EGR冷卻器對(duì)柴油機(jī)NOX排放的影響

賀捷

摘要：本工作針對(duì)某公司PEMS排放試驗(yàn)中NOX排放超標(biāo)問(wèn)題，對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)在2020年和2017年兩種不同EGR冷卻器的情況下的發(fā)動(dòng)機(jī)排放進(jìn)行比較，分析得到2020年發(fā)動(dòng)機(jī)所存在的問(wèn)題為EGR冷卻器冷卻效率不足導(dǎo)致NOX的排放量超標(biāo)。本工作基于現(xiàn)有EGR冷卻器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，冷凝隔板由原來(lái)的8層改成為9層。通過(guò)對(duì)改進(jìn)后的樣件與原有的EGR冷卻器排放實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比中發(fā)現(xiàn)使用了改進(jìn)后的EGR冷卻器的發(fā)動(dòng)機(jī)NOX排放量基本穩(wěn)定在1.7～2.4 g/kW·h，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（≤4 g/kW·h），對(duì)現(xiàn)階段PEMS排放超標(biāo)的問(wèn)題提供了可行性方案。

關(guān)鍵詞：EGR冷卻器;冷凝隔板;NOX;PEMS

Abstract： In view of the problem of NOX emission exceeding the standard in the PEMs emission test of A company. In this work， the engine emissions of two different EGR coolers in 2020 and 2017 are compared. The analysis shows that the problem of the engine in 2020 is that the cooling efficiency of the EGR cooler is insufficient， which leads to the excessive NOX emission. Based on the existing EGR cooler， the structure of the condensing baffle is changed from 8 layers to 9 layers. Comparison of the data of the improved sample and the original cooler， it is found that the NOX emission of the improved cooler is basically stable at 1.7～2.4 g/kW·h， which met the national standard （≤4 g/kW·h）， and it provides a feasible scheme for the problem that the PEMS emission exceeds the standard at present.

Key words： EGR cooler;condensing separator;NOX;PEMS

1? 簡(jiǎn)介

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)，人民對(duì)現(xiàn)有的生活水平要求越來(lái)越高，汽車成為人們最常用的交通工具，而伴隨機(jī)動(dòng)車保有量的越來(lái)越多，汽車尾氣污染問(wèn)題日漸凸顯[1-3]。汽車尾氣中含有大量污染物，如一氧化碳、碳?xì)浠衔锏然瘜W(xué)物質(zhì)，嚴(yán)重危害環(huán)境和人們生命健康安全[4-6]。如何采取行之有效的措施減少機(jī)動(dòng)車尾氣排放帶來(lái)的危害成為現(xiàn)階段的焦點(diǎn)[7-10]。

基于對(duì)某公司汽車尾氣排放超標(biāo)問(wèn)題跟蹤，本工作對(duì)此公司汽車進(jìn)行了2次整車PEMS試驗(yàn)，測(cè)得的NOX排放結(jié)果分別為6g/kW·h和6.2g/kW·h，而國(guó)家第五階段柴油機(jī)要求的NOX排放限值為4g/kW·h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符合要求。核查了整車進(jìn)、排氣管路與量產(chǎn)狀態(tài)的差異，以及發(fā)動(dòng)機(jī)漏氣情況和增壓器狀態(tài)，均未發(fā)現(xiàn)異常。于是安排了量產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行臺(tái)架復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的量產(chǎn)狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)中NOX排放值遠(yuǎn)高于2017年產(chǎn)品定型階段。檢查發(fā)動(dòng)機(jī)配置后發(fā)現(xiàn)EGR冷卻器狀態(tài)已經(jīng)變更，廠家由原來(lái)的浙江銀輪變更為全椒南屏。之后臺(tái)架分別進(jìn)行了南屏量產(chǎn)狀態(tài)、浙江銀輪定型狀態(tài)排放測(cè)試，結(jié)果南屏量產(chǎn)狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)未通過(guò)測(cè)試，而原浙江銀輪定型狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)滿足要求。

本工作在現(xiàn)有全椒南屏冷卻器的基礎(chǔ)上對(duì)冷卻器中的冷凝隔板進(jìn)行了改進(jìn)，由原來(lái)的8層冷凝隔板改為9層。對(duì)改進(jìn)后的冷卻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得NOX含量的范圍基本穩(wěn)定在1.7～2.4g/kW·h之間，而國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)范圍在4g/kW·h以下，由此可得本工作基本上符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2? 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

EGR冷卻器廠家為浙江銀輪的2017年發(fā)動(dòng)機(jī)PEMS排放符合要求，而廠家為全椒南屏的2020年發(fā)動(dòng)機(jī)PEMS排放超標(biāo)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)核對(duì)兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)狀態(tài)、進(jìn)氣系統(tǒng)、進(jìn)氣量和EGR冷卻器之間的不同，分析問(wèn)題所在，并建立優(yōu)化處理方案。

2.1 ECU數(shù)據(jù)狀態(tài)核對(duì)

在對(duì)2020年發(fā)動(dòng)機(jī)（EGR冷卻器為全椒南屏）設(shè)備的數(shù)據(jù)與2017年發(fā)動(dòng)機(jī)（EGR冷卻器為浙江銀輪）設(shè)備的數(shù)據(jù)比較過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)升級(jí)部分僅與OBD、碳載模型相關(guān)，而空氣系統(tǒng)部分的數(shù)據(jù)標(biāo)定沒有更改。并且在通過(guò)與開發(fā)階段的數(shù)據(jù)比對(duì)后，也沒有發(fā)現(xiàn)明顯異常點(diǎn)。

2.2 進(jìn)氣系統(tǒng)核對(duì)

比較2020年和2017年發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管路后發(fā)現(xiàn)，兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管路并無(wú)明顯的差異。

2.3 臺(tái)架進(jìn)氣量核對(duì)

比較兩種發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架進(jìn)氣量可以看出排放區(qū)內(nèi)臺(tái)架進(jìn)氣量新數(shù)據(jù)整體與2017年相近，僅個(gè)別點(diǎn)最大相差在28kg/h左右。同時(shí)對(duì)比NOX和Soot比排放發(fā)現(xiàn)在排放區(qū)域內(nèi)2020年發(fā)動(dòng)機(jī)NOX的排放量整體大于2017年數(shù)據(jù)，并且在2800rpm大負(fù)荷區(qū)域越加明顯，最大相差3g/kW·h。排放區(qū)域內(nèi)2020年發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備Soot排放量整體略高于2017年。由此得出2020年發(fā)動(dòng)機(jī)PEMS排放不合格主要是NOX的排放量較高。

2.4 EGR冷卻器狀態(tài)核對(duì)

比較全椒南屏與浙江銀輪EGR冷卻器排放量后發(fā)現(xiàn)，相同工況下EGR關(guān)閉時(shí)NOX排放基本一致，EGR開啟時(shí)浙江銀輪NOX排放符合要求，全椒南屏NOX排放超標(biāo)。在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝EGR上下游溫度傳感器進(jìn)行換熱功率測(cè)試，在相同工況NOX排放一致的情況下，EGR下游溫度全椒南屏整體比浙江銀輪高了50℃以上。與產(chǎn)品廠家溝通后，得知發(fā)動(dòng)機(jī)在量產(chǎn)階段水路和水泵等零部件沒有更改，故暫將問(wèn)題鎖定在EGR冷卻器上。

3? 改進(jìn)過(guò)程

通過(guò)1、2小節(jié)的分析，2020年發(fā)動(dòng)機(jī)的PEMS排放量存在問(wèn)題，主要是由于發(fā)動(dòng)機(jī)更換了EGR冷卻器冷卻效率不足導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)NOX的排放量超標(biāo)，故在此狀態(tài)下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的EGR冷卻器進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。將現(xiàn)有狀態(tài)下全椒南屏中冷器的冷凝隔板由8層（圖1（a））改為9層（圖1（b））。

4? 結(jié)果與討論

改進(jìn)型EGR冷卻器在原型號(hào)基礎(chǔ)上冷凝隔板由8層增至9層，實(shí)驗(yàn)測(cè)定冷卻器上下游溫度差后發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的EGR冷卻器上下游溫差較原型號(hào)有較大改善，整體EGR上下游溫差高出50℃左右。

表1為對(duì)比新南屏、全椒南屏和浙江銀輪在不同轉(zhuǎn)速和扭矩情況下發(fā)動(dòng)機(jī)污染物排放量，表1中數(shù)據(jù)顯示三種EGR冷卻器Soot排放量范圍大致相同，符合DPF后處理系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)原始排放要求，全椒南屏和浙江銀輪的NOX排放量范圍分別在1.9～4.3g/kW·h和1.7～2.3g/kW·h之間，改進(jìn)后的南屏樣件NOX排放量范圍基本穩(wěn)定在1.7～2.4g/kW·h。由此可以看出改進(jìn)后的南屏樣件NOX排放量與浙江銀輪相似。國(guó)家規(guī)定NOX排放量低于4g/kW·h，因此改進(jìn)后的新南屏樣件NOX排放量符合規(guī)定。

5? 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)某公司汽車在2020年和2017年兩種不同發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行比較，分析了兩種發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)狀態(tài)、進(jìn)氣系統(tǒng)、進(jìn)氣量和冷卻器等影響發(fā)動(dòng)機(jī)排放量的因素。得到2020年發(fā)動(dòng)機(jī)全椒南屏EGR冷卻器的冷卻效率不足導(dǎo)致NOX的排放量超標(biāo)。因此在現(xiàn)有的全椒南屏冷卻器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，冷凝隔板由原來(lái)的8層改成9層。對(duì)改進(jìn)后的樣件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，并于與原全椒南屏和浙江銀輪數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，改進(jìn)后的銀輪NOX排放量基本穩(wěn)定在1.7～2.4g/kW·h，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為4g/kW·h以下。對(duì)現(xiàn)階段某公司PEMS排放超標(biāo)的問(wèn)題提供了可行的改進(jìn)方案。

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