GDI汽油機EGR冷卻器中沉積物的試驗研究

廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)是汽油機上常用的后處理系統(tǒng)，其能有效降低汽油機的排放。EGR系統(tǒng)工作時，需要采用EGR冷卻器對循環(huán)的廢氣進行冷卻，以降低汽油機的熱負荷。然而，對于應用較為廣泛的汽油缸內(nèi)直噴（GDI）汽油機，由于汽油與空氣的混合時間較短，使GDI汽油機排放的廢氣中顆粒物的含量較高，因而在廢氣流經(jīng)EGR冷卻器時常常造成EGR冷卻器內(nèi)部出現(xiàn)沉積物，沉積物堆積到一定量之后將影響EGR冷卻器的性能。通過試驗分析了EGR冷卻器結(jié)構(gòu)與沉積物形成的關(guān)系，這將有利于改善EGR冷卻器的設計，減少沉積物的形成。

試驗采用一臺美國通用（GM）汽車公司生產(chǎn)的4缸2.0L渦輪增壓GDI汽油機，并采用兩種類型的EGR冷卻器。兩種EGR冷卻器具有相同的布置結(jié)構(gòu)，但冷卻管的幾何形狀不同：一種為表面平滑的冷卻管；一種為表面凹陷的冷卻管。兩種冷卻管均采用304不銹鋼制造，外徑均為8mm，壁厚均為0.26mm，長度均為343mm。使用辛烷值93的標準汽油混合10%的乙醇作為試驗燃油。分別進行了不同類型EGR冷卻器下的燃燒試驗，并利用壓電式傳感器和熱電偶分別測量EGR冷卻器入口和出口處的壓力和溫度。為加速沉積物的形成，試驗設定GDI汽油機在滿負荷下運行。同時，利用荷蘭皇家飛利浦（Philips）公司生產(chǎn)的PhilipsXL30FEG掃描電子顯微鏡對形成的沉積物進行微觀結(jié)構(gòu)觀察。對比兩種EGR冷卻器的試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：①與表面平滑的冷卻管相比，表面凹陷的冷卻管具有更大的表面積和更劇烈的湍流運動，因而具有更有效的冷卻性能；②表面凹陷的冷卻管中具有更多的沉積物，且存在較大的壓力降；③微觀結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)，冷卻管入口處的沉積物質(zhì)量和厚度均較高，而距離冷卻管入口較遠處的沉積物具有較小的質(zhì)量和厚度。

KwangHeeYooetal.SAE 2016-01-1090.

編譯：陳丁躍