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柴油機EGR冷卻器泄漏問題分析與解決共6頁

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柴油機EGR冷卻器泄漏問題分析與解決共6頁

龍源期刊網(wǎng) 柴油機EGR冷卻器泄漏問題分析與解決 作者:武獻兵 來源:《中小企業(yè)管理與科技上旬刊》2016年第04期 摘 要:某四缸柴油機在試驗過程中出現(xiàn)中小符合發(fā)動機冒白煙和發(fā)動機過熱報警現(xiàn)象,試驗機拆解后發(fā)現(xiàn)冷卻液缺少,EGR冷卻器存在大量積碳。通過排查分析,發(fā)現(xiàn)發(fā)動機EGR冷卻器冷卻效率及發(fā)動機配氣相位不合理導(dǎo)致發(fā)動機未充分燃燒的燃油在EGR冷卻器處積碳,積碳中含有的氯離子及硫化物造成冷卻器腐蝕泄露。提出更改發(fā)動機配氣相位,改善發(fā)動機燃燒系統(tǒng)及EGR冷卻器冷卻效率,經(jīng)試驗表明,推遲配氣相位可明顯改善試驗機中低負(fù)荷燃燒及排放,降低EGR卻器冷卻效率可避開未燃燒燃油生成膠狀積碳,解決EGR冷卻器腐蝕泄露。 關(guān)鍵詞:柴油機;積碳;配氣相位;冷卻效率 中圖分類號: TK42 文獻標(biāo)識碼: A 文章編號: 1673-1069(2016)10-159-2 0 引言 柴油發(fā)動機引入EGR(Exhaust Gas Recycling)技術(shù),降低發(fā)動機排出氣體中的氮氧化物(NOx)。由于廢氣的引入,加重柴油機積碳。因發(fā)動機積碳,EGR系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)所有零部件將出現(xiàn)密封不嚴(yán)、發(fā)動機啟動困難、功率下降、零部件腐蝕、性能下降,甚至功能失效。 1 問題描述 某增壓四缸柴油機在試驗過程中出現(xiàn)中小符合發(fā)動機冒白煙和發(fā)動機過熱報警現(xiàn)象,同型號其他發(fā)動機同樣出現(xiàn)類似問題,故障機拆解發(fā)現(xiàn),發(fā)動機EGR系統(tǒng)存在大量積碳,且冷卻器冷卻管出現(xiàn)泄漏,連接管存在點蝕形態(tài)。如圖1、圖2所示。 EGR系統(tǒng)各零部件表面積碳能譜分析(如圖3),殘留物以S、P、K、Al的氧化物為主,含有少量的Cl。分析產(chǎn)生的原因:一方面殘留物主要成分為未燃燃油,初步判定發(fā)動機中低負(fù)荷工況燃燒不良,發(fā)動機未燃燒的燃油形成積碳堆積;另一方面燃油中的S元素燃燒后產(chǎn)生SO2和SO3及油氣中或水質(zhì)引入的Cl-均具有極強的侵蝕能力。 2 問題分析排查 2.1 EGR冷卻器管路腐蝕分析 在理想燃燒條件下,柴油機燃燒產(chǎn)物中成分是CO2、H20、N2和O2,這些成分是無害的。但是實際燃燒過程受到柴油品質(zhì)與霧化質(zhì)量、燃燒室內(nèi)換氣條件等因素,柴油機燃燒產(chǎn)物中除上述成分外,還會含有CO、HC、NOx及碳煙等有害成分。腐蝕樣品腐蝕區(qū)域做點蝕能譜分析:含有S、P、Na、K、Ca等異常元素。 2.2 配氣機構(gòu) 氣門間隙和配氣相位是決定氣缸能否“排盡吸足”的關(guān)鍵因素,對柴油機動力性、經(jīng)濟型和排放特性影響較大。研究表明配氣相位中以近期關(guān)閉角迪歐充氣效率的影響最大,進氣關(guān)閉角增大,發(fā)動機充氣系數(shù)增大;而排氣關(guān)閉角增大,排氣損失減小,缸內(nèi)殘余飛起系數(shù)減?。慌艢忾_啟角減小,增加了缸內(nèi)的燃燒時間使缸內(nèi)燃燒更加充分。 如果發(fā)動機配氣相位不合理,可導(dǎo)致發(fā)動機中低速進氣效果差,缸內(nèi)殘余廢氣多,排氣倒流等問題;低速燃燒不充分,會造成未燃燒的燃油在排氣及EGR系統(tǒng)形成積碳。對比國外先進發(fā)動機配氣相位的設(shè)計,原機存在進氣門開啟角靠前,排氣門關(guān)閉角靠后的問題(如圖4所示)。 2.3 EGR冷卻器冷卻效率 在石油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)是很大一類物質(zhì)。膠質(zhì)是一種很粘稠的流體或半固體狀態(tài)的膠狀物,膠質(zhì)具有很強的著色能力。膠質(zhì)受熱氧化時,可以轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì),進而生成不溶于油的油膠質(zhì)。通過對EGR系統(tǒng)管路溫度測試表明,管路溫度控制較低(65℃-90℃),容易產(chǎn)生膠粘度較大的膠狀積碳。 3 試驗驗證 為了改進發(fā)動機配氣相位及EGR系統(tǒng)冷卻效果,結(jié)合CAE計算分析,選取改進優(yōu)化后方案,做改善充氣效率、缸內(nèi)殘余廢氣量以及排氣倒流方面分析,選取最優(yōu)方案二驗證。 3.1 配氣相位對燃燒、性能、排放的影響 與原發(fā)動機配氣相位相比,方案一和方案二的近氣開啟角減小至11,但對于增壓柴油機(發(fā)動機燃燒始終處于富氧燃燒)影響不大;進氣關(guān)閉角增大到61,根據(jù)前文分析影響充氣效率的主要因素是進氣關(guān)閉角,進氣關(guān)閉角增大可提高發(fā)動機充氣系數(shù),較原機相比,方案一和方案二的排氣關(guān)閉角有所增大。研究表明,排氣關(guān)閉角增大,會減少排氣損失,使缸內(nèi)殘余廢氣量減少;此外,減小排氣開啟角,燃氣在缸內(nèi)停留時間增加,可燃混合氣體燃燒時間延長,燃燒更加充分。 3.2 EGR冷卻器對廢氣溫度的影響 發(fā)動機高溫廢氣不加以冷卻,直接回流將加熱進氣,導(dǎo)致缸內(nèi)燃燒溫度和壓力的大幅度升高,抵消了EGR降低NOX的作用;但廢氣過量冷卻,將導(dǎo)致廢氣出現(xiàn)積碳等問題。經(jīng)研究試驗表明,同型號冷卻器采用24根管、12節(jié)距波紋冷卻管,可控制EGR廢氣在120-180度之內(nèi)(如圖5所示) ,達到控制排放的平衡點。 3.3 試驗驗證 按照優(yōu)化方案二試制加工凸輪軸搭配優(yōu)化后EGR系統(tǒng),經(jīng)外特性試驗驗證,發(fā)動機與原機功率、扭矩相當(dāng),中低速煙度稍有下降。 經(jīng)200H冷熱沖擊試驗后拆解確認(rèn)(如圖6所示),發(fā)動機EGR系統(tǒng)積碳有明顯改善,不存在點蝕問題。說明優(yōu)化配氣相位及改善EGR冷卻效率對改善發(fā)動機燃燒及積碳問題有明顯的作用,驗證了優(yōu)化措施的有效性。 4 結(jié)論 通過優(yōu)化發(fā)動機配氣相位、改善EGR系統(tǒng)冷卻效率,改善了發(fā)動機燃燒不良及EGR冷卻器點蝕問題,研究表明,發(fā)動機配氣相位優(yōu)化(改善燃燒不良)及EGR系統(tǒng)冷卻效率改善(理想狀態(tài)把廢氣溫度控制在120℃-180℃之內(nèi))對發(fā)動機積碳及排氣、EGR系統(tǒng)零部件腐蝕問題,有著非常重要的意義。 參 考 文 獻 [1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:人民交通出版社,2005. [2] 衣豐艷,何仁.調(diào)整參數(shù)對柴油機性能影響的試驗研究[J].江蘇大學(xué)報,2003(6):29-33. [3] 王建昕,帥石金.汽車發(fā)動機原理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009. [4] 焦運景,張惠明.配氣相位對天然氣發(fā)動機燃燒和排放的影響[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2009(8):13-17. [5] 賈明,彭志軍.進氣門晚關(guān)對柴油機HCCI燃燒和排放影響的數(shù)值模擬[J].內(nèi)燃機學(xué)報,2010(3):199-206. [6] 周保龍.內(nèi)燃機學(xué)[M].機械工業(yè)出版社,2005.1. [7] 馬修真.內(nèi)燃機實驗學(xué)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2012.4.

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