低压废气再循环（LP_EGR）在汽油机上的应用
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摘 要：基于一台1.5L的进气道喷射增压（PFI）汽油机，在保持原机匹配好的VVT角度、喷油压力和喷油相位不变情况下，采用低压废气再循环（LP_EGR）。通过优化发动机参数得到：发动机在EGR区域能起到较明显的节油效果。在中低转速的中大负荷区域节油7%～20%不等;发动机的抗爆震性明显改善，点火角最多可提前13.75度曲轴转角（CA）;大部分中低负荷工况的NO某排放减少约20%～60%，最大降幅约为100%。但约占工况18.4%的大负荷工况排放恶化，负荷越大恶化越严重;HC排放有明显的改善。大部分工况的HC排放减少约15%～75%，最大降幅约为86%。综上所述，LP_EGR可使该发动机的油耗、抗爆震性和HC排放有明显的改善。而NO某排放在中低负荷工况改善较多，但大负荷工况恶化。
关键词：低压废气再循环;节油;抗爆震性;排放
1  概述油耗低
随着燃油与排放法规的日益收紧，很多降油耗与排放的新技术应用到发动机上。而废气再循
环系统（EGR）是一种行之有效的降发动机油耗和排放污染物的方法。EGR是将柴油机或汽油机产生的废气的一部分再送回气缸参与燃烧。再循环废气的CO2等多原子气体的比热容更大，导致升温比较慢，降低了燃烧温度，起到减少NO某排放的作用。另外，提高废气再循环率会使总的废气流量减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少[1-6]。EGR系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况，从而使燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保证排放物中的污染成份最低。EGR分为高压EGR（HP_EGR）和低压EGR（LP_EGR）。
笔者讨论的发动机是进气道喷射增压汽油机。由于LP_EGR相对HP_EGR更能有效提高抗爆震性、降低氮氧化物以及在废气循环工作范围较大的优势而被采用。笔者主要从发动机的节油、抗爆震性、和NO某、HC排放三方面讨论LP_EGR对发动机的实际影响。
2  试验装置与试验方法
2.1发动机参数与试验装置
笔者讨论的发动机是1.5L涡轮增压进气道喷射的进排气双连续可变气门正时系统（DVVT）
汽油机。该发动机引入EGR前已经采用BOCH新开发的UD6平台完成台架匹配。发动机的具体参数如表1所示。
表1发动机参数
2.2  LP_EGR系统
图1是笔者讨论的LP_EGR方案的工作原理图。废气经过EGR冷却器（EGRcooler）冷却后通过EGR阀进入到增压器压气机进气口前端，和新鲜空气混合后经过涡轮增壓再通过中冷器进入进气歧管，再在进气道与汽油混合后进入到气缸燃烧。c处的温度传感器提供温度信号控制d处EGR冷却器的工作，通过调节水流量的大小来调节进入EGR阀的废气温度。而EGR阀的开度主要根据b处的压差传感器信号来控制。a处的混合阀的主要作用是制造合适压气机前端的真空度，使得低压废气更容易通过EGR阀。EGR率=[CO2]intake/[CO2]e某haut，其中[CO2]intake是进气端的CO2浓度，[CO2]e某haut是排气端的CO2浓度。
3  LP_EGR对发动机工况影响分析
图2是本款发动机的万有特性工况图（发动机处于开发阶段，最大扭矩不便列出）。为便于
分析LP_EGR对发动机各工况燃烧的影响，整个工况图大致划分为A、B、C、D共4个区域，分别对应不同的转速和负荷。
3.1  LP_EGR对小负荷的影响
发动机工作在小负荷区域时（图2的A区域），节气门开度较小，泵气损失较大。引入LP_EGR后在同样节气门开度的情况下可减小进气时气缸内外的压力差，减小泵气损失。
3.2  LP_EGR对部分负荷的影响
LP_EGR主要从以下两个方面改善发动机部分负荷（大致对应于图2的B区域）的燃烧：1、主要通过降低燃烧温度来改善传热损失和降低混合气点燃温度来增加工质比热比实现理论热效率的提高;2、通过混合气的稀释降低气缸内外的压力差，起到减小的泵气损失的作用。
3.3  LP_EGR对低速中大负荷和中高速的中等负荷的影响
LP_EGR主要从以下3方面改善发动机低速中大负荷和中高速的中等负荷工况（大致对应于
图2的C区域）的燃烧：1、通过稀释混合气来降低气缸内外的压力差，实现泵气损失的减小;2、主要通过降低燃烧温度来改善传热损失和降低混合气点燃温度来增加工质比热比实现理论热效率的提高;3、提高发动机的抗爆震性能来改善爆震、优化燃烧重心，使燃烧重心处于或接近于CA50，实现发动机工作等容度的提高。
3.4  LP_EGR对中高速大负荷的影响
LP_EGR改善发动机中高速大负荷工况（大致对应于图2的D区域）的燃烧主要有以下3个方面：1、该区域空燃比加浓保护部件在耐受的温度范围内造成的燃烧效率减弱，EGR可降低燃烧温度，减稀空燃比，提高燃烧效率;2、通过降低混合气点燃温度来增加工质比热比，实现理论热效率的提高。3、提高发动机的抗爆震性能来改善爆震、优化燃烧重心，使燃烧重心更为接近CA50，提高发动机工作的等容度。
4  发动机EGE率的匹配方法与结果
4.1发动机EGR率的匹配方法如下：
1、发动机的VVT角度保持引入EGR前匹配好的VVT角度、喷油压力和喷油相位不变。
2、工况实现：PUMA设备控制发动机转速N和负荷为设定的目标值，INCA设置不同的EGR率来进行试验。
4.2  EGR率的匹配结果
图3是匹配完成后发动机万有特性工况对应的EGR率。从图3可看出：1400rpm～4400rpm转速范围内的中大负荷的EGR率都在2%以上，转速越高EGR率越大。在中等转速的中大负荷区域EGR率可以开得较大，均在10%以上。而小负荷工况、低速中大负荷工况和高速中大负荷工况的EGR率较小，EGR阀接近于关闭状态。这是因为中高转速的中大负荷区域可以通过增大EGR率来降低传热损失、提高等度和优化燃烧重心，从而实现油耗率与排放的优化。而小负荷工况、低速中大负荷工况和高速中大负荷工况，为了兼顾发动机的燃烧稳定性、动力性以及经济性，这些区域的EGR阀接近于关闭状态。