EGR對汽油機燃油經(jīng)濟性影響的研究

田國慶，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）

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EGR對汽油機燃油經(jīng)濟性影響的研究

田國慶，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計算，確定影響某1.5L自然吸氣發(fā)動機油耗的關鍵工況點，并借助CAE分析，確定各工況點的最佳EGR率。根據(jù)CAE分析的EGR率，進行發(fā)動機的標定和燃燒開發(fā)，確定實際最佳的EGR率控制MAP圖。最后根據(jù)EGR率控制MAP圖進行模擬NEDC循環(huán)工況，確認出EGR的實際節(jié)油率。

關鍵詞：自然吸氣發(fā)動機；EGR；NEDC循環(huán)；燃油經(jīng)濟性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

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

前言

隨著國家乘用車油耗限值日趨嚴格，節(jié)能減排是汽油發(fā)動機所面臨的重大問題之一，其中,根據(jù)《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》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，這對于自主企業(yè)來講，無疑將是一項目巨大挑戰(zhàn)。為了解決這一問題，不同車企紛紛采取不同的技術手段來降低燃油消耗量。廢氣再循環(huán)（EGR）技術是降低汽油機燃油耗的一項有利技術，通過將燃燒后的廢氣經(jīng)過冷卻后，引入進氣歧管中，可以有效降低發(fā)動機的泵氣損失，達到提高發(fā)動機的機械效率的作用，同時廢氣進入進氣道，可以有效抑制爆震，通過提高壓縮比、提前點火時刻，改善發(fā)動機的熱效率，最終達到降低燃油消耗量。通常定位EGR率為參與循環(huán)的廢氣的質量點新鮮充量的百分比。

通過CAE分析和試驗相結合的方法，研究EGR技術對自然吸氣汽油機的節(jié)油效率。

1、EGR在發(fā)動機上的研究測試

1.1樣機參數(shù)

表1　汽油機參數(shù)

所研究樣機為某1.5L自然吸氣發(fā)動機配6MT車型，其發(fā)動機基本參數(shù)如表1所示。

1.2EGR的結構布置

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，再次導入進氣歧管中，與進氣歧管中的新鮮空氣混合，然后進入氣缸重新參與燃燒的技術。

發(fā)動機EGR布置示意圖見圖1。

圖1　結構布置示意圖

1.3試驗關鍵工況點及EGR率初步設定

基于某1.5L自然吸氣發(fā)動機配6MT車型為邊界，參考歐洲NEDC循環(huán)，對發(fā)動機的油耗指標進行測定評價。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)動機的特定工況，通過AVL Cruise軟件計算，確定影響油耗的16個關鍵工況點，如下表所示。

表1　NEDC循環(huán)16個關鍵工況點

根據(jù)確定的影響油耗的16的工況點，建立熱力學分析模型，以降低原機型以上16個工況點的2％的比油耗為導入，對原機型進行熱力學分析，確定出EGR閥的開度，從而指導發(fā)動機臺架的標定。建立的熱力學模型如下圖所示：

圖4　BOOST熱力學分析模型

根據(jù)計算得到的16個工況點的EGR率如下表所示：

表2　勻速工況下計算的EGR率

表3　加速工況下的計算的RGE率

從表2勻速工況中可以看出，基于NEDC循環(huán)工況，對應的發(fā)動機轉速在1700rpm~3000rpm，EGR率在10％~15％時，可以達到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，對應發(fā)動機加速轉速為1000rpm~ 2700rpm，EGR率在8％~14％時，可以達到2％的節(jié)油效率。

1.4臺架標定及燃燒開發(fā)

基于上述的分析結果，對發(fā)動機進行搭建，在發(fā)動機臺架上進行臺架標定試驗和燃燒開發(fā)。對關鍵工況點的分布進行分析，確定合適的標定工況區(qū)域及燃燒開發(fā)區(qū)域，如下圖所示：

圖5　關鍵工況點分布圖

對上16個關鍵工況點進行分析，確定臺架標定的關鍵區(qū)域為1200rpm/10N.m~3200rpm/80N.m，確定燃燒開發(fā)的關鍵區(qū)域為1700rpm/10N.m~3000rpm/80N.m。標定結果的EGR率控制MAP圖如下所示：

圖6　EGR率控制MAP圖

對1200rpm/10N.m~3200rpm/80N.m關鍵區(qū)域進行標定,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1700rpm/10N.m~3000rpm/80N.m進行燃燒開發(fā)，對重點的均速工況進行節(jié)油測試，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，因因在此低負荷狀態(tài)進，發(fā)動機燃燒不穩(wěn)定，若開啟EGR，會導致燃燒變差，油耗變差。其它勻速工況3到勻速工況8及常用發(fā)動機工況2000rpm/2bar下，發(fā)動機節(jié)油率在3％~8％之間。

表4　關鍵勻速工況下的節(jié)油率

1.5NEDC循環(huán)工況

基于上述的EGR控制MAP圖，在發(fā)動機臺架進行模擬的NEDC綜合循環(huán)工況，分別對三臺樣機進行測試，測得的模擬百公里油耗值如下表所示：

表5　NEDC循環(huán)工況測試油耗

從上表的3臺樣機的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)動機燃油消耗。

2、結論

通過在某1.5L自然吸氣發(fā)動機增加EGR系統(tǒng)，參照NEDC循環(huán)工況，確定了發(fā)動機的關鍵工況點，并借用CAE分析，從而計算出合適的EGR率。在標定過程及燃燒開發(fā)過程，借用CAE分析的結果，標定出最佳的EMR的MAP圖，將最終EGR控制MAP進行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

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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：U467.4

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988（2016）05-70-03

作者簡介：田國慶，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。