废气再循环EGR原理及应用现状分析.doc

废气再循环（EGR）原理及应用现状分析 摘 要:介绍汽车废气再循环(EGR)系统的类型与组成、基本原理及控制功能 关键词:废气;再循环;氮氧化合物;机械式;电子式 Abstract: The type and configuration, the basic principle and control function of exhaust gas recirculation (EGR) system is described in this article, Key word: exhaust gas; recirculation; nitrogen oxides; mechanically-driven; electronically controlled 前言： 内燃机的有害排放物主要是HC,CO,NOx和微粒降低有害排放物的方法多种多样,废气再循环EGR是控制和降低排放,特别是降低柴油机有害排放的有效措施之一，国外已将EGR技术广泛地应用于车用内燃机上，国内对内燃机排放指标的要求也越来越严,对EGR技术的研究也越来越重视。 一、废气再循环（EGR）原理 1 EGR的工作原理 所谓废气再循环是在保证内燃机动力性不降低的前提下,根据内燃机的温度及负荷大小将发动机排出的废气的一部份再送回进气管,和新鲜空气或新鲜混合气混合后再次进入气缸参加燃烧,使燃烧反应的速度减慢,从而降低NOx的排放量,是控制反应的速度减慢,从而降低NOx的排放量,是控制。 废气中的氧含量很低,含有大量N,CO和水蒸气,这三种气体很稳定,不能燃烧,可吸收大量热量。当一部份排气经EGR控制阀还流回进气系统与新鲜空气或新鲜混合气混合后,稀释了新鲜空气或新鲜混合气中的氧浓度,使燃烧速度降低。这两个因素都使燃烧温度降低,从而有效控制了燃烧过程中NOx的生成。 2 EGR率 废气混入的多少,用EGR率来表示,其定义为: 随EGR率的增加,NOx的排放量会迅速下降。新鲜混合气混入废气后,其热值下降,燃烧速度和燃烧温度下降,发动机在全负荷时的最大输出功率会有所下降;中等负荷时,采用较大的EGR率会使燃油消耗率升高,HC排放上升;小负荷,特别是怠速时,使用EGR使燃烧不稳定甚至导致缺火为了使EGR系统能更有效地发挥作用,保证发动机的动力性能,其关键在于根据发动机的温度及负荷的大小控制EGR率,使之在不同工况下得到各种性能的最佳折中,实现减少NOx生成量的控制目标。当发动机启动!暖机时冷却水温和进气温度较低或发动机怠速或小负荷运转时,NOx的生成量很少,通常不使用EGR;当发动机水温达到正常工作温度、负荷增大??转时,燃烧室内温度升高,促使NOx的生成,此时最好的方法是降低燃烧室温度,采用EGR,由于NOx生成量随负荷的增大而增大,随负荷的增大应相应增大EGR率,一般不超过20%由此NOx的排放可降低50%~70%如果EGR率超过这个界限,燃烧速度太慢,燃烧波动增加,HC排放增加,动力性和经济性就随之恶化但在全负荷运行时,由于最大输出功率会下降,为保持发动机的动力性,即使NOx生成量多,也不宜采用EGR。 此外,要保证再循环的废气在各缸之间分配均匀。 为了精确控制EGR率,最好采用电子控制EGR阀系统为提高降低NOx的排放效果,可采取中冷EGR,将废气冷却后再还流回气缸使进气温度降低。中冷EGR技术不仅可以降低NOx排放,还可使其他有害排放降低。 3 汽油机EGR系统的控制 3.1 EGR系统控制方法的分类 EGR系统按控制方法可分为四种类型 A型:进气负压控制,节流阀下方注入 B型:进气负压控制,节流阀上方注入 C型:排气压力控制,节流阀下方注入 D型:进气负压与排气压力双阀控制,节流阀下方注入 从各控制方法的EGR率及NOx排放随负荷变化的特性来看,A型较为简单,但特性很差,尤其是在高负荷时,不能满足要求,使用较少随着NOx排放法规的日益严格,采用C型和D型较多,但这两种方法的结构较复杂。 图1即为日本丰田4K-U发动机使用的C型调节方法。 在进气负压控制气道中串入双金属温控真空阀(BVSV)及EGR排气阀(BPT)当负荷上升时,EGR阀的开启变小,造成中负荷后EGR率下降。BVSV的作用是当水温低于30e时关闭气路,防止CO和HC增加;当水温超过40e时,阀打开。 3.2 车用汽油机EGR的控制系统 车用汽油机常用真空控制!电控真空控制，闭环电控三种EGR控制系统,如图2。 在真空控制EGR系统中,除切断EGR用温度控制阀5实现以外,其余控制全靠进气管节气门后的真空度和真空驱动EGR阀的构造来保证。如EGR阀1是简单的膜片阀,而节气门后的真空度随负荷的减小而加大,因而EGR阀的开度将随负荷的减小而加大,这显然不符合要求为此改用双膜片阀。 双膜片阀的主膜片保持最大