廢氣再循環(huán)率對(duì)高壓縮比增壓直噴汽油機(jī)燃燒與排放特性的影響

譚丕強(qiáng)，周 捷，樓狄明，胡志遠(yuǎn)，房 亮，趙彬皓

（同濟(jì)大學(xué) 汽車(chē)學(xué)院，上海 201804）

0 概述

近年來(lái)，全球汽車(chē)保有量持續(xù)增加，對(duì)化石燃料的需求量呈持續(xù)上升趨勢(shì)，同時(shí)產(chǎn)生了大量的尾氣，給環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力，汽車(chē)領(lǐng)域的節(jié)能減排需求極為迫切。在諸多節(jié)能減排的措施中，提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比可以顯著提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，進(jìn)一步會(huì)影響排放。近年來(lái)，為降低汽油機(jī)的油耗，汽油機(jī)廣泛采用缸內(nèi)直噴技術(shù)，且壓縮比不斷提高。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此開(kāi)展了大量研究。文獻(xiàn)［1］中研究發(fā)現(xiàn)在不發(fā)生爆震的情況下，隨著壓縮比從8 增大到10，燃燒變得更加穩(wěn)定，壓縮比可作為減小循環(huán)波動(dòng)、提高性能的優(yōu)化參數(shù)。文獻(xiàn)［2］中研究發(fā)現(xiàn)壓縮比從8 提高到10 有利于燃料的燃燒，利于凈熱釋放的增加。文獻(xiàn)［3］中研究發(fā)現(xiàn)壓縮比從9.4 增大到11.5，整車(chē)的動(dòng)力性提高，比油耗降低。但是汽油機(jī)壓縮比的提高易導(dǎo)致爆震，甚至不利于熱效率的提高。文獻(xiàn)［4］中研究發(fā)現(xiàn)隨著壓縮比從5 增大至13，制動(dòng)燃油消耗率（brake specific fuel consumption，BSFC）略有降低，但由于燃燒階段不受控制，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩受到限制。文獻(xiàn)［5］中研究發(fā)現(xiàn)壓縮比從9.3 提高到12.0 后部分負(fù)荷油耗特性改善，但高負(fù)荷工況下爆震會(huì)加劇，油耗反而變差。文獻(xiàn)［6］中研究發(fā)現(xiàn)提高壓縮比至12.1 有助于改善汽油機(jī)中低負(fù)荷工況燃油經(jīng)濟(jì)性，但對(duì)于高負(fù)荷工況的改善效果不明顯，尤其對(duì)于外特性工況，由于爆震的限制，提高壓縮比反而導(dǎo)致油耗明顯惡化。以上研究表明，提高壓縮比的確可以提高熱效率，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致爆震等不正常燃燒，反而影響汽油機(jī)的整體性能。

廢氣再循環(huán)（exhaust gas recirculation，EGR）作為一種能改善發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放的技術(shù)手段［7］被廣泛應(yīng)用。EGR 不僅用于控制NOx排放，還可以提升經(jīng)濟(jì)性和降低排溫［8］，將廢氣引入缸內(nèi)能夠有效降低缸內(nèi)溫度，從而有效地抑制爆震。文獻(xiàn)［9］中研究了EGR 對(duì)汽油機(jī)爆震的影響，發(fā)現(xiàn)對(duì)于壓縮比為10的汽油機(jī)，EGR 可以有效抑制滿(mǎn)負(fù)荷爆震。文獻(xiàn)［10］中研究發(fā)現(xiàn)，在壓縮比為11.5 的汽油機(jī)上，12% 的EGR 率抑制了氣缸邊緣的溫升，降低了爆震強(qiáng)度。文獻(xiàn)［11］中研究表明，在爆震極限下，采用EGR 時(shí)允許壓縮比為10.2 的汽油機(jī)在低速高負(fù)荷下在打開(kāi)油門(mén)時(shí)使用更加提前的點(diǎn)火正時(shí)。文獻(xiàn)［12］中研究發(fā)現(xiàn)在壓縮比為11 的發(fā)動(dòng)機(jī)上，低壓EGR 技術(shù)能夠降低缸內(nèi)最高溫度，減輕爆震傾向，因此可以適當(dāng)提前主燃燒相位，有利于提升經(jīng)濟(jì)性，16% 的EGR 率將使外特性比油耗降低2.7%～6.7%。文獻(xiàn)［13］中研究發(fā)現(xiàn)在壓縮比10.9 的汽油機(jī)上采用18%～25% 的EGR 率后，有效熱效率提高了2.1%～3.5%，燃油經(jīng)濟(jì)性提高了6%～9%。

綜上所述，隨著對(duì)汽油機(jī)油耗要求的進(jìn)一步加嚴(yán)，迫切需要進(jìn)一步提高壓縮比，針對(duì)更高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行研究意義重大，而國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的汽油機(jī)壓縮比大都集中在8～13 區(qū)間。在此背景下，本研究基于一臺(tái)1.5 L 增壓直噴汽油機(jī)，探討高壓縮比（15.0）下EGR 率對(duì)汽油機(jī)燃燒性能和排放性能的影響。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)與試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為一臺(tái)4 缸渦輪增壓直噴汽油機(jī)，具體參數(shù)如表1 所示。試驗(yàn)所用燃料為市售92 號(hào)汽油。

表1 試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

測(cè)試臺(tái)架布置如圖1 所示，在原發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上增加了低壓EGR 系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括EGR 中冷器、電控EGR 閥及進(jìn)排氣管路等。測(cè)試設(shè)備包括AVL系列排放測(cè)試系統(tǒng)、OBS-2200、EEPS3090 等，具體如表2 所示。

表2 測(cè)試設(shè)備

圖1 試驗(yàn)臺(tái)架布置示意圖

1.2 試驗(yàn)方案

結(jié)合EGR 系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下影響的特點(diǎn)及發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，選取表3 所示的4 個(gè)工況在不同EGR 率下進(jìn)行試驗(yàn)，以揭示高壓縮比下EGR 對(duì)GDI 汽油機(jī)部分負(fù)荷燃燒、油耗、排放的影響。本研究中負(fù)荷用制動(dòng)平均有效壓力（brake mean effective pressure，BMEP）表征。

表3 試驗(yàn)方案表

試驗(yàn)過(guò)程中的邊界條件得以嚴(yán)格控制，以消除其對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，進(jìn)氣溫度保持在（25±3）℃；EGR 冷卻器采用水冷，冷卻液溫度保持在（80±2）℃；機(jī)油溫度控制在（100±2）℃；平均指示壓力循環(huán)變動(dòng)控制在5% 以?xún)?nèi)；保持過(guò)量空氣系數(shù)在1.00±0.03；保持轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、噴油時(shí)刻和噴油壓力等參數(shù)不變。對(duì)于給定工況，在原機(jī)標(biāo)定基礎(chǔ)上，保證進(jìn)氣開(kāi)啟時(shí)刻、排氣關(guān)閉時(shí)刻不變，調(diào)整點(diǎn)火提前角使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳油耗狀態(tài)。一般認(rèn)為最佳油耗出現(xiàn)在主燃燒相位為8°左右［14］或爆震邊緣，通過(guò)調(diào)節(jié)EGR 閥門(mén)開(kāi)度和排放分析儀讀數(shù)來(lái)控制EGR 率的大小，受制于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣壓力與進(jìn)氣壓力差，選取EGR 率試驗(yàn)點(diǎn)分別為0%、5%、10%、15%。

試驗(yàn)中穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)的EGR 率通過(guò)測(cè)量進(jìn)氣歧管、排氣管路及大氣環(huán)境中的CO2體積分?jǐn)?shù)計(jì)算得到，如式（1）所示。

式 中，XEGR為EGR 率；Vin、Vex、Vam分別為進(jìn)氣歧管、排氣管、大氣中CO2的體積分?jǐn)?shù)。

著火時(shí)刻定義為累積放熱率為10% 時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角（記為CA10），主燃燒相位定義為累積放熱率為 50% 時(shí)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角（記為CA50），燃燒持續(xù)期定義為累積放熱率從10% 到90% 的曲軸轉(zhuǎn)角間隔期（記為CA1090），點(diǎn)火提前角定義為點(diǎn)火時(shí)刻相對(duì)于上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 缸壓與瞬時(shí)放熱率

圖2 為工況1～工況4 下缸內(nèi)壓力和瞬時(shí)放熱率隨EGR 率的變化關(guān)系。圖3 為工況1～工況4 下缸內(nèi)峰值壓力隨EGR 率的變化關(guān)系。

對(duì)比圖2、圖3 可知，工況1（BMEP 0.5 MPa）下隨著EGR 率的增加，缸內(nèi)壓力峰值下降，工況2～工況4（BMEP 為1.0 MPa）下隨著EGR 率的增加，缸內(nèi)壓力峰值呈先上升后下降趨勢(shì)。由圖2 可知，隨著EGR 率的增加，各工況下放熱率峰值均呈下降趨勢(shì)，放熱率曲線(xiàn)更加扁平。這是因?yàn)镋GR 率的稀釋效應(yīng)與熱容效應(yīng)降低了缸內(nèi)溫度與壓力，燃燒持續(xù)期變長(zhǎng)，放熱減緩，但是增大EGR 率的同時(shí)增加了點(diǎn)火提前角，有利于提高缸內(nèi)壓力。EGR 率較小時(shí)EGR 率的影響有限，點(diǎn)火提前角的影響更大；EGR 率大時(shí)EGR 率為主導(dǎo)因素，缸內(nèi)壓力先上升后下降，但是負(fù)荷低，缸內(nèi)混合氣較稀，更容易受到EGR 率的影響，缸內(nèi)壓力持續(xù)下降。

圖2 缸內(nèi)壓力與瞬時(shí)放熱率隨EGR 率的變化關(guān)系

圖3 缸內(nèi)峰值壓力隨EGR 率的變化關(guān)系

2.2 點(diǎn)火提前角與燃燒持續(xù)期

圖4（a）為壓縮比為11.5 的GDI 汽油機(jī)與壓縮比為15.0 的GDI 汽油機(jī)在3 000 r/min、BMEP 為1.0 MPa 的工況（工況3 和工況4）下點(diǎn)火提前角和燃燒持續(xù)期隨EGR 率的變化關(guān)系；圖4（b）為工況1～工況3 下點(diǎn)火提前角和燃燒持續(xù)期隨EGR 率的變化關(guān)系。圖5 為工況3 和工況4 點(diǎn)火提前角和主燃燒相位隨EGR 率的變化關(guān)系。

圖4 各工況下點(diǎn)火提前角和燃燒持續(xù)期隨EGR 率的變化關(guān)系

圖5 工況3 和工況4（3 000 r/min、BEMP 為1.0 MPa）下的點(diǎn)火提前角與主燃燒相位隨EGR 率的變化

由圖4（a）可知，相同轉(zhuǎn)速和BMEP 下，采用高壓縮比時(shí)點(diǎn)火提前角增大，燃燒持續(xù)期延長(zhǎng)，這與常規(guī)的汽油機(jī)規(guī)律不符。但是由圖5 可知，在此轉(zhuǎn)速和BMEP 下，低壓縮比下汽油機(jī)的主燃燒相位均在8°附近，而高壓縮比下汽油機(jī)的主燃燒相位均大于8°。這說(shuō)明高壓縮比下汽油機(jī)處在爆震邊緣，其點(diǎn)火提前角并沒(méi)有增大的可能性，但是低壓縮比下點(diǎn)火提前角仍有增大的潛力，因此高壓縮比下點(diǎn)火提前角反而更大，同時(shí)雖然壓縮比增加，燃燒開(kāi)始的缸內(nèi)溫度升高，但是低壓縮比下汽油機(jī)更加接近定容燃燒，燃燒持續(xù)時(shí)間反而更短。

由圖4 可知，隨著EGR 率的增加，各工況下燃燒持續(xù)期和點(diǎn)火提前角均呈增大趨勢(shì)。EGR 率從0到15%，工況1～工況3 的點(diǎn)火提前角分別增大15.87°、15.67°及17.29°。這是因?yàn)橐环矫鎻U氣的比熱容比較大，能吸收缸內(nèi)熱量，降低缸內(nèi)溫度（即EGR 的熱容效應(yīng)），另一方面廢氣的通入稀釋了混合氣，燃燒速度減緩，爆震傾向減?。碋GR 的稀釋效應(yīng)）。EGR 率的增加削弱了負(fù)荷對(duì)燃燒持續(xù)期延長(zhǎng)的影響，也削弱了轉(zhuǎn)速對(duì)燃燒持續(xù)期縮短的影響。這是因?yàn)镋GR 率的增大抑制了汽油機(jī)爆震傾向的增加，點(diǎn)火提前角的增長(zhǎng)幅度增加，燃燒持續(xù)期的增長(zhǎng)幅度減?。?5］。EGR 率的增加使缸內(nèi)殘余廢氣量增加，抑制火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊脑黾樱紵掷m(xù)期的縮短幅度下降。

2.3 燃燒循環(huán)波動(dòng)（coefficient of variation，COV）

用平均指示壓力變動(dòng)系數(shù)COVIMEP表征燃燒的循環(huán)變動(dòng)，它是燃燒穩(wěn)定性和評(píng)價(jià)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)性的參數(shù)，一般認(rèn)為此值不應(yīng)超過(guò)10%［16］。

圖6（a）為工況3 和工況4 的COVIMEP隨EGR率變化關(guān)系；圖6（b）為工況1～工況3 的COVIMEP隨EGR 率的變化關(guān)系。

圖6 各工況下COVIMEP 隨EGR 率的變化關(guān)系

由圖6（a）可知，相同轉(zhuǎn)速和BMEP 下，高壓縮比時(shí)缸內(nèi)壓力波動(dòng)增加，COVIMEP增加。這是因?yàn)楦邏嚎s比下，3 000 r/min、BMEP 為1.0 MPa 時(shí)汽油機(jī)處在爆震邊緣，缸內(nèi)壓力波動(dòng)較大。由圖6（b）可知，不同轉(zhuǎn)速負(fù)荷的COVIMEP均小于5%，轉(zhuǎn)速一定，負(fù)荷越大則COVIMEP越大。究其原因，對(duì)于GDI汽油機(jī)而言，負(fù)荷增加時(shí)，為了輸出更大的功率，需要增加混合氣濃度，導(dǎo)致燃料燃燒不完全，造成循環(huán)變動(dòng)增大。負(fù)荷一定時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增大，COVIMEP減小。其原因在于轉(zhuǎn)速增加，缸內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)增加，缸內(nèi)渦流強(qiáng)度增加，氣體混合更加均勻，循環(huán)變動(dòng)減小。

由圖6 可知，隨著EGR 率的增大，COVIMEP逐漸增大，這是由于隨著EGR 率的增加，缸內(nèi)廢氣增加，缸內(nèi)混合氣分布不均，造成燃燒循環(huán)變動(dòng)增大。

2.4 泵氣平均有效壓力

圖7（a）為工況3 和工況4 的泵氣平均有效壓力（pumping mean effective pressure，PMEP）隨EGR率的變化關(guān)系；圖7（b）為工況1～工況3 的PMEP隨EGR 率的變化關(guān)系。PMEP 是進(jìn)氣過(guò)程中克服進(jìn)氣道阻力所消耗的功與排氣過(guò)程中克服排氣道阻力所消耗的功的代數(shù)和。

由圖7（a）可知，高壓縮比下，缸內(nèi)溫度更高，進(jìn)氣阻力增大，PMEP 更大。由圖7（b）可知，轉(zhuǎn)速一定（工況1 和工況2）時(shí)，負(fù)荷越高，PMEP 越小。這是因?yàn)殡S負(fù)荷升高，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增大，進(jìn)氣過(guò)程中進(jìn)氣阻力減小，PMEP 降低。負(fù)荷一定（工況2 和工況3）時(shí)，隨轉(zhuǎn)速上升，進(jìn)氣過(guò)程中進(jìn)氣流速增加，進(jìn)氣阻力上升，導(dǎo)致PMEP 增加。

圖7 泵氣平均有效壓力隨EGR 率的變化關(guān)系

由圖7 可知，在轉(zhuǎn)速為2 000 r/min、BMEP 為0.5 MPa 工況（工況1）下，隨著EGR 率的增加，PMEP逐漸下降，而B(niǎo)MEP 為1.0 MPa 下2 000 r/min 和3 000 r/min（工況2 和工況3）時(shí)，隨著EGR 率的增加，PMEP 反而增加。這是因?yàn)閺U氣的通入會(huì)使負(fù)荷降低，所以必須采取一些措施使負(fù)荷恢復(fù)到設(shè)定值，在BMEP 為0.5 MPa 的工況點(diǎn)采用的措施為增加節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，隨節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增加，進(jìn)氣的阻力減小，因此PMEP 減?。欢鳥(niǎo)MEP 為1.0 MPa 下恢復(fù)負(fù)荷的方式是減小廢氣旁通閥的開(kāi)度來(lái)提高增壓壓力，廢氣旁通閥開(kāi)度減小導(dǎo)致排氣背壓增大，因而PMEP 增大。

2.5 有效熱效率和有效燃油消耗率

圖8（a）為工況3 和工況4 的有效燃油消耗率和有效熱效率隨EGR 率的變化關(guān)系；圖8（b）為工況1～工況3 下有效燃油消耗率和有效熱效率隨EGR率變化關(guān)系。

由圖8（a）可知，高壓縮比下比油耗更低，熱效率更高。這是因?yàn)槠蜋C(jī)的實(shí)際循環(huán)可以簡(jiǎn)化為定容加熱循環(huán)，定容加熱循環(huán)的熱效率公式如式（2）［17］所示。

圖8 有效燃油消耗率和有效熱效率隨EGR 率的變化關(guān)系

式中，ηt為熱效率；ε為壓縮比；Rg為氣體常數(shù)；cV為比定容熱容?？梢钥闯?，在比定容熱容一定的情況下，熱效率與壓縮比正相關(guān)，即壓縮比越大，熱效率越高。

壓縮比從11.5 提高到15.0，比油耗最多降低了11.56 g/（kW·h），有效熱效率最大提高了1.926%。

由圖8（b）可知，轉(zhuǎn)速一定（工況1 和工況2）時(shí)，隨著B(niǎo)MEP 的升高，比油耗下降，熱效率升高。這是因?yàn)樨?fù)荷越高，PMEP 越小，有效燃油消耗率越低。但是在未通入再循環(huán)廢氣時(shí)，2 000 r/min 下BMEP 為1.0 MPa（工況2）的有效燃油消耗率反而比BMEP 為0.5 MPa（工況1）時(shí)大。為分析其原因，列出主燃燒相位與點(diǎn)火提前角的比較，如圖9 所示。由圖9 可知，工況2 點(diǎn)火提前角比工況1 小，主燃燒相位差距也很明顯，雖然PMEP 小，但也無(wú)法彌補(bǔ)燃燒重心偏離造成的油耗損失。隨著再循環(huán)廢氣的加入，點(diǎn)火提前角增大，主燃燒相位提前，有效燃油消耗率逐漸下降甚至優(yōu)于工況1。負(fù)荷一定時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速?gòu)? 000 r/min（工況2）升高至3 000 r/min（工況3），比油耗下降，有效熱效率升高。這是因?yàn)? 000 r/min、BMEP 為1.0 MPa 的工況點(diǎn)更接近最佳油耗點(diǎn)。

圖9 主燃燒相位與點(diǎn)火提前角的比較

由圖8 可知，工況1 下，隨著EGR 率的增加，有效燃油消耗率變化不明顯。這是因?yàn)锽MEP 為0.5 MPa 時(shí)，一方面隨著EGR 率增大，PEMP 逐漸減小，油耗逐漸降低；另一方面雖然EGR 的加入能夠抑制爆震增大點(diǎn)火提前角，但是在未加入EGR 時(shí)主燃燒相位已經(jīng)在8°附近，缸內(nèi)已經(jīng)接近定容燃燒，EGR 的加入反而會(huì)增大燃燒持續(xù)期，導(dǎo)致燃燒惡化，增加油耗。兩方面的綜合影響下，有效燃油消耗率未出現(xiàn)明顯變化。BMEP 為1.0 MPa 下2 000 r/min和3 000 r/min（工況2 和工況3）時(shí)，比油耗均先減小后增加。這是由于雖然EGR 能夠抑制爆震由此達(dá)到提高點(diǎn)火提前角和降低油耗的作用，但是由于廢氣的增多會(huì)使功率下降，通過(guò)減小廢氣旁通閥的開(kāi)度來(lái)恢復(fù)功率導(dǎo)致PMEP 增大，PMEP 對(duì)油耗的惡化效果大于點(diǎn)火修正帶來(lái)的收益時(shí)油耗反而上升。

2.6 氣態(tài)排放物

圖10（a）為工況3 和工況4 的CO、碳?xì)浠衔铮╤ydrocarbon，HC）和氮氧化合物（nitrogen oxide，NOx）排放隨EGR 率的變化；圖10（b）為工況1～工況3 下氣態(tài)排放物隨EGR 率的變化關(guān)系。

由圖10（a）可知，相同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，高壓縮比時(shí)CO 排放降低而HC 和NOx排放增加。這是因?yàn)閴嚎s比增加，缸內(nèi)溫度升高，利于NOx的生成，不利于CO 的生成。壓縮比增加導(dǎo)致燃燒室面容比增加，燃燒室的狹縫、潤(rùn)滑油膜和沉積物處生成的未燃HC量增加；除此之外壓縮比高則膨脹比也大，膨脹后期燃?xì)鉁囟认陆翟斐蒆C 氧化速率下降，使更多的燃料以未燃HC 的形式排出，HC 排放量反而增加。

圖10 氣態(tài)排放物隨EGR 率的變化關(guān)系

由圖10（b）可知，轉(zhuǎn)速一定（工況1 和工況2）時(shí)，CO 和HC 的比排放隨著負(fù)荷的升高而降低。其原因在于隨負(fù)荷升高，缸內(nèi)溫度增加，利于燃料更充分地燃燒。NOx的生成條件是高溫、富氧及高持續(xù)期，因此隨著負(fù)荷升高，NOx的比排放反而增加。負(fù)荷一定（工況2 和工況3）時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的升高，缸內(nèi)湍動(dòng)能增加，預(yù)混比例上升，缸內(nèi)溫度升高，利于NOx的生成；雖然轉(zhuǎn)速上升有利于提高缸內(nèi)燃燒溫度，但燃燒時(shí)間對(duì)CO 和HC 生成的影響更大，因此CO 和HC 排放隨著轉(zhuǎn)速上升而增加。

由圖10 可知，隨著EGR 率的升高，CO 比排放先減小后增加。這是因?yàn)橐环矫鎻U氣的通入對(duì)缸內(nèi)工質(zhì)有一定的加熱作用，另一方面廢氣具有熱容作用和稀釋作用，在EGR 率較小時(shí)，熱容作用與稀釋作用較小，缸內(nèi)溫度反而升高，不利于CO 的形成；EGR 率較大時(shí)，熱容作用與稀釋作用為主導(dǎo)，因此CO 的比排放升高。隨著EGR 率的升高，HC 排放逐漸升高，NOx排放逐漸降低，這是因?yàn)閺U氣的熱容作用與稀釋作用降低了缸內(nèi)溫度和混合氣濃度。工況1～工況3下，NOx的排放分別降低了72.2%、86.8%、81.1%。

2.7 顆粒物排放

圖11（a）為工況3 和工況4 下顆粒物質(zhì)量（particle mass，PM）、顆粒物數(shù)量（particles number，PN）隨EGR 率的變化關(guān)系；圖11（b）為工況1～工況3 下PM 和PN 隨EGR 率的變化關(guān)系。

圖11 顆粒物排放隨EGR 率的變化關(guān)系

由圖11（a）可知，高壓縮比下缸內(nèi)溫度升高，利于燃料的裂解與充分燃燒，因此PN 增加，PM 減少。由圖11（b）可知，轉(zhuǎn)速一定（工況1 和工況2）時(shí)，隨著負(fù)荷升高，缸內(nèi)溫度升高，利于燃料裂解成更細(xì)的小顆粒，PN 增加，同時(shí)溫度升高使燃料燃燒更加充分，PM 減少。負(fù)荷一定（工況2 和工況3）時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的升高，雖然缸內(nèi)混合更加均勻且燃燒溫度升高利于燃料的裂解與充分燃燒，使PN 增加，但是反應(yīng)持續(xù)時(shí)間對(duì)PM 的影響更大，最終使PM 增加。

由圖11 可知，隨著EGR 率的升高，PM 呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，但變化幅度較小。這是由于顆粒物的生成條件是高溫缺氧，EGR 的熱容效應(yīng)降低了缸內(nèi)溫度，不利于顆粒物的生成，但同時(shí)其稀釋效應(yīng)也使得缸內(nèi)的氧濃度降低，為顆粒物的生成創(chuàng)造條件，兩者的共同作用下，顆粒物有所增加但是增加幅度不大。隨著EGR 率的升高，PN 增多。其原因?yàn)镋GR 的加入稀釋了混合氣，形成類(lèi)似缺氧環(huán)境，富油區(qū)形成更多的顆粒物。

3 結(jié)論

（1）隨著汽油機(jī)壓縮比的增大，缸內(nèi)最高燃燒壓力升高，點(diǎn)火正時(shí)提前，燃燒持續(xù)期延長(zhǎng)，平均指示壓力變動(dòng)系數(shù)增大，有效熱效率顯著提高，HC 排放增加，CO 排放降低，NOx排放略有升高，PM 降低，PN 增大。

（2）隨著EGR 率的增大，點(diǎn)火提前角增大，燃燒持續(xù)期延長(zhǎng)，缸內(nèi)最大壓力和最大放熱率降低，HC 的比排放增加，CO 的比排放先減小后增加，NOx排放大幅降低，最大降低率達(dá)到86.8%。

（4）采用EGR 有利于降低排放，且能夠有效抑制爆震，進(jìn)而能夠增大汽油機(jī)壓縮比，提高熱效率，EGR 的采用可使熱效率最大增幅達(dá)到1.926%。