排气再循环(EGR)系统原理说明

排气再循环系统（EGR）

燃烧原理：燃烧温度越高，NOx产生越多，在最适合于燃烧的点火时期点火及最经济的空燃比时，产生的NOx最多。为了减少NOx的排放，应该考虑不利于燃烧的空燃比及点火时期，可是这样又容易产生不完全燃烧,增加HC及CO的排放，还会使发动机的功率下降。可以较好地解决这一矛盾的技术称为排气再循环技术 (Exhaust Gas Recirculation),缩写为EGR。EGR可使发动机排出气体的一部分重新进入进气系统，引入不活性气体(主要是CO2)到燃烧室，增加燃烧室内气体的热容量，使最高燃烧温度下降，故可抑制 NOx的生成。

下面简单介绍一下EGR系统的工作原理：

EGR（废气再循环系统），主要用来降低废气中氮氧化合物的排放量。其原理如上图所示。

ECU根据发动机转速、负荷（节气门开度）、温度、进气流量、排气温度控制电磁阀适时地打开，进气管真空经电磁阀进入EGR阀真空膜室，膜片拉杆将EGR阀门打开，排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气混合后进入气缸参与燃烧，降低了燃烧时气缸中的温度，因NOx是在高温富氧的条件下生成的，故抑制了NOx的生成，从而降低了废气中的NOx

的含量。EGR系统的主要元件是位于进气歧管上的EGR阀。在发动机暖机运转和转速超过怠速时，EGR阀开启，使少量的废气进入进气歧管，与可燃混合气一起进入燃烧室；当发动机在怠速、低速、小负荷、及冷机时，为了避免发动机的动力性能受到影响，ECU控制EGR阀关闭。

EGR阀中有一与其做成一体的EGR阀位置传感器（EVP Sensor），该传感器是一电位计式位移传感器，用于检测EGR阀的实际位置，输出相应电压信号给控制器，控制器据此判断阀门是否对ECU的指令做出正确响应。同时，它的信号输出也是发动机ECU计算废气再循环流量的依据。通常，EVP 传感器是一个三线传感器，一条是发动机ECU提供的电源电压，另外一条是传感器的接地线，第三条是传感器给发动机ECU的反馈信号输出线；在EGR 阀关闭时产生1V以下的电压，在EGR阀打开时产生5V以下的电压。它是EGR系统中的重要传感器，一个损坏的EVP传感器会造成喘车现象、发动机产生爆震、怠速不良和其他行驶性能故障，甚至检查维护（I/M）尾气测试也不正常。

过度的废气参与再循环，将会影响混合气的着火、性能，从而影响发动机的动力性，特别是在发动机怠速、低速、小负荷及冷机时，再循环的废气会明显地影响发动机性能。所以，当发动机在怠速、低速、小负荷及冷机时，电脑控制废气不参与再循环，避免发动机性能受到影响；当发动机超过一定的转速、负荷及达到一定的温度时，电脑才控制少部分废气参与再循环。而且，参与再循环的废气量根据发动机转速、负荷、温度及废气温度的不同而不同，以达到废气中的NOx最低。

EGR阀通常在下列条件下开启：1.发动机热机后运转。2.转速超过怠速。ECM根据发动机冷却水温传感器、节气门位置传感器和空气流量传感器来控制EGR系统。

日前，在北京新国际展览中心举办的2008中国国际内燃机展上，上海日野发动机有限公司展出了其满足国Ⅳ排放的P11系列发动机，并且由于其采用ＥＧＲ＋ＤＯＣ的技术方案吸引了参观者极大的兴趣。

与众不同的国Ⅳ机型

“目前在国内的市场上，大多数国内公司的国Ⅳ机型采用的都是ＳＣＲ技术，在本届展览上我只看到国内朝柴有一款国Ⅳ发动机采用的是ＥＧＲ技术。”上海日野的总工程师孙崎在接受记者采访时说。

这种情况的出现跟国内内燃机行业发展的特殊性有关系。由于国内近年来国家对于柴油发动机尾气排放的规定日益严格，并且实施进程非常快，所以对于目前已经实施的国Ⅲ排放，国内的柴油发动机企业都是刚刚通过一轮技术改造才完成。电控系统、4气门结构等等涉及到发动机本体结构的改造也刚刚完成，所以在针对国Ⅳ的解决方案中，国内的企业大多选择了对本体机无需做大改动的SCR技术。而EGR技术由于要增加废气再循环系统，需要改动原有国Ⅲ发动机的结构，再进行大量的实验才能达到标准，因而也就不被大多数企业所选择。

因需而定的技术方向

而对于为何在国Ⅳ阶段会产生几种不同的技术方向，还要从柴油发动机的工作原理说起。柴油发动机的尾气中污染物主要有两种，即氮氧化物（ＮＯｘ）和颗粒物（PM）。由于柴油机工作的特点，使微粒和氮氧化物两种主要排放污染物的生成环境彼此对立。提高缸内燃烧温度，燃料充分燃烧时颗粒物会被降低，但氮氧化物会由于高温的环境生成较多。反之亦然，是一种此消彼长的现象。在排放标准达到欧Ⅳ之前，开发设计人员在控制柴油机燃烧时，通过在两者之间进行平衡，达到氮氧化物和微粒排放都不超过限值。但排放标准提升到欧Ⅳ之后，则需要机内控制结合机外后处理方式才能达标。

目前被国内大多数企业所使用的SCR技术是通过强化发动机机内燃烧来降低微粒的生成，然后利用尿素溶液对氮氧化物进行机外催化氧化。而另外一种EGR则相反，在机内控制氮氧化物的生成，然后在排气阶段再减少颗粒物。同时EGR技术又可细分为EGR+DOC和EGR+DPF这两种，分别利用DOC（柴油催化氧化器）或DPF （微粒捕集器）对生成的微粒进行后处理。由于DPF需要再生，DOC不需要，上海日野的国Ⅳ机型采用EGR+DOC这种解决方案。

SCR技术的最大缺点是需要在车上增加催化剂储存箱和催化反应器，而且需要加油站等社会配套设施提供相应的催化剂补充液。由于卡车、客车的流动性和不同地区排放标准的差异性，造成了尿素催化剂添加的不便性。而EGR技术的缺点在于改动原有欧Ⅲ发动机的结构，增加废气再循环系统。由于引入废气，废气中的酸碱性物质会对发动机内部的机件产生影响，制造商必须在抗腐蚀方面进行加强。同时，由于需要控制氮氧化物生成，对燃烧过程的最高温度和持续时间都必须进行严格控制，因此对发动机效率和经济性会产生一定的负面影响。

“由于EGR技术有这样的制约，所以上海日野此次展出的国Ⅳ发动机采用超高压燃烧，同时配合可变截面的混流涡轮增压器来增强发动机的性能。通过进一步提高燃油喷射压力，进一步提高压缩比来改进机内燃烧，这些措施的共同使用，能够使发动机在机内便同时降低颗粒物和氮氧化物，再配合DOC的使用消除少量残余颗粒可以达到国Ⅳ排放标准。并且燃油经济性不会受到很大的影响。”

监管问题

不过，对于SCR来说，还有一个困难之处在于使用中的监管和使用者的社会责任，即使用者如果在尿素耗尽后不添加怎么办（目前国内尿素价格约9元/升，高于柴油价格）。

孙崎介绍，在欧洲环保机构使用OBD（On-Board Diagnostics，中文译为“车载自动诊断系统”）来约束，其最早采用灯光提示，如果尾气不达标便不断地提示驾驶员。而在欧Ⅳ阶段采用的OBD系统中则带有扭矩限制，如排放指标超过欧Ⅲ限值时，发动机的功率由系统设置下降为原功率的60%~70%，强制驾驶员添加尿素液或进行失效检查。

而目前我国车用柴油机OBD技术和标准还刚刚起步，国家环保部刚刚在2008年7月1日实施基于17691柴油机排放限值的“车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车车载诊断系统技术要求”，对于OBD系统提出了各阶段要求。“对于不需要添加消耗型尿素的EGR技术发动机，使用中比较方便，这对于长途运输行业是比较适合的。”

EGR发展现状

从20世纪70年代开始，国外就开始了废气再循环系统的研究，现在一些柴油车上已经安装了EGR系统，为柴油车达到欧Ⅳ标准奠定了基础。

对于增压中冷柴油机，通常有以下两种方式：从涡轮前取气回流到压气机后的EGR 系统；从涡轮后取气回流到压气机前的EGR系统。涡轮增压柴油机的冷却再循环结