EGR冷却器对柴油机NOX排放的影响

贺捷

摘要：本工作针对某公司PEMS排放试验中NOX排放超标问题，对其发动机在2020年和2017年两种不同EGR冷却器的情况下的发动机排放进行比较，分析得到2020年发动机所存在的问题为EGR冷却器冷却效率不足导致NOX的排放量超标。本工作基于现有EGR冷却器进行了结构改进，冷凝隔板由原来的8层改成为9层。通过对改进后的样件与原有的EGR冷却器排放实验结果对比中发现使用了改进后的EGR冷却器的发动机NOX排放量基本稳定在1.7～2.4 g/kW·h，符合国家标准（≤4 g/kW·h），对现阶段PEMS排放超标的问题提供了可行性方案。

关键词：EGR冷却器;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  简介

随着我国经济的飞速增长，人民对现有的生活水平要求越来越高，汽车成为人们最常用的交通工具，而伴随机动车保有量的越来越多，汽车尾气污染问题日渐凸显[1-3]。汽车尾气中含有大量污染物，如一氧化碳、碳氢化合物等化学物质，严重危害环境和人们生命健康安全[4-6]。如何采取行之有效的措施减少机动车尾气排放带来的危害成为现阶段的焦点[7-10]。

基于对某公司汽车尾气排放超标问题跟踪，本工作对此公司汽车进行了2次整车PEMS试验，测得的NOX排放结果分别为6g/kW·h和6.2g/kW·h，而国家第五阶段柴油机要求的NOX排放限值为4g/kW·h，实验结果不符合要求。核查了整车进、排气管路与量产状态的差异，以及发动机漏气情况和增压器状态，均未发现异常。于是安排了量产发动机进行台架复测，发现当前的量产状态发动机台架实验中NOX排放值远高于2017年产品定型阶段。检查发动机配置后发现EGR冷却器状态已经变更，厂家由原来的浙江银轮变更为全椒南屏。之后台架分别进行了南屏量产状态、浙江银轮定型状态排放测试，结果南屏量产状态发动机未通过测试，而原浙江银轮定型状态发动机满足要求。

本工作在现有全椒南屏冷却器的基础上对冷却器中的冷凝隔板进行了改进，由原来的8层冷凝隔板改为9层。对改进后的冷却器进行实验，测得NOX含量的范围基本稳定在1.7～2.4g/kW·h之间，而国家的标准范围在4g/kW·h以下，由此可得本工作基本上符合国家标准。

2  实验过程

EGR冷却器厂家为浙江银轮的2017年发动机PEMS排放符合要求，而厂家为全椒南屏的2020年发动机PEMS排放超标。通过实验核对两种发动机的数据状态、进气系统、进气量和EGR冷却器之间的不同，分析问题所在，并建立优化处理方案。

2.1 ECU数据状态核对

在对2020年发动机（EGR冷却器为全椒南屏）设备的数据與2017年发动机（EGR冷却器为浙江银轮）设备的数据比较过程中，发现升级部分仅与OBD、碳载模型相关，而空气系统部分的数据标定没有更改。并且在通过与开发阶段的数据比对后，也没有发现明显异常点。

2.2 进气系统核对

比较2020年和2017年发动机进气管路后发现，两种发动机的进气管路并无明显的差异。

2.3 台架进气量核对

比较两种发动机台架进气量可以看出排放区内台架进气量新数据整体与2017年相近，仅个别点最大相差在28kg/h左右。同时对比NOX和Soot比排放发现在排放区域内2020年发动机NOX的排放量整体大于2017年数据，并且在2800rpm大负荷区域越加明显，最大相差3g/kW·h。排放区域内2020年发动机设备Soot排放量整体略高于2017年。由此得出2020年发动机PEMS排放不合格主要是NOX的排放量较高。

2.4 EGR冷却器状态核对

比较全椒南屏与浙江银轮EGR冷却器排放量后发现，相同工况下EGR关闭时NOX排放基本一致，EGR开启时浙江银轮NOX排放符合要求，全椒南屏NOX排放超标。在发动机上安装EGR上下游温度传感器进行换热功率测试，在相同工况NOX排放一致的情况下，EGR下游温度全椒南屏整体比浙江银轮高了50℃以上。与产品厂家沟通后，得知发动机在量产阶段水路和水泵等零部件没有更改，故暂将问题锁定在EGR冷却器上。

3  改进过程

通过1、2小节的分析，2020年发动机的PEMS排放量存在问题，主要是由于发动机更换了EGR冷却器冷却效率不足导致发动机NOX的排放量超标，故在此状态下对发动机的EGR冷却器进行结构改进。将现有状态下全椒南屏中冷器的冷凝隔板由8层（图1（a））改为9层（图1（b））。

4  结果与討论

改进型EGR冷却器在原型号基础上冷凝隔板由8层增至9层，实验测定冷却器上下游温度差后发现改进后的EGR冷却器上下游温差较原型号有较大改善，整体EGR上下游温差高出50℃左右。

表1为对比新南屏、全椒南屏和浙江银轮在不同转速和扭矩情况下发动机污染物排放量，表1中数据显示三种EGR冷却器Soot排放量范围大致相同，符合DPF后处理系统的发动机原始排放要求，全椒南屏和浙江银轮的NOX排放量范围分别在1.9～4.3g/kW·h和1.7～2.3g/kW·h之间，改进后的南屏样件NOX排放量范围基本稳定在1.7～2.4g/kW·h。由此可以看出改进后的南屏样件NOX排放量与浙江银轮相似。国家规定NOX排放量低于4g/kW·h，因此改进后的新南屏样件NOX排放量符合规定。

5  结论

本文通过对某公司汽车在2020年和2017年两种不同发动机在进行比较，分析了两种发动机的数据状态、进气系统、进气量和冷却器等影响发动机排放量的因素。得到2020年发动机全椒南屏EGR冷却器的冷却效率不足导致NOX的排放量超标。因此在现有的全椒南屏冷却器的结构基础上进行结构改进，冷凝隔板由原来的8层改成9层。对改进后的样件进行实验测定，并于与原全椒南屏和浙江银轮数据进行对比，改进后的银轮NOX排放量基本稳定在1.7～2.4g/kW·h，国家标准为4g/kW·h以下。对现阶段某公司PEMS排放超标的问题提供了可行的改进方案。

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