EGR管路沉积物对发动机排放的影响

2019-12-12曹东冬阳培

汽车零部件 2019年11期

曹东冬，阳培

(毕节职业技术学院，贵州毕节 551700)

0 引言

随着发动机技术的不断进步,发动机性能受沉积物的影响越来越明显。清净性差的车用燃料易在发动机的EGR管路循环系统生成沉积物[1-2], 严重影响发动机工作性能。EGR管路沉积物在车辆运行过程中慢慢形成，在某些工况下吸附燃料，也会在特殊情况下释放吸附的燃料，这样混合气的浓度就被改变了，实际上也就改变了发动机的空燃比[3-4]。当汽车冷启动时，管路中的多孔状沉积物会吸附燃料，从而导致空燃比变稀使汽车启动困难；当吸附燃料过饱和后，多孔状沉积物会在以后的工况中释放燃料，使混合气浓度变大[5-7]。同时EGR管路沉积物使车辆排放性能加以恶化[8]，当空燃比λ在0.986～1.005的范围内,三元催化转化器才能有效地降低CO、HC和NOx的排放。EGR管路沉积物使氧传感器的准确度下降,导致废气排放加剧。因此在车用燃料里加入清净剂保持EGR管路清洁度, 以稳定车辆尾气排放[9-10]。相关研究表明CO、HC和NOx排放均随发动机沉积物积累而增加,本文作者在前人研究的基础上，通过研究发现，随着EGR管路沉积物的积累, NOx和CO排放增加, 而对HC排放的影响则相对复杂。

1 试验设备及方法

试验设备采用三菱4G63发动机台架装置系统，排量为2.0 L。使用AVL公司的DisGas 4000 Light 五组分排放分析仪监测CO、NOx和HC的排放情况。选择基础汽油为试验用油，其中基础汽油不加任何清净剂，其指标如表1所示，对待测油样生成的进气阀沉积物(IVD)和燃烧室沉积物(CCD)进行测定。试验运行时间为55 h、共700个循环, 每个试验循环按照4个工况进行。试验运行工况如表2所示。

表1 基础汽油的品质

表2 4G63发动机台架试验工况

4G63台架运行后, 在试验进行到0.5、7.5、19.5、31.5、43.5、53.5 h时分别测量每个试验工况下排放气体中的CO、NOx、HC浓度。在汽油机排放的尾气中NO可占NOx的99%, 因此可用NO代替NOx。

2 试验结果

由于试验运行时间较快, 基础汽油IVD的生成量(平均值为246 mg/阀)远没有CCD的生成量大，因此通常情况下通过CCD的生成量来考察对尾气排放的影响。

2.1 沉积物对CO排放的影响

试验中CO排放随工况的变化规律如图1所示，排气ψ(CO)第1工况>第3工况>第2工况>第4工况[以试验曲线与坐标轴所围面积反映CO质量分数ψ(CO)的大小]。第1工况下发动机转速最低，燃料混合度低，燃料没有完全燃烧，故ψ(CO)最高；第4工况下发动机转速最高，燃料混合度高，反应温度高，该工况下生成CO最少。对第2、3工况来讲，ψ(CO)有随点火提前角增大而增高的情形；试验中推迟点火ψ(CO)也会出现先增加、在达到最高值(约50°)后又下降的情形，所以第3工况下ψ(CO)略大于第2工况的原因较复杂。这就反映出EGR管路沉积物的累积使CO排放有所增加。

图1 CO排放随运行时间的变化

2.2 沉积物对HC排放的影响

试验中HC排放随工况的变化规律如图2所示，排气ψ(HC)为第1工况>第2工况>第3工况>第4工况。各工况在试验中空燃比无大差别，随着转速提高而ψ(HC)相应降低。其中原因为：转速的提高增强气缸中的扰流、涡流效应，也增强了排气的混合、扰流，增进了气缸内燃料的燃烧，排气系统的氧化反应得以加强；随着转速的提高燃油在积碳层的扩散时间、平均浓度均降低了很多，燃烧室沉积物对燃油的吸附量也减少了；随着转速提高，沉积物中的燃油释放回气缸的时间缩短很多，同时未燃HC返回气缸的量也相应减少。

图2 HC排放随运行时间的变化

2.3 沉积物对NOx排放的影响

试验中NOx排放随工况的变化规律如图3所示，排气ψ( NOx)为第4工况>第3工况>第2工况>第1工况。

图3 不同工况下NOx排放随运行时间的变化

NOx按其生成原理一般可分为热力NOx、燃料NOx、快速(瞬发)NOx。因汽油中氮含量极小，所以在排气中燃料NOx和快速(瞬发)NOx成分非常少。汽油机燃料燃烧所生成的NOx几乎都是热力NOx，而温度和压力正是其主要影响因素。由于怠速工况温度最低，故NOx排放最低，随着转速升高缸内温度为第4工况>第3工况>第2工况>第1工况，则ψ( NOx)排放依次升高。