張 偉

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GDI發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓對(duì)性能影響的試驗(yàn)研究

張 偉

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

通過(guò)改變某款GDI汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓，在40kPa、50kPa、60kPa、70kPa四個(gè)邊界條件下進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)外特性試驗(yàn)，以探究其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表面，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓增大，額定點(diǎn)功率、扭矩減小，油耗率增大。以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了理論推測(cè)，并為整車排氣管壓損值設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支持。

排氣背壓；功率；扭矩；油耗

前言

在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒開(kāi)發(fā)過(guò)程中，排氣系統(tǒng)邊界對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性都有著重要的影響，是開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要指標(biāo)參數(shù)。排氣背壓過(guò)高會(huì)造成排氣不暢，排氣所消耗功率增加，造成發(fā)動(dòng)機(jī)有效輸出功降低，且會(huì)造成燃燒效率降低，燃油經(jīng)濟(jì)性惡化。排氣背壓過(guò)小則會(huì)造成排氣系統(tǒng)總成的設(shè)計(jì)成本增加，導(dǎo)致噪聲水平變差[1]。

本文通過(guò)改變催化前背壓，在40kPa、50kPa、60kPa、70kPa四個(gè)邊界條件下進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)外特性試驗(yàn)。分析了在不同背壓條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性變化趨勢(shì)，可為整車尾排系統(tǒng)設(shè)計(jì)或優(yōu)化提供數(shù)據(jù)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(cè)點(diǎn)為催化器前壓力。排氣管內(nèi)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(huì)導(dǎo)致排氣功率損失增大。另外管內(nèi)排氣壓力大，在活塞下行的自由排氣階段和活塞上行的強(qiáng)制排氣階段，廢氣流動(dòng)阻塞較大，廢氣較難排出，功率損耗越大，油耗增大，且會(huì)影響下一循環(huán)的進(jìn)氣充量，最終也會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降[2]。

2 試驗(yàn)設(shè)備及方法

試驗(yàn)使用的樣機(jī)為某款1.5T直噴增壓汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，使用AVL電力測(cè)功機(jī)，使用AVL廢氣背壓閥調(diào)節(jié)不同背壓，使用INCA進(jìn)行參數(shù)控制及數(shù)據(jù)采集。

根據(jù)GB/T 18297-2001《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》要求對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，工況以及方法如下：①在發(fā)動(dòng)機(jī)全速全負(fù)荷工況下，通過(guò)調(diào)節(jié)背壓閥開(kāi)度，使得催化前壓力達(dá)到最大目標(biāo)值70kPa；②保持背壓閥開(kāi)度不變，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)外特性數(shù)據(jù)；③完成70kPa背壓測(cè)量后，再調(diào)至全速全負(fù)荷，催化前壓力調(diào)節(jié)為60kPa，以此類推做完50kPa、40kPa共四組試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 背壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)速區(qū)間較為明顯。背壓每降低10kPa，5500rpm額定點(diǎn)扭矩上升約3-5Nm。背壓從70kPa降低至40kPa，額定點(diǎn)扭矩從214Nm上升至229.6Nm，增幅7.3%。

圖1 背壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的影響

圖2 背壓變化

3.2 背壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的影響

圖3 背壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)功率增大2-4kW。背壓從70kPa降低至40kPa，額定點(diǎn)功率從123.3kW增大至132.3kW，增幅7.3%。

3.3 背壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗率的影響

燃油消耗率是由油耗儀測(cè)得油耗量，再通過(guò)計(jì)算得出當(dāng)前工況的燃油消耗率。所以得出的數(shù)據(jù)可以真實(shí)地反映出不同背壓條件下油耗率的變化規(guī)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(yīng)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗率的影響

3.4 其他試驗(yàn)邊界

如圖5所示，進(jìn)氣溫度、壓力保持在近似一致水平，渦前溫度一致。

圖5 進(jìn)排氣邊界

4 小結(jié)

本文通過(guò)對(duì)排氣背壓的調(diào)節(jié)，探究了背壓的變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響。以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了理論推測(cè)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支持。

[1] 馬少康.排氣背壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù).2015.44(2):12-15.

[2] 周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)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

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張偉（1992-），男，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.025