低温和常温环境下EGR冷却器积碳台架试验对比研究.pdf
《低温和常温环境下EGR冷却器积碳台架试验对比研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《低温和常温环境下EGR冷却器积碳台架试验对比研究.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 13 卷第 4 期2023 年 7 月汽车工程学报Chinese Journal of Automotive EngineeringVol.13No.4July 2023低温和常温环境下EGR冷却器积碳台架试验对比研究税绍强,魏厚敏,田茂军,邓 力,唐 卜,唐秀云(中国汽车工程研究院股份有限公司,重庆 401122)摘要:为研究发动机低温和常温环境下EGR冷却器积碳的差异性,以两台相同型号和配置的国柴油机为试验对象,设计了常温(25)、低温(-8)两种不同环境温度下EGR积碳发动机896 h台架试验。结果表明,低温环境下EGR冷却器的积碳程度和速度均大于常温,换热效率下降幅度和压力损失增大
2、幅度均大于常温;EGR冷却器积碳导致的换热效率下降是试验后NOx、PM排放增大,HC排放减小的主要原因,冷却器换热效率下降越严重排放变化越明显;HC的冷凝会导致废气中HC浓度的下降,排气温度和冷却介质的冷却能力都对EGR管道内HC浓度的下降有影响,但是冷却介质的冷却能力起主导作用。关键词:发动机;废气再循环;环境温度;台架试验;积碳中图分类号:TK427文献标志码:ADOI:10.3969/j.issn.20951469.2023.04.16Comparative Study on Bench Test of Carbon Deposits in EGR Cooler in Low-Tempe
3、rature and Room Temperature EnvironmentsSHUI Shaoqiang,WEI Houmin,TIAN Maojun,DENG Li,TANG Bu,TANG Xiuyun(China Automotive Engineering Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 401122,China)Abstract:In order to compare the carbon deposits in the EGR cooler in the room temperature and the low temperature
4、 environments respectively,two national diesel engines with the same model and configuration were tested.And the 896 h bench testing of the EGR engine under two different ambient temperatures(25 and-8)was designed.The results show that the amount of carbon deposit,the deposition rate,the decrease in
5、 heat exchange efficiency and the increase in pressure drop in the EGR cooler at-8 are greater than those at 25.The decrease in heat exchange efficiency caused by the carbon deposits in the EGR cooler leads to the increase in NOx and PM emissions and the reduction of HC-emissions after the test.The
6、more sharply the heat exchange efficiency dropped,the more obvious the emission change was.The condensation of HC will cause a reduction in the HC concentration in the exhaust sample.Both the exhaust temperature and the capacity of the cooling medium have an effect on the HC concentration in the EGR
7、 pipe.However,the capacity of the cooling medium plays a leading role.Keywords:engine;exhaust gas recirculation;ambient temperature;bench test;carbon deposition收稿日期:20210322改稿日期:20210406网络首发日期:20210830参考文献引用格式:税绍强,魏厚敏,田茂军,等.低温和常温环境下EGR冷却器积碳台架试验对比研究 J.汽车工程学报,2023,13(4):597-602.SHUI Shaoqiang,WEI Houm
8、in,TIAN Maojun,et al.Comparative Study on Bench Test of Carbon Deposits in EGR Cooler in Low-Temperature and Room Temperature EnvironmentsJ.Chinese Journal of Automotive Engineering,2023,13(4):597-602.(in Chinese)汽车工程学报第 13 卷现今重型柴油车国排放标准已经正式实施,为降低柴油机NOx排放以使其满足法规要求,而广泛采用废气再循环(EGR)技术。EGR增加了混合气中CO2、H2O
9、等多原子气体的含量,致使混合气比热容增加,缸内燃烧温度降低,同时过量空气系数下降,氧浓度降低,从而导致NOx生成和排放量降低1。其中,采用了EGR冷却技术的EGR系统,其 EGR冷却器的积碳一直是影响发动机性能的重要因素。EGR冷却器积碳的主因是颗粒物的自由扩散、热泳现象、HC、H2O 的冷凝等2-3。HC 和 PM 是EGR冷却器积碳的主要因素,两者含量越多 EGR系统越容易产生积碳,且HC的冷凝沉积是碳烟颗粒能黏结在 EGR系统壁面上的前提条件4。尾气中的HC进入EGR冷却器后温度迅速降温,当气态HC的温度低于其露点温度后会发生相变,出现凝结现象,排气温度越低,EGR 冷却器效率越高,HC
10、 冷凝现象越严重5。GANDHI 等6的研究表明,进气温度每降低 1,最高压缩温度约降低2,压缩温度的降低会导致柴油雾化质量降低,进 而 影 响 混 合 气 的 形 成,导 致 燃 烧 恶 化。BHASKAR等7的研究表明,柴油机在低温环境中运行,由于燃油的不完全燃烧,HC、CO和PM排放较为严重。成晓北等8的研究表明,对于涡轮增压柴油机,进气温度的降低会降低柴油机压缩始点的温度和整个循环的平均温度,从而降低柴油机的排气温度。因此,发动机在低温环境下运行时,会导致EGR冷却器积碳的增加。我国大部分地区的冬季平均气温在0 以下,并且产品远销俄罗斯等处于寒带气候的国家,因此对低温环境下 EGR冷却
11、器积碳进行研究有现实意义,但是国内尚少见该方面的研究成果报道。本研究分别在低温和常温环境下开展 EGR冷却器积碳试验,最后通过不同温度条件下试验数据的对比和分析来探究发动机在低温环境下运行时,EGR冷却器积碳导致的结果相较于常温的差异性。1试验装置和试验方案1.1试验装置试验发动机为两台配有EGR,不带后处理系统的国发动机,型号以及配置均完全一致,主要参数见表1。试验采用HORIBAMEXA-7200D排放分析仪测量气体污染物浓度,DLS-7200E测量颗粒物质量,BHR2130F试验环境模拟仓控制所需低温环境,全室空调控制所需常温环境,发动机测试系统布置如图1所示。1.2试验方案在城市道路上
12、行驶的车辆,由于其发动机长期处于低速、低负荷状态,所以其排温较低,排气污染物更容易受到冷凝作用的影响。因此,发动机台架循环工况尽量模拟发动机在城市道路中的运行情况。试验循环方案同时参考了美国福特公司对EGR系统积碳试验考核的工程经验,即分别由驾驶循环、停机热浸、启动和自然冷却工况组成。试验内容和方案如下。1)积碳试验循环开始前,进行热态WHTC排放试验以对比两台发动机本身存在的差异性。2)两台发动机均参考GB 176912018重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)9,运行14个连续的WHTC循环以模拟发动机城市道路运行情况,然后再进15 min的热浸,由此组成 1 个 7.25
13、h 的子循环。完成 6 个子循环后,进行12 h的自然冷却,由此构成1个56 h的EGR积碳主循环。发动机积碳循环由13个EGR积碳主循环构成。表1试验发动机主要技术参数参数排量/L额定功率/kW最大转矩/Nm进气方式怠速/(r/min)燃料类型规格2.18395(3 200 r/min)325(1 4002 400 r/min)增压中冷75030柴油598第 4 期税绍强 等:低温和常温环境下EGR冷却器积碳台架试验对比研究3)一台发动机(A发动机)的积碳循环在常温环境下进行,另一台发动机(B发动机)的积碳循环在低温环境下进行。两台发动机均在积碳循环开始前,以及完成一次积碳主循环后,选择 1
14、 个EGR废气流量最大的点(转速和转矩分别为2 140 r/min和 325 Nm),采集 EGR冷却器进气口和出气口的废气压力、废气温度和冷却液温度。其中,B发动机还采集 EGR冷却器进气口和出气口,以及EGR阀前的HC浓度。通过以上数据分析EGR冷却器换热效率的下降幅度、压力降的增加幅度以及HC的冷凝幅度。4)积碳循环完成后,两台发动机均在常温下进行热态WHTC排放试验,以考察不同环境温度下运行后排放的差异性。2试验结果与分析2.1发动机在不同环境温度下运行后EGR冷却器性能的差异性EGR 冷却器内壁因为废气冷凝的影响产生积碳,碳烟层类似一个绝热体影响了废气与 EGR冷却器之间的热交换,即
15、降低了 EGR冷却器的换热效率,EGR 冷却器的换热效率计算式如式(1)所示。=T gas.inlet-T gas.outletT gas.inlet-T coolant.inlet 100%。(1)式中:T gas.inlet和T gas.outlet分别为EGR冷却器进、出口废气温度;T coolant.inlet为冷却液进口温度。碳烟层的堆积会减小气体通过的流通截面,进而造成EGR冷却器前后压降的增加。图2为常温环境和低温环境下,EGR冷却器换热效率和压降随时间的变化关系。由图2可知以下两点。1)循环开始前(0 h),A、B发动机EGR冷却器有相近的换热效率和压力损失,但是随着循环时间的
16、增加,常温环境下运行的A发动机,其EGR冷却器的换热效率由 82%降至 61%,下降了 21个百分点,进出口压降从初始状态的 1.3 kPa增至 11.5 kPa,增加了 10.2 kPa;低温环境下运行的 B 发动机,其 EGR 冷却器的换热效率由 81%降至 51%,图2EGR冷却器换热效率和压降随时间的变化关系图1发动机测试系统布置599汽车工程学报第 13 卷下降了30个百分点,进出口压降从初始状态的1.4 kPa增至17.5 kPa,增加了16.1 kPa。由此可知,A发动机换热效率下降幅度和压力增加幅度分别比B发动机大9%和5.9 kPa。再从图中曲线的斜率可以看出,B发动机换热效
17、率曲线和压力降曲线的斜率绝对值均大于A发动机。影响两台发动机碳烟层聚集的因素主要有3点:排放的差异性、排气温度的差异性和 EGR冷却器换热效率的差异性。低温环境导致了发动机更高的HC和PM排放量,更低的排气温度,以及 EGR冷却器在性能一致的情况下则更容易产生积碳。随着循环时间的增加,EGR冷却器的积碳程度较高又会导致 EGR冷却器换热效率的下降,换热效率的降低会减弱碳烟层的聚集作用。循环开始后的整个阶段,B 发动机的聚集程度、聚集速度均大于A发动机,所以造成此现象的根本原因为低温环境下发动机排放的恶化以及排气温度的降低。2)图中 4条曲线斜率绝对值均逐渐减小并趋于0,因为开始时EGR冷却器较
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 低温 常温 环境 EGR 冷却器 台架 试验 对比 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。