低压冷EGR对小型汽油机的节油贡献

第４６卷第４期　小型内燃机与车辆技术　Ｖｏ１．４６　Ｎｏ．４　２０１７年８月　些　望　ｓＴＩＯＮ　ＥＮＧＩＮＥ　ＡＮＤ　ＶＥＨＩＣＬＥ　ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ　Ａｕｇ．２０１７　低压冷ＥＧＲ对小型汽油机的节油贡献　秦博张宗澜林思聪　（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院动力总成技术研发中心广东广州　５１　１４３４）　摘要：汽油机的小型化技术虽然在一定程度上能提高燃油经．济Ｉ｝生，但是也会带来爆震趋势加强的　问题；鉴于ＥＧＲ能够有效降低燃烧温度从而抑制爆震，在一台１．５　Ｌ缸内直喷汽油机上，开展了外部　冷ＥＧＲ对发动机燃油经济性影响的试验。结果表明，在２　０００　ｒ／ｍｉｎ、负荷为１．４　ＭＰａ，引入ＥＧＲ后，燃　烧相位大幅改善，排气温度不断降低，燃油经济性得到改善，ＥＧＲ为２０％时的节油率最大，为７．９％；　在２　０００　ｒ／ｍｉｎ、负荷为０．８　ＭＰａ，引入ＥＧＲ还能够降低泵气损失；在２　５００　ｒ／ｍｉｎ外特性，引入ＥＧＲ能　够通过减少加浓程度改善燃油经济性；ＥＧＲ也存在缺点：随着ＥＧＲ率的升高，低速转矩会受到限制，　循环波动率会不断加大，燃烧持续期会不断延长。　关键词：汽油机废气再循环燃油经济性　中图分类号：ＴＫ４１１　．７　文献标识码：Ａ　文章编号：２０９５—８２３４（２０１７）０４—００１９—０７　Ｌｏｗ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｏｌｅｄ　ＥＧＲ　ｆｏｒ　ａ　Ｄｏｗｎｓｉｚｅｄ　Ｇａｓｏｌｉｎｅ　Ｅｎｇ，Ｅｎｇｉｎｅ　ｔｏ　Ｉｍｐｒｏｖｅ　Ｆｕｅｌ＂ｔｏ　Ｉｍ　Ｆｕｅｌ　Ｅｃｃ　　Ｅｃｏｎｏｍｙ　ｙＱｉｎ　Ｂｏ，Ｚｈａｎｇ　Ｚｏｎｇｌａｎ＆Ｌｉｎ　Ｓｉｃｏｎｇ　Ｐｏｗｅ￣ｒａｉｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，５　１　１４３４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　Ｄｏｗｎｓｉｚｉｎｇ　ｏｆ　ｇａｓｏｌｉｎｅ　ｅｎｇｉｎｅ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｆｕｅｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｉｎｔｅｎｓｉｆｙ　ｔｈｅ　ｋｎｏｃｋ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅ．Ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｌｒｃｕｌａｔｌｏｎ）ｃａｎ　ｗｅａｋｅｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｎｓｉｆｙ　ｔｈｅ　ｋｎｏｃｋ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｃｏｏｌｅｄ　ＥＧＲ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｕｅｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｏｎ　ａ　１．５Ｌ　ＧＤＩ　ｆＧａｓｏｌｉｎｅ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）ｅｎｇｉｎｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｏｎ　ａ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　２０００ｒ／ｍｉｎ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｏｆ　１．４Ｍｐａ。ＥＧＲ　ｈｅｌｐｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ａｎｇｌｅ　ｏｆ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｅｘｈａｕｓｔ　ｇａｓ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｕｅｌ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｉｓ　ｍｏｓｔｌｙ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　７．９％ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ＥＧＲ　ｉｓ　２０％；ｏｎ　ａ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　２０００ｒ／ａｒｉｎ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｏｆ　０．８Ｍｐａ．ＥＧＲ　ｈｅｌｐｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｐｕｍｐｉｎｇ；ｏｎ　ａ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　２５００ｒ／ｍｉｎ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｍａｘｉｍｕｍ，ＥＧＲ　ｈｅｌｐｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｅ　ｏｆ　ｍｉｘｔｕｒｅ．Ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＥＧＲ　ｉｓ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｗｉｌｌ　ｌｉｍｉｔ　ｔｈｅ　ｌｏｗ—ｓｐｅｅｄ　ｔｏｒｑｕｅ，ｒａｉｓｅ　ｔｈｅ　ＣＯＶ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）　ａｎｄ　ｅｘｔｅｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｄｕｒａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇａｓｏｌｉｎｅ　ｅｎｇｉｎｅ；Ｅｘｈａｕｓｔ　ｇａｓ　ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ；Ｆｕｅｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ　譬　随着油耗与排放法规的日趋严格，汽油机小型　加强的负面影响［１＿３］。　化成为一条主流的技术路线。在保持相同功率输出　众所周知，废气再循环（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａ　的情况下，小型化技术通过改变发动机的运转－ｒ况，ｔｉｏｎ，ＥＧＲ）技术能有效降低缸内燃烧温度与氮氧化　｝基金项目：广东省科技厅省部产学研结合基金（２０１３Ｂ０９０４００００２）资助。　作者简介：秦博（１９８７一），男，工程师，主要研究方向为发动机性能开发。　２０　小型内燃机与车辆技术　第４６卷　合物（ＮＯ　）排放，其主要机理是燃烧废气中含有大量　的ＣＯ　、Ｈ　Ｏ等三原子分子，这些三原子分子具有比　热容较大的特点，能有效降低缸内的燃烧温度，从而　在一定程度上抑制爆震，改善燃烧相位，减少加浓程　度；另外，在中小负荷下应用外部ＥＧＲ技术可以增　１．２　ＥＧＲ结构布置　根据ＥＧＲ引出与混合位置的不同，外部ＥＧＲ　通常分为低压ＥＧＲ、高压ＥＧＲ与混合ＥＧＲ共３种　布置方式，如表２所示。　表２外部ＥＧＲ布置方式　方式　低压ＥＧＲ　高压ＥＧＲ　大节气门开度，从而能够降低泵气损失；这些都能改　善发动机的燃油经济性［２－－６］。　本文研究在小型缸内直喷（Ｇａｓｏｌｉｎｅ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｉｎｊｅｃ－　引出位置　涡轮机下游　涡轮机上游　混合位置　压气机上游　压气机下游　ｔｉｏｎ，ＧＤＩ）汽油发动机上引入外部冷却后ＥＧＲ，探索　ＥＧＲ对汽油机的节油贡献。　１试验设备与方案　１．１试验设备　试验采用英国ＨＯＦＭＡＮＮ公司的ＡＣ２６５Ｈ交流　电力测功机和ＴＥＸＣＥＬ　Ｖ１２控制系统进行控制；油　耗测量采用ＡＶＬ　７３５Ｓ油耗仪（配备７５３Ｃ油温控制　设备）；缸内压力采用ＫＩＳＴＬＥＲ　６１１５ＢＦＤ３４型缸压　传感器进行采集，采用ＡＶＬ　ＩＮＤＩＣＯＭ一５９６型燃烧分　析仪进行数据记录与处理；空燃比测量采用ＥＴＡＳ—　ＥＳ４３０空燃比测量仪；ＥＧＲ阀体及ＥＧＲ冷却器由知　名供应商提供，阀门开度采用自行研制的控制系统　进行闭环控制；气体排放测量采用ＨＯＲＩＢＡ公司的　ＭＥＸＡ一７　１　００ＤＥＧＲ型气体排放分析仪。ＥＧＲ率的计　算公式如下：　Ｔ，　Ｔ，　ＥＧＲ　。：　二　×１００％　（１）　ＣＯ２ＥＸ—　ＣＯ２ＡＩＲ　式中：　。　为进气与废气混合后气体中ＣＯ：的体积　分数；Ｖ　。　为废气中ＣＯｚ的体积分数；Ｖ　。川　为空　气中ＣＯ　的体积分数。　试验用发动机为一台１．５Ｌ　ＧＤＩ发动机，压缩比　为９．８，其主要结构参数如表１所示。试验前未对发　动机的燃烧系统进行任何改造，仅仅加入了ＥＧＲ模　块，旨在单纯对比有无ＥＧＲ对发动机油耗的影响。　表１发动机主要结构参数　参数　数值　缸径／ａｒｍ　７５　冲程／ｍｍ　８４．６　排量，Ｌ　１．４９６　压缩比　９．８：１　缸数　４缸直列　喷油方式　缸内直喷　进气方式　废气涡轮增压　气门数　１６　混合ＥＧＲ　涡轮机上游　压气机上游　相比高压ＥＧＲ与混合ＥＧＲ，低压ＥＧＲ从涡轮　机下游取气，不会对涡轮机的工作有影响，并且由于　压差的原因，低压ＥＧＲ能够有效运用于低速大负荷　工况［３１，因此本文主要研究了低压ＥＧＲ对油耗的贡　献，如图１所示。ＥＧＲ气体首先经过冷却器，在空滤　后与新鲜充量混合后进人压气机，最后经过中冷器　冷却后进入缸内。　图１低压ＥＧＲ方案布置不意图　相对其他布置方式而言，低压ＥＧＲ也存在一定　的弊端：　１）低压ＥＧＲ引出后到进入发动机的回路相对　最长，虽然有利于与空气的混合，但对发动机的瞬态　响应性影响较大；　２）低压ＥＧＲ从涡后取高温气体送到压气机前，　流动过程中经冷却会产生冷凝水，会对压气机叶片　产生腐蚀，长时间使用需要对叶片进行特殊涂层处　理，增加成本；　３）低压ＥＧＲ经过压气机被压缩，占用了一部分　新鲜空气的体积，影响了压气机的效率；　第４期　秦博等：低压冷ＥＧＲ对小型汽油机的节油贡献　２１　４）另外，低压ＥＧＲ从涡后取气，压力较低，所以　ＥＧＲ率的控制难度较高，建议在混合处加装节流装　置（节气门或者文丘里管）来制造更大的压差，保证　流动稳定性，增大应用范围。　１．３　ＥＧＲ试验方案　鉴于车用汽油机常用转速为中低转速，本文着　重研究了转速为２　０００　ｒ／ｍｉｎ、制动平均有效压力　（Ｂｒａｋｅ　Ｍｅａｎ　Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ＢＭＥＰ）为１．４　ＭＰａ时，　不同ＥＧＲ率对汽油机燃烧与油耗的影响；另外还选　取了转速为２　０００　ｒ／ｍｉｎ、ＢＭＥＰ为０．８　ＭＰａ来研究　ＥＧＲ对泵气损失的影响；选取了２　５００　ｒ／ａｒｉｎ外特性　工况来研究ＥＧＲ对过量空气系数的影响。　在试验过程中，边界条件保持一致：冷却液温度　控制在８８＋２　ｏＣ，机油温度控制在９０℃以上；试验过　程中全程开启进气空调与排气侧风机，同一工况下　进气歧管温度控制一致，以消除边界条件对试验结　果的影响；对于不同的ＥＧＲ率，均优化点火提前角　使得燃烧处在爆震边缘或最佳位置附近；当涡前温　度超过９２０℃时，加浓混合气直至排温降低到　９２０℃，否则过量空气系数保持为１；另外，试验过程　中平均指示压力循环波动率（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ，　ＣＯＶ）控制在４％以内。　２试验结果与分析　２．１　ＥＧＲ对于燃烧与油耗的影响　如图２所示，转速为２０００　ｒ／ｍｉｎ、ＢＭＥＰ＝１．４ＭＰａ　时，随着ＥＧＲ率的升高，指示热效率不断提高［７１，对　应有效燃油消耗率不断降低，ＥＧＲ率为２０％时对应　的节油率最大，约为７．９％；当进一步提高ＥＧＲ率时，　循环波动率超过了试验界定的限值４％（下文将提　及），节油效果受到限制。　；　蕞　１　涎　矮　校　图２有效燃油消耗率、指示热效率与ＥＧＲ率的关系　ＥＧＲ的引人对抑制发动机的爆震有明显作用，　如图３所示。图中ＡＩ５０表示燃料燃烧５０％质量所对　应的曲轴转角，可以看出，随着ＥＧＲ率的升高，点火　提前角大幅提前（最多提前了１６ｏＣＡ）；同时，ＡＩ５０不　断向上止点靠近，最多提前了ｏＣＡ；爆震趋势减弱，　燃烧相位改善是油耗降低的主要原因。　望　０　ｊ是　《　《旦ｏ）图３点火提前角、ＡＩ５０与ＥＧＲ率的关系　ＥＧＲ气体虽然不参与燃烧，但随新鲜充量进入　缸内后会对混合气产生稀释作用，影响缸内的浓度　场分布，从而影响火焰的传播过程，加大燃烧的不稳　定性阎；另外，由于每循环的ＥＧＲ质量以及ＥＧＲ气　体在缸内的分布存在不均匀性，这些都会加大各循　环之间的波动，如图４所示。随着ＥＧＲ率不断升高，　燃烧持续期（即ＡＩ９０一ＡＩＩＯ，ＡＩ９０表示燃料燃烧９０％　质量所对应的曲轴转角，ＡＩ１０表示燃料燃烧１０％质　量所对应的曲轴转角）不断加长，循环波动率呈上升　趋势【９】。　幅　姆　出　１　图４燃烧持续期、循环波动率与ＥＧＲ率的关系　如图５所示，保持同一转速负荷，随着ＥＧＲ率　的升高，缸内压力水平不断升高，最大爆发压力不断　增大，且最大爆压位置不断提前，不断靠近上止点，　混合气做功能力不断加强；同时，放热率曲线整体前　移，曲线下的面积形心的位置向上止点方向移动，燃　躁毒、｝；２２　小型内燃机与车辆技术　第４６卷　烧相位得到改善，燃烧过程的等容度提高【　ｏ１；　用使得燃料与氧的混合变差，增加了ＣＯ的生成；另　一方面，缸内温度的降低削弱了ＣＯ：的高温离解，减　少了ＣＯ的生成；两者效果相互影响带来ＣＯ排放的　：　●　Ｏ　波动　。　图８展示了涡前温度与ＥＧＲ率的关系，ＥＧＲ率　褂　躞　延　的引入极大地降低了涡轮人口温度，ＥＧＲ率为２０％　耄　时，涡前温度最多降低了１２０℃，有效降低了排气系　是　较　怔　图５缸内压力、放热率与ＥＧＲ率的关系　气体排放与ＥＧＲ率的关系如图６、７所示。　图６　ＮＯ　、ＴＨＣ排放与ＥＧＲ率的关系　图７　ＣＯ排放与ＥＧＲ率的关系　随着ＥＧＲ率的升高，ＮＯ　排放大幅降低（ＥＧＲ　率为２０％时，降幅达到８７％），原因是缸内燃烧温度　的降低抑制了ＮＯ　的生成条件…　；ＴＨＣ排放物不断　升高，增加达６０％，主要是由于ＥＧＲ的稀释导致缸　内温度不断降低和燃烧持续期不断加长的缘故；ＣＯ　的排放存在一定波动，可能一方面是ＥＧＲ的稀释作　统零部件的热负荷；在２　０００　ｒ／ａｒｉｎ、ＢＭＥＰ＝１．４　ＭＰａ，　由于涡前温度均在限值（９２０℃）以下，过量空气系数　保持为１。　图８涡前温度、过量空气系数与ＥＧＲ率的关系　２．２　ＥＧＲ对于泵气损失的影响　如图９所示，转速为２０００　ｒ／ａｒｉｎ、ＢＭＥＰ＝０．８ＭＰａ，　随着ＥＧＲ的引入，维持发动机同样负荷的节气门开　度不断增大，对应泵气平均有效压力（Ｐｕｍｐｉｎｇ　Ｍｅａｎ　Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ＰＭＥＰ）不断增大，即泵气损失不断　减小；结合图ｌ０所示的有效燃油消耗率与ＡＩ５０的　变化趋势，ＥＧＲ率从５％开始，燃烧相位已经处于最　佳位置附近，ＥＧＲ率从５％增大到２０％过程中，油耗　仍然降低了约３％，这部分的节油贡献得益于泵气　损失的降低。　较　担　图９　ＰＭＥＰ、节气门开度与ＥＧＲ率的关系　第４期　秦博等：低压冷ＥＧＲ对小型汽油机的节油贡献　；　掌　旃　糕　涎　景　颖　图１Ｏ有效燃油消耗率、ＡＩ５０与ＥＧＲ率的关系　２－３　ＥＧＲ对于过量空气系数的影响　由于本台试验用发动机在２　０００　ｒ／ｍｉｎ外特性的　过量空气系数为１，所以选取２　５００　ｒ／ｍｉｎ外特性工　况来说明ＥＧＲ在减少零部件保护加浓方面的作用，　如图１１所示，保持同一排温９２０　ｏＣ，随着ＥＧＲ率的　升高，由于排气温度降低，过量空气系数从０．９减稀　到０．９５。　辍　咖　寸蛊　ＥＧＲ莉％　图１　１过量空气系数、涡前温度与ＥＧＲ率的关系　如图１２所示，ＥＧＲ率为７．５％时对应有效燃油　消耗率节省了１１　ｇ／（ｋＷ・ｈ），约４％，节油效果不如　２　０００　ｒ／ａｒｉｎ、ＢＭＥＰ＝１．４　ＭＰａ明显，分析原因是ＣＯＶ　限制了ＥＧＲ率，导致点火角提前的角度较少（只有　４。ＣＡ），点火角提前对燃烧相位的贡献不足以抵消　ＥＧＲ废气对于燃烧的负面影响，如图１３所示，ＡＩ５０　并未像部分负荷一样提前，相反还有所推迟，同时　过量空气系数的减稀一定程度上也加重了爆震趋　势，抑制了点火提前角的进一步提前。笔者推测，如　果能够通过优化燃烧系统改善ＣＯＶ，提高ＥＧＲ的　容忍度，充分发挥ＥＧＲ抑制爆震的作用，节油效果　将得到进一步提升。　壶　薄　涎　耀　鬟　图ｌ２有效燃油消耗率、指示热效率与ＥＧＲ率的关系　量　舞　薹　ＥＧＲ率／％　图１３点火提前角、ＡＩ５０与ＥＧＲ率的关系　２．４　ＥＧＲ对于低速转矩的影响　如图１４、１５所示，转速为２　０００ｒ／ｍｉｎ、负荷为外　特性，随着ＥＧＲ的引入，爆震倾向有所降低，点火角　得到提前，但由于外部ＥＧＲ占用了部分新鲜充量的　体积，为了提供足够的进气量，维持相同的外特性转　矩，需要不断加大增压器占空比，增大压比，当ＥＧＲ　率超过５％时，增压器占空比已达到理论最大值　（９５％），无法提供足够的新鲜充量到缸内，最终导致　外特『生转矩无法达到未引人外部ＥＧＲ时的性能水平。　旦　援　楹　《　图１４外特性转矩、点火提前角与ＥＧＲ率的关系　２４　小型内燃机上Ⅱ　潍　磐　图１５增压器占空比、新鲜进气量与ＥＧＲ率的关系　２．５　ＥＧＲ对ＣＯＶ的影响分析　上文提到，ＥＧＲ率由于循环波动率的限制而无　法进一步增大，从而直接影响到了节油效果，下文以　转速２　０００　ｒ／ｍｉｎ、ＢＭＥＰ＝１．４　ＭＰａ为例，选取ＥＧＲ　率为０％与２０％进行对比分析，研究加入ＥＧＲ后，　ＣＯＶ增大的可能原因。　图１６展示了ＡＩ１０、ＡＩ５０、ＡＩ９０在１００个循环内　的变化趋势，可以明显看出：对于ＡＩ１０，两者的波动　差异不大；对于ＡＩ５０与ＡＩ９０，ＥＧＲ率为２０％时的波　动明显大于ＥＧＲ率为Ｏ％的情况。　Ａ——ＥＧＲ＝０％一ＡＩ１０　．Ｂ－——－——ＥＧＲ＝２０％ＡＩ１０　．　Ａ＼　一　．＿／，、　、　／　￣￣　，＾ｖ　、＾　／、＾一，一”　．　，、＾　４０　３５　３Ｏ　旦　２５　Ｍ４　、　、　２Ｏ　１５　１０　０　２０　４０　６０　８０　１００　循环　图１６不同ＥＧＲ率下ＡＴ１０、ＡＩ５０、ＡＩ９０的变化趋势　ＡＩ１０的波动情况一致说明ＥＧＲ对火焰发展期　与车辆技术　第４６卷　ｒ】一。一＼　的影响不是很明显；ＡＩ５０与ＡＩ９０的波动差异说明　ＥＧＲ对快速燃烧期存在较大的扰动影响，从而直接　∞　加　ｍ　５　Ｏ　导致了各燃烧循环间的较大波动。　图１７展示了同样工况下点火ＡＩ１０（近似滞燃　期）、ＡＩ５０—１０（近似急燃期）、ＡＩ９０—１０（即燃烧持续　期）的变化趋势。可以明显看出，ＥＧＲ的引入不仅延　长了各燃烧过程的持续时间，还增加了各循环问的　燃烧不稳定性，特别是对ＡＩ５０—１０与ＡＩ９０—１０，各循　环间的波动明显。　３０　。　．Ａ——Ｅ６Ｒ＝ｏ％火ＡＩ１０。　一　．　Ｂ——ＥＧＲ：２０％２５　点火ＡＩ１０　Ｂ　望　已２Ｏ　、　Ｍ　＼　１５　１０　２０　１５　Ｕ　一　＼　ｌＯ　５　２０　４Ｏ　６０　８０　１００　循环　不同ＥＧＲ率下点火到ＡＩ１０、ＡＩ５０—１０、ＡＩ９０—１０　的变化趋势　２．６进一步发挥ＥＧＲ节油效果的建议　综合上文，使用低压冷ＥＧＲ，能有效降低发动机　在低速中大负荷的油耗，但同时也带来了燃烧持续　期变长，循环波动率变大，低速转矩不足的负面　影响。　针对ＥＧＲ对燃烧的负面影响，可以尝试通过以　下途径进行改善：采用更高滚流比的气道，增强缸内　的流动与湍动能水平Ｉｌ３］，优化混合气浓度场；优化燃　烧室设计，提高缸内火焰传播速度；采用高能点火线　圈与火花塞，提高点火能量。　针对低压ＥＧＲ对于低速端转矩的影响，需要改　良增压器，比如匹配更大的压气机，来保证足够的压　比，弥补因为ＥＧＲ带来的新鲜充量不足的问题。同　第４期　秦博等：低压冷ＥＧＲ对小型汽油机的节油贡献　气量不足而导致转矩不达标。　５）ＥＧＲ的引入会带来循环波动率的增加，原因　是ＥＧＲ气体本身影响了快速燃烧期的稳定性。　参考文献　１　Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｐ　Ａ，Ｅｌｉｓａ　Ｔ，Ｈａｒｒｙ　Ｗ，ｅｔ　ａ１．Ａｂｎｏｒｍａｌ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　样，针对高速端转矩，需要配合提升增压器的转速能　力，保证发动机在进气量充足情况下的转速裕度，减　少动力性损失。　除此之外，在低速中小负荷使用ＥＧＲ，燃烧相位　ＡＩ５０可以大幅优化，甚至到８。～１０　ｏＣＡ，此时如果配　合提高压缩比，就可以进一步提高发动机的热效率，　更好地发挥ＥＧＲ对于抑制爆震的积极作用［】４１。　２．７　ＥＧＲ应用的相关建议　ＥＧＲ在实际应用当中，应该在管路布置、ＥＧＲ　冷却、ＥＧＲ控制等方面注意以下问题：　１）布置方面：尽量减少回路长度，降低压损，提　高响应性；ＥＧＲ取气口与气流方向夹角尽量小，降低　压损；　２）冷却方面：优化ＥＧＲ冷却器设计，减少气泡　残留，加强冷却效果；　３）控制方面：ＥＧＲ控制器必须集成“清碳”功　能，避免阀门卡滞或关闭不严；ＥＧＲ率的控制必须留　有余量，实际应用时不建议做到ＣＯＶ边界，否则极　易由于一致性差异导致燃烧恶化。　３结论　１）在２　０００　ｒ／ｍｉｎ、ＢＭＥＰ＝１．４　ＭＰａ，引人ＥＧＲ　后，爆震得到抑制，点火提前角提前，燃烧相位改善，　排气温度大幅降低，最大爆发压力升高，最大爆压时　刻提前，指示热效率与燃油经济性得到提高，ＮＯ　排　放大幅减少；同时，随着ＥＧＲ率的升高，燃烧持续期　与循环波动率不断加大，ＴＨＣ排放不断增加，ＣＯ排　放存在波动现象。　２）在２　０００　ｒ／ｍｉｎ、ＢＭＥＰ＝０．８　ＭＰａ，弓１人ＥＧＲ　后，节气门开度增大，泵气损失减小，燃油经济性得　到一定程度改善。　３）在２　５００　ｒ／ｍｉｎ外特性，弓ｌ入ＥＧＲ后过量空　气系数减小，由于点火角提前的角度较小，点火角提　前对燃烧相位的贡献不足以抵消ＥＧＲ废气对于燃　烧的负面影响，从而一定程度上影响了节油效果。　４）在２　０００　ｒ／ｍｉｎ外特性，当ＥＧＲ率增大到５％　时，虽然点火角得到提前，但由于废气占用了新鲜空　气的体积，增压器旁通阀即使完全关闭，也会由于进　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｍｅｇａ　ｋｎｏｃｋ　ｉｎ　ａ　６０％ｄｏｗｎｓｉｚｅｄ　ｈｉｇｈｌｙ　ｔｕ卜　ｂｏｃｈａｒｇｅｄ　ＰＦＩ　ｅｎｇｉｎｅ［Ｃ］．ＳＡＥ　Ｐａｐｅｒ　２０１０——０１－１４５６　２　Ｌｉｕ　Ｚ，Ｃｌｅａｒｙ　Ｄ．Ｆｕｅｌ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｏｌｅｄ　ｅｘｔｅｒ－　ｈａｌ　ＥＧＲ　ｆｏｒ　ａ　ｄｏｗｎｓｉｚｅｄ　ｂｏｏｓｔｅｄ　ＳＩＤＩ　ＤＩＣＰ　ｅｎｇｉｎｅ［Ｃ】．ＳＡＥ　Ｐａｐｅｒ　２０１４－０１－１２３５　３　Ｔａｋａｋｉ　Ｄ，Ｔｓｕｃｈｉｄａ　Ｈ，Ｋｏｂａｒａ　Ｔ，ｅｔ　ａ１．Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ａｎ　ＥＧＲ　ｓｙｓ—　ｔｅｎｒ　ｏｆｒ　ｄｏｗｎｓｉｚｉｎｇ　ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｄ　ｇａｓｏｌｉｎｅ　ｅｎ￣ｎｅ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｆｕｅｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ［Ｃ］．ＳＡＥ　Ｐａｐｅｒ　２０１４－０１－１　１９９　４　Ｓｅｂａｓｔｉｅｎ　Ｐ，Ｐｈｉｌｉｐｐｅ　Ｌ，Ｓａｍｕｅｌ　Ｌ．Ｃｏｏｌｅｄ　ＥＧＲ　ｏｆｒ　ａ　ｔｕｒｂｏ　ＳＩ　ｅｎｇｉｎｅ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｋｎｏｃｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｆｕｅｌ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ【Ｃ】．ＳＡＥ　Ｐａ－　ｐｅｒ　２００７－０１—３９７８　５徐蔡舟，刘杰，王荣吉，等．高压中冷ＥＧＲ对直喷增压发动　机油耗影响的试验研究［Ｊ】．小型内燃机与车辆技术，２０１４，　４３（６）：１３—１６　６　Ｔａｙｌｏｒ　Ｊ，Ｆｒａｓｅｒ　Ｎ．Ｗａｔｅｒ　ｃｏｏｌｅｄ　ｅｘｈａｕｓｔ　ｍａｎｉｆｏｌｄ　ａｎｄ　ｆｕｌｌ　ｌｏａｄ　ＥＧＲ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ａ　ｄｏｗｎｓｉｚｅｄ　ｄｉｒｅｃｔ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｓｐａｒｋ　ｉｇｎｉｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅ［Ｊ］．ＳＡＥ　Ｐａｐｅｒ　２０１０－０１－０３５６　７吴达，许敏，李铁．废气再循环对增压直喷汽油机热效率的　影响【Ｊ］．车用发动机，２０１３（３）：５０—５５　８潘锁柱，宋崇林，裴毅强，等．ＥＧＲ对ＧＤＩ汽油机燃烧和排　放特性的影响［Ｊ］．内燃机学报，２０１２，３０（５）：４０９—４１４　９　ＳｊｏｅＹｎＨ，Ｓｔｅｆａｎ　Ｊ，ＥｍｍａｎｕｅｌＫ，ｅｔ　ａ１．ＥＧＲ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｂｏｏｓｔ－　ｅｄ　ＳＩ　ｅｎｇｉｎｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｋｎｏｃｋ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ［Ｊ】．ＳＡＥ　Ｉｎｔ．Ｊ．Ｅｎｇｉｎｅｓ，２０１２，５（２）：５４７－５５９　ｌ０周龙保，刘巽俊，高宗英．内燃机学［Ｍ】．北京：机械工业出　版社，２０１３　１１刘鹏，秦静，赵亮．ＥＧＲ对通用小型汽油机ＨＣ和Ｎ　排放　的影响分析［Ｊ］．小型内燃机与摩托车，２０１１，４０（５）：５２—５４　１２　Ｓｏｎｇ　Ｄ，Ｊｉａ　Ｎ，Ｇｕｏ　Ｘ，ｅｔ　ａ１．Ｌｏｗ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｏｏｌｅｄ　ＥＧＲ　ｆｏｒ　ｉｍ—　ｐｒｏｖｅｄ　ｆｕｅｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｏｎ　ａ　ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｄ　ＰＦＩ　ｇａｓｏｌｉｎｅ　ｅｎ￣ｎｅ　［Ｃ】．ＳＡＥ　Ｐａｐｅｒ　２０１４－０１—１２４０　１３韩林沛，洪伟，杨俊伟，等．缸内滚流对废气再循环汽油机　性能影响的计算研究【Ｊ】．车用发动机，２０１４（１）：３８—４４　１４　Ａｌｇｅｒ　Ｔ，Ｍａｎｇｏｌｄ　Ｂ．Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ　ＥＧＲ：Ａ　ｎｅｗ　ｃｏｎｃｅｐｔ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｅｎｇｉｎｅｓ［Ｊ］．ＳＡＥ　Ｐａｐｅｒ　２００９—０１—０６９４　（收稿日期：２０１７—０７—０２）