EGR技术介绍

目录

1、EGR发动机原理介绍

1.1、什么是EGR？

1.2、EGR分类

1.3、EGR工作过程

1.4、NOx的生成机理

1.5、EGR系统的作用机理

1.6、EGR率

1.7、典型工况下的EGR使用

1.8、使用EGR系统存在的问题

2、EGR在国内外的发展情况

2.1、EGR发展历程

2.2、EGR在国内外应用实例

2.3、可选择的几种EGR驱动方式

2.4、EGR系统的未来发展趋势

3、其他降低NOx排放的技术

4、EGR技术与其他类似技术相比所具有的优势

5、结束语

1、EGR发动机原理介绍

1.1、什么是EGR？

EGR即废气再循环（Exhaust Gas Recirculation）。

EGR是将一部分排气引入进气管与新鲜空气混合后进入气缸燃烧。

1.2、EGR分类

EGR系统一般可通过内部EGR和外部EGR两种方式来实现循环。

内部EGR：通过扩大气门重叠角来实现的，即增大进气门提前开启和推迟排气门延迟关闭或提高排气背压等方法来增加缸内的残余废气，残余下个循环的燃烧，从而实现EGR。

由于它降低了新鲜进气充量，且妨碍了进气惯性效应的利用，因而要牺牲功率和燃油消耗。另外，其控制和调节没有外部EGR灵活，所以应用不广。

外部EGR：将排气管中部分废气经外部管路引入进气管参与再燃烧，从而实现EGR。就形式而言一般分为真空驱动和电控式，其中电控式EGR最具典型性。

图1：内部EGR和外部EGR示意图

1.3、EGR工作过程

内部EGR工作过程：当爆发行程时，混合器燃烧而膨胀成原来体积的很多倍，在接下来的排气行程时，排气阀一打开，高压废气就会冲向排气管，而活塞也会上升把所有废气推出气缸，这是排气管中的气流流速很快，当活塞快要到达上止点时，由于惯性的关系，排气管中的废气仍会告诉往外冲，而这些气流就会把燃烧室中的废气“抽”出来，如果在这个时候打开进气阀，新鲜空气刚好被“抽”进燃烧室，就在混合器刚好填满燃烧室时，排气门刚好也关闭了。如果此时提前关闭排气阀，则缸内的废气排不出去，且阻碍了进气，如此一来，缸内空气中氧含量就降低了许多，实现内部EGR。

外部EGR工作过程：气缸排气经过排气管，由EGR控制阀控制进入EGR系统，高温废气经过EGR冷却器后，最终到达进气管与新鲜空

气混合进入气缸。

EGR系统构成：EGR阀、EGR冷却器、EGR管、单向阀、ECU控制器

ECU是系统的控制中心，它根据各传感器送来的信号，计算废气回流量，实时控制EGR电磁阀的开度。

图2：外部EGR系统

1.4、NOx的生成机理

NOx的主要成分是NO，有少量的NO2.

NO是在高温燃烧下（大于2200K），由分解的氧原子和氮原子发生反应而生成的，故NO的生成量在很大程度上取决于燃烧温度。

NOx还与氧气的体积分数直接相关。在稀燃时，氧气的体积分数足够大，NO的生成主要取决于燃烧温度；在浓混合气条件下，NO的生成量取决于氧气的体积分数。所以，NO排放最大点应该出现在混合气略稀、火焰燃烧温度较高的工况点，实验证明NOx排放量的峰值

出现在过量空气系数λ≈1.1的略稀混合气中。燃烧温度很高的过浓混合气和氧气体积分数大的过稀混合气都不会产生很高的NOx排放。

为了降低发动机NOx排放量，可以采取降低燃烧室峰值火焰温度，降低NO生成阶段氧气的体积分数，以及缩短燃烧气体在高温下的滞留时间等3种方法。

1.5、EGR系统的作用机理

EGR技术是通过降低缸内最高燃烧温度以及缸内混合气氧气浓度，破坏NOX的生成环境，从而降低NOx的排放。

目前存在4种解释：

比热容假说——废气中含有的水蒸气和二氧化碳等为三原子气体，比热容均高于新鲜混合气，那么新旧气体混合后的气体总热容量也随之增大，在气缸内燃料总放热量不变的情况下，混合气燃烧产生的最高燃烧温度就会降低。

稀释假说——废气中含有大量的惰性气体，使气缸内的氧气体积分数下降从而使NOx的生成量下降。

着火延迟假说——EGR系统改变了混合气的组份，降低了燃烧反应的速率，而NOx的生成速率低于燃烧反应速率，抑制了NOx的生成。

化学效益假说——在高温下，废气中CO、水蒸气会发生裂解，裂解是一个高的吸热过程，会吸收一部分燃烧热量，使得缸内峰值温度降低，这样会减少因峰值温度过高而造成对NOx排放的影响。

1.6、EGR率

1.7、典型工况下的EGR使用

EGR可以降低NOx的排放，但同时会增加HC和CO的排放及提高燃油消耗。因此，在各种工况下采用的EGR率必须综合考虑发动机的动力性、经济性和排放。为了实现EGR的最佳效果，要保证各缸EGR 率一致。

冷启动及预热工况：柴油机转速和功率较低，氧气虽然过量，但燃烧温度较低，生成NOx的体积分数较低，为了防止EGR影响燃烧稳定性以及造成未完全燃烧产物（CO、HC）激增，一般不进行EGR。

怠速及低负荷工况：柴油机燃烧的仍然是稀混合气，气缸中氧气浓度大大过剩，但气缸温度逐步提高，NOx排放也随之提高，这是允许少量EGR。

中等负荷工况：为获得最佳燃油消耗率，缸内混合气时稀混合气，有足够的氧气，此时缸内温度随负荷的提高而升高，造成NOx的大量排放，EGR随着负荷的增加而相应增加。

全负荷工况：此时NOx排放很高，但EGR率受到发动机动力性期望值和冒烟极限限制，一般只允许进行少量EGR。

加速工况：柴油机油的响应快于气的响应，特别是对装有EGR系统的中冷增压柴油机来说更是如此，所以过渡工况内会存在较浓的混合气，此时一般不进行EGR。

减速工况：柴油机减速时，混合气变稀，但发动机温度仍较高，有利于NOx的生成，故应进行EGR。

1.8、使用EGR系统存在的问题

➢若EGR率控制不当，可能会造成HC和CO排放增加，燃油经济性恶化。

➢低负荷时EGR将影响发动机的工作稳定性，高负荷时EGR将影响发动机的动力性。

➢由于缸内固体颗粒数量的剧增，EGR还可能造成发动机活塞环和气缸套等部件的磨损加剧，影响发动机的寿命。

➢大量颗粒进入EGR系统，容易导致管内的颗粒物沉积，降低EGR效果

➢EGR废气温度过高，影响发动机的充气效率，若采用冷EGR，会增加冷却系统和温度控制系统的复杂性。

➢EGR系统要求燃油的硫含量要低于500ppm，如果含硫量比较高，燃烧后产生的二氧化硫和水结合在一起，就会腐蚀EGR

管路，导致EGR损坏。