EGR阀设计

EGR阀设计
内蒙古工业大学本科毕业设计说明书
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第一章绪论
废气再循环简称EGR系统(Exhaust Gas Recirculation)是目前降低NOx排放的一种有效措施，它是将一部分废气引入进气管与新鲜空气混合后进入气缸内燃烧从而实现废气再循环理论。

研究表明EGR系统通过降低燃烧温度和进气中的氧浓度来降低NOx排放，再循环的废气中含有的大量惰性气体对混合气的燃烧化学反应起阻碍作用，使得滞燃期延长燃烧过程变缓和抑制了燃烧温度，同时由于EGR气体取代了一部分新鲜空气降低了迸气中的氧浓度从而降低了NOx排放。

1．1课题背景
随着中国经济的迅速发展和机动车保有量的高速增长，截至2021年6月底，全国机动车保有量约为1.77亿辆。

机动车有害排放已成为我国大气环境的主要污染源，并成为一个影响经济发展和人民生命健康的重大问题，一些先进工业国家在起发展过程中曾遭遇到的大气污染问题已有在我国重演的趋势，尤其是城市空气污染这个问题更是突出，并且有日益加重的趋势，其主要原因是大多数机动车都集中在城市，而且．我国的汽车排放控制技术仅相当于国外20世纪70年代的水平。

实际运输领域中，柴油机以其优良的经济性和动力性受到用户的普遍关注，柴油机的油耗及CO2排放量可比同排量的汽油机低30％\％，仅从C02排放性能和经济性能方面的优点来看，柴油机比汽油机具有更广泛的应用前景。

但柴油机排出的NOx，有害气体和碳烟数量一直居高不下，是阻碍其进一步推广应用的一个主要原因。

从总体上来说，柴油机尾气排放中的主要污染物为C0，HC，NOx和PT，与同类型的汽油机相比，由于柴油机的混合气较稀，使得CO和HC的排放量一般比汽油机低得多，但柴油机的NOx排放较高，潜在的有害微粒排放量很大，微粒排放比汽油机高数十倍。

因此N0x和微粒排放成为柴油机有待解决的两大主要污染物，其生成机理与生成环境又基本上相反，二者之间存在着折中关系，如图1―1所示。

这成为柴油机排放控制所面临的主要技术难题。

柴油机空燃比大，含有大量的氧，从原理上难以使用三元催化剂。

因为要求耐久性和可靠性，对排气后处理
装置的开发也极为困难．以往控制N0x的传统方法是采用增压中冷和推迟喷油始点，但迟后喷油会使燃油经济性恶化，直接影响到车主的利益，并导致C02排放增加，因此这种措施最终也会被放弃。

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废气再循环(EGR)技术是柴油机各个工况不同负荷下都能大幅度降低柴油机NOx排放的一种有效方式。

国外一些汽油机早在七十年代就开始使用EGR系统，目前EGR系统在国外汽油机上的应用己相当普及，并取得了良好的降低NOx排放的效果。

九十年代初，EGR 技术开始用于柴油机，近年来国外的柴油机普遍地采用了EGR系统。

在柴油机废气排放控制方面，我国起步较晚，对柴油机EGR技术的应用研究仍处于不成熟阶段，采用更有效EGR技术降低NOx排放是柴油机领域的一个迫切课题。

1．2 EGR技术概述 1．2．1 EGR技术原理
EGR(Exhaust Gas Recirculation的缩写)技术的基本原理是将部分排气引入进气，以提高混合气中的废气成分，它是通过以下三个方面来减少NOx的形成的：
(1)提高混合气的热容量。

废气中含有的水蒸汽和二氧化碳等为三原子分子气体，比热容太，可以有效地降低气缸内最高燃烧温度，抑制NOx的生成；
(2)降低混合气中O2的浓度。

废气的稀释作用还可以使氧气的相对浓度下降，从而也能降低NOx的排放；
(3)降低燃烧速度。

由于废气中含有大量的氨和二氧化碳等接近惰性的气体，当这些废气部分回流到进气管后起到了稀释新鲜进气的作用，使燃烧反应速率减缓。

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通常，废气再循环的控制指标用EGR率表示：
Gr?100%??100%
Ga?GrVs4npin?cpex?arAr2(pex?pc)120Ra?TinRr?TexarAr2pex(pex?pc)Rr?Tex（1）EGR率?(1―1)
式中：G-质量流量，kg／s；P-绝对压力，Kpa ； R-气体常数kJ／(kg氐)； Vs4-发动机排量，m 3； n-发动机转速，r／min； ?c-充气效率； a-流量系数； T-温度，K；A-截流孔面积，m 2；下标代号： a-大气压力； in-进气管； ex-排气管处； R-EGR回路； c-废气引出处
（2）EGR率?有EGR时进气只能感的CO2?无EGR时进气中CO2的含量?100%
有EGR时排气中CO2的含量(1―2)
EGR率是衡量NOx排放的重要指标，合理调整EGR率的大小，既能降低机动车排放污染物的含量，又不降低发动机的性能指标。

1．2．2 EGR系统降低NOx排放的机理
图1―2废气再循环系统工作原理
从作用原理上看，如图l一2所示，EGR技术仍是一种“机内\净化方式的机外排放控制装置。

EGR系统的作用是将一定量的发动机燃烧废气，引出排气管，并通过一个控制阀将其导入进气管中与新鲜混合气混合，再引入燃烧室中参与燃烧，从而实现循
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环。

由于NOx主要是在燃烧期间，燃烧区域附近，特别是在高温和存在02和N2的情况下成的。

因此，控制缸内NOx生成需要考虑以下两方面的因素：即与局部氧腻浓度有关的混合及嫩烧过程和局部温度及其变化进程。

EGR正是由此达到目的的。

1.3几种典型的EGR 系统 1.3.1根据废气进入气缸的方式
根据废气进入气缸的方式EGR系统可分为内部EGR系统和外部EGR系统。

（1）内部EGR 系统
典型的内部EGR 系统，在进气行程内，排气阀再开启一次，让排气管中的废气流入气缸。

该系统结构比较简单，在高负荷时能实现一定的EGR率，但是很难控制高低负荷的EGR 率，也很难对流入气缸的废气进行冷却，实际操作起来难以控制。

（2）进、排气管装节流阀的EGR 系统
这种方法是将EGR 管的废气引入压气机或中冷器的出口，通过节流提高排气压或降低进气压力来实现废气再循环。

(3)废气引入压气机入口的EGR 系统
废气被引入压气机入口，由于压气机入口处压力较低，在高工况时，废气再循环虽然可以方便的实现，但是压气机是增压器的关键部件，为提高其效率和响应性，其一般是由铝合金做成，因此，进气温度不能太高，同时废气会对压气机产生腐蚀作用，影响压气机的正常运行，此方案一般不会采用。

(4)利用辅助压气机的EGR 系统
这种方法是利用辅助压气机将废气压力提高后，再引入压气机或中冷器出口，从而实现废气再循环。

这种方式需要增加一个辅助压缩泵，成本较高，并且要消耗额外的功，故一般也不使用。

(5)利用进排气管压力波动的EGR 系统
这也是最近研究的一个方向，它是利用排气管的压力波动，在排气管平均压力低于进气管平均压力时实现废气再循环。

涡轮增压柴油机在高负荷时的排气平均压力虽然低于进气平均压力，但是车用发动机的排气管较小，排气的峰值压力高，每个排气周期中，有相当的时间排气压力高于进气压力。

该系统可以使发动机在高负荷时有较高的EGR 率。

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