汽油机EGR用超纯铁素体J444E不锈钢高温性能研究

根据汽油机EGR冷却器工况特性和对材料的要求,开发出适应复杂环境下性能优良、成本低廉的超纯铁素体不锈钢材料J444E钢。通过对200~630℃、900~1050℃中高温力学性能及900~1050℃不同温度下100~500 h不同时间及900℃钎焊前后高温氧化性能和氧化层的试验研究和分析,表明该材料在工况环境下具有良好的力学和抗氧化性能。

Numerical simulation and optimization design of the EGR cooler in vehicle

The EGR (exhaust gas recirculation) technique can greatly reduce the NOx emission of diesel engines, especially when an EGR cooler is employed. Numerical simulations are applied to study the flow field and temperature distributions inside the EGR cooler. Three different models of EGR cooler are investigated, among which model A is a traditional one, and models B and C are improved by adding a helical baffle in the cooling area. In models B and C the entry directions of cooling water are different, which mostly influences the flow resistance. The results show that the improved structures not only lengthen the flow path of the cooling water, but also enhance the heat exchange rate between the cool and hot media. In conclusion we suggest that the improved structures are more powerful than the traditional one.

HC浓度对EGR冷却器沉积层表面微观结构的影响

不同试验条件下沉积在EGR(exhaust gas recirculation)冷却器换热管内表面的颗粒物会形成不同表面微观结构的沉积层。为了量化分析沉积处表面微观结构的分布特征和三维表面的起伏特征,提出采用沉积层表面结构特征面积占比和表面分形盒维数两个参数分析沉积层的表面微观结构变化规律,并利用其分析碳氢化合物(HC,hydrocarbons)浓度对沉积层表面微观结构的影响。结果表明:试验气体中的HC等挥发性物质的析出会影响EGR气体中颗粒物的尺寸,改变沉积层表面凹坑和凸起结构的数量和尺寸分布;随着HC浓度的增加,沉积层表面凸起结构所占的面积百分比逐渐增加,凹坑结构所占面积百分比变化较小;用于表征沉积层表面起伏程度的沉积层表面分形盒维数随试验气体中HC浓度的增加而逐渐增加。

高/低压EGR系统对柴油机性能的影响

为提高柴油机性能、降低排放和油耗,分析高、低压废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)系统的优缺点,对装配高/低压EGR系统的某2.0 L柴油机进行台架及整车试验,研究高/低压EGR系统对柴油机性能的影响。结果表明:同时匹配高/低压EGR系统并合理分配其应用可有效降低柴油机油耗及排放,相比仅匹配高压EGR系统的柴油机,高/低压EGR联合应用的柴油机油耗降低3.1%,NO_(x)排放降低3.0%,颗粒物排放降低22.2%;低压EGR可减少流经进气歧管的废气量,改善进气歧管结焦问题;在低温环境下应用EGR系统时进气系统存在结冰风险,需基于环境温度修正关闭高/低压EGR系统,避免出现因结冰导致的发动机损坏。

柴油机EGR冷却器不同材质散热效果的计算机模拟

柴油机EGR冷却器的散热模型是描述废气在冷却器中的传热过程的数学模型,对于优化废气再循环系统的效果和改善发动机性能具有重要作用。模型所使用的热传导方程旨在描述物质内部的热传导过程,基于热传导的基本原理,可描述物质的温度分布随时间和空间的变化而改变。柴油机EGR冷却器通常使用耐高温、耐腐蚀的材料,以应对高温废气并满足冷却介质的要求,常用材料包括铝合金、不锈钢、钛、镍基合金和钢材等。文章应用计算机软件模拟了不同材质冷却器的散热效果,对比分析了各种材料的优劣势,为生产企业选择合适的材料提供了依据。

基于实际场景下的EGR冷却器可靠性提升

针对一款重卡国Ⅵ天然气发动机EGR冷却器在市场出现内漏开裂问题,通过对EGR冷却器在整车环境下的应用场景路谱统计分析,并结合失效件理化分析和故障统计分析,采用应力强度干涉模型,明确了EGR冷却器可靠性改进方向。借助CAE仿真分析软件,通过优化EGR冷却器进水口流场设计,并采用波纹管膨胀节结构、选用SUS444新型不锈钢材料等措施,使EGR冷却器开裂位置温度和热应力大幅下降。最后通过开发3种试验方法,对EGR冷却器改进前后的方案进行了“背靠背”验证,试验结果表明,EGR改进方案相对原方案可靠性寿命提升3倍以上,改进效果也得到了市场验证。

某柴油机EGR冷却器开裂失效仿真研究

某柴油机EGR冷却器在台架实验中出现局部开裂和泄漏问题。通过Abaqus软件进行有限元分析,发现了EGR冷却器是由于外壳局部应力值大于材料屈服强度引起的开裂和泄漏。通过改进实验,将气缸和外壳焊接在一起,在外壳上加入一个压板,提高气缸对外壳的支撑来减小应力值。仿真分析表明,改进后的EGR冷却器,当外壳的应力大大降低,小于判定基准值时,不再发生开裂和泄漏情况,此结果获得了台架实验的验证,从而确保能达到预期的效果。

某商用车汽油机的EGR仿真与试验

在某商用车汽油机上增设EGR模块,根据确定的边界条件,对EGR冷却器进行CFD仿真计算,分析EGR冷却器的温度场、压力场分布,确定冷却器的换热功率。利用软件进行EGR模块的三维布置,并计算整体模态,最后进行台架实验,分析对比增设EGR模块前后发动机油耗的变化。

EGR冷却器换热特性研究

废气再循环(exhaust gas recirculation)是降低柴油机尾气排放中的氮氧化物(NOX)以及降低天然气发动机爆震的一项非常有效的措施,在废气再循环中,EGR冷却器是其中的一个关键零部件。本文在发动机试验台架上研究了EGR冷却器进水流量、EGR冷却器进水温度、EGR冷却器进气温度以及EGR冷却器进气流量对EGR冷却器出气温度的影响,以便为发动机匹配最合适的EGR冷却器。试验结果表明:水流量变化对EGR冷却器的出气温度不敏感,发动机无法使用减少或者增加水流量的方法来降低或者提高EGR冷却器的出气温度;EGR冷却器的进水温度每增加1℃,EGR冷却器的出气温度升高0.9℃;EGR冷却器的进气温度每升高10℃,EGR冷却器的出气温度升高0.7℃;EGR冷却器的进气流量每升高10kg/h,EGR冷却器的出气温度升高1.2℃。

废气再循环(EGR)冷却器的冷却液进水温度和流量对出气温度的影响

本文以商用车废气再循环(EGR)冷却器为研究对象,通过分析废气再循环冷却器的对流换热原理,结合其物性参数,建立冷却器的平壁导热模型,并用台架试验验证其出气温度的计算精度,以此探究冷却液进水温度和流量的变化对出气温度的影响。结果表明:废气再循环(EGR)冷却器的冷却液进水温度和出气温度具有相对稳定的关系,即冷却液进水温度每升高1℃,出气温度也升高约1℃;对于冷却液流量,当流量接近沸腾临界值时,冷却液流量对出气温度影响较大,冷却液流量每升高20L/min,出气温度降低约4~7℃,当流量大于临界值时,且随着流量的增加,对出气温度影响逐渐变小,冷却液流量每升高20L/min,出气温度仅降低0.4~0.9℃。

不同EGR循环方式对重型柴油机燃烧与排放特性的影响

针对一台共轨重型柴油机,从提升废气再循环(exhaust gas recycling,EGR)循环能力的角度研究了基于二级增压系统的高压EGR(HP-EGR)、低压EGR(LP-EGR)及基于LP-EGR的高、低级涡轮间废气能量分配对柴油机燃烧过程、性能和排放的影响规律。研究结果表明:与HP-EGR相比,LP-EGR受转速和负荷的影响减小,能够显著提升EGR的循环能力,使柴油机在更宽广的EGR率区域内运行,并将氮氧化物(NOx)降至更低水平;采用HPEGR时,涡前压力随EGR率增加呈线性下降,但LP-EGR的涡前压力与进气压力变化较小,同时在低速中、高负荷时获得较高的空燃比,并显著改善NOx排放与有效燃油消耗率(brake specific fuel consumption,BSFC)和NOx与碳烟排放的平衡关系;在中、高转速高负荷时,HPEGR进/排气压差随EGR率增加逐渐下降并更加低于LP-EGR,NOx-BSFC的平衡关系显著改善;而LP-EGR通过适当增大废气旁通阀开度能有效降低BSFC,同时对NOx-碳烟的平衡关系影响较小,但低转速高负荷时应采用关闭旁通阀的控制策略。

柴油机C-EGR系统新型冷却器数值分析

废气再循环(EGR)系统冷却器的换热效率对减少汽车NOx排放至关重要。立足一种新型板管式冷却器,计算冷却器各传热参数,分析各参数对冷却器性能的影响。研究了稳态和某种非稳态工况下管程废气的冷却效果。利用fluent软件新型冷却器内部废气流动状态进行了三维数值模拟,得到温度场和速度场。对比传统管壳式冷却器,冷却效率有明显提高。

不锈钢EGR冷却器钎焊结构断裂分析

通过对钎焊失效件进行断裂裂纹的宏观分析及断口分析,确定了断裂发生的位置,并分析了断裂形式及疲劳裂纹萌生和扩展过程的特点。在对失效件裂纹的宏观观察中发现,断裂多发生在钎焊圆角根部,裂纹沿钎焊圆角根部萌生和扩展。对钎焊圆角表面微观形貌进行观察后发现,在钎焊圆角根部存在着连续分布的钎料瘤,容易引起局部应力集中,促进疲劳裂纹的萌生。在对失效件断口进行的分析中找到了疲劳断裂的典型特征——疲劳辉纹,有力地证明了失效模式为疲劳断裂。

空气源NTP喷射系统再生EGR冷却器试验研究

以压缩空气为气源,建立了低温等离子体（NTP）喷射系统再生废气再循环（EGR）冷却器的试验系统,在不同的再生温度下进行EGR冷却器的再生试验,通过测量再生过程中主要活性物质（NO2、O3）以及再生产物COx的变化情况,分析了再生温度对EGR冷却器再生的影响。试验结果表明：空气源NTP能在18-300℃的温度范围内实现EGR冷却器再生。再生过程中,O3和NO2均随着温度的升高而降低,在150℃时被完全消耗。再生过程产生的CO较少,故C1（CO中C的质量）的值较小,占C12（COx中C的质量）的比例不足1/8。而C2（CO2中C的质量）与C12的趋势趋于一致,均随着温度的升高先增加后减小,当再生温度为150℃时,C2和C12均达到较大值。当再生温度为150℃时,NTP产生的活性物质的利用率较高,去除积碳量较多,再生效果较好。

柴油机EGR冷却器温度场有限元仿真研究

柴油机废气再循环(EGR)冷却器热力学性能对降低汽车NOx排放至关重要。应用ANSYS软件建立了EGR冷却器流体热力学有限元模型,对流体的温度场进行了仿真研究和试验验证,进而对不同散热器形状和不同管道数EGR冷却器的冷却效率进行了对比研究。结果表明:带有圆锥散热器的冷却器可使冷却效率提高5%;适当增加冷却器内的管数可使冷却器的冷却效率提高13%。

EGR系统与两级增压系统的优化匹配研究

以WP12重型柴油机为研究对象,在各转速中等负荷工况,对比低压废气再循环(LP-EGR)系统和高压废气再循环(HP-EGR)系统对增压系统运行规律的影响。试验结果表明:在相同EGR率条件下,采用两种EGR系统,NOx排放几乎相等。在低速工况,采用LPEGR系统时,随着EGR率增加,进气压力增加,进而进气流量增加,缸内平均燃空当量比减小,碳烟排放较采用HP-EGR系统时更低;而在高速工况,循环油量较低速时增加,混合逐渐变得困难,采用HP-EGR系统时,随着EGR率增加,虽然进气流量减小,但此时燃空当量比较小,且涡前压力也逐渐减小,循环油量减小,能大幅改善缸内混合问题,降低碳烟排放;同时,研究表明有效热效率是有用功、换气功及循环油量三方面综合作用的结果。

冷却温度对EGR冷却器积炭及其再生的影响

通过调节废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)冷却器积炭加载试验时的冷却水温度,得到了四个冷却温度(20、40、60、80℃)下的积炭,利用热重-微商热重分析法研究了冷却温度对EGR冷却器积炭性质的影响。并利用低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)技术对不同冷却温度下加载积炭的EGR冷却器进行再生,通过观察再生产物中碳氧化物(COx)的变化,分析了冷却温度对EGR冷却器再生的影响。研究结果表明:积炭中可溶性有机物(soluble organic fraction,SOF)的反应活性随着冷却温度的降低而逐渐升高,干碳烟(dry soot,DS)的氧化活性则随着冷却温度的降低而降低。EGR冷却器在冷却温度为20℃时所加载的积炭量较少,积炭中SOF的反应活性较高,DS的氧化活性不高,但DS的起燃温度较低。在同等再生条件下,冷却温度为20℃时加载积炭的EGR冷却器率先实现了完全再生,且再生产物COx中CO所占比重仅为20.3%,约为冷却温度80℃下加载时的4/7倍。

NTPI再生板翅式EGR冷却器的试验研究!

建立了低温等离子体喷射(non-thermal plasma injection,NTPI)技术再生板翅式废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)冷却器的试验平台及EGR冷却器换热性能测试系统,考察了NTPI对EGR冷却器的宏观再生效果;利用热重分析(thermo-gravimetric analysis,TGA)和傅里叶红外光谱分析(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)技术,对NTPI处理前后EGR冷却器的内部炭层进行取样研究,探索了NTPI对炭层样品理化特性的影响。研究结果表明:NTPI技术可以有效渗透剥离EGR冷却器气道内壁的炭层,并能够显著改善冷却器的换热性能;在NTPI作用下,炭层中挥发性物质(volatility fraction,VF)的比含量明显降低,固体炭的比含量虽增加但燃烧活性提高;同时低温等离子体可有效去除炭层VF中的醛酮类有机物,对有机酸酯类有机物无明显脱除效果。

真空钎焊不锈钢EGR冷却器用高温钎料研究进展

冷却废气再循环(EGR)系统可以有效降低汽车尾气中NOx的排放,核心部件EGR冷却器一般采用真空钎焊工艺制造。综述了应用于真空钎焊不锈钢EGR冷却器的高温钎料的研究进展,分析镍基、铜基钎料以及新型铁基钎料的优缺点,重点介绍新型铁基钎料的研究进展。分析钎料合金元素对钎料熔融温度、钎缝组织及钎焊接头力学性能的影响,阐述钎焊工艺对不锈钢母材溶蚀和钎缝组织的影响规律,并对不锈钢高温钎料的未来研究方向和发展趋势进行了展望。

进气门晚关机构和EGR模式对两级增压柴油机热效率和排放的影响

在低速中等负荷工况下对一台装有高压级带VGT的两级涡轮增压器(VGT+TC)的直列6缸重型柴油机进行了试验研究,对比分析进气门晚关机构(LIVC)开启与不开启、高压EGR系统(HP EGR)与低压EGR系统(LP EGR)以及不同VGT开度对柴油机热效率和排放的影响.研究表明,使用LIVC后,与EGR能产生协同作用,使缸内氧浓度和高温区域减少,有效降低NOx排放,同时延长滞燃期,当量比分布更加均匀,可有效降低碳烟排放,但碳烟排放对应EGR率变化存在一个临界EGR值,超过临界EGR率后,碳烟排放变差.使用LIVC对有效热效率的影响很小.在相同EGR率下,采用低压EGR系统时,具有更好的NOx和碳烟折中排放,同时有较高的有效热效率.