汽車用汽油機(jī)egr率特性試驗(yàn)研究

汽車用汽油機(jī)egr率特性試驗(yàn)研究

1egr性能特性在最大總重量超過3.5噸的車輛使用中，對(duì)于co、hc和nox等有害氣污染，處理nox是最困難的。為了降低nox排放，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。換句話說，egr率應(yīng)該合理，不僅要減少nox，還要對(duì)整個(gè)機(jī)器的其他性能產(chǎn)生最小部分影響。在這項(xiàng)工作中，我們優(yōu)化了基于兩壓力控制的系統(tǒng)egr率特性，并比較了兩種系統(tǒng)的egr率性能和排放試驗(yàn)結(jié)果。2空燃比及尾氣污染物濃度的測定試驗(yàn)使用一臺(tái)排量為2.2L、壓縮比為8.1的4缸化油器式汽油機(jī).試驗(yàn)時(shí),用閥門控制排氣回流量,以便獲得不同流量的EGR,并由MEXA-1220EGR排氣再循環(huán)率測量儀測量EGR率.EGR率的定義式為進(jìn)氣管中CO2濃度占排氣量中CO2濃度的百分?jǐn)?shù).化油器供油量可調(diào),可在較寬的范圍內(nèi),獲得設(shè)定的空燃比數(shù)值.由MEXA-8220D排氣分析儀測定空燃比及各種排氣污染物濃度.3egr率特性“九工況”排放試驗(yàn)主要測定整機(jī)2000r/min10%、25%、55%、90%負(fù)荷(指2000r/min最大扭矩的百分比,下同)工況的排放物,因此本文將闡述整機(jī)2000r/min負(fù)荷特性上的EGR規(guī)律.整機(jī)優(yōu)化EGR率特性是對(duì)整機(jī)2000r/min各負(fù)荷進(jìn)行充分的EGR率優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)后,綜合各負(fù)荷的優(yōu)化結(jié)果后獲得的.試驗(yàn)時(shí)各負(fù)荷的EGR率的優(yōu)化調(diào)整在定功率、定空燃比下進(jìn)行.高的EGR率,意味著NOx降低較大,但同時(shí)也將使HC排放增加和油耗惡化.因此綜合考慮各工況在排放試驗(yàn)中的重要程度,采用EGR后產(chǎn)生的降低NOx的積極作用及惡化HC排放及油耗指標(biāo)的負(fù)面效果,合理確定各負(fù)荷EGR率,使整機(jī)NOx比排放與HC比排放之和有明顯改善、經(jīng)濟(jì)性基本可保持原機(jī)水平,將是優(yōu)化EGR率數(shù)值的確定原則.3.1負(fù)荷的排放控制率調(diào)整特性(2000r/min、定A/F)本研究對(duì)整機(jī)2000r/min10%、25%、55%、75%、90%各負(fù)荷工況都進(jìn)行了全面的EGR率調(diào)整特性試驗(yàn).部分試驗(yàn)結(jié)果見圖1.25%負(fù)荷為小負(fù)荷工況,在“九工況”排放試驗(yàn)中出現(xiàn)次數(shù)最多.整個(gè)“九工況”排放試驗(yàn)各25%負(fù)荷工況累加的NOx排放量占整機(jī)總排放量的1/4以上,有效降低該負(fù)荷的NOx排放量非常重要.從圖1的25%負(fù)荷排放物及比油耗be隨EGR率的變化趨勢(shì)看,當(dāng)EGR率為9%時(shí),NOx降低約75%,HC增加約30%,be增加了約2.7%(可通過點(diǎn)火調(diào)整得到一定恢復(fù)).當(dāng)EGR率再增加時(shí),NOx的降低趨勢(shì)減緩,而HC、be的惡化將繼續(xù).因此綜合考慮,最后確定該負(fù)荷的優(yōu)化EGR率為9%.55%負(fù)荷雖然在“九工況”排放試驗(yàn)中僅占2個(gè)工況,但由于其單工況權(quán)重比例大,NOx排放物濃度高,是NOx排放控制的重點(diǎn)工況,在HC不明顯增加的條件下,希望該負(fù)荷有較多的EGR量,使NOx能得到大幅度的降低.從圖1看到,采用10%左右的EGR率可使NOx排放減少約70%.當(dāng)EGR率增加到13%時(shí),其NOx仍有所降低,考慮到該EGR率下be不惡化,HC增加不多,所以該負(fù)荷的EGR率可選取13%.90%負(fù)荷,從圖1看,在EGR率達(dá)到8%后,再加大EGR量,NOx排放已不再明顯降低,同時(shí)注意到90%負(fù)荷已接近全負(fù)荷狀態(tài),為充分保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性,該負(fù)荷的EGR率確定為8%即可.10%、75%負(fù)荷的優(yōu)化結(jié)果表明,10%負(fù)荷不宜進(jìn)行EGR,即EGR率為0;75%負(fù)荷的EGR率為10%左右最佳.3.2優(yōu)化特性分析綜合以上優(yōu)化結(jié)果,2000r/min負(fù)荷特性上應(yīng)具有的EGR率優(yōu)化特性曲線如圖2中的曲線1所示.在此優(yōu)化特性下,九工況排放試驗(yàn)與原機(jī)的對(duì)比結(jié)果如表1.可見,在優(yōu)化EGR率特性下,整機(jī)的NOx降低68%.HC+NOx降低43%(HC增大約33%),CO降低27%,綜合排放降低效果非常明顯.4壓力試驗(yàn)和egr系統(tǒng)的egr率特性和排放試驗(yàn)結(jié)果4.1排壓濾波器設(shè)計(jì)本研究開發(fā)了兩種壓力控制式EGR系統(tǒng),即負(fù)壓控制式EGR系統(tǒng)和排壓控制式EGR系統(tǒng),后者的組成及結(jié)構(gòu)如圖3所示.排壓控制式EGR系統(tǒng)是在負(fù)壓控制式EGR系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,對(duì)EGR主體閥進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)改造,并增加排壓轉(zhuǎn)換器形成的.排壓轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)如圖3b所示,其作用是修正來自化油器側(cè)的進(jìn)氣管負(fù)壓,使實(shí)際作用于EGR閥上的負(fù)壓特性更為合理,改善負(fù)壓控制式EGR系統(tǒng)不夠理想的EGR率特性.橡膠膜片11感知排氣壓力的變化.負(fù)荷小,排氣壓力低、空氣補(bǔ)入量孔10開放,來自化油器側(cè)負(fù)壓接管15的高負(fù)壓被降低,使實(shí)際作用于EGR閥6上的負(fù)壓較低,閥開度小,EGR量低.反之,負(fù)荷大,排氣壓力高,膜片11上移,量孔10進(jìn)入空氣量少或被關(guān)閉,作用于EGR閥的負(fù)壓大,開度大,EGR量多.4.2負(fù)壓控制及排壓控制egr系統(tǒng)負(fù)壓控制式EGR系統(tǒng)的開度直接受控于EGR閥取氣孔處的負(fù)壓變化規(guī)律,其EGR率特性(曲線2)的顯著特點(diǎn)是:①小負(fù)荷的EGR率偏高,易造成這部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性的惡化;②隨著負(fù)荷的增加,EGR率快速下降,使中大負(fù)荷的EGR率低于優(yōu)化值,達(dá)不到大幅度降低中等負(fù)荷的NOx排放的目的.排壓控制式EGR系統(tǒng)EGR率特性(曲線3)比負(fù)壓式系統(tǒng)更接近優(yōu)化EGR率特性.小負(fù)荷的EGR率不高,完全可以達(dá)到優(yōu)化值,中等負(fù)荷EGR率不隨負(fù)荷的增加、進(jìn)氣管負(fù)壓的降低快速下降,而是仍保持有較高的EGR率水平,只是在整機(jī)90%負(fù)荷,由于受進(jìn)氣管負(fù)壓較低和排壓轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)范圍的限制,給出的EGR率與優(yōu)化值差距較大.兩種EGR系統(tǒng)及與原機(jī)的排放試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見表1.使用負(fù)壓控制式和排壓控制式EGR系統(tǒng),可使NOx排放分別比原機(jī)降低39.9%和50.8%(HC分別增加約35%和29.5%),HC+NOx分別降低21%和31%.排壓控制EGR系統(tǒng)對(duì)HC+NOx的控制,與優(yōu)化EGR率特性相比,尚有一定的差距,但比負(fù)壓控制式EGR系統(tǒng)要好得多,油耗指標(biāo)惡化相對(duì)較少.使用該EGR系統(tǒng)的整機(jī)HC+NOx排放指標(biāo)可滿足2000年后限值要求.5優(yōu)化egr率特性①用EGR控制汽油機(jī)排放時(shí),關(guān)鍵工況EGR率的確定,應(yīng)以NOx大幅度降低,而HC和油耗又不明顯增加為原則.②使用優(yōu)化