内燃机学报

参数	数值
型号	四冲程，增压中冷
排量/L	9.51
缸径/mm	116
活塞行程/mm	150
标定转速/(r·min^-1)	1900
标定功率/kW	275
最大转矩/(N·m)	1800(1000～1400r/min)
压缩比	20.5

参数	数值
型号	四冲程，增压中冷
排量/L	9.51
缸径/mm	116
活塞行程/mm	150
标定转速/(r·min^-1)	1900
标定功率/kW	275
最大转矩/(N·m)	1800(1000～1400r/min)
压缩比	20.5

设备	型号	生产厂家	测试精度
缸压传感器	6054B	Kistler	≤±0.3%
进气压力传感器	4007D	Kistler	≤±1%
排气压力传感器	4049B	Kistler	≤±0.5%
燃烧分析仪	KiBox	Kistler	—
油耗仪	DF2420	小野测器	±0.2%
燃油温控箱	FC2400T	湘仪动测	±0.2℃
空气流量计	20N150	同圆测试	±1%
水力测功机	SG630	湘仪动测	±0.2%
测控系统	FC2000	湘仪动测	—

设备	型号	生产厂家	测试精度
缸压传感器	6054B	Kistler	≤±0.3%
进气压力传感器	4007D	Kistler	≤±1%
排气压力传感器	4049B	Kistler	≤±0.5%
燃烧分析仪	KiBox	Kistler	—
油耗仪	DF2420	小野测器	±0.2%
燃油温控箱	FC2400T	湘仪动测	±0.2℃
空气流量计	20N150	同圆测试	±1%
水力测功机	SG630	湘仪动测	±0.2%
测控系统	FC2000	湘仪动测	—

转速/(r·min^-1)	内部EGR模式/kPa	节流阀模式/kPa	降幅/%
800	-11.22	-29.67	62.2
1000	-4.12	-36.42	88.7
1200	-14.41	-63.39	77.3
1400	-35.21	-100.00	64.7

转速/(r·min^-1)	内部EGR模式/kPa	节流阀模式/kPa	降幅/%
800	-11.22	-29.67	62.2
1000	-4.12	-36.42	88.7
1200	-14.41	-63.39	77.3
1400	-35.21	-100.00	64.7

模式	CA50/(°)CA	CA90/(°)CA	燃烧持续期/(°)CA	最大放热率/(J·(°)^-1CA)
无节流	11.63	45.11	41.63	252.30
节流阀	13.34	52.30	48.17	228.07
内部EGR	14.22	50.48	46.97	221.99

模式	CA50/(°)CA	CA90/(°)CA	燃烧持续期/(°)CA	最大放热率/(J·(°)^-1CA)
无节流	11.63	45.11	41.63	252.30
节流阀	13.34	52.30	48.17	228.07
内部EGR	14.22	50.48	46.97	221.99

基于排气门二次开启的内部EGR排气热管理试验

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窦文政 ¹^,² , 张晋群 ¹^,² , 赵淇东 ³ , 王晓艳 ³ , 常英杰 ¹^,² , 谢宗法 ¹^,²

内燃机学报 | 2025,43(4): 306-313

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内燃机学报 | 2025 , 43 (4) : 306 -313

基于排气门二次开启的内部EGR排气热管理试验

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窦文政¹^,², 张晋群¹^,², 赵淇东³, 王晓艳³, 常英杰¹^,², 谢宗法¹^,²

作者信息

^1.山东大学机械工程学院，济南 250061

^2.山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室，济南 250061

^3.潍柴动力股份有限公司，潍坊 261061

通讯作者:

谢宗法，博士，教授，zongfax@sdu.edu.cn.

作者简介:

窦文政，硕士研究生，wenzheng0621@foxmail.com.

An experiment of internal EGR exhaust thermal management based on secondary opening of exhaust valves

Wenzheng Dou¹^,², Jinqun Zhang¹^,², Qidong Zhao³, Xiaoyan Wang³, Yingjie Chang¹^,², Zongfa Xie¹^,²

Affiliations

^1.School of Mechanical Engineering，Shandong University，Jinan 250061，China

^2.Key Laboratory of High Efficiency and Clean Mechanical Manufacture of Ministry of Education，Shandong University，Jinan 250061，China

^3.Weichai Power Company Limited，Weifang 261061，China

出版时间: 2025-07-25 doi: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202504035

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摘要

收起

以搭载全可变液压气门机构(FHVVS)的6缸、高增压柴油机为研究对象，在试验台架上实测柴油机中等负荷工况时的缸内压力、进/排气压力、排气温度和燃油消耗率等参数，开展了基于排气门二次开启的柴油机内部废气再循环(EGR)排气热管理试验．提出了油耗温升比λ，以表征某种排气热管理下排气温度每提高100℃时柴油机额外增加的燃油消耗率．结果表明：在进气冲程中，来自排气道的高温含氧废气回流使进气流量明显减少，排气温度显著上升；与相同进气流量的进气节流阀热管理相比，内部EGR热管理的进/排气压差明显减小，泵气损失降低62.2%以上，优化后的燃油消耗率降低4.26%～6.62%；采用“内部EGR＋节流阀”的复合热管理模式，使试验样机在转速为1200r/min、中等负荷工况下的排气温度大幅升至522℃，且油耗温升比λ仅为3.0g/ (kW·h)·(100℃)，而相同进气流量下节流阀模式的油耗温升比λ高达9.6g/(kW·h)·(100℃)．

关键词

柴油机 / 全可变液压气门机构 / 排气热管理

Abstract

收起

An experiment of internal exhaust gas recirculation(EGR) thermal management was conducted on a six-cylinders turbocharged diesel engine equipped with the fully hydraulic variable valve system(FHVVS) at medium load conditions. The cylinder pressure, intake and exhaust dynamic pressure, exhaust temperature and fuel consumption rate were measured to investigate the influence of internal EGR based on secondary opening of exhaust valves on the exhaust thermal management performance experiment. The concept of fuel consumption to temperature rise ratio λ was proposed to represent the additional fuel consumption rate when the exhaust temperature increases by every 100℃ in the certain thermal management mode. The results indicated that the recirculation of the high-temperature oxygen-containing exhaust gas from exhaust pipe during the intake stroke significantly reduces the intake flow rate and increases the exhaust temperature. Compared to thermal management of an intake throttle with the same intake flow rate, the internal EGR thermal management significantly reduces the pressure difference between the exhaust and intake, leading to a pump loss reduction of more than 62.2% and a fuel consumption rate reduction of 4.26%—6.62%. By using the compound thermal management of “internal EGR+throttle”, the exhaust temperature increases significantly to 522℃ under the rotating speed of 1200r/min and medium load condition, and the λ is only 3.0g/(kW·h)·(100℃), while as high as 9.6g/(kW·h)·(100℃) for the throttle mode under the same intake flow.

Key words

diesel engine / fully hydraulic variable valve system / exhaust thermal management

引用本文

窦文政, 张晋群, 赵淇东, 王晓艳, 常英杰, 谢宗法. 基于排气门二次开启的内部EGR排气热管理试验. 内燃机学报, 2025 , 43 (4) : 306 -313 . DOI: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202504035

Wenzheng Dou, Jinqun Zhang, Qidong Zhao, Xiaoyan Wang, Yingjie Chang, Zongfa Xie. An experiment of internal EGR exhaust thermal management based on secondary opening of exhaust valves[J]. Transactions of CSICE, 2025 , 43 (4) : 306 -313 . DOI: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202504035

正文

收起

满足国Ⅵ排放法规的重型柴油车大部分采用“废气再循环(EGR)＋氧化催化器(DOC)＋柴油机颗粒捕集器(DPF)＋选择性催化还原(SCR)”的排放技术路线^[1-3]．DPF是该技术路线中用于解决柴油机碳烟排放的重要后处理设备，具有90%以上的捕集效率^[4]．DPF的捕集效率很大程度取决于主动再生技术，在车用柴油机常用的中等负荷工况下，排气温度一般难以满足DPF主动再生的温度需求，因而有必要采用柴油机排气热管理技术来提高柴油机排气温度^[5-6]．

目前柴油机传统的排气热管理方式有进气节流阀^[7]、增压器匹配^[8]和控制燃油喷射策略等^[9]，这些方式在保障DPF的高效捕集效率时难以兼顾燃油经济性．内部EGR技术作为一种先进的排气热管理方式，在改善燃油经济性方面具有巨大潜力．国内外学者对内部EGR的不同实现方式和影响开展了研究．孙宾宾等^[10]提出了一种电磁驱动的配气机构，通过进气门二次开启来实现内部废气再循环，较原机实现了污染物排放和燃油经济性的有效改善．卢小锐等^[11]采用了一种双峰排气凸轮实现内部EGR的方案，通过三维数值模拟验证了其方案对降低柴油机NO_x排放的效果，为低成本改进柴油机的燃烧、排放性能提供了重要参考．陈贵生等^[12]通过一维热力学仿真模型，研究了不同气门二次开启策略对柴油机燃烧特性、污染物排放及能量分布的影响，优选了最佳气门二次升程与相位，改善了燃油消耗率与污染物排放．Akgül等^[13]进行了内部EGR和后喷射策略对单缸重型柴油机燃烧和排放性能的数值研究及优化，结果表明：内部EGR显著增加了缸内温度，通过稀释缸内充气，NO排放显著减少，碳烟和颗粒排放由于氧浓度的过度降低而恶化．Joshi等^[14]研究了通过负阀重叠实现内部废气再循环的方法，实现了柴油机的高效后处理，使污染物排放、排气温度和燃油消耗率得到共同改善．Sun等^[15]基于高速摄影和双色法的光学诊断，研究了内、外EGR等方案在柴油高效清洁燃烧方面的潜力，结果表明：内、外EGR率在适当范围内可有效优化燃烧过程并抑制碳烟生成．可知，内部EGR在兼顾燃油经济性的同时，能有效地改善缸内燃烧氛围、控制缸内污染物生成、提高缸内温度和排气温度，但目前多数研究仅围绕性能试验和模拟计算展开，难以满足重型柴油机商业化使用．

笔者所在课题组研制了一种全可变液压气门机构^[16-17](FHVVS)，实现了在一个工作循环内排气门的单次开启、二次开启工作模式，且两种工作模式之间的转换快速、平稳．基于该气门机构，搭建了柴油机热力学性能试验台架，对自主研制的FHVVS气门运动规律进行了试验，测量了缸内压力和进/排气压力的瞬态变化，分析了内部EGR对缸内燃烧及泵气损失的影响，并探究了内部EGR对柴油机排气热管理和燃油经济性的影响．

1　试验装置与方法

收起

自主研制的FHVVS能够实现排气门在进气冲程的二次开启，且能够在同一工作循环内完成单次开启或二次开启之间的快速、平稳转换．FHVVS的基本结构和工作原理参见文献[17]．图1为FHVVS在排气门二次开启时的实测进/排气门升程．该实测气门升程曲线的凸轮轴转速为600r/min，模拟柴油机转速为1200r/min时的气门运动状态．可以看出，排气门升程包括在排气冲程的主升程曲线和在进气冲程的二次开启升程曲线，即该FHVVS在进气冲程实现了进气门、排气门的同时开启．排气门二次开启为排气道内的热废气在进气冲程向气缸内回流创造了条件，使柴油机能够实现内部EGR功能．

选用满足国Ⅵ排放标准的某6缸柴油机为试验样机，该样机采用节流阀排气热管理方式．通过搭载FHVVS，使该样机同时实现排气门二次开启的内部EGR热管理功能．图2为柴油机热力学性能试验台架，台架包括柴油机运行状态控制系统、进/排气系统、燃油供给系统和数据采集系统等．柴油机运行状态控制系统主要包括电子控制单元(ECU)和控制软件INCA，以调控喷油提前角及预喷等运行参数．进/排气系统主要包括进/排气管路、空气滤清器、空气流量计和中冷器，其中，在进/排气管路上安装瞬态压力传感器，测量进/排气道内的气体压力，并通过空气流量计测量进气流量．燃油供给系统主要包括油箱、油耗仪和燃油温控箱等，利用燃油温控箱保持柴油压力和温度的稳定，并通过油耗仪测量燃油消耗量．数据采集系统包括燃烧分析仪、温度传感器、压力传感器、数据采集模块和测控仪等，用于实时监测台架运行状态，并实时采集缸内气体压力等性能参数．表1为柴油机样机主要技术参数．

表2为试验用主要仪器设备．为研究内部EGR对重型柴油机中等负荷排气热管理的影响，试验工况主要选取了柴油机常用的800、1000、1200和1400r/ min共4种转速下中等负荷进行试验．试验方案包括：无排气热管理的进气无节流工作模式、原机采用的进气节流阀排气热管理模式、排气门二次开启的内部EGR排气热管理模式及“内部EGR＋节流阀”的复合排气热管理模式共4种．在进行同一工况、不同方案之间的对比试验时，为了保持柴油机排气热管理效能的基本一致，试验时保持两种热管理方式的进气流量基本相同．通过测控仪实时监测试验样机运行参数，调控机油温度、机油压力及中冷器后进气温度等参数．

2　试验结果与分析

收起

2.1　排气门二次开启及其快速转换性能

图3示出转速为1200r/min时排气门由单次开启到二次开启过程的实测气门升程．第1～11工作循环为排气门单次开启的气门升程，第12～30循环为排气门二次开启的气门升程，第11～12循环为排气门从单次开启到二次开启的动态转换过程．可以看出，在一个工作循环内就能完成气门转换过程，即转换时间在一个工作循环(0.1s)之内，转换前、后的排气门升程曲线光滑、平顺且无异常波动现象，气门从单次开启到二次开启的转换过程具有快速、平稳的特点．FHVVS的气门快速、平稳转换为无节流模式和内部EGR模式之间的迅速、平稳转换增加了功能基础．

图4示出了转速为1200r/min、平均有效压力(PMEP)为1.156MPa(50%负荷)工况下两种工作模式切换过程的缸内最大爆发压力变化，其中无节流模式的实测进气流量为886kg/h，转换为内部EGR或节流阀热管理模式时的进气流量均为674kg/h．在无节流模式转换为内部EGR模式时，由于排气道内的高温废气在排气门二次开启后迅速冲入气缸内，使该循环的进气流量得到快速降低；同时，排气道内回流的废气降低了排气压力和排气能量，改变了涡轮增压器的工作状态，进而改变了进气状态，从而使缸内压力的稳定相较气门瞬态转换出现了一些延迟．可知，在无节流与内部EGR两种工作模式转换时，仅有1个过渡循环的缸内最大爆发压力出现较大变化，其余循环的缸内最大爆发压力保持相对稳定．

在无节流模式转换为节流阀模式时，由于在节流阀与气缸之间的进气管和进气道内留存了一定量的气体，需要数个循环的过渡时间才能将该部分气体形成一定的真空度，以实现降低进气流量的目的．另外，进气流量的变化同时也改变了涡轮增压器的工作状态，其重新平衡也需要一定的过渡时间．最终无节流与节流阀模式转换时，至少有3个过渡循环的缸内最大爆发压力出现较大变化(图4)．

综上可知，与节流阀方式相比，内部EGR热管理模式在工况转换上具有响应迅速的特点，这对于柴油机排气热管理的精准调控和商业化应用具有明显优势．

2.2　内部EGR对进/排气性能及泵气损失的影响

图5示出柴油机转速为1200r/min、平均有效压力为1.156MPa工况下的实测进/排气压力．

为了保持排气热管理效能的基本一致，通过调节节流阀开度使节流阀与内部EGR两种热管理模式的进气流量均为674kg/h．当柴油机处于内部EGR热管理模式时，由于进气过程进气门和排气门处于同时开启状态，使进气道和排气道内的气体同时向气缸内流动，即缸内充量由通过进气门进入的新鲜充量和通过排气门进入的高温含氧废气两部分组成，也导致柴油机进气流量相应降低．同时，在排气门二次开启阶段，由于进气道、排气道和燃烧室三者是相互连通的，导致进气道和排气道之间的压差迅速降低．可知，内部EGR模式下进气管内的平均压力为227.2 kPa，排气管内的平均压力为228.0kPa，进/排气压差仅为0.8kPa，而在节流阀热管理模式下，在节流阀节流作用下进气管的平均压力仅为185.8kPa，排气管的平均压力则为238.2kPa，导致进/排气压差高达52.4kPa．此外，由于部分热废气在进气冲程直接进入气缸内，也导致内部EGR模式下的排气压力比节流阀热管理模式有所降低．

图6为柴油机50%负荷时不同转速下的进/排气压差，其中同一转速下两种排气热管理模式的进气流量保持相同．可以看出，在相同转速下，内部EGR热管理模式的进/排气压差明显低于采用节流阀热管理模式；节流阀热管理模式的进/排气压差随着转速的提高迅速升高，而内部EGR热管理模式的进/排气压差却保持相对稳定．

由于排气门二次开启使内部EGR模式下的进气压力、排气压力和进/排气压差出现了明显的差异，从而导致泵气损失也发生相应的变化．图7示出转速为800r/min和1200r/min时的低压示功图，表3为不同转速下两种工作模式的泵气损失平均有效压力对比．由图7和表3可知，同一转速下两种排气热管理模式的进气流量和平均有效压力保持相同．图7中，排气门二次开启导致的热废气回流使缸内进气压力明显升高，且缸内压力曲线在进气冲程的中、后期出现明显的上凸现象(蓝色椭圆曲线)；在膨胀冲程的末期，内部EGR模式的缸内压力曲线高于节流阀模式，但在排气过程中，内部EGR模式的缸内压力曲线却全部低于节流阀模式的缸内压力曲线，说明排气门二次开启对柴油机进/排气过程有重要影响．

由表3可以看出，内部EGR模式下的PMEP较低，且不受转速的影响，始终维持在较低水平；而节流阀模式下的PMEP较高，并且随着转速升高，PMEP有显著增大的变化趋势．与节流阀热管理模式相比，内部EGR模式下的泵气损失有显著降低，降低幅度为62.2%～88.7%．

2.3　内部EGR对燃烧性能的影响

图8示出柴油机转速为1200r/min、平均有效压力为1.156MPa的工况下3种工作模式的缸内压力和燃烧放热率．3种工作模式的主喷喷油提前角均为8°CA BTDC，预喷喷油提前角均为18°CA BTDC，且预喷油量相同，两种排气热管理模式下的进气流量均为674kg/h．可以看出，在预喷燃烧阶段，受进气节流的影响，节流阀模式在压缩终点的缸内压力最低，预喷燃烧的滞燃期最长，放热率峰值最高；受高温废气回流的影响，内部EGR模式在压缩终点的缸内温度最高，使得预喷燃烧的滞燃期最短，放热率峰值最低；无节流模式的滞燃期和放热率峰值处于前两者之间．在主燃烧阶段，由于无节流模式的进气流量最大(886kg/h)，使得缸内气体压力最高；受高温废气回流的影响，内部EGR热管理模式的缸内气体压力高于节流阀模式，但低于无节流模式；受进气节流的影响，节流阀模式的气体缸内压力最低．表4为3种工作模式的主要燃烧性能参数．

结合图8和表4可以看出，与节流阀模式相比，内部EGR模式的最大放热率降低，燃烧重心CA50相对滞后．这是因为采用内部EGR的热管理模式时，高温废气经由排气道回流，这部分未组织缸内气体流动的废气进入燃烧室后，削弱了缸内气体流动和油、气扩散混合的速率，使得燃烧速率变慢．表4中，内部EGR模式下CA50虽然推迟，但CA90反而得到提前，燃烧持续期也得到相应缩短．其主要原因是在该工况下可燃混合气的过量空气系数为2.1，说明排气道内的热废气中含有不低于50%的剩余氧气．这部分回流的含氧热废气使燃烧室内的实际含氧量增多，从而使可燃混合气的后燃得到一定程度的改善，CA90也得到相应提前，燃烧持续期也得以相应缩短．

由于无节流模式没有排气热管理的作用，其进气流量最大，过量空气系数最高，导致其最大放热率最高，燃烧持续期最短．无节流模式的缸内最大爆发压力最高(19.07MPa)，瞬时放热率的峰值高达252.3J/ (°)CA．综合上述因素，内部EGR模式下的循环喷油量为103.94mg/cyc，已非常接近无节流模式的循环喷油量(103.91mg/cyc)；而节流阀工作模式下的循环喷油量已上升为107.25mg/cyc，相较无节流模式增大了3.1%．

针对采用内部EGR模式后出现CA50后移的问题，笔者提出通过调整喷油提前角以改善燃烧性能的优化燃烧措施．图9示出转速为1200r/min、平均有效压力为1.156MPa工况下喷油提前角对燃烧性能的影响．通过将喷油提前角从8°CA BTDC依次调整为12°CA BTDC和16°CA BTDC，使得最大缸内压力显著上升，CA50前移，从而改变其燃烧性能．当喷油提前角由8°CA BTDC调整为12°CA BTDC时，此时放热主要集中在上止点附近，CA50从14.22°CA提前为11.74°CA，缸内最大压力为18.30MPa，低于无节流模式，燃油消耗率也得到改善，由204.2g/ (kW·h)降为202.8g/(kW·h)．

此外，采用内部EGR热管理模式时，受高温含氧废气回流的影响，混合气的滞燃期缩短，可改善柴油机的粗暴燃烧，因而采用内部EGR模式时可考虑调整预喷、主喷间隔时间，优化预喷燃烧，实现燃油经济性的进一步改善．

图10示出转速为1200r/min、平均有效压力为1.156MPa工况下，基于内部EGR热管理模式进行燃油优化取得的相应效果．可知，由于内部EGR相比节流阀大幅降低了泵气损失，使燃油消耗率由210.7g/(kW·h)降至204.2g/(kW·h)．进一步通过调整喷油提前角和预喷时间，使燃油经济性能依次改善．优化后内部EGR模式的燃油消耗率降至201.1g/ (kW·h)，比节流阀模式下降4.6%．

2.4　内部EGR对排气温度和燃油消耗率的影响

图11为柴油机50%负荷工况下不同排气热管理模式在各转速下的燃油消耗率，其中同一转速下的进气流量保持相同．可知，由于泵气损失的降低，使内部EGR热管理模式的燃油消耗率在各转速下均明显低于节流阀模式．通过优化喷油时间、预喷方式等措施，使内部EGR热管理模式的燃油消耗率得到进一步降低．与节流阀模式相比，内部EGR热管理模式优化后的燃油消耗率降幅达到4.26%～6.62%．

常用的热管理模式在提高排气温度的同时，通常伴随着燃油消耗率的上升，为综合评价不同热管理模式下的综合效能，定义油耗温升比λ为

λ = 100 ⋅ Δ b e Δ t = 100 ⋅ (Δ b e 1 − Δ b e 0) t r 1 − t r 0

(1)

式中：b_e1为热管理模式下燃油消耗率；b_e0为无节流模式燃油消耗率；t_r1为热管理模式下排气温度；t_r0为无节流模式排气温度．λ表征了某种热管理模式下排气温度每提高100℃时，所额外增加的燃油消耗率．λ越小，即排气温度每提高100℃时，所额外消耗的燃油越少，说明该排气热管理的综合效能越好；反之，则表明该排气热管理方式对燃油经济性能的负作用越大．

图12示出柴油机50%负荷下不同热管理模式在各个转速时的排气温度和油耗温升比λ．可知，在相同转速时，内部EGR模式的排气温度与无节流模式相比均得到了显著提升，但略低于节流阀模式，主要是由于节流阀模式的泵气损失大幅增加，燃油消耗率也随之增加，导致排气温度也相应提高．同时，在各个转速下，内部EGR模式的油耗温升比λ都明显低于节流阀模式，其中内部EGR在4种转速下的平均λ仅为-/(kW·h)·(100℃)，而节流阀模式的平均λ高达10.0g/(kW·h)·(100℃)，表明内部EGR热管理模式在提高排气温度的同时，额外消耗的燃油量显著低于节流阀热管理模式，其排气热管理的综合效能更加优越．

由于FHVVS的结构原因，使排气门二次开启的最大升程和开启持续期受到一定的限制，从而导致内部EGR率也受到相应限制，导致难以通过单纯的内部EGR大幅度提升柴油机排气温度．为此，笔者提出“内部EGR＋节流阀”的复合热管理模式，以满足柴油机中等负荷时DPF再生需要大幅度提升排气温度的需求．图13示出转速为1200r/min、平均有效压力为1.156MPa工况下不同排气热管理工作模式的排气温度、燃油消耗率和油耗温升比λ．可以看出，采用“内部EGR＋节流阀”方式可以使排气温度由无节流的308℃升至522℃，温升高达214℃，使柴油机在常用的中等负荷工况即能够满足柴油机DPF高效再生的温度需求．当两种热管理模式达到基本相同的排气温度时，与节流阀热管理模式相比，采用“内部EGR＋节流阀”热管理模式的燃油消耗率降低4.4%，明显改善了柴油机的燃油经济性能．

由图13中还可以看出，内部EGR热管理模式的油耗温升比λ仅为－3.3g/(kW·h)·(100℃)，“内部EGR＋节流阀”复合热管理模式的λ为3.0g/ (kW·h)·(100℃)，而节流阀热管理模式的油耗温升比λ为9.6g/(kW·h)·(100℃)．对比3种排气热管理模式的油耗温升比λ可以看出：内部EGR热管理模式的油耗温升比λ最低，燃油经济性能最高，但排气温度的提升幅度受限，适用于柴油机在中等负荷下长期运行，满足选择性催化还原的排气温度需求．采用“内部EGR＋节流阀”复合热管理模式的λ较低，虽然燃油经济性能有所降低，但排气温度的提升幅度大，能够完全满足柴油机中等负荷时DPF再生的排气温度需求．节流阀热管理模式的油耗温升比λ最高，是燃油经济性能最差的一种排气热管理模式．可见，油耗温升比λ较为客观地表达了各种排气热管理模式对柴油机排气温度和燃油经济性的综合影响．

3　结论

收起

(1) FHVVS实现了排气门在进气冲程的二次开启，且排气门单次开启和二次开启之间的转换具有快速、平稳的特点；与节流阀方式相比，基于排气门二次开启的内部EGR热管理模式在工况转换上具有响应迅速的优势．

(2) 排气门二次开启使柴油机进/排气压差明显降低，且随着转速的升高，该进/排气压差保持相对稳定；与节流阀热管理模式相比，内部EGR热管理模式使相同进气流量时的泵气损失大幅度降低62.2%以上，燃油消耗率降低4.26%～6.62%．

(3) 受高温含氧废气回流作用的影响，内部EGR模式使最大放热率降低、燃烧重心CA50推迟，但CA90反而提前，燃烧持续期也相应缩短；通过适当调节供油提前角等措施可改善燃烧性能参数，降低柴油机的燃油经济性能．

(4) 提出了油耗温升比λ的概念，在转速为800～1400r/min的中等负荷工况下，节流阀热管理模式的平均油耗温升比λ为10.0g/(kW·h)·(100℃)，而内部EGR模式的油耗温升比λ仅为-1.6g/(kW·h)·(100℃)．

(5) 采用“内部EGR＋节流阀”的热管理模式可使柴油机在中等负荷下的排气温度大幅度升至522℃，满足柴油机DPF高效再生的温度需求；该热管理模式的油耗温升比λ为3.0g/(kW·h)·(100℃)，明显低于节流阀模式对应的油耗温升比λ．

基金

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车用动力系统全国重点实验室基金资助项目(GZWDZCX-25031713)
山东省烟台市科技计划资助项目(2022ZDCX007)

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

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2025年第43卷第4期

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doi: 10.16236/j.cnki.nrjxb.202504035

接收时间：2024-09-09
首发时间：2026-11-06
出版时间：2025-07-25

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收稿日期：2024-09-09
修回日期：2025-01-15

基金

车用动力系统全国重点实验室基金资助项目(GZWDZCX-25031713)

山东省烟台市科技计划资助项目(2022ZDCX007)

作者信息

^1.山东大学机械工程学院，济南 250061

^2.山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室，济南 250061

^3.潍柴动力股份有限公司，潍坊 261061

通讯作者:

谢宗法，博士，教授，zongfax@sdu.edu.cn.

参考文献

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

参数	数值
型号	四冲程，增压中冷
排量/L	9.51
缸径/mm	116
活塞行程/mm	150
标定转速/(r·min^-1)	1900
标定功率/kW	275
最大转矩/(N·m)	1800(1000～1400r/min)
压缩比	20.5

参数

数值

型号

四冲程，增压中冷

排量/L

9.51

缸径/mm

116

活塞行程/mm

150

标定转速/(r·min^-1)

1900

标定功率/kW

275

最大转矩/(N·m)

1800(1000～1400r/min)

压缩比

20.5

设备	型号	生产厂家	测试精度
缸压传感器	6054B	Kistler	≤±0.3%
进气压力传感器	4007D	Kistler	≤±1%
排气压力传感器	4049B	Kistler	≤±0.5%
燃烧分析仪	KiBox	Kistler	—
油耗仪	DF2420	小野测器	±0.2%
燃油温控箱	FC2400T	湘仪动测	±0.2℃
空气流量计	20N150	同圆测试	±1%
水力测功机	SG630	湘仪动测	±0.2%
测控系统	FC2000	湘仪动测	—

设备

型号

生产厂家

测试精度

缸压传感器

6054B

Kistler

≤±0.3%

进气压力传感器

4007D

Kistler

≤±1%

排气压力传感器

4049B

Kistler

≤±0.5%

燃烧分析仪

KiBox

Kistler

—

油耗仪

DF2420

小野测器

±0.2%

燃油温控箱

FC2400T

湘仪动测

±0.2℃

空气流量计

20N150

同圆测试

±1%

水力测功机

SG630

湘仪动测

±0.2%

测控系统

FC2000

湘仪动测

—

转速/(r·min^-1)	内部EGR模式/kPa	节流阀模式/kPa	降幅/%
800	-11.22	-29.67	62.2
1000	-4.12	-36.42	88.7
1200	-14.41	-63.39	77.3
1400	-35.21	-100.00	64.7

转速/(r·min^-1)

内部EGR模式/kPa

节流阀模式/kPa

降幅/%

800

-11.22

-29.67

62.2

1000

-4.12

-36.42

88.7

1200

-14.41

-63.39

77.3

1400

-35.21

-100.00

64.7

模式	CA50/(°)CA	CA90/(°)CA	燃烧持续期/(°)CA	最大放热率/(J·(°)^-1CA)
无节流	11.63	45.11	41.63	252.30
节流阀	13.34	52.30	48.17	228.07
内部EGR	14.22	50.48	46.97	221.99

模式

CA50/(°)CA

CA90/(°)CA

燃烧持续期/(°)CA

最大放热率/(J·(°)^-1CA)

无节流

11.63

45.11

41.63

252.30

节流阀

13.34

52.30

48.17

228.07

内部EGR

14.22

50.48

46.97

221.99