增压型发动机外部冷却egr试验台架及试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冷却EGR试验台架及试验方法，具体涉及增压型发动机外部冷却EGR 试验台架及试验方法，属于EGR率试验技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着排放法规愈来愈严格及人们对汽车经济性要求逐渐提高，小排量增压汽油机 已成为汽油机发展的趋势。受爆震影响，增压发动机压缩比相对较低，低压缩比成为增压发 动机扭矩提升的瓶颈。外部冷却EGR技术可以有效抑制爆震，使得压缩比可以提高，燃油经 济性及排放可以得到有效改善。而现有技术没有可靠的方法得到EGR率。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了解决现有技术无法得到最优EGR率的问题。
[0004] 本发明的技术方案是：增压型发动机外部冷却EGR试验台架，包括进气管、节气 阀、压气机、中冷器、发动机、测功机、燃烧分析仪、上位机、祸轮、排气管、EGR冷却器、电动 EGR阀、EGR控制器和若干管线，所述进气管通过节气阀与压气机的输入端建立连接，压气 机的输出端通过中冷器连接发动机的进气端，发动机的气体输出端的连接涡轮的输入端， 涡轮的气体输出端连接排气管，所述EGR冷却器的输入端接在涡轮与排气管之前，EGR冷却 器的输出端连接电动EGR阀的输入端，电动EGR阀的输出端接在节气阀与压气机之间，所述 燃烧分析仪、测功机分别连接发动机，上位机与发动机的ECU单元建立通信连接。
[0005] 所述进气管与节气阀之间设有空气滤。
[0006] 所述EGR冷却器的输入端与排气管之间设有催化器。
[0007] 所述涡轮和压气机通过连接轴同轴转动连接。
[0008] 所述增压型发动机外部冷却EGR试验台架包括排放分析仪、进气侧测点和排气侧 测点，进气侧测点在发动机的电子节气门前5cm的管线处，排气侧测点在涡轮与EGR冷却器 之间，进气侧测点与排气侧测点的输出端均与排放分析仪建立连接，选取排放测点，需要考 虑采集点出气体的均匀性、气体压力是否满足排放分析仪本身的要求，基于所述增压型发 动机外部冷却EGR试验台架的试验方法，包括以下几个步骤：
[0009] 步骤一，在未导入废气时，调整发动机至待测工况点，点火提前角至最优值、调整 空燃比和VVT角度，使其达到目标状态值；
[0010] 步骤二，导入废气，调整EGR率至最大值，调整点火提前角至最优、空燃比和VVT角 度至步骤一所述的目标状态值，调整进气量使发动机运行至待测工况点；
[0011] 步骤三，使发动机保持在待测工况点，选取不同EGR率数值，重复进行步骤二，记 录在不同EGR率下对应的燃烧分析仪C0V值和CA50数值、油耗率和点火提前角的数值。
[0012] 步骤四，利用个步骤二和步骤三得数据，确定最优EGR率的数值。
[0013] 步骤一所述空燃比的目标状态为涡轮前排气温度不超过发动机的开发限值，过量 空气系数为1时的空燃比数值，所述开发限值根据不同发动机的设计值来确定。
[0014] 步骤一所述点火提前角的的最优值为燃烧分析仪的CA50的数值在6°至8°时或 系统退点火提前角为0.8°时的点火提前角。
[0015] 步骤二所述EGR率的最大值为发动机在目标工况下正常工作时的能调整的最大 EGR率；步骤三所述选取EGR率数值的选取方法为在最大EGR率数值和EGR率为0之间等 差选取EGR率。
[0016] 步骤三所述不同EGR率的调整方法为：通过调整电动EGR阀的开度调整EGR率，当 电动EGR阀的开度达到最大时，通过调整节气阀的开度，对EGR率进行调整。
[0017] 本发明与现有技术相比具有以下效果：实现了 EGR试验方法从无到有的转变，通 过本发明的试验台架和试验方法得到最佳EGR率，使用该发明专利的试验方法可以顺利完 成带外部冷却EGR增压发动机的开发及后续标定试验。
【附图说明】
[0018] 图1，本发明试验台架的结构示意图，图中箭头方向标识台架内气体的流动方向；
[0019] 图2,本发明实施方式的EGR率与C0V值之间的关系曲线；
[0020] 图3,本发明实施方式的EGR率与CA50数值之间的关系曲线；
[0021] 图4,本发明实施方式的EGR率与比油耗之间的关系曲线；
[0022] 图5,本发明实施方式的EGR率与点火提前角之间的关系曲线；
[0023] 图6,本发明实施方式的EGR率为最优点和EGR率为0时的等排气温度特性的对比 曲线；
[0024] 图7,本发明实施方式的EGR率为最优点和EGR率为0时的等燃油消耗率特性的对 比曲线；
[0025] 图8,本发明实施方式的EGR率为最优点和EGR率为0时的等排放物NOx特性对比 曲线；
[0026] 图9,本发明实施方式的EGR率为最优点和EGR率为0时的等排放物THC特性对比 曲线；
[0027] 图10,本发明实施方式的EGR率为最优点和EGR率为0时的等排放物C0特性对比 曲线。
【具体实施方式】
[0028] 结合【附图说明】本发明的【具体实施方式】，本实施方式的增压型发动机外部冷却EGR 试验台架，包括进气管1、节气阀2、压气机3、中冷器4、发动机5、测功机13、燃烧分析仪14、 上位机15、涡轮6、排气管16、EGR冷却器7、电动EGR阀8、EGR控制器9和若干管线，所述 进气管1通过节气阀2与压气机3的输入端建立连接，压气机3的输出端通过中冷器4连 接发动机5的进气端，发动机5的气体输出端的连接涡轮6的输入端，涡轮6的气体输出端 连接排气管16,所述EGR冷却器7的输入端接在涡轮6与排气管16之前，EGR冷却器7的 输出端连接电动EGR阀8的输入端，电动EGR阀8的输出端接在节气阀2与压气机3之间， 所述燃烧分析仪14、测功机13分别连接发动机5,上位机15与发动机5的ECU单元建立通 信连接。
[0029] 如图1所示，ERG冷却器7的输入端为废气导入点P1，电动EGR阀8的输出端为导 出点P2,所述废气导入点P1设在涡轮6后，提高了试验安全性以及导入废气量的控制容易 性，通过分析进气管1道各部分的压力情况，所述废气导出点P2设在压气机3入口与空气 滤11之间。所述P1点和P2点的选择为确保P1点与P2点之间的压力差符合EGR测试系 统的要求。
[0030] 对于发动机5的各试验工况点所导入废气量的多少，主要取决于废气导入点与导 出点的压力差，即P1点和P2点处的压力差，以及废气管道的最小通流面积，所述压力差越 大，导入废气量越高，最小流通面积越小，导入废气量越小，最终反应在EGR率上面。
[0031] 试验过程中可能会出现在某些试验工况电动EGR阀8已开至最大，但所导入的废 气量仍需增加的情况。通过调整节气阀2开度可提高P2点管道的真空度，以此进一步增加 所导入的废气量本实施方式所述的节气阀2为发动机的机械节气门，并利用试验台架的油 门执行机构对其进行控制。
[0032] 经过EGR冷却器7的废气温度主要对电动EGR阀8的使用寿命、压气机3的"污 浊"情况、导出废气量等有一定影响结合EGR试验系统在整车上的实际工作状态，温度过高 和过低都会使实车进气量偏离标定状态，试验中我们将经EGR冷却器7冷却后的废气温度 控制在100~150°C之间。
[0033] 所述进气管1与节气阀2之间设有空气滤11。
[0034] 所述EGR冷却器7的输入端与排气管16之间设有催化器10。
[0035] 所述涡轮6和压气机3通过连接轴17建立同轴转动连接。
[0036] 所述增压型发动机外部冷却EGR试验台架包括排放分析仪12、进气侧测点和排气 侧测点，进气侧测点在发动机5的电子节气门体前5cm出的管线上，排气侧测点在涡轮6与 EGR冷却器7之间，进气侧测点与排气侧测点的输出端均与排放分析仪12建立连接。
[0037] 再循环废气量是有关外部EGR研究中的重要参数，常用EGR率进行描述。EGR率是 指废气再循环量占进气总量的比值，可用以下两种方法对其进行计算：
[0038] 1、C02 浓度法
[0039] C02浓度法是指通过测量进气总管、排气总管以及大气环境中的C02浓度，分别用 [C02]_intake、[C02]_exhaust、[C02]_air 表示，利用公式（1-1)进行 EGR 率的计算。
[0040] I；(；R.Rali〇fi= 〇J) ",L,U ~^r (11)
[0041] 2、质量流量法
[0042] 质量流量法是指通过测量再循环废气和吸入新鲜空气的质量流量，分别用Gr和 Ga表示，利用公式（1-2)进行EGR率的计算。
[0043] KGKRation - --- χ?ΟΟ% ' 1-2) Ga+ Gr
[0044] 基于所述增压型发动机外部冷却EGR试验台架的试验方法，包括以下几个步骤：
[0045] 步骤一，首先，在未导入废气时，调整发动机5至2600rpm，先通过调节电子节气