2015年第3期
国外内燃机
废气再循环在汽油机上的潜力【德】R.DingelstadtS.EwertM.WerzP.Tremble
S
摘要：随着实际车辆行驶排放法规的推出，对废气排放具有重要意义的发动机特性曲线场范围明显扩大。与此同时，在小型化发动机上还涉及非化学计量比运行范围。Mahle公司在现代量产废气涡轮增压汽油机上，通过适当使用高压和低压废气再循环，以过量空气系数入=1实现广泛且燃油耗优化的运行。
关键词：汽油机废气再循环过量空气系数
废气排放法规
燃油耗
超出废气排放限值的可能性 1
现代小型化涡轮增压直喷汽油机的特点是配备
带三效催化转化器的简单排气后处理系统，并以过量空气系数入=1运行。在目前生效的新欧洲行驶循环（NEDC)中，汽油机以化学计量比运行能完全满足废气排放法规要求。
在以全球统一的轻型载货车行驶试验循环替代 NEDC的进程中"，必须同时满足实际车辆行驶排放(RDE)法规的要求。在对汽油机最不利的情况下，RDE意味着要在宽广的特性曲线场范围内满足严格的废气排放法规。现代汽油机具有2个临界运行范围，即为保护零件而加浓的运行范围，以及为提高扭矩的扫气燃烧过程运行范围。此时，三效催化转化器无法完全净化废气中的有害物，在宽广的特性曲线场范围内，或许会产生超出限值的废气排放。
2化学计量比运行方式
为在临界运行范围内以入=1运行，可以在设计废气涡轮增压器时采用更耐高温的材料，避免全负荷时加浓，但这存在成本问题。将排气歧管集成在气缸盖上也能减轻热负荷，但排气门的热负荷仍非常高。为此，Mahle公司提供了名为"Evotherm”或“Toptherm"（译注：高耐热）的中空充钠冷却排气门[2)。通常，还将高压废气再循环（EGR)作为有效减少全负荷加浓的措施。
为了提高扭矩，在现代涡轮增压小型化汽油机上应用扫气燃烧过程，并借助于优化的配气正时，用吸人的新鲜空气进行扫气，增大涡轮前的热熔，这会直接导致催化转化器前的入稀化，使以化学计量比工作的排气后处理系统不能有效发挥功效，并抵消
万方数据
三效催化转化器的短暂吸附能力。
在低转速高负荷运行范围内，可以采用电辅助曲轴旋转或辅助增压机组的方法实施入=1的运行即使在取消超化学计量比扫气的情况下，也能保持发动机扭矩。
此外，原则上也能应用总入二1运行，即燃烧室
中用浓混合气运行，而在气门重叠较大的情况下，催化转化器中的混合气处于化学计量比状态，此时燃油耗明显增大。因催化转化器直接转化易着火的空燃混合气，因而要防止其出现过热现象，以避免热损坏。该方法在燃油耗及催化转化器的热负荷方面存在缺陷，为此也提出一些替代方案，如采用外部EGR。
3发动机试验
选择量产的1.0L3缸增压直喷汽油机作为试验发动机，并采用近发动机的EGR管路布置方案，不仅可用于试验台架，而且能装配在试验汽车上。无论是装配式的高压EGR，还是低压EGR，都采用 Mahle公司最佳的EGR冷却器和EGR调节阀。
仔细设计高压EGR管路引人口的位置。为了确保再循环废气能尽可能均匀地分布，借助一维和三维模拟，试验了多种方案，确保测量的准确性。同时，采用几何形状和尺寸优化的开口逆流引人方案，获得最佳的再循环废气分布状况，并将发动机试验结果转化到汽车上。下文介绍3种运行工况点的试验结果：（1)发动机转速1250r/min，平均有效压力 1.82MPa：（2)发动机转速1350r/min，平均有效压力1.40MPa；（3)发动机转速1500r/min，全负荷工况。通过测量进气管中的CO，含量来决定所提供的 EGR率。