废气再循环(EGR)原理及应用现状分析

1、（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！）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; recirculati on; n itro

2、ge n oxides; mecha ni cally-drive n; electr oni cally con trolled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。、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

3、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：卜K 炭气还涼址+进气量随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，

4、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、负荷增大运转时，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

5、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

6、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。1.11.I-1.1：1.m .e.堪控真空関节器7. ECU恳ECR阀也置件追器鱼电織式E9CR阀24用汽油机的林冷控制系址图.fl I 取屮;K挖划丈

7、财Zh- I UL-I.空g M l1 2 H UJ位近卩感器3.水珞礼:博器儿凝功机转速f,谄誥5.ECU b 通电縱网7.此气调整詞&炭气再耐仏阀图3计口机白犠控制的炭r再勘坤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

8、 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负荷下驱动真空度小时 EGR阀关闭发动机转速降低时，排气 背压降低，副膜片在小弹簧作用下下移，打开控制阀，使主膜片室内的真空度流失,EGR阀开度减 小。若全靠真空控制,EGR阀设计得再巧妙也不能达到理想的控制电控真空驱动的EGR系统 用预先标定的脉谱通过电控真空调节器 6控制EGR阀1的开度，大大提高了控制的自由度闭环 电控EGR系统应用了带传感器8的线性位移电磁式EGR阀9,进一步

9、提高了控制精度。3.3用计算机直接控制的废气再循环计算机直接控制的废气再循环见图 3。图3中，废气再循环阀的作用是调节再循环的废气量。作用在废气再循环阀8真空膜片室内 的真空度越大，阀的开度就越大。废气调整阀7的作用是利用进气管真空度的变化，按节气门开度 的大小控制通往废气再循环阀 8的真空度,使废气再循环阀8的开度能随节气门的开大而增大， 使再循环的废气量能随发动机负荷的增大而相应增大。三通电磁阀6由计算机控制，计算机根据空气流量计1,节气门位置传感器2,水温传感器3,发动机转速传感器4等测得的信号，在一定 条件下断开三通电磁阀6的电源，切断真空管路，让空气进入废气调整阀7,使废气再循环阀8

10、关闭, 取消废气再循环。废气再循环阀8的工作条件是：发动机水温低于50e;怠速或小负荷运转（转速低 于1000r/min）;高速运转（转速高于4500r/min）;突然加速或减速。有些车型的发动机在废气再循环 阀上设置了一个位置传感器。废气再循环阀的膜片带动位置传感器可变电阻的滑动触点，使废气再循环阀的开度转变为电阻或电压的变化，计算机再根据废气再循环阀位置传感器的信号即可检 测出废气再循环阀是否工作及开度是否正常。当废气再循环阀不能正常工作或开度过大！过小时,计算机可通过废气再循环控制电磁阀来调整废气再循环阀的开度。若调整无效，计算机将使发动机故障警告灯亮，表示发动机控制系统出现故障。为消除

11、EGR对动力性和经济性的负面影响，往往同时采用一些快速燃烧和稳定燃烧的措施， 如加强缸内混合气的湍流强度，加大点火能量等。EGR的这种效果也可以通过不充分排气增大滞留于缸内的废气量 （即增大残余废气系数） 来实现，这种方法称做内部 EGR。它可通过调整进气相位角（如加大进排气重叠角）或排气系统 的波动效应等方法来实现。这样，发动机不需大的改进，但内部EGR率难以控制，且新鲜混合气的 加热作用强，除影响进气充量外，还会造成压缩终了温度的提高，导致降低NOx的效果变小。4柴油机EGR的效果及控制4.1 EGR对NOx和柴油机工作过程及性能的影响由于柴油机燃烧时过量空气系数总是大于 1,排气中的氧含

12、量比汽油机高得多,CO2浓度要小 得多，因而必须使用比汽油机更大的 EGR率才能有效降低NOx。一般汽油机的EGR率不超过 20%,而直喷式和非直喷式柴油机的 EGR率可分别超过40%和25%。由于废气的温度比新鲜空气的温度高，随着EGR率的增加，进气温度会提高；而柴油机负荷和 排气温度的增加又会进一步提高引入废气的温度 ，随着EGR率的增加，进气温度会进一步增加。由于废气的引入使进气的温度升高，在低负荷时因喷入柴油机的燃油量较少，使着火延长期 减少；而在大负荷时，因喷入的燃油量增大，由于废气的引入使燃气中的氧浓度变小而对着火不利 使着火延长期增大。采用EGR可使NOx明显降低的原因除由于大量

13、隋性气体阻碍了燃烧的快速进行及混合气 的比热容增大使燃烧温度降低（EGR率为20%和25%时,燃烧最高温度比无EGR时分别低50e和 100e左右）外,EGR对进气加热和稀释造成实际的过量空气系数下降也是重要原因。因此，在NOx 降低的同时，尤其在较大负荷时，碳烟和油耗会随之恶化，可采用冷却EGR的方法使发动机性能恶 化的趋势受到抑制。由于燃烧速度的减慢，可使压力升高比下降，既可改善柴油机工作的粗暴性，且随EGR率的增 大而更明显，还可使最高爆发压力降低，且最高爆发压力的出现角度前移。4.2 EGR率的控制EGR对发动机性能的负面影响，主要表现在大中负荷时，而小负荷时影响不大，甚至油耗和 HC

14、排放还略有改善。实际应用时，应随工况的不同而改变EGR率。高速大负荷时，停用EGR;随 负荷及转速的降低逐步加大 EGR率各种工况的最佳EGR率应由试验来确定。对EGR率的控制，国外多用电子控制系统，图4这种方法称做内部EGR它可通过调整进气相 位角即为一实用化的EGR系统。进气舸热EGR阀三通电直空栗權乂剧為二（秩-）r| | （理$_控制单元水隘 图4柴油机的G1讣:控制系统电控系统根据发动机的转速信号！油泵齿条位移信号（供油量）和水温信号等，按预先设定的脉 谱图改变EGR率。柴油机还流管的直径比汽油机的大得多，这是由于柴油机进排气管之间的压差 较小，所需的EGR还流量又远大于汽油机。另外

15、,为提高排气再循环量，在柴油机的进气门上加上 了节气门，以便在低负荷时通过进气节流的方法增大排气管与进气管之间的压差。在增压柴油机中，经常会出现增压压力大于排气压力的现象。为确保排气再循环，在排气再循环阀前应加一个单向阀，以便利用排气脉冲进行排气再循环。4.3 EGR引起的异常磨损由于柴油中含有硫份，排气中会生成S02,最终可能会生成硫酸（H2SO4）,这对系统的管路！阀 门及气缸壁面会造成腐蚀，并使润滑油劣化；排气中的微粒还流回气缸，易附在摩擦面上或混入润 滑油中。这些都会导致气缸套！活塞环及配气机构的异常磨损。在 EGR率为20%时，第一道活塞 环和气缸套的磨损量是无EGR时的45倍（试验

16、时使用的柴油的含硫量为 0.5%）为了防止磨损, 必须降低柴油的含硫量，欧美日等国已将柴油中的含硫量降至0.005%以下。润滑油也应作相应改进，缸套等部件的材料也应考虑耐腐蚀和耐磨损的问题。5结束语a . EGR技术是降低内燃机，特别是柴油机废气中NOx排放的有效措施，可降低NOx20% 50%。b .随工况的不同，其最佳EGR率也不同。因此应对不同工况进行细致的匹配，采用电控（计算机控制）最好。c .柴油机的EGR率可比汽油机大，但一般以不超过30%为宜,否则会使功率和油耗恶化。d .采用EGR后,柴油机工作的粗暴性可得到明显改善。e .在采用EGR技术的同时，对回导的废气进行冷却，即采用中

17、冷EGR ,效果更好 f .采用EGR技术后，相关部件的磨损加大，使用时应充分重视。二、废气再循环（EGR ）应用现状1. 在增压中冷柴油机上的应用1.1试验仪器与设备表2认验州主菱刖诫仪盏衷1试验用涡轮增压申冷柴油机主要拽朮棒削型号卅恪电汹氷创功atAI.H9 门W显地利AM曲词n畀冰持J冲斥It M A TC5更地利剧L处砒缸皴6IIMP23If VAIS4LA进r力试祸轮塔川屮庁iflrtR439更地利AVI輕司x f 1 fV Anns * mm110* 125油耗悦733S更地杷AVLfc标罡功怖/LK ZV n.( r m )830( I S00)dilli.-A 甘析 wM HA

18、 4-7 lOODEGlt1 |乐IIQH上同(ftAftMM ff (HP M210詩就戌ift粒测KUSR：J72更地利QL號H；坐賣荷处大JW憧4SS用bl济械计StlLMvfkikSENS1CON 瓷诃机油常油tHPtt Aa i电T折KAK24OHM KIXi ,1.2 EGR系统布置发动机上EGR系统的布置原理图如图1所示,废气在涡轮机进口前被引出，进入废气冷却器 中冷却，然后流经EGR阀,在文丘里管的喉口部位与新鲜进气混合，最后进入气缸中参与燃烧2, 3。幡弋节亂肉蔬力八匚I割2小詞匸况FE仁H率井析+ 23（X）r/m h n * * L WOO r加补图 L EGK 第址拮枸

19、紡 |躺*-* LSaOr/m n* I i7m iti在整个系统布置中，通常需要考虑以下两点：（1）EGR阀的位置。EGR阀可以选择放在废气冷却器前或后。置于冷却器前，可以避免废气冷却器长期与燃气接触，但是阀体距离排气管很近，直接暴露在高温排气下，对其抗热负荷的性能 要求很高，因此有的阀体上加工了冷却水通道，利用发动机循环水来冷却；EGR阀置于冷却器后，降 低阀体所须承受的热负荷，目前许多带有驱动电机的 EGR阀都采取这种布置，但是这要求冷却器具有较强的抗热负荷、抗酸性腐蚀功能。本试验中采用EGR阀后置。（2）文丘里管系统的位置。文丘里管系统的作用是在进气管中产生足够的压降，使废气能够与 新

20、鲜进气混合，并使流动损失尽可能小。如果在进气中冷器前导入废气，对废气的冷却效果将明显 加强，但是在冷却过程中会产生酸液，同时在中冷器的内壁面附着一层微粒，最终导致冷却器工作 能力的下降和壳体的损坏。本试验中文丘里管系统安置在进气中冷器后。EGR率在试验中定义如下：EGR率=（C02进气-C02环境大气）/（ C02排气-C02进气）式中，C02为C02摩尔浓度。1.3试验结果分析试验在各种工况下对发动机的燃油耗、气体排放物、烟度进行了测试，转速（r/mi n）为：1200,不变,不同的EGR率依靠调节文丘里管系统的节流阀和 EGR阀的开度来实现。当节流阀开度减 小时，更多的气流从文丘里管侧通过

21、，这时喉口处的压降增加，更多的废气可利用此引射效应参与 再循环。图2是试验测得的最大EGR率分布情况。试验可达到的最高EGR率约为13%。在1500r/min、75%负荷处（相当于13工况中的第5 工况），能实现1.6%的EGR率,在中低转速的高负荷工况下，废气压力低于文丘里管喉口处的进气 压力，无法进行废气再循环。EGR/l(b)l BOOrAia阁J KGI： t 乂人的梓呎* * nr;负荷 * * m旳负荷 5if；頁荷“ 、7加负简 *- * lutu矗商对于NOx,在所有的工况下，随EGR率的增加，其排放都会降低，尤其是在高负荷区域这种现 象更为明显。这主要是因为，当废气引入时，它

22、取代了部分新鲜空气，降低了其中的氧浓度；废气中 的惰性气体抑制滞燃期内可燃混合气的形成和燃烧速度；同时废气中比热容较高的物质如 CO2 等会吸收燃烧产生的热量，对燃烧温度起抑制作用。这样NOx形成机理中的两个重要条件高温和 富氧被破坏，从而降低了它的排放。在高负荷工况下，过量空气系数很小，燃烧对氧浓度的变化十分 敏感，少量的废气引入可以使 NOx有明显的降低，例如在1500 r/min、75%负荷下，1. 6%的EGR 率使NOx下降约13%;在低负荷时，过量空气系数很高，此时对降低NOx排放起明显作用的是废气 对燃烧速度和温度的抑制作用。从图3可看出，在高负荷工况下，曲线的走势较陡，在低负荷

23、时则很 平缓。EGR对HC的影响较为复杂，通常认为HC是由缸内的不完全燃烧以及缸壁的淬冷产生。废 气的引入使缸内的氧浓度降低，充量的温度增加。前者使燃烧恶化,HC排放增加，而后者又减弱了 淬冷效应，特别是在某些高负荷工况,HC排放随EGR率的增加反而有下降趋势，见图4。CO的排 放随EGR率升高总体呈上升趋势，在低负荷工况下走势平缓，高负荷时急剧升高。这主要是 EGR 率对氧浓度的影响程度不同，在低负荷时,废气的引入虽然导致氧气减少，但此时过量空气系数很 高，对燃烧影响较小；高负荷时，过量空气系数很小，加入少量的废气就能导致燃烧的恶化，见图4。J 50SMta2 300 r/aifessfb)

24、 1 600 r/n iaI用4 ECJ(車对HC .CO的輕响* Un Fi fir # 2滋鱼徜 5(w 鱼葩 h 了静贾荷 亠为g跻Pi荷-2 gM、富i*_-*- a Sisi2,0BGft 卒/%BWifc 1 500 r/ia團5 KGR半对油耗和的彩响+ 1W貫简 - 7無蓟荷 *-* 5R阻荷一2撷负荷 占】侪现荷通常情况下，EGR率的增加会对柴油机的经济性能带来负面影响。这主要与废气替代了部分 新鲜空气，导致氧浓度的降低，缸内燃烧温度下降，扩散燃烧的持续期加长有关。在高负荷工况下燃 油耗和烟度的升高趋势比低负荷时更为明显，尤其是烟度,如图5中所示，在2300r/min和150

25、0r/min 两个转速的中高负荷下，烟度随EGR率的增加急剧上升，而在低负荷下则变化不明显，这是因为低 负荷时含氧量高，对废气的容忍度较高。从以上分析可看出，在负荷较高的情况下,EGR对降低NOx排放作用非常明显，但同时又会引 起油耗、烟度的恶化，甚至导致动力性下降，兼顾6、8工况在排放试验中的重要性，只在8工况采 用5. 8%的EGR率,6、5工况则不采用EGR。在低负荷区域，如12工况,试验时采用的EGR率对 NOx没有明显的降低作用，但是烟度、油耗、HC和CO的排放却在恶化，所以不采用EGR。综上 所述，在十三工况试验中，在2、3、4、& 9、10、11七个工况下采用EGR。EGR率的选

26、用和排放测试结果见表3(a) 2 MO r/iECU率用 (Z1SW r/mia関4 ECIC車対MG CO的闿响 t负帯 25负f；i 5(rf贤荷U u 了協 负荷 * 4 10(蓟荷表4为十三工况排放测试计算结果，其中NOx排放有明显的下降，HC和CO的变化不大，其中 值得注意的是颗粒排放有所下降，原因是再循环废气经过冷却后虽然温度有所降低，但仍然远高 于中冷后的新鲜空气温度(高于100 C),这样在预燃期内，缸内的混合气温度较高，减少了 HC和 可溶性颗粒物的生成量，从而遏制了颗粒的排放。1.4结论为满足严格的排放法规，EGR作为降低NOx排放的一种手段，效果非常明显，而且具有很强 的

27、实用性。(2) 文丘里管系统是增压柴油机运用 EGR技术时，非常重要的一项措施，它对于扩大EGR的运 行工况范围，提高EGR率非常有效。(3) 采用EGR后，油耗、烟度会有所增加，这在实际应用时需要综合考虑。(4) 废气的冷却温度会影响发动机的性能和排放，应该尽可能的降低废气冷却后的温度。2. 废气再循环对不同辛烷值燃料 HCCI燃料的影响2.1冷却EGR对HCCI发动机燃烧特性的影响EGR是柴油机抑制NOx产生的基本措施1-4。现今,EGR也成为了 HCCI燃烧进行着火控 制的基本手段之一 5-7。EGR通过几种方式来影响HCCI发动机的着火时刻与燃烧。其一加热 作用。热EGR与较低温度的燃

28、料空气混合物混合后，压缩初始状态的温度得到提高；对内部EGR, 残余废气与燃料空气在整个气缸内充分混合。 本节主要讨论冷却EGR对HCCI的影响，在第二节 中将讨论通过热EGR提高进气充量的温度后，对HCCI燃烧的影响。第二,EGR的稀释作用。EGR 引入到缸内后，氧的浓度大幅度降低；热效果由于二氧化碳和水蒸气的比热要比空气高，因此EGR使整个混合气的比热增加，由此而引起压缩终了的温度降低；化学作用EGR中的份可以部分参与化学反应而引起自燃与着火时刻的变化。EGR的化学作用一方面是内部 EGR的活性基效果，但是目前对EGR中是否有活性基存在及其对着火的影响还有所争议8;另一方面是EGR中有未燃

29、碳氢或燃料、CO、CO2、NO、H2O等都会参与下一个循环的反应，因此也可以提 前或延缓HCCI的着火与燃烧。Iioio -io=30% J曲轴转倉卢CA）正康燼n-1800itaun GUE丽 mg/cydt曲柚转询广CAb) RON75UOO raun CiB.88 ncyck图I冷却Et；k对止庚烷和Re -RON25 f - RONJO -T-RCftJ73jri sooT/min o乩關 mg rjmin ?-18.88 cycle曲辅转他严CAb) RON75图 冷却】H对ii庚烷和KOX75墉料ir内平均逢度的黒响2.2结论随EGR率提高，各种燃料的两阶段着火时刻推迟，燃烧持续期

30、延长；高十六烷值燃料可以容许 较高的EGR率,RON75最高可以采用45%的EGR;EGR对高十六烷值燃料的 CO和UHC影响不 大，对高辛烷值燃料的CO影响明显,随EGR率增加CO排放升高。3、EGR对运行在不同海拔地区增压柴油机的影响3.1试验系统的布置大气压力、温度和湿度都影响着柴油机的运行性能。在这3个影响参数中，大气压力随海拔的变化最为迅速，并且大大影响着柴油机的运行性能。I二闊尺弋悴EHTT2 EGR试验装誥示意團图1是试验用内燃机大气模拟综合测控系统框图，它主要由测功机、进排气模拟装置、孔板流量计、控制器以及压力、温度传感器等组成。试验研究用机型为排量3. 298 L、四冲程、四

31、缸增压柴油机，供油提前角为13CA,排气烟度采用波许烟度计测量。试验中采用杭州弈科生产的水 涡流测功器测量发动机的功率和其他参数，采用瞬态油耗测量仪测量发动机的瞬态油耗。试验用 EGR结构见图2。解决增压后的进气压力超过排气压力，造成推动EGR压差不足的问题3是将文曲利管串联 在进气管中。排气再循环量是通过控制循环回路截面积来实现的。通过控制EGR阀的开度来达到控制再循环通路的最小截面积，而控制EGR阀开启度则是通过控制真空通路的真空度大小来 实现的。EGR率是用体积流量的变化来表示的，具体的公式为：EGR率=（原机的体积流量-采用EGR之后的体积流量）/原机的体积流量由于再循环排气量较少,E

32、GR气体的取气管路较长，并且在引入气缸前，将这部分的气体进行 了冷却，所以EGR气体的温度控制在50T 70C的范围内。试验是按照增压柴油机负荷特性试验进行，通过控制供油量来保持进行 EGR之后各工况点 的功率和转矩不变，因而试验结果中EGR对发动机性能的影响只体现在燃油消耗率的变化上，不 能直接反映出发动机动力性的变化。受试验仪器条件所限，没有测量微粒排放的变化，但微粒中的 不可溶成分（SOF）可以从烟度中反映出来。3.2试验数据分析随着海拔的升高，空气密度的减少，导致吸入柴油机气缸内的空气量减少。一般来讲，在任何海 拔下柴油机的燃烧过程均取决于合适的过量空气系数 4。增压柴油机采用EGR之

33、后，将大大影 响过量空气系数，必然带来其经济性和烟度排放性的变化。图3图4表示的是不同大气压下，增压柴油机进行EGR之后，其比油耗和烟度的变化规律。 总体上来说，增压柴油机的烟度和有效燃油消耗率在不同大气压下的变化规律基本相同。规律大 体上是:在低负荷区域，由于柴油机的过量空气系数大，所以比油耗随EGR率的变化而表现的不敏 感但10%的EGR率下的比油耗会比2% EGR率下的要小一些，产生这种现象的原因可能是随着 引入排气量的增大，加大了缸内的混合气的温度，促进了燃烧，使油耗有所减少。不同大气压下，减 少的幅度不同。功率W功杯W图3模悅大功率压为ao WV下柴ifflffl 2 200 r/t

34、n n 时谨行EGR的负荷转性的对比團4 模拟大气斥为100 kN下柴汨机2 200 r/m n?1走行EGR的塾荷铸性的討比7Z上一言 isJ)T0s監=闔*-o例如80 kPa下,10% EGR率的比油耗比2%EGR率下的比油耗减少了 1.5%,在100 kPa则减 少了 2. 2%。随着负荷的加大，这种规律开始慢慢减弱，尤其是在模拟大气压为80 kPa下变化的比 较快，在120 N - m时，三种EGR率下的比油耗几乎没有区别；在100 kPa下，则要延迟到150 N m 才出现这种情况。这是因为在高的大气压下，柴油机的过量空气系数要大一些，而引入的排气量是 相同的，所以产生上述变化的工

35、况会有所延迟。当负荷进一步的加大,EGR率的增加会使比油耗开 始增大，尤其是在全负荷工况，模拟大气压为80 kPa下，大EGR率的比油耗会比小EGR率的比油 耗上升6.5%,在模拟大气压为100 kPa下，比油耗也会上升5. 5%。负荷的增加会使发动机的过量 空气系数减少，进行EGR后，过量空气系数进一步减少，尤其是当EGR率过高时，再循环排气的燃 烧惰性、高温以及缸内氧浓度的下降，都会使燃烧恶化。烟度问题是应用EGR系统的一个主要的难点。随着负荷的增加，烟度的大小都随EGR率的增大而增大。这种增大的幅度在不同大气压下不一样。在负何最低的工况下（例如工况点为2200r/min、85 N m时）

36、,模拟大气压为100 kPa下的过量空气系数比80 kPa大气压时增大了近一半, 所以在引入相同排气量的同时，缸内氧浓度的减少量要小，所以烟度的变化不明显。但在模拟大气 压为80 kPa下,10%EGR率下的烟度要比2%EGR率下的烟度增加了 22%,这说明了柴油机的微粒 排放增加。这给人们带来了一些启示，高原地区由于大气压的降低，进气密度的减少，即便是小负荷 区域，过量空气系数也会有较大的减少，因此在这种工况下为防止出现微粒排放过大增加，加入再 循环气体量要相应的比平原地区运行的柴油机要小一些。为了更加深入地说明此问题，表1列举了不同大气压下柴油机在标定转速以及输出最大转矩转速的低负荷工况的

37、烟度排放对比。从表 中可以看出，增压柴油机转速2 200 r/min时，随着大气压的减少，烟度值上升了 10%，当转速上升到 3 200 r/min时,烟度值上升了 14%。负荷增加，过量空气系数随之减少，当引入排气后，促使了缸内 温度增加的趋势和氧浓度减少的趋势的增加，因此加大了烟度排放。这种趋势在80 kPa下较明显, 例如在2 200 r/min的全负荷点下，10% EGR率下的烟度比2% EGR率的烟度增加18%,这比100 kPa下的15%增加了 3%。图5、图6表示的是不同大气压下，增压柴油机外特性处不同 EGR率 与原机烟度排放的比较。HXArolvr1）图5携拟大为30 KPn

38、下悴刃性灶平罚EGR聿h原机烟览虑啟的比續空戟=韶压” iB fit1 |At fl； h!7）0025W2900KBAr*min图临 揍槪丈吒压为100 kPaT$MW处 不同EGR率与应机熔攪抹放朗比找从图中可以明显地观测到，烟度随EGR率的升高而增大，并且这种趋势随转速的升高而加剧。 在2 800r/min以后，加入再循环气体后，会对烟度有十分明显的增加作用，到3 200r/min处最明显。 这是由于EGR的作用使缸内扩散燃烧持续期变长，同时也减少了进气中的氧浓度，从而促使微粒 排放加重，反映到烟度上则是使烟度排放值升高。3.3结论1）不同大气压下，增压柴油机进行EGR之后，其比油耗和烟

39、度的变化规律基本相同。2）运行在高原地区的增压柴油机进行 EGR之后，即使在小负荷区域，烟度随EGR率的变化也 有较大的变化，在全负荷工况下，这种趋势更加明显。因此在这些工况掺入排气时，其量应比平原地区相应减少一些。3）增压柴油机运行在高原地区，过量空气系数由于大气压力的降低而减少，进行EGR之后，势必将增大减少的幅度，因此在高原地区进行EGR,应适当减少相对于平原地区的EGR率。4、EGR温度对涡轮增压柴油机燃烧和排放的影响4.1试验装置与试验方法试验机型为直列6缸、4冲程、废气涡轮增压、中冷柴油机，其主要结构性能参数见表1。表1览动机结构性能弊昶luh. 1 Structural purd

40、nicCrrs uf eitgineM mmI 14f J fVF muh115粒定 111*1r* inifi- 4IK-Hl 2（K）|泊XH 转建ndt min）劭*i ilOth疗火睛 rrI- 5- 3- 2- A用端比11.7试验台架布置见图1。废气在双入口涡轮前通过两根 EGR管引出，在稳压腔内混合后通过 EGR阀。为方便控制EGR温度,流出EGR阀的废气分成两路，并通过调节两条管路上的控制阀（图 1中的7和8）,可以控制通过EGR冷却器和直通管路中的气体流量，从而控制再循环废气的温度。 EGR的温度由温度传感器5测量。EGR气与压缩中冷后的新鲜空气在文吐里混合器中混合。文吐里管

41、安装在中冷器之后，这样安装可以使得再循环的废气不再流经中冷器，避免对中冷器的腐蚀。进气流量通过安装在压气机前的双纽线流量计测量。在进气管道适当的位置安装压力和温 度传感器,分别测量进气充量的中冷前压力和温度、中冷后压力和温度。同时，在涡轮前和涡轮后 的排气管道的适当位置安装压力和温度传感器，测量涡轮前的排气温度和压力，以及涡轮后的排 气压力和温度。采用EGR后，进气的成分将会发生变化必、须对进气的组分进行检测。气体分析 仪15测量进气组分，排放分析仪16对排放废气进行测量。NOx的测量采用化学发光法，烟度采用 全自动烟度计测量，缸内压力的测量采用缸内压力传感器，压力测量所需的上止点信号和转角信

42、 号由与曲轴相联的编码器提供。试验中，每隔0.5 CA取一次样。测得的电压信号经电荷放大器 输入数据采集仪。4.2结果分析试验选定的工况点为1 300 r/min、720 N m（75%负荷），试验中转速、扭矩保持不变 进气充 量的质量流量不变，氧含量不变。试验测量了不同 EGR温度下柴油机的示功图、燃油耗、烟度、 NOx排放、排气温度等相关的参数。由实测的示功图根据热力学第一定律，计算得到了燃烧的放热规律。图2表明了 EGR温度对NOx排放的影响。由图看出，再循环的废气温度由507 K降至331 K 时,NOx排放由1 272X 10-6降到了 1 143X 10-6,降幅为10.14%EG

43、R温度的降低有利于降低 NOx 的排放。但由于废气中水蒸气的含量较空气高，并且含有少量的硫化物，过低的EGR温度一方面 会导致水蒸气和硫化物的凝结，造成气缸壁的腐蚀和磨损；另一方面会导致EGR冷却器尺寸增大, 成本增加。图2中的曲线表明，当EGR冷却到400 K左右时，继续降低其温度,NOx排放的变化趋 势趋于平坦。EGR废气温度由474 K变化到401 K时,降低了 73 K,NOx排放由1 220X 10-6降到 了 1 165 X 10-6，降幅为4.51%。而EGR废气温度由401 K变化到331 K时,NOx排放由1 165X 10-6降低到1 143X 10-6，降幅为1.89%。

44、因此对EGR的冷却保持在400 K左右这样既能达到降HSA110I I.It hIL. ill ,7l I叫电貧图3为EGR温度为507 K和450 K时测录的示功图。图3表明,EGR温度为450 K时燃烧 初期的压力和压力升高率均较 EGR温度为507 K时低，最高爆发压力也较低。试验中，使EGR的 温度由507 K降低到331 K。EGR温度的降低，使其与新鲜空气混合后，进气充量的温度由315 K 降低到306 K（见图4）。EGR温度的降低，使得进气充量的温度降低，使燃烧的滞燃期延长，放热率 的峰值降低（见图5）,燃烧的最高温度降低（见图6）。燃烧温度的降低,导致了 NOx排放的降低。的

45、5 ECU 度对划烧如弘刊：丿影财曲线M 6门曲灯熾虽I取门肿训III：筑低NOx排放的要求，又可以尽量减少对气缸的腐蚀和磨损。lADGrItm120&1240 I?1FH0 590 JOO 4*0 4M)440 42Q40DMO MM340 31Vffi 2 E；R 度时叫小艸效的燃响船线團3 EG H汨度对盂内压力的燼响曲蛻30)iF1丄一i *&20 30U 4U 4M) -140 42V 4W 310 30 340阳4 E（；R进覷度的粥响曲线HH I试验杵網筒图io也厲腔11.进.a ix註动机 a州吒息営恆冊伦 仅气怵肾忻位（挣析仪丁心咏d卫=亠 1 -!4l-4-30 -20-i

46、u00203伸 4U SOff c：A度恂嚼型 6.ECR片却at讦MRFg SOK匚-rm7 EGR iU哎对5温吨的诺响曲线WS机灾温度时燃汕*的常响肋线由燃烧放热率图(图5)可以看出，随着EGR温度的降低，滞燃期延长，滞燃期内喷入气缸的油 量增加，参与预混合燃烧的燃油的比例增加，燃烧的热效率提高。在整个燃烧过程中，随着EGR温 度的降低 燃烧温度降低。综合整个燃烧过程，对EGR进行冷却,可以降低燃烧的温度。从放热规 律中可以看出,EGR温度的降低，预混合燃烧的比例增加，燃烧持续期略有缩短，并没有出现明显的 后燃现象，因此，排气温度也随EGR温度的降低，呈现一定的下降趋势(见图7)。EGR温度的降低，降低了燃烧的温度，使得柴油机的散热损失减小；另一方面,EGR温度的降 低,使滞燃期延长，预混合燃烧的比例增加，燃烧持续期缩短，热效率升高。在转速和扭矩保持不变 的情况下，燃油耗随EGR温度的降低有所下降。EGR由507 K冷却到331