EGR和VVT在汽油机涡轮增压中的应用毕业论文.pdf

工学工学硕硕士学位论文士学位论文 egr 和 vvt 在汽油机涡轮增压中的应用 the appliction of egr and vvt on a turbocharged gasoline engine 范振阳范振阳 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学 2015 年年 6 月月 国内图书分类号：tk124 学校代码：10213 国际图书分类号：621.18 密级：公开 工工学学硕硕士学位论文士学位论文 egr 和 vvt 在汽油机涡轮增压中的应用 硕 士 研 究 生 ： 范振阳 导 师 ： 杨建国教授 申 请学位 ： 工学硕士 学科 ： 动力工程及工程热物理 所 在 单 位 ： 汽车工程学院 答 辩 日 期 ： 2015 年 6 月 授予学位单位 ： 哈尔滨工业大学 classified index: tk124 u.d.c: 621.18 dissertation for the masters degree in engineering the appliction of egr and vvt on a turbocharged gasoline engine candidate： fan zhenyang supervisor： prof. yang jianguo academic degree applied for： master of engineering speciality： power engineering and engineering thermophysics affiliation： school of automobile engineering date of defence： june, 2015 degree-conferring-institution： harbin institute of technology 摘 要 - i - 摘 要 废气涡轮增压是目前汽油机重要的发展方向之一。 某型 2.0l 气道喷射自然 吸气汽油机匹配废气涡轮增压器后，厂家实验数据显示，相比于原自然吸气汽 油机，增压后功率和扭矩得到显著提升，但平均有效燃油消耗率也增加了约 10%。本文的研究目的是对该型汽油机的增压匹配进行评估，寻找出匹配中存 在的问题，提出相应的解决方法，并进行仿真模拟分析。 首先搭建了该型增压汽油机的 gt-power 仿真模型，并利用台架实验数 据对仿真模型进行标定，验证其有效性。在此基础上，对增压器与发动机的匹 配情况进行了考察和评估。分析实验数据发现，外特性下 2000r/min4800r/min 转速范围内， 增压后发动机的输出扭矩为 280n m， 未达到设计目标值 290n m； 而且增压后发动机有效燃油消耗率平均增加约 10%。此外通过仿真分析发现， 低速全负荷下压气机喘振裕度不足，有发生喘振的可能性。 针对外特性下低转速容易发生喘振和中高转速段扭矩不足的问题，分析了 vvt 技术对提高喘振裕度和增大输出扭矩的效果。在分析进、排气可变配气正 时对增压汽油机动力性、经济性影响的基础上，以扭矩输出最大为优化目标， 以进、排气 vvt 开度为优化变量，优化分析结果表明：优化后最不利转速时 的喘振裕度由 10.9%提升到 22%，低速区扭矩平均增加 4%， 但低速区的燃油经 济性有所下降；中高转速区扭矩提升有限；最大功率提升 1.5kw。 针对汽油机增压后有效燃油消耗率增加较多的问题， 分析了其产生的原因。 主要原因是增压后爆震倾向增加、排气温度上升，为了避免爆震而推迟点火又 促使排气温度进一步上升，为保护涡轮采用浓混合气来控制排气温度，从而增 加了油耗。 为了降低油耗， 本文提出了采用外部冷却 egr 技术来改善增压汽油机燃油 经济性的措施。通过建立 gt-power 仿真模型，对加入 egr 后的增压汽油机 进行模拟计算分析，结果表明：egr 能够有效降低爆震倾向，降低涡轮前排气 温度，但会使扭矩和功率有所下降。 为了提高扭矩和功率，本文进一步采取了提高进气压力的方法。研究结果 表明：在 5%egr 率下，通过优化 ca50、ca90、进气压力和燃空当量比，可 实现扭矩基本保持在加入 egr 前水平的前提下，有效燃油消耗率平均降低约 10%，涡轮前排气温度降低约 20。 在此基础上，本文进一步研究了通过优化 ca50、ca90、进气压力、燃空 摘 要 - ii - 当量比、进气 vvt 开度、排气 vvt 开度来改善增压汽油机的性能。模拟研究 结果表明： 在保证加入 egr 前后扭矩不降低的条件下， 进一步使有效燃油消耗 率平均降低约 7%。 关键词：汽油机；涡轮增压；vvt；egr；gt-power abstract - ii - abstract exhaust turbocharging is one of important development directions of gasoline engine. this paper focuses on a 2.0l exhaust turbocharged port fuel injection engine. since the manufacturer has conducted the preliminary matching work, this paper lays emphasis on the evaluation of the turbo-charged engine. according to the experimental data from the manufacture, compared with the naturally aspirated engine, turbocharged engine has significantly boosted the output power and torque. however the brake specific fuel consumption (bsfc) increases by about 10% averagely at wot operation. the purpose of this paper is to evaluate the turbocharged gasoline engine matching condition, to find out the problems existing in the match, to put forward the corresponding solutions and conduct simulation analysis. firstly, a simulation model was established by using the software gt-power, then the model was validated by experimental data at wot operation. on this basis, the matching condition between turbocharger and engine was investigated and evaluated. experimental data shows that the turbocharged engine output torque is 280 n m, which is 10 n m lower than the design objective. meanwhile the bsfc increases by about 10% averagely at wot operation. moreover, the simulation analysis found that the compressor surge margin was not enough at low speed, which may cause surge and make the compressor damaged. in view of the possibility of surge at low speed and the insufficient output torque at middle and high speed, this paper analyzed the effects of dvvt (double variable valve timing) on improving the surge margin and output torque. on this basis, with the vvt angle as optimization variables and the maximum output torque as optimization objective, an optimized analysis has been done. the optimization results show that the surge margin is enhanced from 10.9% to 22.0% and the torque is improved by an average of 4% at low speed. however, the bsfc increases a little at low speed. in addition, the torque is improved finitely in middle and high speed, and the maximum output power increases by 1.5 kw. for the significant increase of the bsfc of the turbocharged engine, this paper analyzed the causes of this problem. the main reasons are that ignition time is abstract - iii - delayed to avoid the occurrence of knock and rich mixture is used to suppress exhaust temperature. external cooled egr technology is proposed as a solution to the problem in order to decline the fuel consumption. through the gt-power model, simulation is conducted to investigate the effects of external cooled egr on the performance of the turbocharged engine. the research results show that egr can effectively reduce knock intensity and make the exhaust temperature decease. however, it can make the torque and power down. in order to improve the torque and power, this paper adopts the method of enhancing boost pressure. the results show that under the egr rate of 5%, by optimizing the ca50, ca90, boost pressure and f/a, brake specific fuel consumption effectively decreases by 10% averagely and the output torque can be restored. meanwhile, turbine inlet temperature deceases by 20. on this basis, this paper further optimized ca50, ca90, boost pressure, f/a, the phase displacement of intake vvt and phase displacement of exhaust vvt to improve the performance of the turbocharged gasoline engine. simulation results showed that without damaging the output torque, the brake specific fuel consumption decreases by 7% averagely. by means of employing external cooled egr technology, this paper finds a balance between the power output and the fuel economy of the turbocharged gasoline engine. keywords: gasoline engine, exhaust turbocharging, vvt, egr, gt-power 目 录 - iii - 目 录 摘 要 . i abstract . ii 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题背景及意义 . 1 1.2 课题研究现状 . 2 1.2.1 汽油机废气涡轮增压技术研究现状 . 2 1.2.2 汽油机可变配气正时技术研究现状 . 4 1.2.3 汽油机 egr 技术研究现状 . 6 1.3 本文的主要研究内容 .11 第 2 章 增压汽油机仿真模型建立及增压器匹配评价 . 12 2.1 增压汽油机仿真模型的建立 . 12 2.1.1 进气系统搭建 . 12 2.1.2 缸内热力过程模型 . 15 2.1.3 排气系统建模 . 16 2.1.4 配气系统建模 . 17 2.1.5 涡轮增压器建模 . 17 2.1.6 pid 控制系统 . 20 2.2 模型有效性验证 . 21 2.3 涡轮增压汽油机匹配评价 . 22 2.3.1 发动机与涡轮增压系统的匹配评价规范 . 22 2.3.2 涡轮增压系统匹配评价 . 23 2.4 本章小结 . 26 第 3 章 vvt 对增压汽油机性能影响的研究 . 27 3.1 进排气基础相位角 . 27 3.2 进气可变正时对增压汽油机性能的影响 . 28 3.2.1 低转速下进气可变正时对增压汽油机性能的影响 . 28 3.2.2 中间转速下进气可变正时对增压汽油机性能的影响 . 29 3.2.3 高转速下进气可变正时对增压汽油机性能的影响 . 31 3.3 排气可变正时对增压汽油机性能的影响分析 . 32 3.3.1 低转速下排气可变正时对增压汽油机性能的影响 . 32 3.3.2 中间转速下排气可变正时对增压汽油机性能的影响 . 34 3.3.3 高转速下排气可变正时对增压汽油机性能的影响 . 36 目 录 - iv - 3.4 进排气可变正时的优化 . 38 3.4.1 进排气可变正时优化初选相位角的选择 . 38 3.4.2 进排气可变正时优化结果分析 . 38 3.5 本章小结 . 41 第 4 章 egr 对气道喷射增压汽油机性能改善的研究. 42 4.1 egr 系统的选择和布置 . 42 4.2 低转速 egr 系统的实现 . 43 4.2.1 排气扩压. 43 4.2.2 进气节流降压 . 44 4.3 中高转速下 egr 对增压汽油机性能改善的研究 . 45 4.3.1 爆震模型的修正 . 45 4.3.2 egr 对增压汽油机性能的影响 . 47 4.3.3 点火提前角对引入 egr 后增压汽油机性能的改善 . 49 4.3.4 引入 egr 后增压汽油机性能的多因素优化分析 . 50 4.4 中高速下 egr 与 vvt 协同作用的研究 . 52 4.5 本章小结 . 54 结 论 . 55 参考文献 . 56 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 . 60 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 . 61 致 谢 . 62 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 1 - 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景及意义 国务院印发的节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020 年） 中明 确指出我国汽车燃油经济性须要得到明显改善。具体目标是： 2015 年当年 生产的乘用车和节能型乘用车燃料平均燃料消耗量分别降至 6.9 升/百公里和 5.9 升/百公里；2020 当年生产的乘用车和节能型乘用车燃料平均燃料消耗量 在 2015 年基础上分别降低 1.9 升/百公里和 1.4 升/百公里。而 2014 年，我国 乘用车销售量依然高速增长，累计销售 1970.06 万辆，同比增长 9.89%。大 排量的多功能汽车（mpv）和运动型多用途汽车（suv）销售增长迅速，其 中 mpv 销售 191.43 万辆，同比增长 46.79%；suv 销售 407.79 万辆，同比 增长 36.44%。由此看出，当前我国快速增长的汽车消费需求与国家节能减排 总体要求之间的矛盾日益突出。因此，在国家节能减排和日趋严格的油耗限 值的大形势下，需要大力推广、应用先进的发动机节能技术。汽油机废气涡 轮增压技术和可变气门正时技术因具有较高的节能潜力和发展空间受到越来 越多的关注。 废气涡轮增压技术是利用发动机排气具有较高的温度和一定的压力，使 排气在涡轮中膨胀加速，推动涡轮高速旋转；涡轮带动与其同轴的压气机对 进气进行压缩，提高发动机进气压力，增大进气量，以达到增大输出功率的 目的1109。废气涡轮增压技术能够提高热效率和机械效率，使发动机的燃油 经济性得到改善256-57；同时升功率增加，在相同的动力性输出情况下，减小 了发动机排量，实现了发动机小型化3,4。其次，由于进气量增大，燃烧比较 充分，污染物排放也得到一定的改善。 可变气门正时技术作为一种成熟技术越来越多地应用到汽油机上，它通 过一套控制系统，根据发动机的运行工况，适时地调整进、排气门开启和关 闭时刻，从而在全负荷下提高发动机的充气效率，达到增大扭矩和功率的效 果；并能在部分负荷工况下，通过降低泵气功损失，达到提高有效热效率、 改善燃油经济性目的51-3。 单一涡轮增压技术和可变气门正时技术都有着良好的节油效果，若联合 运用这两种技术可以作为近期节能减排的过渡方案。 本文以国内某企业的技术需求为出发点， 将一台 2.0l 自然吸气发动机改 造成废气涡轮增压发动机。厂家对涡轮增压系统进行了初步选型匹配，并对 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 2 - 增压后的机型进行了性能摸底试验，从实验数据来看，增压后发动机基本达 到了预定设计目标，最大功率为 149kw，在 2000r/min4800r/min 转速范围 内扭矩提高到 280n m，但较设计目标 290 n m 有一定差距。但增压后为防 止爆震发生，采用了降低压缩比和推迟点火等方法，使得增压汽油机外特性 下有效燃油消耗率比原机型平均增加 10%。因此，本文的主要工作改善增压 后发动机动力性和经济性。 1.2 课题研究现状 1.2.1 汽油机废气涡轮增压技术研究现状 汽油机废气涡轮增压是指将汽油机排出的废气引入涡轮，利用废气中的 能量（主要是热能和压能）推动涡轮高速旋转，带动与涡轮同轴的压气机压 缩新鲜空气，经中冷器冷却后进入进气歧管，典型的废气涡轮增压系统如图 1-1 所示。根据增压系统利用废气能量的方式的不同可以分为定压系统和脉 冲系统。定压涡轮增压系统把所有缸的排气歧管都汇集到一个较大容积的排 气总管，排气总管起到稳压的作用。而脉冲涡轮增压系统是将各缸排气歧管 中的脉冲气流直接通入涡轮中，以尽量减小定压系统废气汇集到总管时出现 较大的不可逆膨胀损失。脉冲增压系统在废气能量利用方面优于定压系统， 定压系统损失的可用能约有 40%50%可以在脉冲系统中得到利用1114。 图 1-1 典型废气涡轮增压系统结构图 汽油机采用涡轮增压可以显著提高发动机升功率，降低燃油消耗，同时 还可以提高对高原环境的适应能力。但是汽油机增压以后也存在诸多问题， 首先是增压之后发动机热负荷增大，爆震倾向增加。为此不得不推迟点火、 降低压缩比，导致发动机热效率下降62。增压中冷技术可以有效降低热负荷 和爆震倾向因而被广泛应用。此外，增压之后发动机在低速及部分负荷工况 下存在转矩不足和加速性能变差的问题。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 3 - 针对废气涡轮增压技术，国内外学者进行了大量卓有成效的研究。在国 内方面，施新等人对 491qe 汽油机涡轮增压系统进行了设计和模拟计算，对 比了定压排气管和脉冲转换排气管两种增压系统，结果表明，脉冲增压系统 对废气能量的利用高于定压增压系统7。目前双流道增压器在汽车上的应用 日渐增多，与单流道增压器相比可更大程度地利用废气能量，进而实现更高 强度的增压。 广西大学的李露露对一款汽油机选配了增压器和中冷器，增压后发动机 性能基本达到预期目标，功率和扭矩得到大幅提高，最小燃油消耗率降低 9.7%256-57。 湖南大学的王树青对某款 1.0l 自然吸气发动机进行了增压器匹配工作， 并优化了增压发动机的进排气歧管。研究表明：增压机型的输出扭矩比原机 型增加了 41.7%，油耗比原机型有所升高。将两款发动机搭载在同一整车上， 进行新欧洲道路循环工况下整车油耗测试，结果表明: 在保持整车动力性不 变的条件下，相较于 1.3l 自然吸气发动机，该款增压发动机可以使整车油耗 降低 5.18%8。 湖南大学的罗海鹏对汽油机两级增压系统进行了研究，并对单级涡轮增 压、复合涡轮增压和两级增压系统的低速转矩特性、动态响应特性和燃油经 济性进行对比分析，结果表明:与单级涡轮增压相比，复合增压与两级涡轮增 压发动机的低速转矩最大增幅分别为 62.80%和 54.35%，比油耗最大降幅分 别为 23.45%和 22.71%；动态响应特性从快到慢排列次序为复合增压、两级 涡轮增压、单级涡轮增压9。 胡辽平等人对汽油机可变几何截面增压和废气再循环的匹配进行了仿真 研究。 研究结果表明： 在低负荷下， 合理选取 egr （exhaust gas recirculation） 率可以改善汽油机燃油经济性， 低速时最大 egr 率可达 51%， 但过高的 egr 率，会导致燃油消耗增加；在中高负荷下，egr 率为 0 时，可以降低燃油消 耗，但随着 egr 率的增加，燃油消耗增加，并且 egr 率过高还会造成动力 损失严重，不能达到目标值10。 谢文尚等人对电动增压系统在小排量汽油机中的应用进行了研究。匹配 了开发了电动增压系统的控制系统，并对匹配的电动增压系统进行了台架试 验。试验表明，采用电动增压器后，汽油机最大扭矩增加 15%，最小燃油消 耗率减少 2%11。 此外，颜平涛等人基于 avl-boost 软件对汽油机增压器匹配进行了研 究，在对原发动机进行标定的基础上进行了分析计算。仿真结果表明发动机 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 4 - 与压气机联合运行曲线落在喘振线上，原压气机匹配过大；换用较小的涡轮 增压器后，喘振余量增大，而且低转速区扭矩增大约 6n m12。 国外对汽油机增压研究较早，dominique petitjean 等人在文献中指出， 统计显示，在相同的动力性输出情况下，与非增压汽油机相比，增压汽油机 可以实现排量减小 30%，油耗降低 810%，同时扭矩和加速性能得到提高3。 s. m. shahed 等人通过简单模型计算对涡轮增压技术的节油潜力进行了 研究，研究表明增压可以使发动机排量减小 40%，油耗最大降低 21%41-5。 yang shiyou等 人 对 两 级 增 压 中 冷 、 vgt （ variable geometry turbocharger）涡轮增压系统进行了研究，仿真结果显示，在外特性下，两级 中冷增压系统最大扭矩提高 4171%，有效燃油消耗率降低 45%13。 bertrand lecointe 等人对汽油机缸内直喷增压技术进行了研究。研究表 明，与气道喷射增压汽油机相比，在低速大负荷时缸内直喷增压汽油机可以 提高抗爆震性，文献中以雷诺 1.8ide 发动机与 3.0l 自然吸气发动机进行对 比，在相同的动力性输出下，实现节油 15%以上；在全负荷工况下，有效燃 油消耗率控制在 300g/kw h 以下14。 loic francqueville等人进行了高负荷下egr对增压汽油机性能影响的研 究，研究结果表明，在 1200r/min 下，指示平均压力（imep）为 19bar 时， egr 可以使净指示燃料消耗率 （isfc） 降低 17%； 在 5000r/min 下， 降低 6%。 最大许用 egr 率随转速升高减小，低速时最大许用 egr 率超过 30%，而高 转速下为 22%15。 综合国内外文献研究，汽油机涡轮增压可以实现发动机小排量化，改善 动力性和燃油经济性。相比于定压增压系统，脉冲增压系统能够更高效地利 用废气能量，两级增压系统比单级涡轮增压系统有更好的动态响应，低速区 有更大的扭矩输出，更好的燃油经济性。汽油机电动增压器系统，响应性迅 速，但受限制于增压比，适用于低度增压。废气涡轮增压系统和 egr 配合使 用有更好的应用前景。 虽然汽油机增压技术相对成熟，但是汽油机增压以后也存在诸多问题， 且因发动机型式、增压方式和设计要求的不同而不同。因此有必要针对某一 特定机型进行全面考察和研究，为增压后发动机性能提升提供依据和指导。 1.2.2 汽油机可变配气正时技术研究现状 配气正时（配气相位）对发动机动力性、经济性及污染物排放具有重要 影响。配气正时技术分为可变气门正时 vvt（variable valve-timing）和可变 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 5 - 气门升程 vvl(variable valve-lifting)。可变气门正时是根据发动机转速变化 来调整配气相位，获得最佳的配气正时角，提高发动机动力性和经济性。而 可变气门升程是根据发动机转速变化调整气门升程以获得最佳的气门升程， 较好地解决了发动机高速动力性和低速经济性的矛盾，同时在一定程度上降 低了排放，全面提升了发动机性能。 早期的配气正时技术仅可以根据发动机转速变化改变配气相位，后来发 展到可以同时改变配气相位和气门升程，如本田的 vtec（variable valve timing and valve lift electronic control systerm）机构，其采用两个不同型线 的高速凸轮和低速凸轮。此外，日本三菱公司开发了多模式可变正时机构 mivec（mitsubishi innovative valve timing and lift electronic control systerm） ，该机构采用双顶置凸轮轴，凸轮分为高速凸轮和低速凸轮两种 1683。而 bmw 公司开发的 valvetronic 装置可以实现气门正时和气门升程的 连续可调。 国内许多学者和机构对可变气门技术开展了大量研究，重庆大学的李立 军等人对汽油机的 vvt控制策略进行了研究， 提出了在部分负荷时釆用 vvt 与节气门联合控制的方式。在低负荷下釆用较大的节气门开度，通过改变进 气门的开启持续期来控制进气量，实现了大节气门开度下的低负荷控制17。 刘国军等人对某型进排气双 vvt 缸内直喷增压发动机进行了试验研究。 试验结果表明，低速高负荷下采用较小的气门重叠角，可以提高充气效率； 而中速高负荷下采用较大的气门重叠角，可以提高充气效率。部分负荷下， 采用较小的气门重叠角有利于提高发动机稳定性18。 王永生等人通过试验的方法研究了 vvt 和涡轮增压中冷技术对汽油机 热效率的影响。试验结果表明，vvt 和 tci 都可以有效提高发动机热效率， 当 vvt 和 tci 技术联合作用时，部分负荷下热效率提升相对较低，大负荷 下热效率提升相对较为明显，且在一定范围内可以达到调节负荷的效果19。 清华大学的徐雅齐对利用扫气抑制增压直喷汽油机的爆震进行了试验研 究，通过增大进气早开角增大扫气并不能够有效抑制超级爆震，而通过推迟 排气门关闭角度实现扫气则能够抑制发动机的超级爆震，但扫气使得发动机 的排气温度下降、油耗上升。nox、thc 和 co2排放下降，co 排放上升20。 此外，姬腾飞21和天津大学的学者对可变气门的控制机构进行了研究， 后者基于自抗扰控制技术提出了一种新型电控液压 vvt 装置，采用混合抗 干扰抑制控制策略，实现了更快的响应，且对发动机转速和油压变动有更好 的抗性22。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 6 - 国外对可变配气正时技术的研究相对较早。2003 年，f. bozza 等人通过 一维仿真，从理论上建立了带 vvt 发动机充气效率与发动机转速、进气歧 管压力以及凸轮轴转角之间的关系式，用于 vvt 发动机的空燃比控制23。 t. leroy 等人对一款带 vvt 增压汽油机建立了计算缸内空气质量和残余废气 量的模型24。 srinivasan venugopalan 等人提出了三种改善汽油机燃油经济性的策略： 通过进气早开、排气晚关来改变气门重叠角、可变压缩比以及两者结合25。 f. bozza 等人对一台 4 缸 8 气门， 双 vvt、 高压 egr 汽油机进行了一维仿真， 通过优化凸轮相位角、点火提前角、节气门开度、egr 率实现了在低负荷下 有效燃油消耗率最低， 与普通气门正时相比， 有效燃油消耗率降低了 7%51-5。 g. fontana 等人在部分负荷工况下，通过控制 vvt 实现了内部 egr 和 逆米勒循环，增大了节气门开度，降低了泵气功损失，改善了燃油经济性26， i. gentile 等人也对进行了类似研究，通过高内部 egr，逆米勒循环和液压控 制连续可变气门正时，降低了部分负荷工况下的泵气功损失，这一新技术在 欧洲新道路循环测试中可降低 67%的油耗27。 guillaume bourhis 等人对一台 2.0l 缸内直喷、进排气独立 vvt、低压 清洁 egr 发动机进行了试验研究，指示平均有效压力在 610bar 之间、egr 率在 015%之间变动， 内部 egr 在 48%变动。 实验结果表明， 在 2000r/min， 指示平均压力 10bar 下，通过优化 vvt 开度，指示燃料消耗率降低 4%，有 效燃油消耗率降低了 12g/kw h，这主要得益于内部 egr 从 6%降到 4%。 10%egr 率下，有效燃油消耗率还可以进一步降低 3 g/kw h。1500r/min 下， 指示平均有效压力为 8bar，内部 egr 从 5%升到 8%，指示燃料消耗率增加 了 8%；主要原因是内部 egr 增大了压缩终了温度，增大了爆震倾向28。 从文献中可以看出，可变配气正时通过改变气门重叠、有效压缩比，实 现了在部分负荷时降低泵气功损失，改善燃油经济性。通过可变正时实现内 部 egr 和逆米勒循环可以进一步降低油耗。但是内部 egr 残余在缸内的为 高温废气，对抑制爆震产生不利影响，降低油耗程度有限。若采用外部冷却 egr 与可变正时技术相结合，可以更大程度地降低燃油消耗率。 1.2.3 汽油机 egr 技术研究现状 egr 分为外部 egr 和内部 egr。 外部 egr 是指将排气管内的废气引入 到进气系统中，与新鲜空气混合后再进入气缸；而内部 egr 是通过改变配气 相位使部分废气留在缸内， 因此实现内部 egr 的前提是配置有可变配气正时 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 7 - 机构。外部 egr 又分为高压、低压和混合 egr294，其结构示意图如图 1-2 所示。 a）高压 egr 结构 1 b）高压 egr 结构 2 c）低压 egr d）混合 egr 图 1-2 egr 系统布置示意图 高压 egr 是指从涡轮前引出废气，经 egr 冷却器冷却后，进入压气机 后与新鲜空气混合。高压 egr 又分为两种结构，一种是在中冷器前与新鲜空 气混合，经中冷器共同冷却后进入进气道，如图 1-2 a）所示；另一种是在中 冷器后与新鲜空气混合，如图 1-2 b）所示。为保证充气效率，结构 2 所示高 压 egr 需要将废气从很高温度冷却到与环境温度相近的温度， 需要一个高效 egr 冷却器和大流量的冷却液，这对 egr 冷却器的设计提出了挑战。对于 增压汽油机，在低转速高负荷时，涡轮前的排气压力小于压气机后的进气压 力，废气不能依靠自然压差与进气混合，需要进行排气扩压或者进气节流， 造成了节流损失。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 8 - 低压 egr 是指废气从涡轮后引出，经 egr 冷却器后进入压气机前与新 鲜空气混合。由于涡轮后的排气压力与压气机前的进气压力压差较小，因此 需要安装高渗透率的 egr 冷却器和 egr 阀，以尽量减小压力损失，保证废 气可以依靠自然压差与新鲜空气混合，如图 1-2 c）所示。同时，由于涡轮后 的排气温度较低，降低了对 egr 冷却器的要求，易于实现。低压 egr 又分 为 clean egr （清洁 egr） 和 dirty egr （不清洁 egr） 两种结构。 clean egr 是指废气先经过三元催化转换器处理，然后与新鲜空气混合进入压气机。由 于废气经过三元催化转换器时，其中的陶瓷颗粒会随废气进入压气机，对压 气机叶轮造成腐蚀，因此需要对压气机叶轮添加保护涂层。dirty egr 是指 废气不经过三元催化转换器处理直接与新鲜空气混