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EGR对增压中冷柴油机性能影响的试验研究刘海峰代国雄（昆明云内动力股份有限公司技术中心内燃机研究所）摘要：本文通过广泛研究对比国内外EGR系统控制技术及策略，根据昆明云内动力股份有限公司现有的试验条件及设备设计了一套适用于4100QBZL柴油机的EGR技术应用研究试验系统。
通过试验研究了同海拔条件下，不同工况（十三工况）、不同EGR率对4100增压中冷柴油机NOx 、PM排放的影响。
进一步分析了采用EGR后，海拔、喷油提前角、冷却EGR等因素对4100QBZL柴油机NOx 、PM排放的影响规律；基于上述试验，对4100增压中冷柴油机的最佳EGR率控制规律进行了初步测试研究。
关键词：柴油机；排气再循环；海拔；排放；作者简介：刘海峰(1974-)，男，云南省建水人，工程硕士，工程师，主要从事中小缸径柴油机的研究、开发工作。
1. 引言目前，我国柴油汽车污染物排放执行相当于欧洲第二阶段控制水平的国家排放标准。
我国柴油汽车污染物排放控制目标是：到2008年，力争达到相当于欧洲第三阶段排放控制水平；2010年之后争取与国际排放控制水平接轨。
昆明云内动力股份有限公司是西南地区最大的多缸小缸径柴油机生产基地，也是目前国内最大的小缸径多缸柴油机生产厂家之一。
不断研究优化云内动力柴油机排放，提高云内动力柴油机排放水平，以适应日益严格排放法规和市场竞争，已成为云内动力发展与生存的重要课题。
2. 本课题研究对象及主要研究内容1) 本课题研究对象型号4100QBZL型式立式、直列、水冷、四冲程、直喷、增压中冷缸径×行程 100×105活塞总排量(L) 3.298压缩比 17.5：1标定功率/转速kW/(r/min) 81/3200最低燃油消耗率g/(kW.h) ≤217最大扭矩/转速N.m/(r/min) 285/2000～22002) 本课题所研究的主要内容和重点：通过对比国内外EGR系统控制技术及策略，根据公司现有的试验条件及设备设计一套适用于4100QBZL柴油机的EGR技术应用研究试验系统；通过试验研究同海拔条件下，不同工况（十三工况）、不同EGR率对4100增压中冷柴油机NOx 、PM排放的影响。
废气再循环（EGR）的温度对可变EGR率的重型直喷式柴油机性能和排放的影响D.T.Hountalas a,G.C.Mavropoulos a,*K.B.Binder ba Internal Combustion Engines Laboratory, Thermal Engineering Section, MechanicEngineeringDepartment,National Technical University of Athens, 9 HeroonPolytechniou, 157 73 Zografou, Greeceb Development Basic Systems, Heavy Duty Engines, DaimlerChrysler AG, 70546Stuttgart,Germany Received 10 December 2006摘要直喷柴油机是当今公认的卡车和其他有关重型车辆的动力总成。
与此同时，排放法规（主要针对NO X和颗粒物）变得更加严格，排放物限值降低到非常低的水平。
采用高比例废气再循环（EGR）是控制NO X排放以达到未来排放法规的一种有效方法，同时需要采用进气增加来降低对碳烟排放的负面影响。
该方法基于降低燃烧室内的气体温度和氧浓度，但通常会对碳烟排放和有效油耗率（BSFC）产生不利影响。
在采用高比例EGR时，需要EGR气体冷却以降低其在烟尘排放的不利影响。
尤其是在发动机高负荷时EGR流量和排气温度高时候，为此，本文，采用多区燃烧模型，在不同EGR比例下研究了冷却EGR温度对涡轮增压直喷重型柴油发动机全负荷工况下性能和排放的影响。
研究结果表明，降低EGR温度对有效油耗率和碳烟（低值）具有积极作用，同时，对NO也有一定的有利影响。
综上所述，低EGR温度的效果优于高EGR温度。
关键词：废气再循环；柴油机；EGR温度；排放1引言在柴油发动机的发展中，工程师和制造商面临的最困难的问题之一是控制和减少污染物排放[1,2]达到相关立法“可接受的”水平。
内燃机与配件1简介随着我国经济的飞速增长，人民对现有的生活水平要求越来越高，汽车成为人们最常用的交通工具，而伴随机动车保有量的越来越多，汽车尾气污染问题日渐凸显[1-3]。
汽车尾气中含有大量污染物，如一氧化碳、碳氢化合物等化学物质，严重危害环境和人们生命健康安全[4-6]。
如何采取行之有效的措施减少机动车尾气排放带来的危害成为现阶段的焦点[7-10]。
基于对某公司汽车尾气排放超标问题跟踪，本工作对此公司汽车进行了2次整车PEMS 试验，测得的NO X 排放结果分别为6g/kW ·h 和6.2g/kW ·h ，而国家第五阶段柴油机要求的NO X 排放限值为4g/kW ·h ，实验结果不符合要求。
核查了整车进、排气管路与量产状态的差异，以及发动机漏气情况和增压器状态，均未发现异常。
于是安排了量产发动机进行台架复测，发现当前的量产状态发动机台架实验中NO X 排放值远高于2017年产品定型阶段。
检查发动机配置后发现EGR 冷却器状态已经变更，厂家由原来的浙江银轮变更为全椒南屏。
之后台架分别进行了南屏量产状态、浙江银轮定型状态排放测试，结果南屏量产状态发动机未通过测试，而原浙江银轮定型状态发动机满足要求。
本工作在现有全椒南屏冷却器的基础上对冷却器中的冷凝隔板进行了改进，由原来的8层冷凝隔板改为9层。
对改进后的冷却器进行实验，测得NO X 含量的范围基本稳定在1.7~2.4g/kW ·h 之间，而国家的标准范围在4g/kW ·h 以下，由此可得本工作基本上符合国家标准。
2实验过程EGR 冷却器厂家为浙江银轮的2017年发动机PEMS 排放符合要求，而厂家为全椒南屏的2020年发动机PEMS 排放超标。
通过实验核对两种发动机的数据状态、进气系统、进气量和EGR 冷却器之间的不同，分析问题所在，并建立优化处理方案。
2.1ECU 数据状态核对在对2020年发动机（EGR 冷却器为全椒南屏）设备的数据与2017年发动机（EGR 冷却器为浙江银轮）设备的数据比较过程中，发现升级部分仅与OBD 、碳载模型相关，而空气系统部分的数据标定没有更改。
2006年5月农业机械学报第37卷第5期EGR 率对柴油机排放特性影响的试验*杨 帅 李秀元 应启戛 张振东 周 毅 姚喜贵 【摘要】 研究了增压直喷柴油机在不同工况下不同EG R 率对性能和排放的影响规律,确定了各个工况下EGR 率的优化原则,并获取了柴油机最佳EGR 率的M A P 图,设计出一套EG R 电子控制系统,可以对EGR 系统中的进气节流阀和EGR 阀进行控制,确保不同工况的最佳EGR 率。
发动机台架试验证实,设计的EGR 电控系统按所获取的最佳EG R 率运行,可以使N O x 排放量降低19.9%,CO 和HC 排放量略有增加,动力性和经济性与原机相当,对EG R 回路冷却可以抑制柴油机因使用EGR 技术而导致的P M 排放的增加。
关键词:增压直喷柴油机 废气再循环 优化 排放中图分类号:T K 421+.5文献标识码:AEGR Rates Optimization Rule and Experimental Studyabout Influence of EGR Rates on Diesel EngineYang Shuai Li Xiuyuan Ying Qijia Zhang Zhendong Zho u Yi Yao Xigui(Univ ersity of S hanghai f or Science and Technology )AbstractThe technolo gy of ex haust gas recirculation (EGR )w as studied and applied in a turbochar ged direct -injected diesel eng ine in order to reduce nitro gen ox ides (NO x )emission .When diesel eng ine oper ated under different o peratio nal conditio ns ,the influence of different EGR r ates on diesel eng ine perform ance and emissions w as investigated,the o ptimization rule of EGR r ates w as constructed,the optim um EGR rates w ere concluded and labeled for different operational conditions ,the o ptimization EGR MA P was form ed .An electr onic EGR system w as desig ned and it contro lled intake throttle valve and EGR valv e precisely to ensure the o ptimum EGR rates.T he diesel engine ex perimental tests show that w hen electronic EGR system operates on the basis of optimum EGR r ates ,diesel eng ine NO x reductions ar e 19.9%com pared w ith the orig inal ,CO and HC emissions are a little m ore than the o riginal ,pow er and fuel econom y characteristics are similar to the o riginal,co oling of EGR can restrain PM increase w hen EGR technolo gy is used in diesel eng ine.Key words Turbocharged direct -injected diesel engine ,Exhaust g as recirculation ,Optim izatio n,Emission 收稿日期:20050118*上海市科委启明星基金资助项目(项目编号:03GF 14033)杨 帅 上海理工大学动力工程学院 博士,200093 上海市李秀元 上海理工大学动力工程学院 博士生 副教授(济宁职业技术学院)应启戛 上海理工大学动力工程学院 教授 博士生导师张振东 上海理工大学机械工程学院 教授周 毅 上海理工大学动力工程学院 博士生 副教授(同济大学)姚喜贵 上海理工大学动力工程学院 博士生 教授(温州大学) 引言废气再循环(EGR )技术可有效降低柴油机NO x排放[1～3]。
EG R冷却强度对增压柴油机NO x排放的影响祝洪祥,胡大志,姚喜贵,郑 伟,杨 坚(温州大学机电工程学院,浙江温州 325035)摘 要:研究了3种不同冷却强度的EGR气体对增压柴油机的NOx排放性能的影响。
结果表明:采用不同冷却强度的EGR比热EGR更能降低NOx 排放,但不同冷却强度的EGR降低NOx排放的效果在不同的工况下表现不同;发动机在较低转速的中低负荷工况下,降低NOx排放的效果更好;另外,不同冷却强度EGR气体对发动机的燃油经济性影响不大。
关键词:增压柴油机;EGR;冷却强度;排放中图分类号:TK421+.5 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)08-0209-03 0 引言自20世纪90年代以来,柴油机在车用动力中占据着越来越重要的地位。
柴油机的有害排放物主要是微粒和氮氧化物(NOx)。
随着排放法规的日益严格,需要进一步降低柴油机NOx排放。
要降低柴油机NOx排放,就要减小柴油机气缸内的最高压力和最高温度,不使气缸内的N2和O2在高温高压下变成NOx。
EGR技术是目前降低柴油机NO x排放的最有效的措施之一。
对于NOx的排放,再循环废气的温度高低对废气再循环系统降低NOx排放量有很大影响。
对柴油机增压来说,再循环废气的温度对NOx排放的影响会更加突出。
因此,为发挥增压柴油机EGR的效能,进行冷EGR技术的研究具有积极意义[1-3]。
本文用试验的方法研究不同EGR气体冷却强度对增压柴油机NOx排放的影响规律。
1 试验装置与试验方法试验机型选为直列4行程增压中冷直喷柴油机。
该柴油机缸径为112mm,行程为132mm,排量为51202L,压缩比为17.5,标定功率为132k W/2300 (r/m in),最大扭矩为660N・m/1600(r/m in)。
试验装置布置如图1所示。
废气在涡轮前通过一根EGR管引出,在EGR冷却器中冷却后,通过EGR 阀进入文丘利混合器中与冷却后的进气混合。
EGR对柴油发动机燃烧与排放特性仿真与试验研究
王汇龙;任洪娟
【期刊名称】《内燃机与配件》
【年(卷),期】2024()9
【摘要】在废气再循环(EGR)条件下,以一台柴油发动机为试验对象,搭建柴油机整机及EGR系统模型。
研究EGR系统对柴油发动机性能、燃烧及排放特性的影响。
试验结果表明,随着EGR开度的增大,废气的引入降低氧气(O2)浓度,使着火延长期增大,燃烧速度减慢,导致最高爆发压力下降且降低明显;EGR降低了空燃比,使燃烧过程滞燃期增长向膨胀阶段延长,部分燃油无法在上止点附近充分燃烧,导致功率小幅度下降和油耗小幅度上升。
但EGR的使用减少了缸内燃烧时氮氧化物(NOx)的形成,中高负荷时随着EGR阀开度的增大,氮氧化物(NOx)降低幅度极为显著,最大降低幅度为52.4%。
结论表明合理应用EGR系统可以在维持发动机燃油经济性以及动力性的条件下,能够明显抑制氮氧化物(NOx)排放。
【总页数】3页(P13-15)
【作者】王汇龙;任洪娟
【作者单位】浙江工业职业技术学院;上海工程技术大学
【正文语种】中文
【中图分类】U464.114
【相关文献】
1.EGR率对船用柴油机中低负荷燃烧排放性能影响的仿真及试验研究
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3.冷EGR对DME PCCI-DI发动机燃烧和排放特性影响的试验研究
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EGR对重型柴油机性能影响的试验研究EGR对于重型柴油机的性能影响一直是发动机行业研究焦点之一。
本试验研究的主要目的是探究EGR对重型柴油机性能的影响，以及优化EGR控制策略，提高发动机的燃油经济性和排放性能。
试验采用了一台装备有控制器和大气压缩机的6缸柴油机，实时测量了在不同EGR比例下的氧气浓度、NOx和PM排放指数、燃油消耗率和发动机输出功率。
整个试验分成了4个阶段，EGR比例分别是0％、20％、40％和60％。
试验结果表明，随着EGR比例的增加，NOx和PM排放都得到了有效的抑制。
相应地，随着EGR比例增加，NOx排放指数从680ppm下降到了411ppm，PM排放指数从0.13g/kWh下降到了0.096g/kWh。
不过，由于EGR在不同发动机转速下的可用性不同，因此这种排放抑制效率在不同转速下也有所不同。
同时，随着EGR比例的增加，燃油消耗率和发动机输出功率均有所下降。
然而，在确定最优化的EGR参数时，这些因素将成为考虑的因素。
在经过试验的最优化参数得出后，发动机的平均燃油消耗率从196.9g/kWh降至188.2g/kWh，并且发动机输出功率从215kW增加至248kW。
综合上述结果，结论是在负载较为稳定的情况下，适量的EGR掺量可显着降低NOx和PM排放，并提高发动机的燃油经济性和排放性能。
然而，在确定最优化的EGR参数时，还需考虑燃油消耗率和发动机输出功率的变化，以平衡发动机性能的提高和能源效率的维持。
因此，在实际应用中，需综合考虑EGR对发动机性能的影响并进行优化控制。
此外，EGR对于重型柴油机的性能影响还涉及到其对氧化催化器（DOC）和颗粒物过滤器（DPF）的影响。
研究表明，EGR减少了DOC的催化作用效率，降低了NO的氧化速率；同时，EGR 掺量过高会导致DPF淤积，影响其颗粒物捕集效率。
因此，在实际应用中，需要综合考虑不同的排放控制设备对EGR的适应性，确保发动机的排放符合排放标准。
第25卷第10期农业工程学报V ol.25No.102009年10月Transactions of the CSAE Oct.2009127冷EGR温度对车用柴油机排放影响的试验张坤1，郭新民1※，傅寿宇1，丁凯1，李爱娟2（1．山东农业大学机械与电子工程学院，泰安271018；2．南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016）摘要：为了得到冷却的废气再循环（EGR）技术对车用柴油机排放性能的影响，通过工况试验法研究了各工况下EGR温度对柴油机氮氧化物、碳氢化物、碳氧化物和烟度的排放量以及油耗率的影响，并由此得出柴油机各工况下的最佳EGR温度。
试验表明，与热EGR相比，冷EGR能够明显降低氮氧化物和烟度的排放，同时能够降低油耗率，提高柴油机的经济性，效果良好。
关键词：车辆，柴油机，废气排出控制，油耗，废气再循环，EGR温度doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2009.10.023中图分类号：TK421+.5文献标识码：A文章编号：1002-6819(2009)-10-0127-04张坤，郭新民，傅寿宇，等.冷EGR温度对车用柴油机排放影响的试验[J].农业工程学报，2009，25(10)：127－130. Zhang Kun,Guo Xinmin,Fu Shouyu,et al.Experiments of cooling EGR temperature influence on emission of diesel engines of vehicles[J].Transactions of the CSAE,2009,25(10)：127－130.(in Chinese with English abstract)0引言柴油机排放的废气中最主要的污染物是氮氧化物（NOx）和微粒（PM），其中以NOx的污染最为明显[1]。
由于目前汽车排放法规越来越严格，柴油机废气再循环（exhaust gas recirculation，简写EGR）技术成为降低汽车排放的主要措施之一[2-3]。
EGR是目前发达国家先进内燃机中普遍采用的技术，从20世纪70年代开始，国外开始研究柴油机EGR技术，各汽车生产厂家越来越多地采用EGR技术来降低NOx排放[4-6]。
NOx生成的决定条件是高温、富氧以及氧与氮在高温下滞留时间的长短[7-8]，由于进行再循环的废气都具有很高的温度，这又在一定程度上促成了NOx生成的高温条件，因此对车用柴油机而言，目前倾向于使用冷EGR技术。
国内也已经对EGR 进行了部分研究，但是距离产品化尚有一定距离[9-10]。
本文通过试验研究分析了在柴油机各工况下，不同EGR冷却温度对柴油机排放的影响，确定了各工况下的最佳EGR温度，并且做了冷、热EGR的对比试验。
1冷却EGR技术路线冷却EGR系统的技术路线如图1所示，在发动机排气管上取气，废气先后流经滤网、EGR阀、EGR冷却器、文丘里管后进入进气管与经过空气滤清器的新鲜空气混合。
由于柴油机废气中含有较多的微粒成分，故在EGR 阀的前方加装一层滤网，以免过多的微粒进入发动机汽缸，引起磨损；EGR阀的作用是控制再循环的废气量，以得到最佳EGR率。
收稿日期：2009-04-21修订日期：2009-07-10基金项目：山东省教育厅资助项目（J07YF03）作者简介：张坤（1984－），男，山东聊城人。
泰安山东农业大学机械与电子工程学院，271018。
Email：zktfx@※通信作者：郭新民（1951－），男，教授，主要从事车用发动机性能方面的研究。
泰安山东农业大学机械与电子工程学院，271018。
Email：tianin@ 1.废气温度传感器 2.进气空气流量计 3.旁通阀 4.文丘里管 5.节气门开度传感器 6.转速传感器7.电涡流测功机8.发动机冷却风扇9.发动机散热器10.电动水泵11.EGR冷却器12.单向阀13.冷却水温度传感器14.废气流量计15.EGR阀16.滤网17.废气分析仪、烟度计图1冷却EGR系统技术路线图Fig.1Technical route of cooling EGREGR冷却系统从柴油机散热器的出水口通过电动水泵引出冷却水，冷却水流经EGR冷却器对EGR废气进行冷却后，再流回发动机散热器[11-12]。
工作时冷却器内的冷却水的流向与废气的流向相反，以实现对废气的充分冷却。
冷却原理如图2所示。
图2EGR冷却系统原理图Fig.2Principle of cooling system for EGR128农业工程学报2009年2试验试验采用工况法，工况试验法是在汽车发动机若干常用工况下测量排放污染物的方法，是目前较为科学并得到广泛使用的排放测试法。
试验时需要在柴油机各种工况下做不同温度的EGR 试验。
试验样机是R4105T 柴油机，试验所用的主要仪器如下：UGAS 型废气分析仪，用于测量柴油机废气中NOx 、碳氢化物（HC ）和碳氧化物（CO ）的含量；FTY-100型不透光烟度计，用来测量烟度；FC2210Z 型智能油耗仪，用于测量柴油机的油耗率；DM-6801型数字温度计，用来测量EGR 废气的温度。
试验中，根据发动机的不同工况选择不同的EGR 率，发动机低负荷时选大的EGR 率，中高负荷时选小的EGR 率,怠速和全负荷时EGR 率为零[13]。
对废气中的NOx 、HC 、CO 和烟度的含量以及柴油机油耗率进行测定。
为减小误差，在每一个采样工况点测量5次，求其平均值。
现以柴油机在1600和2400r/min 的转速与20%、50%和80%的负荷组成的6个工况点下的试验数据，来说明EGR 温度对柴油机排放的影响规律。
试验结果如图3～6所示。
图中，A 代表的工况为1600r/min ，20%负荷，EGR 率为20%；B 代表工况为1600r/min ，50%负荷，EGR 率为15%；C 代表工况为1600r/min ，80%负荷，EGR 率为8%；D 代表工况为2400r/min ，20%负荷，EGR 率为25%。
E 代表工况为2400r/min ，50%负荷，EGR 率为17%。
F 代表工况为2400r/min ，80%负荷，EGR 率为5%。
2.1EGR 温度对NOx 排放的影响由图3中的曲线可以看出，随着EGR 温度的降低，在6种工况下NOx 的排放都有不同程度的降低。
由试验数据计算可得，随着EGR 温度的降低，NOx 排放降低程度最明显的是1600r/min 、80%负荷工况，当温度从500K 降低到350K ，NOx 的排放从809×10-6降低到714.4×10-6，降低了11.69%；在2400r/min 、50%负荷工况随着EGR 温度的降低，NOx 排放降低程度最小，由556×10-6降低到511×10-6，降低了8.09%。
这表明，通过降低EGR 废气的温度来进一步控制NOx 排放，可以得到一个可观的效果。
图3不同工况下EGR 温度对NOx 排放的影响Fig.3Influence of EGR temperature on NOx emissionunder various operating modes从图3中各条曲线的斜率还可以看出，对于每一种工况，随着温度的变化，NOx 排放的降低程度也是不同的。
以1600r/min 、80%负荷工况为例，当温度由450K 降低到400K 时，NOx 排放由776.5×10-6降低到730.8×10-6，降低了5.89%；而当温度由400K 降低到350K ，同样降低50K 时，NOx 排放由730.8×10-6降低到714.4×10-6，仅仅降低了2.24%。
可见，当EGR 温度降低到一定程度以后，NOx 排放降低已不再明显；另外，过低的EGR 温度会导致废气中的水蒸气和硫化物凝结，造成气缸壁的腐蚀和磨损[14]，所以，EGR 温度并不是越低越好。
这就提供了一种确定最佳EGR 温度的方法，可以把最佳EGR 温度确定在曲线斜率开始变小的温度点附近。
2.2EGR 温度对HC 和CO 排放的影响从图4中可以看出，随着EGR 温度的降低，HC 和CO 的排放都有不同程度的增加，分析其原因是EGR 温度的降低使得燃烧室壁面温度有所降低，导致在燃烧室壁面附近产生局部燃烧不完全，从而引起HC 和CO 的排放增加，但是增幅很小。
当温度由500K 降低到350K 时，HC 的最小增幅是在2400r/min 、80%负荷工况，由202.6×10-6增加到208×10-6，增幅仅为2.6%；CO 的最小增幅也是在2400r/min 、80%负荷工况，由228.4×10-6增加到236×10-6，增幅为3.22%。
可以看出EGR 温度的降低对NOx 排放的影响要比对HC 和CO 排放的影响大的多。
图4不同工况下EGR 温度对HC 和CO 排放的影响Fig.4Influence of EGR temperature on HC and CO emission under various operating modes第10期张坤等：冷EGR 温度对车用柴油机排放影响的试验1292.3EGR 温度对烟度排放的影响从图5可以看出，烟度随着EGR 温度的降低有明显的减少，原因是EGR 温度的降低可以增加进气密度，减少局部富油区的形成，破坏了碳烟高温缺氧的生成条件[7,14]，从而可以降低碳烟排放。
当温度由500K 降低到350K 时，其最大降幅是在1600r/min 、20%负荷工况，由0.463FSN 降低到0.349FSN ，降幅达到24.6%；最小降幅在1600r/min 、80%负荷工况，由1.39FSN 降低到1.18FSN ，降幅也达到15.1%。
这表明EGR 温度的降低对降低烟度排放有非常明显的效果。
图5不同工况下EGR 温度对烟度的影响Fig.5Influence of EGR temperature on smoke intensityunder various operating modes2.4EGR 温度对油耗率的影响由图6可看出随着EGR 温度的降低，油耗率也有不同程度的降低。
因为在着火延迟期，喷入气缸的雾状柴油要从气缸内的高温空气吸收热量，逐渐蒸发、扩散，与空气混合，进行燃烧前的物理化学准备。
如果采用热EGR ，气缸内温度升高，使着火延迟期缩短，而过短的着火延迟期将造成部分燃油供氧不足，导致发动机冒烟，使油耗率上升[7,15]。
所以随着EGR 温度的降低，柴油机油耗率有所下降。
