田国庆，邱若友，罗俊，王英杰（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



EGR对汽油机燃油经济性影响的研究

田国庆，邱若友，罗俊，王英杰
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘要：基于NEDC循环工况，通过Cruise计算，确定影响某1.5L自然吸气发动机油耗的关键工况点，并借助CAE分析，确定各工况点的最佳EGR率。根据CAE分析的EGR率，进行发动机的标定和燃烧开发，确定实际最佳的EGR率控制MAP图。最后根据EGR率控制MAP图进行模拟NEDC循环工况，确认出EGR的实际节油率。

关键词：自然吸气发动机；EGR；NEDC循环；燃油经济性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

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

前言

随着国家乘用车油耗限值日趋严格，节能减排是汽油发动机所面临的重大问题之一，其中,根据《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》第三阶段要求，乘用车新车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，这对于自主企业来讲，无疑将是一项目巨大挑战。为了解决这一问题，不同车企纷纷采取不同的技术手段来降低燃油消耗量。废气再循环（EGR）技术是降低汽油机燃油耗的一项有利技术，通过将燃烧后的废气经过冷却后，引入进气歧管中，可以有效降低发动机的泵气损失，达到提高发动机的机械效率的作用，同时废气进入进气道，可以有效抑制爆震，通过提高压缩比、提前点火时刻，改善发动机的热效率，最终达到降低燃油消耗量。通常定位EGR率为参与循环的废气的质量点新鲜充量的百分比。

通过CAE分析和试验相结合的方法，研究EGR技术对自然吸气汽油机的节油效率。

1、EGR在发动机上的研究测试

1.1样机参数

表1　汽油机参数

所研究样机为某1.5L自然吸气发动机配6MT车型，其发动机基本参数如表1所示。

1.2EGR的结构布置

EGR是将排气歧管中的部分废气，经过冷却后，通过EGR阀控制，再次导入进气歧管中，与进气歧管中的新鲜空气混合，然后进入气缸重新参与燃烧的技术。

发动机EGR布置示意图见图1。

图1　结构布置示意图

1.3试验关键工况点及EGR率初步设定

基于某1.5L自然吸气发动机配6MT车型为边界，参考欧洲NEDC循环，对发动机的油耗指标进行测定评价。欧洲NEDC循环工况分为城市工况及市郊工况，具体如下图所示。

图2　NEDC循环城市工况

图3　NEDC循环市郊工况

根据NEDC的循环工况，确定等速工况，加速工况以及发动机的特定工况，通过AVL Cruise软件计算，确定影响油耗的16个关键工况点，如下表所示。

表1　NEDC循环16个关键工况点

根据确定的影响油耗的16的工况点，建立热力学分析模型，以降低原机型以上16个工况点的2％的比油耗为导入，对原机型进行热力学分析，确定出EGR阀的开度，从而指导发动机台架的标定。建立的热力学模型如下图所示：

图4　BOOST热力学分析模型

根据计算得到的16个工况点的EGR率如下表所示：

表2　匀速工况下计算的EGR率

表3　加速工况下的计算的RGE率

从表2匀速工况中可以看出，基于NEDC循环工况，对应的发动机转速在1700rpm~3000rpm，EGR率在10％~15％时，可以达到2％的节油效率。从表3的加速工况可以看出，基于NEDC循环工况，对应发动机加速转速为1000rpm~ 2700rpm，EGR率在8％~14％时，可以达到2％的节油效率。

1.4台架标定及燃烧开发

基于上述的分析结果，对发动机进行搭建，在发动机台架上进行台架标定试验和燃烧开发。对关键工况点的分布进行分析，确定合适的标定工况区域及燃烧开发区域，如下图所示：

图5　关键工况点分布图

对上16个关键工况点进行分析，确定台架标定的关键区域为1200rpm/10N.m~3200rpm/80N.m，确定燃烧开发的关键区域为1700rpm/10N.m~3000rpm/80N.m。标定结果的EGR率控制MAP图如下所示：

图6　EGR率控制MAP图

对1200rpm/10N.m~3200rpm/80N.m关键区域进行标定,得到的油耗率如下图所示：

图7　油耗率万有特性表

从上图标定的油耗率可以看到，在1000rpm/（40N.m~ 80N.m）~3200rpm/（40N.m~80N.m），开EGR比不开EGR有明显的油耗降低，在1000rpm/（10N.m~40N.m）~3200rpm/ （10N.m~40N.m），开EGR比不开EGR有一定的油耗降低。

对1700rpm/10N.m~3000rpm/80N.m进行燃烧开发，对重点的均速工况进行节油测试，得到数据如表4。

由于匀速工况1与匀速工况2扭矩较小，通过EGR控制MAP中，可以看出，不适合开EGR，因因在此低负荷状态进，发动机燃烧不稳定，若开启EGR，会导致燃烧变差，油耗变差。其它匀速工况3到匀速工况8及常用发动机工况2000rpm/2bar下，发动机节油率在3％~8％之间。

表4　关键匀速工况下的节油率

1.5NEDC循环工况

基于上述的EGR控制MAP图，在发动机台架进行模拟的NEDC综合循环工况，分别对三台样机进行测试，测得的模拟百公里油耗值如下表所示：

表5　NEDC循环工况测试油耗

从上表的3台样机的NEDC循环工况油耗可以看出，开EGR比不开EGR的平均降低2.78％，EGR系统在NEDC循环工况中，可以有效的降低发动机燃油消耗。

2、结论

通过在某1.5L自然吸气发动机增加EGR系统，参照NEDC循环工况，确定了发动机的关键工况点，并借用CAE分析，从而计算出合适的EGR率。在标定过程及燃烧开发过程，借用CAE分析的结果，标定出最佳的EMR的MAP图，将最终EGR控制MAP进行NEDC循环，从而确定了基于NEDC循环工况的EGR系统节油率。

参考文献

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[4]姚春德，敬章超等.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（6）：537-541.

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

中图分类号：U467.4

文献标识码：A

文章编号：1671-7988（2016）05-70-03

作者简介：田国庆，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。