王建東

摘 要：EGR冷卻器是EGR的主要組成部分，其在應(yīng)用以及運行過程中，會對汽油機的性能等產(chǎn)生一定的影響。本文在對EGR進行了簡要介紹的基礎(chǔ)上，從汽油機冷卻EGR的原理以及汽油機EGR冷卻器的要求等角度出發(fā)，對EGR冷卻器對汽油機的影響進行了深入分析，希望能夠為有關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：EGR冷卻器；汽油機；影響

NOX的排放問題一直是汽油機使用過程中面臨的主要問題，對于汽油機節(jié)能以及環(huán)保功能的實現(xiàn)十分不利，為解決這一問題，將EGR應(yīng)用其中能夠起到很好的效果。冷卻廢氣循環(huán)系統(tǒng)具有熱性能好以及耐氣體和冷卻液重要溫度變化性等特點，利用到汽油機中，是現(xiàn)代汽油機節(jié)能與環(huán)保功能實現(xiàn)、運行效率提高的主要途徑。

1 EGR概述

1.1 EGR簡介

EGR又稱廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，是目前汽油機以及柴油機應(yīng)用的主要系統(tǒng)之一。以汽油機為例，其在運行過程中，所排出的氣體含氧量往往極低，這一部分氣體會對大氣造成嚴重污染[1]。在社會對可持續(xù)發(fā)展理念重視程度不斷提高的今天，如何降低這一部分氣體的排放量成為了汽油機設(shè)計以及生產(chǎn)領(lǐng)域研究的主要方向。廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠使汽油機所排放出的一部分廢氣，重新被送回到氣缸中，由于這一部分廢棄具有惰性，因此會延緩燃燒過程，此時，燃燒室中的壓力形成過程也會延緩，氮氧化合物便會減少，最終使污染氣體的排放量得到降低。鑒于廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的上述特點，汽油機生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)對其給予了極大的重視。

1.2 汽油機冷卻EGR原理

EGR系統(tǒng)由多部分組成，其中冷卻器便屬于其中重要的部分。冷卻系包括水冷型冷卻系和風冷型冷卻系兩種，顧名思義，水冷型冷卻系指的是利用水的循環(huán)帶走熱量，從而達到冷卻目的的一種冷卻方法，而風冷行冷卻系指的則是利用風帶走熱量，以達到冷卻目的的一種冷卻方法。目前，汽車以及拖拉機中主要應(yīng)用水冷型冷卻系，而大型客車等則相反。

總的來說，汽油機EGR冷卻系統(tǒng)的原理如下[2]：

從圖1中可以看出，汽油機EGR冷卻系統(tǒng)主要由10部分組成，不同部分功能各不相同。1為電控單元ECU，是對整個冷卻系統(tǒng)進行控制的部分，對于汽油機冷卻功能的實現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。2為文曲利管。3為旁通閥，是閥門的一種，通過閥門的開與關(guān)實現(xiàn)對冷卻器功能的控制。4是發(fā)動機，功能在于啟動冷卻系統(tǒng)，并保證其運行。5為EGR控制閥，功能在于從根源處實現(xiàn)對EGR的控制，在合理的情況下，開啟或關(guān)閉系統(tǒng)。6為EGR冷卻器，使EGR冷卻系統(tǒng)的重點部分。7為EGR廢氣溫度傳感器，功能在于對廢氣溫度進行監(jiān)控，以保證其溫度能夠在合理范圍內(nèi)。8為伺服電機水泵。9與10分別為單向閥與發(fā)動機散熱器。

2 EGR冷卻器對汽油機的影響試驗

2.1 汽油機EGR冷卻器要求

從本質(zhì)上看，EGR冷卻器屬于換熱器的一種，將其應(yīng)用到汽油機的運行過程中時，應(yīng)充分考慮其選型的問題[3]。由于EGR在汽油機中的應(yīng)用，主要功能在于實現(xiàn)對廢氣的冷卻，因此將其本身的溫度控制在合理范圍內(nèi)很有必要。如本身溫度過高，則無法實現(xiàn)冷卻，如本身溫度過低，則容易導致汽油機排氣中的水蒸氣凝結(jié)，進而與含硫化合物結(jié)合成酸，很容易造成冷卻器被腐蝕的問題。受上述因素影響，汽油機EGR冷卻器的選型必須堅持以下幾點原則：

第一，冷卻器要耐高溫耐腐蝕。第二，冷卻器體積要小，且具有較高的散熱率。第三，冷卻器必須具有防止堵塞的功能，同時壓力損失小。

2.2 試驗設(shè)計

EGR冷卻器對汽油機影響主要體現(xiàn)在隨著EGR溫度的變化而變化的NOX的排放量這一方面，因此，試驗主要對發(fā)動機不同工況下NOX的排放量隨EGR溫度的變化而變化的規(guī)律進行了測試。測試選擇了4缸8氣門四沖程汽油機作為主要器材，在其中設(shè)置了EGR。具體試驗裝置如下[4]：

通過圖2可以看出，試驗裝置主要以發(fā)動機為核心，在此基礎(chǔ)上，其裝置包括節(jié)氣門、排氣閥、數(shù)字溫度計、手動閥、冷卻器、五氣分析儀以及轉(zhuǎn)速表幾種，在空氣進入節(jié)氣門之前，需要對其流量進行測量，在空氣經(jīng)過排氣閥之后，需要通過數(shù)字溫度計測量其溫度，與此同時測量廢氣流量，其廢氣經(jīng)過冷卻器之后，要測量排氣的溫度。

試驗中采用了廢氣分析儀，對經(jīng)過冷卻器后的汽油機所排放的氣體成分進行了分析，該儀器采用不分光紅外吸收法實現(xiàn)對CO以及CO2的測量，同時能夠?qū)崿F(xiàn)對氧以及氮化物的分析。在廢氣分析儀以及溫度測量儀器的支持下，能夠有效的分析出排放氣體所含的成分及其溫度，對于EGR冷卻器對汽油機影響的分析能夠起到一定的幫助。

2.3 試驗過程

試驗采用恒轉(zhuǎn)速控制，即轉(zhuǎn)速恒定，不會對氣體的排放等產(chǎn)生影響，因此在分析氣體排放時，無需考慮轉(zhuǎn)速問題。節(jié)氣門的位置保持不變，此時空氣的進入量保持一致，不會對氣體的排放產(chǎn)生影響，分析時不需要考慮空氣進入量的問題。在測量NOX排放量時，要通過手動的方式，將EGR閥門關(guān)閉。根據(jù)汽油機的特點，其在運行過程中產(chǎn)生的二氧化碳含量較大，受二氧化碳性質(zhì)的影響，其排放氣體的整體溫度必定較高，綜合上述因素，可以判斷出EGR率[5]。

為有效判斷試驗過程中所產(chǎn)生的廢棄的含量，將廢氣分析儀放在了發(fā)動機排氣管附近，綜合各大試驗經(jīng)驗以及具體規(guī)定，將兩者的距離控制在了40cm，上述范圍能夠有效的避免排氣管的振動對廢氣分析儀廢氣分析結(jié)果準確性所造成的影響，對于實驗結(jié)果準確性的保證具有一定的價值[6]。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 氣體排放情況

將發(fā)動機轉(zhuǎn)速分別控制在1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min及以上，利用廢氣分析儀，對其所排放出的廢氣進行了分析，得出如下結(jié)果：

1.在轉(zhuǎn)速為1000r/min時，EGR冷卻器的冷卻效果對NO的排放量沒有明顯影響，NC以及CO的排放量有所上升。

2.在轉(zhuǎn)速為1500r/min時，EGR冷卻器的冷卻效果對NO的排放量產(chǎn)生了些許影響，但影響不大，在冷卻器溫度達到最低時，其排放量并未達到最低。

3.在轉(zhuǎn)速為2000r/min、2500r/min、3000r/min時，EGR冷卻器的冷卻效果與NO的排放量呈正比，簡單的說，隨著溫度的增加，其排放量也有所增加，相對而言，CO排放量先增后減，HC排放量減小。

3.2 EGR溫度

不同轉(zhuǎn)速下的EGR溫度也不盡相同，試驗發(fā)現(xiàn)，當轉(zhuǎn)速為978r/min時，EGR溫度為230-250攝氏度；當轉(zhuǎn)速為1532r/min時，EGR溫度為130-150攝氏度；當轉(zhuǎn)速為2012r/min時，EGR溫度為120-140攝氏度；當轉(zhuǎn)速為2520r/min時，EGR溫度為110-120攝氏度；當轉(zhuǎn)速為3035r/min時，EGR溫度分別為110-120攝氏度。在轉(zhuǎn)速達到3506以上時，不冷卻。

3.3 結(jié)果討論

通過對試驗結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，EGR對于降低NO的排放量能夠產(chǎn)生極好的效果，在EGR冷卻之后，其對于NO排放量的降低效果能夠達到更好。隨著EGR冷卻器溫度的降低，NO的排放量逐漸減少，這對于汽油機性能的改善以及環(huán)保目的的達成具有重要價值。由此可見，EGR冷卻器的存在對于汽油機而言及其重要[7]。

4 EGR冷卻器控制

為了最大程度的控制EGR冷卻器，進而使其能夠為汽油機NO排放量的減少帶來更大的價值，可以從開環(huán)控制以及PID控制兩個角度出發(fā)來實現(xiàn)。

首先，開環(huán)控制是控制EGR溫度的主要手段，其控制功能的實現(xiàn)需要通過ECU，即電控單元來完成，工作人員需要對其原理加以分析，同時通過ECU，使控制過程得以實現(xiàn)。

其次，PID控制也是一種主要的控制方法，相對于開環(huán)控制而言，PID控制屬于一種輔助控制手段，在具體應(yīng)用過程中，需要根據(jù)實際情況判斷是否需要綜合開環(huán)控制來實現(xiàn)。PID控制的功能主要在于實現(xiàn)對伺服水泵的實時控制，具體控制過程同樣需要通過ECU來實現(xiàn)，ECU具有設(shè)定溫度值的功能，受溫度值的影響，水泵的轉(zhuǎn)速會發(fā)生相應(yīng)的變化，此時，廢氣的溫度便能夠控制，可以利用上述方法，將EGR廢氣溫度設(shè)置在合理范圍內(nèi)，降低廢氣對空氣所造成的影響，從而使EGR冷卻系統(tǒng)以及冷卻器的性能能夠得到最大程度的優(yōu)化，這對于汽油機整體設(shè)計以及運行水平的提高具有重要意義。

5 結(jié)論

綜上所述，EGR冷卻器的存在對于汽油機的性能能夠產(chǎn)生極大的影響，主要表現(xiàn)為積極影響，即能夠降低汽油機運行所排放氣體的NO含量，這對于汽油機節(jié)能環(huán)保性能的優(yōu)化具有重要意義，由此可見，將EGR冷卻器以及整個EGR系統(tǒng)應(yīng)用到汽油機中十分必要，這是與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求相符合的重要手段，同時也是未來汽油機生產(chǎn)以及設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展的主要方向。

參考文獻：

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