GDI发动机排气背压对性能影响的试验研究

张 伟



GDI发动机排气背压对性能影响的试验研究

张 伟

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

通过改变某款GDI汽油发动机排气背压，在40kPa、50kPa、60kPa、70kPa四个边界条件下进行发动机外特性试验，以探究其对发动机性能的影响。试验结果表面，随着发动机排气背压增大，额定点功率、扭矩减小，油耗率增大。以实测数据验证了理论推测，并为整车排气管压损值设计提供了数据支持。

排气背压；功率；扭矩；油耗

前言

在发动机的燃烧开发过程中，排气系统边界对发动机的动力性、经济性都有着重要的影响，是开发过程中的重要指标参数。排气背压过高会造成排气不畅，排气所消耗功率增加，造成发动机有效输出功降低，且会造成燃烧效率降低，燃油经济性恶化。排气背压过小则会造成排气系统总成的设计成本增加，导致噪声水平变差[1]。

本文通过改变催化前背压，在40kPa、50kPa、60kPa、70kPa四个边界条件下进行发动机外特性试验。分析了在不同背压条件下发动机的动力性、经济性变化趋势，可为整车尾排系统设计或优化提供数据支持。

1 理论分析

排气背压是指排气管出口压力与大气压之间的差值，本文所述背压测点为催化器前压力。排气管内的局部阻力和摩擦阻力随着排气流量的增大而增大，因此会导致排气功率损失增大。另外管内排气压力大，在活塞下行的自由排气阶段和活塞上行的强制排气阶段，废气流动阻塞较大，废气较难排出，功率损耗越大，油耗增大，且会影响下一循环的进气充量，最终也会导致发动机性能下降[2]。

2 试验设备及方法

试验使用的样机为某款1.5T直喷增压汽油发动机，使用AVL电力测功机，使用AVL废气背压阀调节不同背压，使用INCA进行参数控制及数据采集。

根据GB/T 18297-2001《汽车发动机性能试验方法》要求对发动机进行试验，工况以及方法如下：①在发动机全速全负荷工况下，通过调节背压阀开度，使得催化前压力达到最大目标值70kPa；②保持背压阀开度不变，测量发动机外特性数据；③完成70kPa背压测量后，再调至全速全负荷，催化前压力调节为60kPa，以此类推做完50kPa、40kPa共四组试验。

3 试验结果及分析

3.1 背压对发动机扭矩的影响

如图1所示，随着排气背压的减小，外特性扭矩不断增大。在大于3000rpm转速区间较为明显。背压每降低10kPa，5500rpm额定点扭矩上升约3-5Nm。背压从70kPa降低至40kPa，额定点扭矩从214Nm上升至229.6Nm，增幅7.3%。

图1 背压对发动机扭矩的影响

图2 背压变化

3.2 背压对发动机功率的影响

图3 背压对发动机功率的影响

如图3所示，随着排气背压的减小，外特性功率不断增大。背压每降低10kPa，5500rpm额定点功率增大2-4kW。背压从70kPa降低至40kPa，额定点功率从123.3kW增大至132.3kW，增幅7.3%。

3.3 背压对发动机油耗率的影响

燃油消耗率是由油耗仪测得油耗量，再通过计算得出当前工况的燃油消耗率。所以得出的数据可以真实地反映出不同背压条件下油耗率的变化规律。

如图4可以看出，随着排气背压的减小，外特性油耗率也相应减小。背压从70kPa降低至40kPa，油耗率从365.2 g/kW.h降低至344.5 g/kW.h，降幅5.7%。

图4 背压对发动机油耗率的影响

3.4 其他试验边界

如图5所示，进气温度、压力保持在近似一致水平，涡前温度一致。

图5 进排气边界

4 小结

本文通过对排气背压的调节，探究了背压的变化对发动机动力性和经济性的影响。以实测数据验证了理论推测。随着发动机排气背压的增大，功率、扭矩下降，油耗增大。为整车排气管压损值设计提供了数据支持。

[1] 马少康.排气背压对发动机性能影响的研究[J].小型内燃机与车辆技术.2015.44(2):12-15.

[2] 周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,2005.

Experimental Research of Exhaust Back Pressure’s Influence on GDI Engine Performance

Zhang Wei

( Anhui Jianghuai Automobile group Co., Ltd., Hefei Anhui 230601 )

By changing the exhaust back pressure of a GDI gasoline engine, four groups of full load tests were carried out under the four boundary conditions of 40 kPa, 50 kPa, 60 kPa and 70 kPa to explore the effects on engine performance.The test results show that with the increase of exhaust back pressure, rated power and torque decrease, and fuel consumption increases. The theoretical prediction is verified by the measured data and provides data support for the design of the exhaust pressure loss value of the vehicle.

Exhaust back pressure; Power; Torque; Fuel consumption

TK411.5

B

1671-7988(2018)21-71-02

TK411.5

B

1671-7988(2018)21-71-02

张伟（1992-），男，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.025