基于廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)的整車節(jié)油效果研究-第1篇

1、 基于廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)的整車節(jié)油效果研究 楊章暉 韋于剛Summary：隨著國家法規(guī)對乘用車燃料消耗量更為嚴格的要求，降低整車的油耗受到了廣泛的關注。本文針對自主某款匹配自然吸氣發(fā)動機MPV車型增加外置冷卻EGR，通過NEDC工況試驗驗證，得出外置冷卻EGR對于整車燃油經濟性的提升有著重要的意義。Key：外置冷卻EGR;節(jié)油;NEDC：U471：A1引言面對日益嚴苛的油耗法規(guī)，各大汽車品牌廠家都開展了降低燃油車油耗方法的相關研究。通過在發(fā)動機上增加外置冷卻EGR來降低油耗是一個相對簡便的節(jié)油研究方向。該方案提高了發(fā)動機燃燒效率從而提高燃油經濟性而受到了廣泛關注，也是獲取更好燃油經濟性的

2、主要解決方案之一。本文通過對自主某款MPV加裝外置冷卻EGR進行整車臺架試驗和仿真分析，初步探討了外置冷卻EGR對整車油耗的影響。2外置冷去口EGR簡介2.1外置冷卻EGREGR是廢棄再循環(huán)系統(tǒng)的簡稱，是汽油機和柴油機應用的主要系統(tǒng)之一。廢棄再循環(huán)系統(tǒng)的應用主要是將發(fā)動機排放的廢氣重新送回氣缸參與燃燒。EGR有多種實現(xiàn)方式，本文討論的是外置冷卻EGR。外部EGR由EGR閥、EGR冷卻器和EGR管路組成，其工作基本原理如圖1所示，發(fā)動機排出的廢氣通過EGR閥和冷卻器降溫后，重新導入進氣歧管，與新鮮氣體混合后進入氣缸，再次參與燃燒。廢氣再循環(huán)的程度用廢氣再循環(huán)率表示，簡稱EGR率。EGR率的定量描

3、述就是經過EGR閥的再循環(huán)廢氣量與總進氣量之比。2.2EGR控制策略EGR控制策略主要集中于中高轉速區(qū)，通常最高轉速區(qū)和怠速區(qū)EGR閥都處于關閉狀態(tài)。怠速狀況下引入廢氣回流會造成發(fā)動機的燃燒不穩(wěn)定、發(fā)出噪聲并可能導致發(fā)動機熄火。發(fā)動機節(jié)氣門全開時，為滿足最大功率輸出，EGR閥處于關閉狀態(tài)。EGR閥的開度大小取決于節(jié)氣門體的碟閥位置、發(fā)動機進氣溫度、車速、點火提前角、氧傳感器信號等輸入參數(shù)。3試驗研究3.1測試車輛基本參數(shù)本次測試車輛是自主某款MPV車型，匹配1.8L直列四缸自然吸氣發(fā)動機和AMT變速器，整車基本參數(shù)如表1所示。3.2臺架試驗方法試驗完全參照國際標準GB 18352.5-2013

4、輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）NEDC工況執(zhí)行，試驗由4個市區(qū)運轉循環(huán)和1個市郊運轉循環(huán)組成。市區(qū)循環(huán)用于模擬汽車在城市行駛時工況，該工況中最高車速為50.0km/h，循環(huán)單元平均車速為19.0km/h。市郊循環(huán)用于模擬汽車在市郊和高速公路上行駛時工況，該工況最高車速為120.0km/h，平均車速為62.6km/h。具體操作規(guī)范參考GB 18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五段）。臺架試驗時，將試驗車驅動輪置于底盤測功機轉轂上，利用底盤測功機轉轂運動模擬連續(xù)移動的路面，底盤測功機加載裝置模擬汽車的行駛阻力，底盤測功機飛輪系統(tǒng)模擬汽車的運動慣性，按多

5、工況指定的車速一時間規(guī)范和擋位操作試驗車和底盤測功機，并利用底盤測功機測量裝置記錄行程一車速一時間曲線，利用設備氣體分析儀，通過排放數(shù)據(jù)分析出汽車百公里燃油消耗量。試驗同時用計算機采集EGR工作信號。3.3仿真分析AVL-Cruise軟件提供了整車、發(fā)動機及變速器等模塊，可以達到快速建模，對整車動力經濟性進行預測且進行仿真結果分析。該車型的CRUISE仿真模型包括了整車參數(shù)、發(fā)動機、變速器和換擋控制策略等。仿真分析時，CRUISE模型需進行校核。將仿真結果和實測數(shù)據(jù)對比，判定模型的準確性。如表2所示，本次校核模型是不帶EGR的原機，仿真結果和實測結果各項偏差在3%以內，從而判定該模型合理，為冷

6、卻EGR節(jié)油研究仿真分析提供了準確性。4試驗結果與分析4.1試驗結果為了驗證EGR對整車的節(jié)油貢獻，對3輛樣車通過控制EGR功能的關閉和開啟，分別進行油耗對比測試，結果如表3所示。3輛樣車綜合油耗測試結果在EGR功能關閉條件下都在7.70至7.80的范圍內，說明該車型油耗一致性控制是合理的。3輛樣車增加EGR功能后的綜合油耗節(jié)油效果分別達2.1%、3.4%和2.3%，市區(qū)和市郊工況也得到了相應改善。4.2節(jié)油效果分析4.2.1發(fā)動機降低泵氣損失試驗過程中，通過采集發(fā)動機數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)EGR閥開啟后，廢氣進入進氣歧管，導致管內的溫度和壓力都增高。進氣歧管溫度的增高促進燃氣混合更充分。同時，進氣歧管壓力

7、的增大，控制進氣的節(jié)氣門會造成氣流阻滯從而造成能耗加大。為維持發(fā)動機功率的穩(wěn)定，需增大發(fā)動機節(jié)氣門開度，提高充氣效率。節(jié)氣門開度的增大，進氣歧管的節(jié)流作用降低，壓力會出現(xiàn)相應的提高，發(fā)動機進氣時活塞下行阻力減小，從而降低發(fā)動機的泵氣損失。選取整車常用工況2000r/min（0.2MPa）進行分析（圖2），可以看出，隨著EGR率的提高，進氣歧管的溫度和壓力均提高。4.2.2燃油消耗率改善汽油機工作時會發(fā)生爆燃，通常采用降低發(fā)動機壓縮比或減少點火提前角來抑制爆燃。但減小壓縮比會降低燃燒熱效率，推遲點火時間會提高油耗和大負荷時的排氣溫度。EGR廢氣中的氧含量很小，進入進氣歧管與新鮮氣體混合后，氣缸內

8、的燃燒溫度降低，抑制爆燃，增大發(fā)動機的壓縮比和點火提前角，改善燃燒。發(fā)動機燃油消耗率對比結果如圖3所示，增加EGR后，油耗率結果降低。選取整車常用轉速范圍，對不同扭矩下燃油消耗率進行對比分析，帶EGR和原機的節(jié)油率可達1%7%，具體數(shù)據(jù)見表4。4.2.3控制策略分析在試驗過程中采集EGR閥開度數(shù)據(jù)（圖4），冷起動時發(fā)動機水溫及進氣溫度都相對較低，EGR閥關閉。隨著發(fā)動機負荷增加，發(fā)動機水溫及進氣溫度增高，EGR閥開度漸漸增大。整個NEDC工況測試過程中，減速和高負荷時，EGR閥都處于關閉狀態(tài)，中高負荷EGR閥開啟并伴隨開度的變化，符合上述的控制策略。4.3仿真結果為驗證EGR的仿真節(jié)油效果，仿真模型的整車參數(shù)、變速器速比、輪胎型號等參數(shù)都要保持有無EGR的一致性，只分別通過輸入有無EGR臺架測得的發(fā)動機參數(shù)進行計算分析，得到有無EGR整車的油耗仿真結果。根據(jù)發(fā)動機外置冷卻EGR臺架標定數(shù)據(jù)，代入CRUISE模型進行仿真分析。仿真結果如表5所示，帶EGR技術理論節(jié)油為3.6%。5總結根據(jù)上述試驗結果和仿真分析，可以得出以下結論。（1）通過臺架試驗，增加外置冷卻EGR可以提高發(fā)動機的充氣效率和降低泵氣損失。（2）增加外置冷卻EGR，發(fā)動機的壓縮比和點火提前角增大