EGR在GDI发动机上应用的仿真研究

【摘要】中国汽车保有量的持续激增和能源危机的临近迫切要求车用汽油机进一步提高燃油经济性并降低排放。目前大部分直喷汽油机继续使用节气门控制负荷，因此节气门导致的节流损失依然是汽油机部分负荷燃油经济性差的主要原因。为了抑制爆震，汽油机的压缩比普遍较低，这也限制了汽油机热效率的进一步提高。汽油机部分负荷时使用EGR可以提高进气压力，降低进气损失，同时EGR还有大负荷抑制爆震倾向的作用。针对上述问题，本文通过三维仿真软件AVL_fire对直喷汽油机上使用EGR降低进气损失以及抑制爆震倾向进行了研究。部分负荷情况下，研究了EGR率、EGR温度对进气损失、燃烧过程的影响，以及EGR条件下点火提前角对燃烧的影响。大负荷下，研究了EGR率、EGR温度对爆震倾向的抑制作用，对比分析了推迟点火、增大EGR率、降低EGR温度等措施抑制爆震倾向的能力。研究得出以下结论：1.保证喷油量不变和过量空气系数为1的前提下，使用废气再循环增大了进气量，气流运动速度加快，可以有效促进燃油蒸发，形成较为均匀的混合气。提高进气温度同样可以缩短燃油蒸发时间。因此，增大EGR率和提高进气温度均有利于直喷汽油机的油气混合过程。2.随着EGR率的增大，进气损失逐渐减小。EGR率由0提高到25%时，进气损失降低了约34.2%。提高进气温度同样可以降低进气损失，进气温度由300K提高到340K可以减低进气损失约19.2%。发动机使用EGR后会阻碍燃烧进行，随着EGR率的增大，火焰传播速度变慢，且滞燃期和燃烧持续期变长，放热率峰值降低。提高EGR温度后，可以在一定程度上改善燃烧，缩短燃烧持续期，提高放热率。因此，使用较大EGR率时，可以通过提高EGR温度在一定程度上弥补废气造成的燃烧恶化。3.随着点火提前角的增大，燃烧持续期缩短，放热率峰值和最高爆发压力升高。适当增大点火提前角可以一定程度上改善废气过多造成的燃烧恶化，但对于放热率和燃烧持续期的改善效果有限。4.增大EGR率和降低EGR温度均有利于降低爆震倾向。随着EGR率增加，缸内燃烧温度明显降低，已燃气体对末端混合气的挤压和热辐射作用降低，因此爆震倾向减小。EGR温度降低后，末端混合气发生自燃所需的准备时间更长，有利于降低爆震倾向。5.对比分析了推迟点火、增大EGR率、降低EGR温度三种降爆震措施。以上三种措施对爆震的抑制程度相同时，推迟点火和增大EGR率使缸压降低了约2.2MPa，而降低EGR温度这一措施使缸压降低了约1MPa。因此，相比推迟点火，使用冷却EGR是一种更有效的爆震抑制方法。
【作者】刘伟；
【导师】洪伟；
【作者基本信息】吉林大学，动力机械及工程，2014，硕士
【关键词】GDI发动机；EGR；进气损失；爆震；

【参考文献】
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