GDI汽油机EGR冷却器中沉积物的试验研究

GDI汽油机EGR冷却器中沉积物的试验研究

废气再循环（EGR）系统是汽油机上常用的后处理系统，其能有效降低汽油机的排放。EGR系统工作时，需要采用EGR冷却器对循环的废气进行冷却，以降低汽油机的热负荷。然而，对于应用较为广泛的汽油缸内直喷（GDI）汽油机，由于汽油与空气的混合时间较短，使GDI汽油机排放的废气中颗粒物的含量较高，因而在废气流经EGR冷却器时常常造成EGR冷却器内部出现沉积物，沉积物堆积到一定量之后将影响EGR冷却器的性能。通过试验分析了EGR冷却器结构与沉积物形成的关系，这将有利于改善EGR冷却器的设计，减少沉积物的形成。

试验采用一台美国通用（GM）汽车公司生产的4缸2.0L涡轮增压GDI汽油机，并采用两种类型的EGR冷却器。两种EGR冷却器具有相同的布置结构，但冷却管的几何形状不同：一种为表面平滑的冷却管；一种为表面凹陷的冷却管。两种冷却管均采用304不锈钢制造，外径均为8mm，壁厚均为0.26mm，长度均为343mm。使用辛烷值93的标准汽油混合10%的乙醇作为试验燃油。分别进行了不同类型EGR冷却器下的燃烧试验，并利用压电式传感器和热电偶分别测量EGR冷却器入口和出口处的压力和温度。为加速沉积物的形成，试验设定GDI汽油机在满负荷下运行。同时，利用荷兰皇家飞利浦（Philips）公司生产的PhilipsXL30FEG扫描电子显微镜对形成的沉积物进行微观结构观察。对比两种EGR冷却器的试验数据发现：①与表面平滑的冷却管相比，表面凹陷的冷却管具有更大的表面积和更剧烈的湍流运动，因而具有更有效的冷却性能；②表面凹陷的冷却管中具有更多的沉积物，且存在较大的压力降；③微观结构观察发现，冷却管入口处的沉积物质量和厚度均较高，而距离冷却管入口较远处的沉积物具有较小的质量和厚度。

KwangHeeYooetal.SAE 2016-01-1090.

编译：陈丁跃