外部EGR技术在高压缩比米勒循环发动机上的试验研究_吴学松

网络出版时间：2014-03-14 13:49网络出版地址：/kcms/detail/.20140314.1349.001.html外部EGR技术在高压缩比米勒循环发动机上的试验研究吴学松1，詹樟松1，尚宇1，刘斌1，胡铁刚1，裴毅强2(1.重庆长安汽车股份有限公司动力研究院，重庆401120，2.天津大学,天津300072)Experimental study about external EGR technology in a highcompression ratio Miller cycle engineWU Xue-song1，ZHAN Zhang-song1，SHANG Yu1，LIU Bin1，HU Tie-gang1，PEIYi-qiang2(1. Powertrain Engineering R&D Center, Chongqing Changan Automobile co., LTD.，Chongqing401120，China 2.Tianjin University, Tianjin 300072,China)Abstract: Under the same intake air mass, Miller cycle, realized by LIVC and EIVC, can reduce the pumping loss. Meanwhile, more heat energy is converted to mechanical energy because the expansion ratio ishigher than the effective compression ratio. In this way, Miller cycle can improve the fuel economy. Consideredthe power output at the high load, the effective compression ratio should not be too small. Then the fuel economyat the low load is sacrificed by this effect. In order to solve this issue, external Exhaust Gas Recirculation (EGR)technology is introduced in a high compression ratio Miller cycle engine. The exhaust gas is reintroduced into thecylinder to optimize the combustion process in the partial load and improve the fuel economy and emission. In thisstudy, different ratio of EGR is used to explore the effect of EGR technology on the engine performance andemission on a high compression ratio Miller cycle engine. Results show that external EGR can obviously reducethe pumping loss and improve the fuel economy. Vehicle fuel consumption can be reduced by 2.11% . Meanwhile,NOx emission is reduced because of the reduced maximum gas temperature and oxygen content. In some partialload, the NOx emission can be reduced by 88.5%.Key words: Pumping Loss, External EGR, High compression ratio, Miller cycle, NOx摘要：米勒循环通过进气门早关或晚关，在相同进气量的条件下增大节气门开度，降低泵气损失，同时实现膨胀比大于有效压缩比，使更多的热能转换为机械能，改善燃油经济性。

考虑到高负荷的动力性，有效压缩比不能太小，因此，部分负荷燃油经济性改善程度受到限制。

为解决这一难题，在高压缩比米勒循环发动机上应用外部EGR技术，通过将发动机的部分废气重新引入气缸，实现对部分负荷燃烧过程的优化控制，改善发动机的燃油经济性和排放性能。

在一台高压缩比米勒循环发动机上，将不同比率的废气重新引入气缸，探究外部EGR技术对高压缩比米勒循环发动机的性能和排放的影响。

结果表明，在高压缩比米勒循环发动机上应用外部EGR技术，可有效降低发动机部分负荷下的泵气损失，改善燃油经济性，整车百公里油耗改善2.11%；同时可降低缸内最高燃烧温度及含氧量，大量减少NOx排放，部分工况点甚至可降低88.5%。

关键词：泵气损失、外部EGR、高压缩比、米勒循环、NOx排放中图文类号：TK411+.7 文献标识码：A收稿日期：2013-07-08收稿日期：2013-07-080 概述近年来能源危机与环境污染愈演愈烈，综合我国严格的三阶段油耗法规和国五排放标准，对动力总成进行技术升级优化，提高燃油经济性，满足节能减排的需求已成为目前汽车行业的当务之急[1,2]。

米勒循环通过进气门早关或晚关，在相同进气量的条件下保持较大的节气门开度，降低部分负荷泵气损失，同时也使发动机膨胀比大于有效压缩比，令其能将更多的热能因此，济性，限制[2,5]排放[8,9]试验过程中为确保缸内燃烧正常稳定，选取EGR 率控制范围为0%到25%进行燃烧开发试验，探究不同EGR 率对高压缩比米勒循环发动机油耗、排放等方面的影响。

1 试验装置及方案和分析方法1.1 试验装置本试验基础机为长安某款1.6L 自然吸气高压缩比米勒循环汽油机，发动机具体参数见表1。

试验过程中，使用A VL 7351CME 型油耗仪测量发动机油耗，原始排放使用HORIBA MEXA-7100DEGR 型排气分析仪测量，气缸压力使用A VL ZI31-Y5S 型缸压传感器测量，空燃比使用ETAS LA4型空燃比仪(保证过量空气系数为1) 测量。

表1 发动机基本参数基础机 缸径/mm 行程/mm 78 83.6图1 发动机台架实物图图2 EGR 流通路径1.2 试验方案选取基础机的一组整车权重点为试验工况点，采用外部EGR 技术，同时优化点火提前角和微调VVT 相位，在保证燃烧稳定性的基础上，对发动机的燃烧及排放特性进行测量与分析，具体试验工况点见表2。

本试验中EGR率为体积比，EGR率=引入气缸的废气体积/(进入气缸的空气体积用外部EGR技术后各试验工况点比油耗均有所改善，且随着EGR率增加，比油耗呈现先下降后上升的趋势[7,10-12]。

图4 整车权重点计算法图7 CO 排放随EGR 率增大的变化曲线本研究基础机为高压缩比米勒循环发动机，上述试验数据表明外部EGR 技术对发动机产生的影响，论证了外部EGR 技术在高压缩比米勒循环发动机上的节能减排潜力，实现整机油耗进一步改善2%左右，同时NOx 、HC 和CO 排放均满足企业标准，不会增加整机排放系统成本。

2.2 分析与讨论上述试验结果表明，在高压缩比米勒循图图多，影响燃烧过程，使其恶化，HC 排放增加，燃烧效率下降，制约了油耗的进一步改善[12,14]。

综合上述分析可得，导致比油耗先减少后增加的变化趋势，是因为在引入较小EGR 率废气时，泵气损失有所改善且燃烧效率变化不大，因此比油耗有所降低；但随着EGR 率的进一步增加，引入气缸的废气增加，燃烧过程恶化程度明显，因此比油耗有所增加[11,15]。

图图图13 2250r/min、0.46MPa HC及CO排放随EGRdiesel engine[J]. Energy, 2008, 33: 22–34.[9] Baert R S G, Beckman D E, Veen A. Efficient EGR Technology for Future HD Diesel Engine Emission Targets[J]. SAE, 1999-01-0837.[10] Nobuki K, Kiyoshi Ni, Toshihiro K, et al. Development of New 1.8-Liter Engine for Hybrid Vehicles[J]. SAE, 2009-01-1061.[11] 李兆文,舒歌群. EGR对直喷式柴油机瞬态工况燃烧噪声影响的试验研究[J]. 内燃机工程, 2010, 31 (3): 17-22.Li Z W, Shu G Q. Experimental Invetigation on Effect of EGR on Combustion Noise in Transient Conditions of DI-Diesel Engine[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2010, 31 (3): 17-22.[12] Abd-Alla G H. Using exhaust gas recirculation in internal combustion engines: a review. Energy Conversion and Management[J]. 2002, 43:1027-1042.[13] 白云龙, 王志, 王建昕. 利用废气滞留改善缸内直喷汽油机部分负荷性能的研究[J]. 内燃机学报, 2009, 4: 328-332.Bai Y L, WANG Z, Wang J X. Study on Improvement of Part-Load Performance in a GDI Engine Using Exhaust Gas Trap[J]. Transactions of CSICE, 2009, 4: 328-332.[14] 李曙东, 赵新顺, 孙协胜, 等. 废气再循环对四气门火花点火内燃机性能的影响[J]. 拖拉机与农用运输车, 2004, 5:23-26.Li S D, Zhao X S, Sun X S, et al. Effect of EGR on four-stroke S.I.engine performance[J]. Tractor & Farm Transporter, 2004, 5:23-26.[15] 汪映, 周杰. 冷EGR对DME PCCI-DI发动机燃烧和排放特性影响的试验研究[J]. 内燃机工程, 2010, 31 (4): 17-20.Wang Y, Zhou J. Investigation on Effects of Cold EGR on Combustion and Emisson Characteristics in a DME PCCI-DI Engine. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2010, 31 (4): 17-20.[16] 田永祥, 陈礼璠. 基于Atkinson循环的混合动力汽车用发动机探讨[J]. 上海汽车, 2007, 07:7-12.Tian Y X, Chen L P. Investigation on Atkinson Cycle Engine of Hybrid Vehicle. Shanghai Auto, 2007, 07:7-12.[17] James T, Neil F, Rene D, et al. Benefits of Late Inlet Valve Timing Strategies Afforded Through the Use of Intake Cam In Cam Applied to a Gasoline Turbocharged Downsized Engine[J]. SAE, 2011-01-0360.[18] 姚春德, 敬章超, 傅晓光，等. 冷却废气再循环对发动机性能影响的试验研究[J]. 汽车工程, 2003, 25 (6): 537-541.Yao C D, Jing Z C, Fu X G, et al. Effects of Cooled EGR on NOx Emissions and Performances of Gasoline Engine[J].Automotive Engineering, 2003, 25 (6): 537-541.[19] 刘增勇. 降低汽油机有害排放物NOX的分层废气再循环的研究[M]. 动力机械及工程.2004,天津大学:天津.[20] 林建华, 倪计民. 废气再循环系统在车用发动机上的应用研究[J]. 车用发动机, 2007, 2:1-4.Lin J H, Ni J M. The Application Research of EGR Technology to Vehicle Engine[J]. Vehicle Engine, 2007, 2:1-4.。