留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

LP-EGR和电增压协同技术对汽油机性能的影响

韩敬贤 黄昭明 王利 陈伟国 潘金元

韩敬贤, 黄昭明, 王利, 陈伟国, 潘金元. LP-EGR和电增压协同技术对汽油机性能的影响[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(1): 82-87. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200334
引用本文: 韩敬贤, 黄昭明, 王利, 陈伟国, 潘金元. LP-EGR和电增压协同技术对汽油机性能的影响[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(1): 82-87. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200334
HAN Jingxian, HUANG Zhaoming, WANG Li, CHEN Weiguo, PAN Jinyuan. Effects of LP-EGR and Electric Charger Synergy on Performance of Gasoline Direct Injection Engine[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(1): 82-87. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200334
Citation: HAN Jingxian, HUANG Zhaoming, WANG Li, CHEN Weiguo, PAN Jinyuan. Effects of LP-EGR and Electric Charger Synergy on Performance of Gasoline Direct Injection Engine[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(1): 82-87. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200334

LP-EGR和电增压协同技术对汽油机性能的影响

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200334
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51806143

安徽省高校自然科学研究项目 KJ2020A0837

安徽省高校自然科学研究项目 KJ2020A1141

详细信息
    作者简介:

    韩敬贤(1982-), 副教授, 硕士, 研究方向为高效燃烧发动机, 51664196@qq.com

    通讯作者:

    黄昭明, 副教授, 硕士, jimmymacy@163.com

  • 中图分类号: TK421.5

Effects of LP-EGR and Electric Charger Synergy on Performance of Gasoline Direct Injection Engine

  • 摘要: 在一款采用废气涡轮增压的直喷汽油机上,进行了电动增压器和低压废气再循环(Low pressure exhaust gas recirculation,LP-EGR)技术组合对发动机经济性、NOx排放特性以及动力性、EGR率瞬态响应特性影响的试验研究。结果表明:电增压工作时,低速外特性EGR率可达到25%,使得1 250~2 000 r/min外特性的燃烧相位提前,油耗相对于电增压不工作时下降8.5%~10%,同时NOx排放显著降低;而在部分负荷工况下,电增压的泵吸作用使得最大EGR率大于30%,取得了油耗和NOx排放同时改善的综合效果,且最高油耗下降率可达10.8%;此外电增压工作时,1 500 r/min下负荷从0.2 MPa增大到1.5 MPa的瞬态响应时间缩短2/3;当发动机定转速加大负荷运行时,电增压工作时进气歧管目标EGR率的建立时间可缩短1.3 s,有效优化了发动机加速过程的运转控制参数。
  • 图  1  试验台架系统布置

    图  2  电动增压器工作后外特性最高EGR率对比

    图  3  发动机进气时新鲜进气与EGR流量

    图  4  EGR率提高后外特性油耗率变化

    图  5  EGR率提高后外特性NOx排放变化

    图  6  EGR率提高后外特性THC排放变化

    图  7  电动增压器工作后部分负荷最高EGR率对比

    图  8  EGR率提高后部分负荷油耗率变化

    图  9  EGR率提高后部分负荷NOx排放变化

    图  10  EGR率提高后部分负荷THC排放变化

    图  11  电动增压器工作时扭矩的动态响应过程

    图  12  电动增压器工作时缸内IMEP的动态响应过程

    图  13  电动增压器工作时进气歧管压力动态建立过程

    图  14  电动增压器对EGR提升的动态影响

    表  1  发动机主要结构参数

    结构及技术参数 指标
    缸径 74.5 mm
    行程 85.9 mm
    排量 1.498 L
    压缩比 12.5
    额定功率 96 kW
    额定转速 5 500 r/min
    峰值转矩 200 N·m/(1 400~4 000 r/min)
    进气增压方式 电子增压与废气涡轮增压
    涡轮增压器压气机流量 439.2 kg/h
    涡轮增压器涡轮机流量 0.012 3 kg/s
    喷射压力 350 bar
    排气歧管 集成式水冷排气歧管
    下载: 导出CSV

    表  2  电动增压器主要技术参数

    技术参数 指标
    驱动电压 48 V
    响应时间 300 ms
    最大功率 5.0 kW
    转速 0~700 00 r/min
    压比 1.45 [-]
    最大流量 300 kg/h
    下载: 导出CSV

    表  3  试验仪器及技术参数

    试验仪器 精度
    Kistler缸压传感器 < 0.5%
    电力测功机 ±10 r/min
    AVL动力测试台架 ±1.25 Nm
    空气流量计 1%
    热电偶温度传感器 0.3%
    下载: 导出CSV

    表  4  试验研究工况

    转速/(r·min-1) 负荷/MPa 电动增压器工作状态
    1 250 外特性 工作/不工作
    1 500 外特性 工作/不工作
    2 000 外特性 工作/不工作
    3 000 外特性 工作/不工作
    4 000 外特性 工作/不工作
    1 500 0.8, 1.1, 1.4 工作/不工作
    2 000 0.8, 1.1, 1.4 工作/不工作
    下载: 导出CSV
  • [1] HUA Z G, ZHENG Z X, PÉRA M C, et al. Remaining useful life prediction of PEMFC systems based on the multi-input echo state network[J]. Applied Energy, 2020, 265: 114791 doi: 10.1016/j.apenergy.2020.114791
    [2] 林歆悠, 伍家鋆, 魏申申. 双电机耦合驱动电动汽车驱动模式划分与优化[J]. 汽车工程, 2020, 42(4): 424-430 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC202004003.htm

    LIN X Y, WU J Y, WEI S S. Division and optimization of driving modes of electric vehicles with dual-motor coupling-propulsion powertrain[J]. Automotive Engineering, 2020, 42(4): 424-430 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QCGC202004003.htm
    [3] 冯浩, 林思聪, 陈泓, 等. 稀燃及废气再循环提高增压汽油机热效率的对比研究[J]. 内燃机工程, 2020, 41(1): 36-41 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG202001007.htm

    FENG H, LIN S C, CHEN H, et al. A comparison of using lean burn and exhaust gas recirculation to improve thermal efficiency of a turbocharged gasoline engine[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2020, 41(1): 36-41 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG202001007.htm
    [4] 刘海军, 侯献军, 陈贵升, 等. 高原环境下柴油机可变两级增压协同主喷定时的工作过程模拟[J]. 内燃机工程, 2020, 41(1): 27-35 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG202001006.htm

    LIU H J, HOU X J, CHEN G S, et al. Simulation of working process of diesel engine equipped with regulated two-stage turbocharger system coordinated with main injection timing strategy at plateau[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2020, 41(1): 27-35 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG202001006.htm
    [5] TRAN H H, RICHARD B, GRAY K, et al. Developing a performance specification for an electric supercharger to satisfy a range of downsized gasoline engine applications[C]//SAE 2016 World Congress and Exhibition. New York: SAE International, 2016
    [6] 曾契, 沈凯, 刘新续, 等. 低压EGR对GDI增压汽油机外特性下性能和排放影响[J]. 内燃机工程, 2018, 39(2): 43-47 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG201802007.htm

    ZENG Q, SHEN K, LIU X X, et al. Effect of LP EGR on performance and emissions of a turbocharged GDI engine at full load[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2018, 39(2): 43-47 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG201802007.htm
    [7] 黄昭明, 沈凯, 安宗权, 等. 不同压缩比米勒循环和低压废气再循环对增压直喷汽油机性能影响[J]. 内燃机工程, 2019, 40(4): 13-18 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG201904003.htm

    HUANG Z M, SHEN K, AN Z Q, et al. Effects of miller cycle of different compression ratios and low pressure EGR on performance of turbocharged gasoline direct injection engine[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2019, 40(4): 13-18 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG201904003.htm
    [8] 郭红松, 苏万华, 孙田. 利用PLIEF技术研究超高压燃油喷雾雾化和混合过程[J]. 燃烧科学与技术, 2007, 13(6): 525-531 doi: 10.3321/j.issn:1006-8740.2007.06.009

    GUO H S, SU W H, SUN T. Fuel atomization and mixing under ultra-high injection pressure by using planar laser induced exciplex fluorescence technique[J]. Journal of Combustion Science and Technology, 2007, 13(6): 525-531 (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1006-8740.2007.06.009
    [9] 曾契, 沈凯, 张振东, 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, 2018, 39(4): 33-38 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG201804007.htm

    ZENG Q, SHEN K, ZHANG Z D, et al. Investigation on effects of low and high pressure EGR on GDI engine and its turbocharger[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2018, 39(4): 33-38 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG201804007.htm
    [10] 董天普, 张付军, 刘波澜. EGR对涡轮增压柴油机瞬态特性的影响[J]. 内燃机学报, 2017, 35(2): 118-124 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJX201702004.htm

    DONG T P, ZHANG F J, LIU B L. Effect of EGR on transient characteristics of turbocharged diesel engine[J]. Transactions of CSICE, 2017, 35(2): 118-124 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJX201702004.htm
    [11] AN B, SUZUKI H, EBISU M, et al. Development of two-stage turbocharger system with electric supercharger[C]//Proceedings of the FISITA 2012 World Automotive Congress. Berlin: Springer, 2013: 147-155
    [12] KATRAŠNIK T, MEDICA V, TRENC F. Analysis of the dynamic response improvement of a turbocharged diesel engine driven alternating current generating set[J]. Energy Conversion and Management, 2005, 46(18-19): 2838-2855 doi: 10.1016/j.enconman.2005.03.001
    [13] KATRAŠNIK T, RODMAN S, TRENC F, et al. Improvement of the dynamic characteristic of an automotive engine by a turbocharger assisted by an electric motor[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2003, 125(2): 590-595 doi: 10.1115/1.1563246
    [14] 许为亮, 李乐, 喻凡, 等. 汽车发动机电动增压技术研究[J]. 传动技术, 2017, 31(1): 14-17, 40 doi: 10.3969/j.issn.1006-8244.2017.01.003

    XU W L, LI L, YU F, et al. Research of the electric supercharger technology of vehicle engine[J]. Drive System Technique, 2017, 31(1): 14-17, 40 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1006-8244.2017.01.003
    [15] 姚春德, 刘小平, 周红秀, 等. 电动增压器减少柴油机加速烟度的试验[J]. 机械工程学报, 2008, 44(4): 118-122 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB200804023.htm

    YAO C D, LIU X P, ZHOU H X, et al. Using electric supercharger to reduce smoke emission from diesel engine at acceleration process[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2008, 44(4): 118-122 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB200804023.htm
    [16] 师文洁, 宋康, 谢辉. 电辅助涡轮增压器对柴油机热效率调控规律的研究[J]. 内燃机工程, 2018, 39(5): 58-65 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG201805009.htm

    SHI W J, SONG K, XIE H. Study on regulation of thermal efficiency of diesel engine equipped with electrically assisted turbocharger[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2018, 39(5): 58-65 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NRJG201805009.htm
  • 加载中
图(14) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  113
  • HTML全文浏览量:  112
  • PDF下载量:  21
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-15
  • 刊出日期:  2022-01-01

目录

    /

    返回文章
    返回