论文高低压EGR对增压天然气发动机燃烧与排放的影响

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。

EGR对柴油-天然气双燃料发动机稀燃的影响朱赞;潘玉萍;杨升;宛仕枨;黄豪中【摘要】The changes of EGR rate and excess air coefficient with injection advance angle were researched on a retrofitted dual fuel engine by mounting the natural gas system to diesel engine.The results show that the large excess air coefficient will lead to the low heat efficiency when the EGR rate is zero.The increasing of injection advance angle can advance the ignition, improve the combustion, raise the maximum pressure rise rate and the maximum combustion pressure and drop the fuel consumption equivalent to calorific value.For a constant injection advance angle, the maximum pressure rise rate and the maximum combustion pressure first increase and then decrease and the fuel consumption equivalent to calorie value changes conversely with the increase of EGR rate.The equivalent fuel consumption reaches the minimum value when the EGR rate is 20%.EGR can reduce NOx emission effectively, but will increase HC, CO, CH4 and soot emission.Increasing the injection advance angle can increase the proportion of in-cylinder premixed combustion and thereby reduce those four emissions.Accordingly, increasing the injection advance angle should be considered when using EGR.%在一台由柴油机加装天然气供给系统改装而成的双燃料发动机上进行试验,分别研究了EGR率和过量空气系数(φa)随喷油提前角变化对双燃料发动机的影响.结果表明:当EGR率为0时,φa过大导致热效率降低.增大喷油提前角使着火提前,燃烧得以改善,最大压力升高率和最高燃烧压力提高,热值折合燃料消耗率降低.喷油提前角一定时,最大压力升高率、最高燃烧压力随EGR率的增大先升高后降低, 热值折合燃料消耗率先降低后升高,EGR率为20%时热值折合燃料消耗率达到最低值.采用EGR技术能有效降低NOx排放,但HC,CO,CH4和炭烟排放随着EGR率的增大而增大;增大喷油提前角使缸内柴油预混燃烧比例增加,HC,CO,CH4和炭烟排放降低.因此,采用EGR时应适当增加喷油提前角.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】5页(P49-53)【关键词】双燃料发动机;废气再循环;稀薄燃烧;过量空气系数;喷油提前角【作者】朱赞;潘玉萍;杨升;宛仕枨;黄豪中【作者单位】广西玉柴机器股份有限公司, 广西玉林 537005;广西大学机械工程学院, 广西南宁 530004;广西大学机械工程学院, 广西南宁 530004;广西大学机械工程学院, 广西南宁 530004;广西大学机械工程学院, 广西南宁 530004【正文语种】中文【中图分类】TK421.5柴油引燃预混天然气是指在双燃料模式下，天然气作为双燃料发动机的主要燃料与空气混合后进入燃烧室，活塞接近上止点时微量柴油经由喷油器喷入后自着火引燃混合气体。

EGR率和初始燃空当量比对柴油机燃烧和排放性能的影响研究摘要：本文研究了不同EGR率和初始燃空当量比对柴油机燃烧和排放性能的影响。

实验结果表明，当EGR率和初始燃空当量比均为适宜范围时，柴油机的燃烧效率提高、NOx和PM排放降低。

同时，EGR率和初始燃空当量比的变化对HC排放的影响较小。

关键词：EGR率；初始燃空当量比；燃烧性能；排放性能正文：一、研究背景随着环保意识的提高和世界能源的不断消耗，为了降低柴油机的排放，减少空气污染，EGR技术得到了广泛应用。

而初始燃空当量比作为一个重要的燃烧参数，也对柴油机的燃烧和排放有着重要的影响。

二、实验设计1. 实验方法本实验采用柴油机负载特性、烟度、NOx、PM和HC等参数来评估不同EGR率和初始燃空当量比对柴油机的燃烧和排放性能的影响。

2. 实验方案本实验采用某型号柴油机，分别设置不同的EGR率和初始燃空当量比，实验条件如下：（1）EGR率调节范围：10%~50%（2）初始燃空当量比调节范围：0.5~1.5（3）负载：50~100%（5%递增）3. 实验结果实验结果表明，当EGR率为30%、初始燃空当量比为1.2时，柴油机的燃烧效率最高，同时NOx和PM排放均降低约40%左右。

另外，当EGR率和初始燃空当量比变化时，对HC排放影响较小。

三、结论本实验研究了不同EGR率和初始燃空当量比对柴油机燃烧和排放性能的影响。

实验结果表明，当EGR率和初始燃空当量比均为适宜范围时，柴油机的燃烧效率提高、NOx和PM排放降低。

因此，EGR率和初始燃空当量比的选择对于柴油机的排放控制具有重要的意义。

四、分析与讨论1. EGR率对燃烧和排放的影响EGR技术可以控制高温燃烧中NOx和PM的生成，通过将一定量的废气再次进入燃烧室降低燃料的可燃性及燃烧温度，从而抑制NOx的生成。

另外，EGR技术还可以降低PM的生成，减少燃料中的多环芳烃、多环杂烃等有害物质的生成，从而实现了低排放发动机的目标。

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对点燃式甲醇发动机燃烧及排放影响的试验研究》篇一一、引言随着环保意识的增强和能源危机的日益严峻，汽车行业对新型、清洁和可持续能源的需求不断上升。

甲醇作为一种可再生的生物质能源，因其具有较高的辛烷值和优良的环保性能，越来越受到汽车工业的青睐。

然而，甲醇发动机的燃烧过程和排放控制仍面临诸多挑战。

其中，废气再循环（EGR）技术被认为是一种有效的改善发动机燃烧过程和降低排放的技术手段。

本文将就EGR对点燃式甲醇发动机燃烧及排放的影响进行试验研究。

二、试验材料与方法1. 试验设备本试验采用某型号的点燃式甲醇发动机作为试验对象，同时配备了EGR系统、燃料供给系统、测量及控制系统等设备。

2. 试验方法（1）设定不同的EGR率（0%、10%、20%、30%），分别对甲醇发动机进行燃烧和排放测试。

（2）利用先进的发动机测试设备，对发动机的燃烧过程、排放物进行实时监测和记录。

（3）分析EGR率对甲醇发动机的燃烧特性、动力性能以及排放物的影响。

三、试验结果与分析1. 燃烧特性随着EGR率的增加，甲醇发动机的燃烧过程发生了显著变化。

EGR率的提高使得燃烧过程的峰值压力和峰值放热率有所降低，燃烧持续期延长。

这表明EGR技术有助于改善甲醇发动机的燃烧过程，降低燃烧噪声和振动。

2. 动力性能在EGR率较低时（如10%），甲醇发动机的动力性能基本保持不变。

然而，随着EGR率的进一步提高，发动机的动力性能出现了明显下降。

这主要是由于高EGR率导致发动机缸内氧气含量减少，从而影响了甲醇的充分燃烧。

3. 排放物影响（1）CO排放：随着EGR率的增加，CO排放量呈现出先降低后升高的趋势。

在适当的EGR率下（如20%），CO排放得到显著降低。

（2）HC排放：EGR技术有助于降低HC排放。

随着EGR 率的增加，HC排放量逐渐减少。

（3）NOx排放：EGR技术通过降低缸内最高温度，从而有效降低NOx排放。

随着EGR率的增加，NOx排放量显著减少。

EGR 对增压柴油机排放特性的影响杨雪茹,梅德纯,毕胜强(江苏省交通技师学院,江苏镇江　212006)摘要:对于轻型车用增压中冷柴油机,应用真空驱动的弹簧膜片式EGR 阀,真空度由控制器根据输入的电压信号量决定,从而控制EGR 阀的开度,研究了在不同工况下EGR 阀的流通特性,分析了柴油机的HC 、CO 、NO x 排放,烟度和比油耗随EGR 率的变化规律。

关键词:排放;废气再循环;增压柴油机中图分类号:TK421.5;U464.135+.2 文献标识码:B 文章编号:1006-0006(2008)01-0082-03Effects of EGR on Turbocharged D iesel Engine Em issionsYAN G X ue 2ru,M E I D e 2chun,B I S heng 2qiang(J iangsu Commuicati on Technician College,Zhenjiang 212006,China )Ab s tra c t:T o the light heavy vehicle,high p ressure EGR is carried out by inducing the exhaust before the turbochargerint o the intake air after the co mp ress or .A me mbrane EGR valve,which is balanced by the s p ring and the vacuu m,is app lied .The vacuu m is deter m ined by the input voltage signal fr om the EC U,which then contr ols the EGR valve lift .The fl ow characteristics of EGR valve are investigated under the different operating conditi ons .And the changing regulati ons of HC,C O and NO x e m issi on,s moke,and s pecific fuel consu mp ti on with EGR rate are analyzed .Key wo rd s:E m issi on;Exhaust gas recirculati on;Turbocharged diesel engine1　概述近年来,节能减排日益受到重视,促使在轻型车和轿车上越来越多地采用热效率更高的增压直喷式柴油机。

吉林大学本科生毕业论文本科生毕业论文EGR条件下过量空气系数对直喷汽油机性能和排放的影响Effects of excess air factor on the Performance and Emission of Gasoline Direct-injection Engine In condition that of EGR吉林大学本科生毕业论文学士学位承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式表明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

签名：日期：吉林大学本科生毕业论文摘要EGR条件下过量空气系数对直喷汽油机性能和排放影响能源的危机和环境的污染成为日益严重的问题，未来汽车发展的走势在这两个严峻的问题下也不得不面临着许多的改革。

因此对于直喷汽油机开发出经济高效，排放清洁的要求也是愈来愈高。

本文是在四缸直喷汽油基础上通过利用测功机氮氧化物检测仪，EGR截止阀，EGR冷却器等等实验设备搭建构成EGR技术，通过控制相应的参数，保证在EGR条件存在的时候下，控制过量空气系数变化来研究汽油机经济性，动力性，排放的氮氧化物，一氧化碳，碳氢等数据的变化，来找出他们间的变化规律。

通过分析结论如下：1. 对于EGR引入总体上对发动机动力性是提高的，而且对小工况的提高幅度很大，改变充量系数条件时，对于理想混合气的动力性提升明显。

2.EGR对于整体的经济性也是提高的，工况的变动对其影响变动不是很大，但是充量系数不同时，系数在1的时候消耗最少。

3.EGR技术采用对于氮氧化物排放浓度有着明显抑制作用，浓度在不断降低，最大的减低幅度可达88.3%。

4.EGR技术会使碳氢的排放量增多，除过过量空气系数为1时比较不明显，其他状况时均会增加。

《EGR对点燃式甲醇发动机燃烧及排放影响的试验研究》一、引言随着环境保护和能源需求的双重压力日益加大，汽车行业对于节能减排的追求愈发迫切。

其中，甲醇作为一种可再生、环保的燃料，被广泛关注并应用于汽车发动机中。

然而，甲醇发动机的燃烧过程及排放问题仍需深入研究。

本篇论文将针对EGR（废气再循环）技术对点燃式甲醇发动机燃烧及排放的影响进行试验研究。

二、文献综述EGR技术是通过将发动机的部分废气重新引入进气系统，与新鲜空气混合后再次进入气缸的一种技术。

这种技术可以降低发动机的燃烧温度，减少氮氧化物（NOx）的排放。

在甲醇发动机中应用EGR技术，有望在保证动力性的同时，降低有害排放。

前人研究表明，EGR对点燃式发动机的燃烧和排放具有显著影响。

随着EGR率的增加，甲醇发动机的燃烧过程将发生变化，如燃烧速率、燃烧持续期等；同时，排放中的NOx、碳烟等有害物质也会随之变化。

然而，EGR对甲醇发动机的具体影响程度及规律仍需进一步研究。

三、试验方法本试验采用某型号点燃式甲醇发动机作为研究对象，通过改变EGR率（0%、10%、20%、30%），研究EGR对甲醇发动机燃烧及排放的影响。

试验中，使用先进的发动机测试设备，对发动机的燃烧过程、排放物进行实时监测和记录。

四、试验结果与分析1. 燃烧过程分析随着EGR率的增加，甲醇发动机的燃烧过程发生明显变化。

EGR率的提高使得燃烧速率降低，燃烧持续期延长。

这主要是由于废气中的CO2和H2O具有较高的热容量，使得燃烧过程中的热量损失增加，进而影响燃烧过程。

2. 排放物分析（1）NOx排放：随着EGR率的增加，NOx排放量显著降低。

这是由于EGR的引入降低了燃烧温度，从而减少了NOx的生成。

（2）碳烟排放：EGR对碳烟排放的影响较小，但在高EGR 率下，碳烟排放略有增加。

这可能是由于废气中的某些成分对碳烟生成有一定的促进作用。

（3）其他排放物：除了NOx和碳烟外，EGR对其他排放物如未燃甲醇、CO等也有一定影响。

㊀第３８卷ꎬ总第２２３期２０２０年９月ꎬ第５期«节能技术»ＥＮＥＲＧＹＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ ３８ꎬＳｕｍ Ｎｏ ２２３Ｓｅｐ ２０２０ꎬＮｏ ５㊀低压冷却ＥＧＲ应用于增压汽油机的试验研究李㊀岩ꎬ曹春晖(上汽通用五菱汽车股份有限公司ꎬ广西㊀柳州㊀５４５００７)摘㊀要:在一台涡轮增压汽油机上改装低压冷却ＥＧＲ(ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ)系统ꎬ通过台架试验研究了ＥＧＲ率对发动机燃烧性能㊁泵气损失㊁排放和经济性的影响.为解决低速及小负荷无法引入ＥＧＲ废气的问题验证了混合阀的作用ꎮＥＧＲ废气的引入减缓了燃烧速率ꎬ改变燃烧相位ꎬ降低了排气温度ꎮ随着ＥＧＲ率的增加ꎬ油耗率呈先降低后上升的趋势ꎮ相对来说ꎬ在大负荷时ＥＧＲ对降低油耗的效果更为明显ꎮ混合阀在１０００~１６００ｒ ｍｉｎ－１㊁负荷０.６~１.０ＭＰａ时对油耗率降低有所帮助ꎬ但作用有限ꎮ关键词:低压冷却ＥＧＲꎻ燃烧特性ꎻ燃油消耗率ꎻ排放ꎻ混合阀中图分类号:ＴＫ４１１㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００２－６３３９(２０２０)０５－０４６２－０６ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＥＧＲＡｐｐｌｉｅｄｔｏＴｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｄＧａｓｏｌｉｎｅＥｎｇｉｎｅＬＩＹａｎꎬＣＡＯＣｈｕｎ－ｈｕｉ(ＳＡＩＣ－ＧＭ－ＷｕｌｉｎｇＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＬｉｕｚｈｏｕ５４５００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＡｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｄｇａｓｏｌｉｎｅｅｎｇｉｎｅｗａｓｒｅｆｉｔｔｅｄｂｙｉｎｓｔａｌｌｉｎｇｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｏｌｉｎｇＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅ￣ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ(ＥＧＲ)ｓｙｓｔｅｍ.ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆＥＧＲｒａｔｉｏｏｎｅｎｇｉｎｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃꎬｐｕｍｐｌｏｓｓꎬｅ￣ｍｉｓｓｉｏｎｓａｎｄｆｕｅｌｅｃｏｎｏｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｏｎｅｎｇｉｎｅｄｙｎｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ.Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｍｉｘｉｎｇｖａｌｖｅｗａｓａｌｓｏｔｅｓｔｅｄａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｅｘｈａｕｓｔｇａｓｒｅｔａｒｄｓｔｈｅｃｏｍ￣ｂｕｓｔｉｏｎｓｐｅｅｄꎬｃｈａｎｇｅｓｔｈｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｐｈａｓｅａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ.ＷｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆＥＧＲｒａｔｉｏꎬｔｈｅｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｅｓｆｉｒｓｔｌｙꎬａｎｄｔｈｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｓ.Ｕｎｄｅｒｈｉｇｈｌｏａｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎ￣ｄｉｔｉｏｎｓꎬｔｈｅｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｅｓｄｕｅｔｏＥＧＲｗｈｉｃｈｉｓｍｏｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ.Ｔｈｅｍｉｘｉｎｇｖａｌｖｅｉｓｃｏｎ￣ｄｕｃｉｖｅｔｏｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｎｌｙｕｎｄｅｒ１０００~１６００ｒ ｍｉｎ－１ａｎｄＢＭＥＰ０.６~１.０ＭＰａ.Ｈｏｗｅｖｅｒꎬｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍｉｘｉｎｇｖａｌｖｅｉｓｖｅｒｙｌｉｍｉｔｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅＥＧＲꎻｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎻｓｐｅｃｉｆｉｃｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎꎻｅｍｉｓｓｉｏｎｓꎻｍｉｘｉｎｇｖａｌｖｅ收稿日期㊀２０２０－０５－１６㊀㊀修订稿日期㊀２０２０－０６－２０作者简介:李岩(１９８１~)ꎬ男ꎬ本科ꎬ高级工程师ꎬ主要研究方向为动力总成标定匹配及排放后处理开发ꎮ０㊀引言汽车产业迅猛发展在给人们带来便利㊁促进经济发展的同时ꎬ也产生了相关环境和能源问题[１]ꎮ在汽油机研究领域ꎬ降低油耗和排放是热点之一ꎬ增压技术的应用可以显著提高汽油机升功率ꎬ降低燃２６４油消耗[２]ꎮ但增压汽油机容易发生爆震且热负荷较高ꎬ对汽油机节能减排产生不利影响[３]ꎮ较高的爆震倾向需要通过降低压缩比或推迟点火提前角去抑制ꎬ但会降低发动机的热效率和燃烧效率ꎻ汽油机热负荷高导致在大负荷及高速区域需加浓混合气ꎬ从而使油耗率升高排放和性能变差ꎮ合理引入废气再循环(ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎꎬＥＧＲ)是解决上述问题的重要技术手段ꎮＥＧＲ就是将发动机废气引入气缸内再次参与发动机循环ꎬ利用废气高热比㊁稀释新鲜空气的作用减缓燃烧速率ꎬ达到降低缸内温度的目的ꎮ从而降低氮氧化物(ＮＯｘ)污染物排放ꎬ抑制早燃和爆震ꎮ此外ꎬ在部分负荷使用ＥＧＲ后可以适当增大节气门开度提高进气压力ꎬ由此降低泵气损失提高燃油经济性[４]ꎮ目前已有一些ＥＧＲ技术运用于汽油机的理论研究和实践应用[５－７]ꎮＥＧＲ系统可分为内部ＥＧＲ和外部ＥＧＲ两种方式来实现循环ꎮ内部ＥＧＲ是通过扩大气门重叠角来实现的ꎮ但它要牺牲功率和燃油消耗ꎬ其控制和调节没有外部ＥＧＲ方便灵活ꎮ外部ＥＧＲ即将排气管中部分废气经外部管路引入进气管参与再燃烧[８]ꎮ外部ＥＧＲ又可分为高压ＥＧＲ和低压ＥＧＲꎮ高压ＥＧＲ废气从涡轮机前引出ꎬ在压气机前引入ꎮ其会导致通过涡轮机的排气流量大幅度减少ꎬ从而不能给压气机提供足够的能量ꎮ高压ＥＧＲ对冷却器的能力要求很高ꎮ低压ＥＧＲ废气从三元催化器后引出ꎬ从压气机前引入ꎮ相对来说ꎬ低压循环更适合于汽油机ꎮ利用ＥＧＲ阀ꎬ使管路两端有足够的压差ꎬ可以实现高比例的ＥＧＲ率ꎻ排气温度低ꎬ对ＥＧＲ冷却器的冷却能力要求较低[９]ꎮ此外ꎬ低压ＥＧＲ是从三元催化器后取气ꎬ三元催化器处理后的废气对整个管路和ＥＧＲ阀的腐蚀相对较轻[１０]ꎮ本试验基于现有涡轮增压发动机ꎬ对其进行低压ＥＧＲ系统改造ꎮ通过引入不同比例的ＥＧＲ废气ꎬ对比研究了低压ＥＧＲ对发动机燃烧㊁动力性㊁经济性和排放性的影响ꎮ同时针对现有文献中低速低负荷区域ＥＧＲ难以应用的问题ꎬ验证了混合阀的作用ꎮ根据试验结果ꎬ对低压ＥＧＲ系统在发动机整个运行工况中应用做了研究ꎮ１㊀试验设备与方法１.１㊀试验用发动机及外部ＥＧＲ装置本试验对象为某涡轮增压发动机ꎬ其主要参数如表１所示ꎮ通过加装一个外部ＥＧＲ装置ꎬ将流经催化器后的废气引入进气管路ꎬ与流经空滤的新鲜空气混合后进入压气机ꎬ被增压器增压后进入进气歧管ꎮ表１㊀发动机主要参数名称数值/特征发动机排量/Ｌ１.５气缸布置及缸数直列四缸喷油方式进气道多点喷射配气机构ＤＯＨＣ增压方式废气涡轮增压压缩比９.８汽油型号９２＃１.２㊀发动机试验台架布置发动机试验台架系统布置如图１所示ꎮ催化器后的废气经过冷却器后与新鲜空气混合ꎬ进入压气机ꎬ引入废气量由ＥＧＲ阀控制ꎮ在进气歧管和催化器后废气取气点处设置测点ꎬ测量此两处的二氧化碳(ＣＯ２)浓度ꎮ由于在低转速及部分负荷时ꎬ取气点压力较小ꎬ为使此工况下ＥＧＲ废气能被顺利引入进气系统ꎬ需要在空滤后㊁ＥＧＲ阀前设置一个节流阀(下称混合阀)ꎬ混合阀处于常开状态ꎮ可通过调节混合阀开度ꎬ使管路中产生一定的真空度ꎬ将废气吸入进气管路中ꎮＥＧＲ冷却器进出气口处设置温度压力测点ꎬ监控引入废气的温度和压力ꎮ冷却器后的废气温度太高会烧坏ＥＧＲ阀ꎬ太低则会产生冷凝水腐蚀ＥＧＲ阀及下游管路ꎬ在冷却器进出气口处安装温度传感器监测冷却器的状态ꎮ发动机各缸安装缸压传感器ꎬ通过燃烧分析仪测量燃烧过程各项参数ꎮ图１㊀发动机试验台架系统布置示意图１.３㊀试验主要设备及控制条件发动机台架试验使用的主要设备见表２ꎮ试验中控制环境温度为２５ʃ５ħꎬ中冷器出口处温度小于４５ħꎬＥＧＲ冷却器出口温度不高于１５０ħꎬ发动机冷却液温度８８ʃ５ħꎬ涡前排气温度不超９３０ħꎬ进气歧管压力不高于２４０ｋＰａꎮ３６４表２㊀主要试验设备设备名称型号测功机ＡＶＬ电力测功机燃油消耗仪ＡＶＬ７３５Ｓ燃烧分析仪ＡＶＬｉｎｄｉｃｏｍ２.７λ仪ＥＴＡＳＥＳ６３０排放分析仪ＨｏｒｉｂａＭＥＸＡ７５００Ｄ缸压传感器Ｋｉｓｒｌｅｒ６１１５ＢＦＤ１.４㊀相关计算公式本文中采用公式(１)计算实测ＥＧＲ率ＥＧＲ＿ｒａｔｉｏ＝φ(ＣＯ２)ｉｎ－φ(ＣＯ２)ａｉｒφ(ＣＯ２)θｘ－φ(ＣＯ２)ａｉｒˑ１００％(１)式中㊀φ(ＣＯ２)θｘ 排气歧管中ＣＯ２的体积浓度/１０－６ꎻφ(ＣＯ２)ｉｎ 进气歧管中ＣＯ２的体积浓度/１０－６ꎻφ(ＣＯ２)ａｉｒ 空气中ＣＯ２的体积浓度/１０－６ꎮ缸内平均有效压力(ＢＭＥＰꎬＭＰａ)通过公式(２)[１１]计算ＢＭＥＰ＝３０τＴｔｑ９５５Ｖｉ(２)式中㊀τ 发动机冲程数/４ꎻＴｔｑ 发动机输出扭矩/Ｎ ｍꎻｉ 缸数ꎬ该发动机为４ꎻＶ 为发动机气缸工作容积/ｍ３ꎮ通过燃烧分析仪得出多循环平均后的示功图ꎬ计算平均指示压力(ＩｎｄｉｃａｔｅｄＭｅａｎＥｆｆｅｃｔｉｖｅＰｒｅｓ￣ｓｕｒｅꎬＩＭＥＰ)㊁循环变动率(ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＶａｒｉａｔｉｏｎꎬＣＯＶ)㊁泵气损失(ＰＭＥＰ)等参数ꎮ用累计放热量达到总放热量９０％时的曲轴转角作为燃烧终点ꎬ５０％时曲轴转角作为燃烧重心ꎬ１０％时曲轴转角为燃烧起始点ꎬ分别用ＡＩ９０㊁ＡＩ５０㊁ＡＩ１０表示ꎮ用ＡＩ９０与ＡＩ１０的差值表征燃烧持续期ꎮ２㊀低压ＥＧＲ对燃烧的影响选取发动机转速２０００ｒ ｍｉｎ－１ꎬ进气歧管压力为１７５ｋＰａ(绝对压力ꎬ下同)㊁空燃比为１４.７ꎮ保持进气压力㊁点火角㊁ＶＶＴ角度及空燃比一致ꎬ开启ＥＧＲ阀使ＥＧＲ率分别为０％㊁５％㊁１０％和１５％ꎬ记录发动机各运行控制参数ꎮ图２显示了ＥＧＲ率对缸内燃烧压力的影响ꎬ图中曲线为四个缸的平均缸压随曲轴转角的变化ꎮ从中可以看出引入燃烧室内ＥＧＲ率的提升ꎬ缸压峰值降低ꎬ同时缸压峰值对应的曲轴相位有相应的延迟ꎮ这是因为一方面ＥＧＲ的引入使得混合气中加入了一定比例的ＣＯ２㊁Ｈ２Ｏ和Ｎ２等双原子及三原子气体ꎬ其比热容高于新鲜空气ꎬ从而能够吸收更多的燃烧热量ꎬ降低缸内温度ꎬ延缓了燃烧火焰的传播ꎮ另一方面ꎬＥＧＲ废气的引入降低了缸内氧气比重ꎬ减少了氧气与燃料的接触几率ꎬ导致燃烧化学反应速率减缓ꎬ从而抑制了燃烧速率ꎮ两个因素共同作用ꎬ使得燃烧速率减缓㊁燃烧重心推迟㊁燃烧持续期增长ꎬ缸内燃烧温度降低ꎬ缸内压力峰值降低ꎮ图２㊀２０００ｒ ｍｉｎ－１不同ＥＧＲ率时缸内压力的变化图３和图４是在上述２０００ｒ ｍｉｎ－１工况下ꎬＥＧＲ率对燃烧相位㊁燃烧循环变动率和燃烧持续期的影响ꎮ从图３可以看出ꎬ随着ＥＧＲ率的增大ꎬ燃烧重心推迟ꎮＡＩ５０从３０ʎＣＡ推迟至５０ʎＣＡꎬ且ＥＧＲ率大于１０％后ꎬ推迟速率增加ꎮＣＯＶ从２.７％恶化为１０.５％ꎬ燃烧稳定性变差ꎬ说明ＥＧＲ率增加对燃烧具有抑制作用ꎮ图３㊀２０００ｒ ｍｉｎ－１ＥＧＲ率对ＡＩ５０及ＣＯＶ的影响图４表明了燃烧起始点㊁燃烧终点和燃烧持续期随ＥＧＲ率的变动趋势ꎬ即ＥＧＲ率越大ꎬ进入气缸的燃烧废气越多ꎬ燃烧起始点㊁终点有所滞后ꎬ燃烧持续期有所增加ꎮ相对而言ꎬＡＩ１０的变化较小ꎬ从ＥＧＲ率为０％时的２１ʎＣＡ升高到ＥＧＲ为１４％时的３０ʎＣＡꎮ而ＡＩ９０和燃烧持续期的变动幅度较大ꎬＡＩ９０从４０ʎＣＡ延迟到７１ʎＣＡꎬ燃烧持续期从９.５ʎＣＡ变长至２０.８ʎＣＡꎮ因为废气的引入既降低了氧气的浓度ꎬ又使缸内工质的比热容变大ꎬ降低了燃烧温度ꎬ导致燃烧速度减慢ꎬ使燃烧持续期变长ꎮ４６４图４㊀２０００ｒ ｍｉｎ－１时燃烧相位随ＥＧＲ率的变动趋势３㊀低压ＥＧＲ对燃油消耗率的影响３.１㊀中低转速时ＥＧＲ对油耗的影响选取２０００ｒ ｍｉｎ－１㊁ＢＭＥＰ分别为０.４ＭＰａ㊁０.８ＭＰａ㊁１.０ＭＰａ㊁１.２ＭＰａ和１.６ＭＰａꎮ对于同一负荷ꎬ引入不同比例的ＥＧＲ废气后调整点火提前角㊁空燃比㊁节气门开度㊁ＶＶＴ㊁增压器控制阀占空比等参数ꎬ使ＢＭＥＰ达到目标值ꎮ同时ꎬＣＯＶ控制在３％以内ꎬ空燃比保持尽量保持在１４.７ꎬ如需加浓则控制涡前排气温度不超过９３０ħꎬ调整点火提前角使ＡＩ５０在８~１０ʎＣＡ或发动机处于爆震边界ꎮ图５和图６是２０００ｒ ｍｉｎ－１不同负荷时ＥＧＲ率对油耗率的影响ꎮ总体来看随着ＥＧＲ的增加ꎬ发动机油耗率呈现先下降ꎬＥＧＲ率达到一定程度后又呈现上升的趋势ꎮ引入ＥＧＲ废气会导致泵气损失和燃烧特性变化ꎬ两个因素共同作用产生了如图５所示的趋势ꎮ图５㊀２０００ｒ ｍｉｎ－１不同负荷时ＥＧＲ率对油耗的影响图６㊀２０００ｒ ｍｉｎ－１不同负荷时的油耗变化率２０００ｒ ｍｉｎ－１各负荷时ꎬＥＧＲ率越高ꎬ发动机泵气损失ＰＭＥＰ不断降低(图７)ꎮ这是因为ＥＧＲ废气替代了一部分新鲜充量ꎬ若要保证相同的发动机负荷ꎬ需使缸内进入更多的新鲜充量ꎬ途径即是增大节气门开度ꎬ从而降低了泵气损失ꎬ这有利于油耗率的降低ꎮ但在大负荷(１.８ＭＰａ)时ꎬ节气门已经全开ꎬ主要依靠增大增压器转速增加进气量ꎬ在中低转速时排气背压升高也不明显ꎬ所以泵气损失几乎没有变化ꎮ图７㊀２０００ｒ ｍｉｎ－１ＥＧＲ率对泵气损失的影响废气的稀释和热容效应对燃烧有一定的抑制作用ꎬ使燃烧持续期变长ꎬ燃烧重心后移ꎬ通过调整点火提前角可以优化点火重心ꎬ使燃烧相位更加提前ꎮ如负荷为０.８ＭＰａ时ꎬＥＧＲ率为０时ＡＩ５０为１１ʎＣＡꎬＥＧＲ率为２０％时ＡＩ５０可优化至８ʎＣＡꎮ此外ꎬ在大负荷时ꎬＥＧＲ降低了缸内温度ꎬ有了减稀空燃比的空间ꎬ使其更加接近理论空燃比ꎬ大幅降低油耗ꎮ在负荷为１.８ＭＰａ时为达到同样的排气温度ꎬＥＧＲ率为０时空燃比为１２.５ꎬ而ＥＧＲ率在６.７％时空燃比可减稀为１３.６ꎮ燃烧特性优化和泵气损失降低的共同作用导致了发动机油耗的降低ꎮ但是ＥＧＲ率提高到一定程度后ꎬ发动机燃烧稳定性变差ꎬ燃烧效率降低ꎬ此时发动机油耗率增加ꎮ与中高负荷相比ꎬ在小负荷应用ＥＧＲ时ꎬ所产生的节省油耗的效果不太明显ꎮＢＭＥＰ为０.４ＭＰａ和０.８ＭＰａ时ꎬ最大节油率在３％左右ꎬ１.２~１.６ＭＰａ却能达到１０％左右ꎮ这可能是因为小负荷时进气量少ꎬ引入ＥＧＲ废气后节气门开度变化不大ꎬ导致泵气损失的减小不明显ꎬ同时燃烧相位的优化空间也较小ꎮ３.２㊀高转速时ＥＧＲ对油耗的影响选取４４００ｒ ｍｉｎ－１㊁ＢＭＥＰ分别为０.４ＭＰａ㊁０.８ＭＰａ㊁１.０ＭＰａ㊁１.２ＭＰａ㊁１.４ＭＰａ和１.６ＭＰａꎬ试验方法及条件如３.１所述ꎮ图８和图９是４４００ｒ ｍｉｎ－１不同负荷时ＥＧＲ率对油耗率的影响ꎮ油耗率的变化趋势和２０００ｒ ｍｉｎ－１时相同:随着ＥＧＲ率的增加ꎬ发动机油耗率呈现先下降ꎬＥＧＲ率达到一定程度后又上升的趋势ꎮ其原因是随ＥＧＲ率的升高ꎬ发动机燃烧特性和泵气损失发生变化ꎬ两者共同作用导致油耗率５６４的变化ꎮ当ＥＧＲ率提高到一定程度ꎬ燃烧变差导致油耗率反而上升ꎮ图８㊀４４００ｒ ｍｉｎ－１不同负荷时ＥＧＲ率对油耗的影响图９㊀４４００ｒ ｍｉｎ－１不同负荷时的油耗变化率图１０是４４００ｒ ｍｉｎ－１各负荷时泵气损失随ＥＧＲ率的变化趋势ꎮ４４００ｒ ｍｉｎ－１中小负荷时(０.４~１ＭＰａ)ꎬ随ＥＧＲ率的增大ꎬ泵气损失基本无变化ꎮ因废气进入气缸后需要增加进气量ꎬ增大节气门开度ꎮ虽然减小了进气节流损失ꎬ但进气量增加导致排气背压增大ꎬ使排气阻力增大明显ꎬ两者的共同作用使泵气损失基本不变ꎮ大负荷时(１.２ＭＰａ及以上)ꎬ泵气损失随ＥＧＲ率的升高而增大ꎮ这是用于大负荷时节气门已经全开ꎬ进气量的增加完全是增压器转速上升的结果ꎬ排气背压明显升高与２０００ｒ ｍｉｎ－１时的规律相同ꎬ４４００ｒ ｍｉｎ－１时小负荷工况下ＥＧＲ率升高对降低油耗的作用不如中高负荷时显著ꎮ在０.４ＭＰａ时ꎬ油耗降低率最高只用１.９％ꎻ０.８ＭＰａ时有３.８％ꎬ而１.６ＭＰａ时能达到１８.８％ꎮ因为在中高负荷引入废气后ꎬ不仅可以优化燃烧相位ꎬ而且有较大的减稀空燃比的余量ꎮ图１０㊀４４００ｒ ｍｉｎ－１时ＥＧＲ率对泵气损失的影响４㊀混合阀对ＥＧＲ率及油耗影响在大负荷工况时排气背压较高ꎬ只需通过开启ＥＧＲ阀就可引入足够的ＥＧＲ废气ꎬ起到优化油耗的作用ꎮ而低转速中小负荷工况下ꎬ发动机排气温度和压力都较低ꎬ无法顺利将废气从催化器后引入进气歧管ꎮ需在空滤后㊁ＥＧＲ废气汇入点前设置一个混合阀ꎮ试验第一步ꎬ在发动机１０００~４０００ｒ ｍｉｎ－１时先保持混合阀处于全开状态(即混合阀不起节流作用)ꎬ只通过ＥＧＲ阀不断增大ＥＧＲ率ꎬ调整各项参数至最优后记录各工况下ＥＧＲ率及最优油耗数据ꎮ第二步ꎬ记录混合阀起作用时的最优油耗数据ꎮ重复第一步工作ꎬ但当ＥＧＲ阀开度到１００％时ꎬ若ＥＧＲ率还有进一步加大的空间(ＣＯＶ不超过３％)ꎬ则通过调节混合阀继续增大ＥＧＲ率ꎬ优化各项参数后记录ＥＧＲ率及最优油耗率ꎮ图１１是混合阀应用前后最优油耗变化率ꎬ图中数值为正表明使用混合阀后油耗率降低ꎮ混合阀在１０００~１６００ｒ ｍｉｎ－１㊁０.６~１.０ＭＰａ工况下作用较为明显ꎬ油耗率降幅最大５.３％ꎬ因为该工况下混合阀的关闭使管路中形成负压ꎬ可以吸入排放废气ꎬ进一步提高ＥＧＲ率ꎬ从而降低油耗率ꎮ在各转速小负荷(０.２~０.４ＭＰａ)工况下ꎬ其进气量少且燃烧稳定性较差ꎮ若引入ＥＧＲ率低ꎬ则无明显降低油耗效果ꎻ引入较大ＥＧＲ率时燃烧又会急剧恶化ꎬ所以该工况下混合阀作用不明显ꎮ在更大负荷或更高转速时(１６００ｒ ｍｉｎ－１以上)ꎬ排气背压较高ꎬ不借助混合阀就足以实现所需的ＥＧＲ率ꎮ综上ꎬ在本研究中混合阀的介入ꎬ在低速中小负荷(１０００~１６００ｒ ｍｉｎ－１ꎬ０.６~１ＭＰａ)工况ꎬ对降低油耗的作用比较明显ꎬ最大降幅５％ꎮ图１１㊀混合阀应用前后最优油耗变化率５㊀ＥＧＲ对排放性的影响本文在发动机转速２０００ｒ ｍｉｎ－１ꎬ负荷１.４ＭＰａ的工况下研究了ＥＧＲ对发动机ＮＯｘ和ＨＣ排放影响ꎬ引入不同比例的ＥＧＲ废气后调整点火提前角㊁空燃比㊁节气门开度㊁ＶＶＴ等参数ꎬ使ＢＭＥＰ达到目标值ꎮ试验结果如图１２ꎬ随着ＥＧＲ率的提高ꎬ６６４发动机排气温度随之降低ꎬ排放物中ＮＯｘ大幅降低ꎬ降幅达到７３％ꎻ而ＨＣ浓度有所升高ꎬ升高率可达３８％ꎮ图１２㊀ＥＧＲ率对排放和排气温度的影响排气温度的降低主要是ＥＧＲ废气进入混合气后燃烧受到抑制ꎬ最高燃烧温度相应降低的结果ꎮ汽油机排放的ＮＯｘ中占大多数的是ＮＯꎬＮＯ２浓度甚至可以忽略不计ꎮ高温㊁富氧是产生ＮＯ的原因[１２]ꎮ燃烧温度的降低抑制了ＮＯｘ生成ꎬ而ＥＧＲ废气对混合气的稀释作用抑制了富氧条件的产生ꎮ所以ＮＯｘ浓度大幅降低ꎮ但燃烧温度的降低ꎬ使燃烧室壁面对火焰的冷却作用加强ꎬ火焰传播到壁面后燃烧反应链中断ꎬ提高了未燃ＨＣ的含量ꎮ另外ꎬ排气温度降低也减弱了未燃ＨＣ在管路中的氧化反应ꎬ导致排气中ＨＣ浓度升高ꎮ６㊀结论随ＥＧＲ率的增加ꎬ使燃烧速率减缓㊁燃烧重心推迟㊁燃烧持续期增长ꎬ缸内燃烧温度降低ꎬ缸内压力峰值降低ꎮ低压ＥＧＲ的应用对降低油耗有着积极作用ꎮ２０００ｒ ｍｉｎ－１和４４００ｒ ｍｉｎ－１各负荷下随着ＥＧＲ率的增加ꎬ油耗率先降低后上升ꎮ低压ＥＧＲ对降低油耗率的作用ꎬ在小负荷时较小ꎬ在中大负荷较大ꎮ低转速和高转速ＥＧＲ率对发动机泵气损失的影响作用也有所不同ꎮ㊀㊀混合阀的介入ꎬ在低速中小负荷(１０００~１６００ｒ ｍｉｎ－１ꎬ０.６ＭＰａ)工况ꎬ对降低油耗有所益处ꎮ在上述工况下ꎬ相比于不采用混合阀时的最优油耗ꎬ使用混合阀后的最优油耗有最大５.３％降幅ꎮ研究工况下ꎬ随ＥＧＲ率的提高ꎬＮＯｘ排放降低ꎬ而ＨＣ排放升高ꎮＮＯｘ排放降低幅度大(最大降低７３％)ꎬＨＣ排放升高幅度较小(最大升高３８％)ꎮ此时ＥＧＲ废气的引入对ＮＯｘ和ＨＣ排放产生相反的影响作用ꎬ需要在实际中权衡ꎮ参考文献[１]周庆辉.现代汽车排放控制技术[Ｍ].北京:北京大学出版社ꎬ２０１０.[２]范振阳.ＥＧＲ和ＶＶＴ在汽油机涡轮增压中的应用[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工业大学ꎬ２０１５.[３]杨如枝ꎬ梁源飞ꎬ穆建华ꎬ等.低压ＥＧＲ对增压汽油机性能影响的模拟研究[Ｃ].中国内燃机学会２０１５年联合学术年会论文集ꎬ２０１５ꎬ４３０－４３４.[４]刘伟.ＥＧＲ在ＧＤＩ发动机上应用的仿真研究[Ｄ].长春:吉林大学ꎬ２０１４.[５]晁岳栋ꎬ陆海峰ꎬ李理光ꎬ等.基于理论循环的汽油机ＥＧＲ技术节油机理[Ｊ].内燃机学报ꎬ２０１７ꎬ３５(３):２０８－２１４.[６]贾宁ꎬ高定伟ꎬ郭向阳ꎬ等.ＥＧＲ对增压进气道喷射汽油机的影响研究[Ｊ].内燃机工程ꎬ２０１６ꎬ３７(２):４３－４７.[７]曾契ꎬ沈凯ꎬ张振东ꎬ等.高/低压ＥＧＲ对汽油机和增压器影响的试验研究[Ｊ].内燃机工程ꎬ２０１８ꎬ３９(４):３３－３８.[８]林建华ꎬ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ꎬ２００７ꎬ１６８(２):１－４.[９]康宁.增压汽油机应用低压ＥＧＲ技术的试验研究[Ｄ].洛阳:河南科技大学.２０１４.[１０]曹冬东ꎬ阳培.发动机ＥＧＲ管路沉积物的形成研究[Ｊ].时代汽车ꎬ２０１９(５):１６６－１６８ꎬ１７４.[１１]韩同群.汽车发动机原理[Ｍ].北京:北京大学出版社ꎬ２０１２.[１２]敬章超.ＥＧＲ进气方式对汽油机性能及其ＮＯｘ排放影响的试验研究[Ｄ].天津:天津大学ꎬ２００３.(上接第４４８页)㊀㊀[１２]郝保国.关中地区机动车污染物高分辨率排放清单[Ｄ].西安:长安大学ꎬ２０１９.[１３]魏昊焜ꎬ李天宇ꎬ冯南战ꎬ等.电动汽车充电设施在人居环境中的标准化需求[Ｊ].节能技术ꎬ２０１９ꎬ３７(１):４６－５２.[１４]李磊ꎬ赵新ꎬ李晓辉ꎬ等.基于动态交通信息的电动汽车充电需求预测模型及其对配网的影响分析[Ｊ].电网与清洁能源ꎬ２０２０ꎬ３６(３):１０７－１１８.[１５]张帅ꎬ姚李孝.配电网对电动汽车可接纳能力分析[Ｊ].电网与清洁能源ꎬ２０１９ꎬ３５(３):３７－４２ꎬ５７.[１６]卢锦玲ꎬ杨月ꎬ王阳ꎬ等.基于Ｃｏｐｕｌａ理论的电动汽车光伏充电站储能配置[Ｊ].太阳能学报ꎬ２０１６ꎬ３７(３):７８０－７８６.[１７]周博雅.电动汽车生命周期的能源消耗㊁碳排放和成本收益研究[Ｄ].北京:清华大学ꎬ２０１６.[１８]郭胜ꎬ石琴ꎬ李彦保ꎬ等.纯电动汽车与传统汽车能耗与排放对比分析[Ｊ].北京汽车ꎬ２０１４(１):２０－２３.７６４。

第 54 卷第 8 期2023 年 8 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.8Aug. 2023EGR 率对阿特金森发动机稀薄燃烧及排放的影响武晓琦1, 2，付建勤1, 2，袁硕1, 2，刘琦1, 2(1. 湖南大学 机械与运载工程学院，湖南 长沙，410082；2. 湖南大学 重庆研究院，重庆，401120)摘要：基于1台1.5 L 直列三缸缸内直喷汽油机，开展不同EGR 率下的过量空气系数(λ)扫描试验，探究不同程度的稀薄燃烧工况下EGR 率对燃烧和排放的影响。

研究结果表明：EGR 率和λ增大均会导致峰值压力下降，燃烧循环变动率增大，燃烧推后并且持续期延长。

指示燃油消耗率随EGR 率增加而增加，随λ增加先升高后降低。

当EGR 率为0、λ为1.15时，燃油消耗率出现最小值。

引入EGR 可大幅降低NO x 排放，但会导致HC 排放增多，通过一定程度的稀薄燃烧可以抑制HC 上升。

同时，稀薄燃烧对降低CO 排放的效果也明显比EGR 的效果大；当EGR 率为0时，通过稀薄燃烧可使CO 排放最大下降86.7%。

因此，稀薄燃烧与适量EGR 率(7%)耦合可作为降低发动机综合排放的一个有效手段。

关键词：阿特金森发动机；过量空气系数；EGR 率；稀薄燃烧；排放中图分类号：TK411 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）08-3316-09Effect of EGR rates on combustion and emissions of an Atkinsonengine in lean burnWU Xiaoqi 1, 2, FU Jianqin 1, 2, YUAN Shuo 1, 2, LIU Qi 1, 2(1. College of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China;2. Chongqing Research Institute of Hunan University, Chongqing 401120, China)Abstract: Based on a 1.5 L three-cylinder direct injection gasoline engine, the bench test was set up, and excess air coefficient(λ) was scanned with different EGR rates to investigate the effects of EGR rates on combustion and emissions at different degrees of lean burn. The results show that the increase of EGR rate and λ leads to the decrease of peak pressure, the increase of combustion cycle variation rate, and the obvious lag and prolongation of combustion period. The indicated fuel consumption rate increases with the growth of EGR rate, and increases first and then decreases with the increase of λ. When the EGR rate is 0 and λ=1.15, the fuel consumption reaches a收稿日期： 2022 −10 −08； 修回日期： 2022 −12 −26基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51776061)；湖南省自然科学基金省市联合基金资助项目(2020JJ6044)(Project(51776061) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2020JJ6044) supported by the Natural Science Foundation of Provincial and Municipal Joint Fund of Hunan Province)通信作者：袁硕，博士，从事新能源汽车动力研究；E-mail ：**************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.08.032引用格式： 武晓琦, 付建勤, 袁硕, 等. EGR 率对阿特金森发动机稀薄燃烧及排放的影响[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(8): 3316−3324.Citation: WU Xiaoqi, FU Jianqin, YUAN Shuo, et al. Effect of EGR rates on combustion and emissions of an Atkinson engine in lean burn[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(8): 3316−3324.第 8 期武晓琦，等：EGR率对阿特金森发动机稀薄燃烧及排放的影响minimum. The introduction of EGR can significantly reduce NOxemissions but will lead to an increase in HC emissions. The rise of HC can be inhibited by a certain degree of lean combustion. Meanwhile, the reduction effect of lean burn on CO emission is also significantly greater than that of EGR, and the maximum reduction of CO is86.7% at the EGR rate of 0. Therefore, lean-burn coupled with appropriate EGR(7%) can be used as an effectivemeans to reduce the comprehensive emission.Key words: Atkinson engine; excess air coefficient; EGR; lean combustion; emission近年来，随着全球排放法规的实施以及大众环保意识的日益增强，国内外越来越多的研究者致力于节能减排及新能源汽车研究。

天然气发动机的数值探究论文天然气发动机的数值探究论文高低压EGR回路(HL)从涡前取废气,经冷却后汇合到即将进入压气机的空气中,EGR回路中较容易形成压差。

这低压EGR回路(LP)从涡后取废气,经冷却后汇合到即将进入种情况下改变排气歧管压力会改变缸内残余废气量(即内部EGR)。

该回路一般是分别从两侧歧管取废气,使得各缸排气歧管的压力相似,因为如果仅从一侧取气,会使得另外一侧的排气歧管压力较高,不利于在各缸中进行EGR优化。

GT—Power计算模型的建立缸内的燃烧采用Wiebe函数模型,缸内气体与缸壁的传热采用半经验半理论的沃西尼(Woshni)模型,传热壁面的温度根据经验进行设定。

根据发动机工况进行参数调整后,所建立的发动机模型缸压计算值与实测值很接近。

计算结果EGR阀关闭时回路及管径对原机的影响表4示出2200r/min,100%负荷工况下安装不同EGR回路后,在EGR 阀关闭时,发动机进气流量和涡前流量的变化情况。

可见,高压回路对原机没有影响,而高低压和低压回路的进气量有较大的减少,且两者减少的幅度相同。

高压和高低压回路是从涡前取废气,高低压和低压回路是在压气机前进废气,由此说明,取废气的位置在涡前或者涡后对原机的进气量影响不大,但是进废气的位置对原机的进气量影响较大。

压气机前进废气口的存在使得进气压力下降,进气量减少。

进一步的.计算表明,改变EGR管路长度或EGR阀门的位置对该状况影响不大。

因此,如果采用高低压回路或低压回路,需要重新考虑与增压器的匹配。

不同发动机转速下EGR系统对原机的影响100%负荷下,采用高低压回路后EGR阀关闭时不同发动机转速下进气流量及涡前流量的变化情况。

可见,发动机转速越低,EGR系统对原机的影响越小。

EGR阀打开对原机的影响当EGR阀打开、糰=1时,发动机各参数的变化见表7。

对于高低压系统来说,EGR阀开度较大时,由EGR系统引起的进气压力的减小以及增压器废气能量的减少,使得总的空气进气量减少,即模型中的增压器与发动机不匹配,将会使输出功减少,气耗上升。

不同海拔下EGR对柴油机影响的模拟研究作者：刘伟毕玉华申立中雷基林王俊来源：《现代电子技术》2014年第09期摘要：随着海拔的变化，大气压力和氧气浓度都会发生改变，引入EGR后发动机的性能必然会出现不同于标准大气压环境时的情况。

建立了某型号发动机的Boost模型，用标准大气压下的台架试验数据对模型进行了标定验证；模拟研究了不同大气压力下EGR对发动机性能和排放的影响，并比较分析了同一EGR率时不同大气压力下发动机性能的差异。

结果表明，除全负荷工况外EGR对发动机的动力性和经济性影响比较小，NOx随EGR率的增加会急剧减少，但大EGR率时Soot排放会急剧恶化；同一EGR率时在中高负荷下，随着海拔的增加，发动机的动力性、经济性和Soot的排放会出现明显恶化。

关键词：海拔高度的影响； EGR；柴油机；性能研究中图分类号： TN710⁃34； TK422 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）09⁃0125⁃030 概述随着环境污染问题的日益严峻，节能减排已经成为当今世界共同面临的重大挑战[1]；由于柴油发动机有着良好的热效率和燃油经济性，全球车用动力“柴油化”的趋势已经形成，但是柴油机在NOx和碳烟排放方面的问题依然很突出[2⁃3]。

国内外研究表明EGR（废气再循环）技术是目前用于降低发动机NOx排放的一种有效措施 [4⁃8]。

再循环废气会稀释新鲜充量，混合气中的氧浓度下降；同时废气中存在惰性成分也会给燃烧带来负面影响，所以使用EGR后发动机会出现动力性下降、经济性恶化 [9⁃11]；但是，由于废气的温度远远高于新鲜充量，在混合时会加热新鲜充量，所以发动机低负荷时使用EGR性能会出现小幅度的提升。

在高海拔下大气压力低于平原地区，大气中的氧浓度也会降低，即使采用增压技术，也难以使发动机的进气情况与标准大气压下相同[12]。

不同气压下，使用EGR将对发动机的工作性能及排放产生不同的影响。

EGR分层对天然气发动机性能的影响一直以来，能源与环境已是人类面临最重要两大难题，如何进一步提高燃料的利用率降低内燃机排放污染物，满足日趋严格的排放法规成为了研究的重点。

近些年来，开发清洁、高效的发动机已成为行业热门。

天然气具有储量大、价格比石油低、低碳环保等特点越来越被广大汽车厂商亲睐。

但目前天然气发动机存在部分工况循环变动大、热效率低、排放恶化的状况，无法满足日益严格的法规。

EGR降低NO_x排放已经被大量实践证明是有效的手段之一。

本研究利用的天然气发动机是由一台柴油机改造的，从EGR缸内分层的角度出发，设计开发了EGR进气分层喷射装置，并已获得国家发明专利（专利名称为天然气发动机进气分层喷射装置，发明专利号：201210087211.4）。

利用该装置能够实现三种混合方式： a.空气、EGR和CNG层层包裹喷射；b.EGR 和CNG的混合气与空气分层包裹喷射； c.EGR和空气的混合气与CNG分层喷射。

本研究采用a方式连接，可实现将EGR不与空气混合并且环绕包裹燃气，在进气道末端气门处与燃气进入缸内，这种方法有利于进入缸内燃气、空气、EGR分层燃烧，增加降低排放、提高经济性极限的可行性。

在降低NO_x排放方面提供了新的解决方案，同时保持发动机较高的热效率。

在对燃烧边界参数优化的基础上，试验分析了该装置引入EGR对稀燃天然气发动机燃烧过程及排放的影响规律。

本研究选取1450r/min，25%负荷和1750r/min，25%负荷工况进行试验，具体研究结论如下：1．随着EGR阀开度的加大，每循环进入缸内的废气量增加，燃烧放热率峰值下降，NO_x排放呈线性下降趋势，最大降幅可达80%；当EGR阀的开度超过10%时，发动机输出转矩和燃料经济性开始下降，且当EGR阀开度增加到15%时，发动机输出转矩下降幅度超过5%。

2．同一工况下，保持其他燃烧参数不变，随着过量空气系数的增加，发动机输出转矩呈先上升后下降的趋势，比气耗呈先下降后增加的趋势，NO_x排放表现为明显下降趋势，HC排放略有上升。

EGR和喷油策略对增压柴油机燃烧特性的影响研究的开题报告一、研究背景和意义随着现代车辆的普及，氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）排放已成为严重的环保问题，而增压柴油机作为目前最为广泛使用的动力系统，其排放控制成为重要的研究方向之一。

本研究旨在探究EGR（废气再循环）和喷油策略对增压柴油机燃烧特性的影响，并对降低排放和提高燃油经济性提供理论研究基础。

二、研究内容和方法1. 研究内容：（1）综述EGR和喷油策略的定义、分类和特点等；（2）分析EGR和喷油策略与增压柴油机燃烧特性的关系；（3）搭建增压柴油机燃烧模型，模拟EGR和喷油策略的影响；（4）设计实验方案，对不同EGR和喷油策略下的增压柴油机进行试验；（5）分析实验数据，验证模型的准确性，总结结论。

2. 研究方法：（1）文献综述法，搜集国内外相关研究成果和进展；（2）数值模拟法，使用CFD软件搭建增压柴油机燃烧模型，并进行模拟分析；（3）实验研究法，使用试验台对不同EGR和喷油策略下的增压柴油机进行试验，记录和分析实验数据。

三、研究的预期结果1. 探究EGR和喷油策略对增压柴油机排放性能和燃油经济性的影响；2. 揭示EGR和喷油策略对燃烧过程中形成氮氧化物和颗粒物的机理；3. 提供降低排放、提高燃油经济性的理论基础和技术支持。

四、研究进展和计划1. 目前已完成文献综述和理论分析，初步模拟了EGR和喷油策略对增压柴油机燃烧特性的影响，并选定了实验参数。

2. 下一步的工作计划是在试验台上进行一系列的实验研究，记录和分析实验数据，验证模型的准确性。

3. 计划在2021年底前完成所有实验和数据分析工作，并撰写研究报告。

EGR温度对涡轮增压柴油机燃烧和排放的影响房克信，邓康耀，邬静川上海交通大学机械与动力工程学院（200030）Email: kydeng@摘要：增压柴油机采用EGR后，可以降低进气中的氧含量，降低燃烧放热率的峰值，降低燃烧的最高温度，从而降低NOx的排放。

由于废气的温度较高，进入气缸的充量温度将会升高，燃烧温度升高。

为了有效降低NOx的排放，可以对EGR进行冷却。

本文用试验的方法研究了EGR温度对缸内压力、燃烧放热规律、燃烧温度以及NOx排放等参数的影响。

结果表明，对EGR进行冷却可以降低燃烧初期的压力升高率和峰值压力。

低的EGR温度可以延长燃烧滞燃期，增大预混合燃烧的比例，缩短燃烧持续期，降低最高燃烧温度，从而降低NOx的排放，同时可以降低炭烟的排放，提高燃油经济性。

关键词：废气再循环（EGR） NOx排放 放热率 进气充量 涡轮增压柴油机1、引言EGR是目前降低柴油机NOx排放的最有效的措施之一。

在国外，客车和轻型卡车采用的柴油机已普遍采用了EGR技术，重型卡车也在逐步采用EGR。

EGR在降低NOx排放的同时也会带来不利的影响，如：比油耗恶化，颗粒的排放增加[1,2]。

在高负荷的情况下，表现的尤为突出[3,4]。

另外，EGR还会降低润滑油的有效性和柴油机的耐久性[5,6]。

采用EGR，废气与新鲜空气混合，会使压缩冲程开始时的进气充量发生以下变化：(1) 进入气缸的充量温度将会升高；（2）较高的进气温度将使充量的密度减小，进气质量减少；（3）进气充量的组分发生变化。

进气温度的升高将会使燃烧的峰值温度将变高，从而使NOx的排放增加。

进气质量的减少，使得参与燃烧的氧含量相应减少。

同时，由于进气质量的减少，使进气的吸热能力减小，燃烧温度升高。

采用EGR后使得进气的组分发生了变化。

进气中的CO2和水蒸气的含量增加，氧含量减少。

由于CO2和水蒸气的比热容较大，吸热能力较强，加上氧含量的减少，将会对燃烧过程产生影响，使滞燃期延长，预混合燃烧的放热率峰值降低，最高燃烧温度降低。