5NEDC循環(huán)工況

基于上述的EGR控制MAP圖，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架進(jìn)行模擬的NEDC綜合循環(huán)工況，分別對(duì)三臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得的模擬百公里油耗值如下表所示：

表5　NEDC循環(huán)工況測(cè)試油耗

從上表的3臺(tái)樣機(jī)的NEDC循環(huán)工況油耗可以看出，開EGR比不開EGR的平均降低2.78％，EGR系統(tǒng)在NEDC循環(huán)工況中，可以有效的降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗。

2、結(jié)論

通過在某1.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)增加EGR系統(tǒng)，參照NEDC循環(huán)工況，確定了發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵工況點(diǎn)，并借用CAE分析，從而計(jì)算出合適的EGR率。在標(biāo)定過程及燃燒開發(fā)過程，借用CAE分析的結(jié)果，標(biāo)定出最佳的EMR的MAP圖，將最終EGR控制MAP進(jìn)行NEDC循環(huán)，從而確定了基于NEDC循環(huán)工況的EGR系統(tǒng)節(jié)油率。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)汽車技術(shù)中心，奇瑞汽車股份有限公司，廣汽本田汽車有限公司，等.GB 27999-2011 乘用車燃燒消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

[2]周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005.40.

[3]楊連生.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1981.

[4]姚春德，敬章超等.冷卻廢氣再循環(huán)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的試驗(yàn)研究[J].汽車工程，2003（6）：537-541.

Researching on the impact of EGR to the gaoline engine fuel economy

Tian Guoqing, Qiu Ruoyou, Luo Jun, Wang Yingjie
( Anhui Jinaghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:Based on the NEDC cycle and calculation of the cruise,to determine the impact of a naturally aspirated 1.5L engine fuel consumption of the key point,and with analysis of CAE,to determine the EGR rate of the key point.According to the result of the analysis of CAE,to develop the calibration and the combustion of the engine,then determining the best control MAP of the EGR rate.At last, According to the control MAP of the EGR rate and the NEDC cycle,to determine the actual fuel-saving rate.

Keywords:Naturally aspirated engines; EGR; NEDC cycle; fuel economy

中圖分類號(hào)：U467.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988（2016）05-70-03

作者簡(jiǎn)介：田國(guó)慶，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。