egr原理及其在汽油机中的应用

《egr原理及其在汽油机中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《egr原理及其在汽油机中的应用（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、EGR 原理及其在汽油机中的应用专业：热能与动力姓名：张露学号：1151903EGR 原理及其在汽油机中的应用摘要：排气再循环（Exhaust Gas Recirculation）为汽车用小型内燃机在燃烧后将排出气体 的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术（手法或方法）。主要目的为降低排出 气体中的氮氧化物（NOx）与分担部分负荷时可提高燃料消费率。本文主要介绍了废气再循 环系统（Exhaust Gas Recirculation）的工作原理，循环方式，以及其在Atkinson循环汽油机、 GDI汽油机、非道路通用小型汽油机中的应用实例分析。关键词： EGR 工作原理 汽油机引言：发动

2、机的有害排放物是造成大气污染的一个主要来源，随着环境保护问题的重要性日 趋增加，降低发动机有害排放物这一目标成为当今世界上发动机发展的一个重要方向。随着 世界石油制品的消耗量逐年上升，国际油价居高不下，柴油车的经济性日渐突出，这使得柴 油机在车用动力中占据着越来越重要的地位。所以开展柴油机有害排放物控制方法的研究, 是从事柴油机设计者的首要任务。本文在这里简述降低有害排放物的控制技术中的一种- 废气再循环系统。正文：一、工作原理废气再循环系统（Exhaust Gas Recirculation）简称EGR，是将柴油机或汽油机产生的废 气的一小部分再送回气缸。再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过

3、程，也就是说燃烧速度 将会放慢从而导致燃烧室中的压力形成过程放慢，这就 是氮氧化合物会减少的主要原因。另外，提高废气再循 环率会使总的废气流量（mass flow）减少，因此废气排 放中总的污染物输出量将会相对减少。EGR系统的任 务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳 状况，从而使燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保 证排放物中的污染成份最低。由于废气再循环量的改变 会对不同的污染成份可能产生截然相反的影响，因此所 谓的最佳状况往往是一种折衷的，使相关污染物总的排放达到最佳的方案。比方说，尽管提 高废气再循环率对减少氮氧化物（NOx）的排放有积极的影响，但同时这也会对颗粒物和其 他污

4、染成份的增加产生消极的影响。二、循环方式增压中冷柴油机实现废气再循环一般有两种方式：一种是将涡轮前的排气引入中冷器 之后，称为高压废气反向。采用可变截面涡轮增压器，可以扩大废气再循环有效工作范围， 降低氮氧化物（NOX）和微粒（PT），燃油耗也不升高，这可能是将高压废气再循环系统 用于增压中冷柴油机的最好方法。另一种是将涡轮后的排气引入压气机之前，称为低压废气 再循环系统，它可有效降低氮氧化物，而废气循环工作范围较大，与柴油机匹配能有效地发 挥其功能。现在我们运用得最多的是低压废气再循环系统，其系统的主要元件是数控式EGR阀。 数控式EGR阀安装在右排气歧管上，作用是独立地对再循环到发动机的废

5、气量进行准确的 控制，而不管歧管真空度的大小。EGR阀通过3个孔径递增的计量孔控制从排气歧管流回 进气歧管的废气量，以产生7种不同流量的组合。每个计量孔都由1个电磁阀和针阀组成， 当电磁阀通电时，电枢便被磁铁吸向上方，使计量孔开启。旋转式针阀的特性保证了当EGR 阀关闭时，具有良好密封性。三、控制原则及方式1. 控制原则发动机的工况不同，对EGR量的要求也不同。为了使EGR系统能更有效地发挥作用, 必须对参加EGR的废气数量加以限制。 随着负荷的增加，EGR的量也相应地增加，并能达到最佳值； 怠速及低负荷时，NOx排放浓度较低，为保证正常燃烧，不进行EGR； 暖机过程中，发动机温度低，NOx排

6、放浓度也较低，为防止EGR恶化燃烧过程， 不进行EGR； 负荷、高速或油门全开时，为保证发动机的动力性，不进行EGR； 加速时，为了保证汽车的加速性及必要的净化效果，EGR在过渡过程中起作用。2控制方式根据上述EGR的设计原则，必须对EGR进行控制和调节，使EGR在发动机中的应 用能达到预期的效果。EGR的控制和调节的方法很多，根据其主要的特点可以从不同的角 度进行分类。1）机械式和电子控制式 机械式EGR系统优点：结构简单，成本低，容易实施执行。缺点：系统缺乏柔性。 电子控制式EGR系统（气电式和磁电式）动态响应好，控制精度高。2）开环控制和闭环控制 开环控制优点：结构简单，控制方便。关键：

7、EGR率的精确控制依赖于控制MAP的精确制取。 闭环控制优点：能根据发动机的工况自动调整到最佳EGR量，控制精度高，动态响应好。 缺点：结构复杂。四、EGR系统组成柴油机上通常应用的闭环控制EGR系统一般由:ECU（电控单元）、EGR阀（有阀门开度传感 器）、油门位置传感器、水温传感器、转速传感器、真空电磁阀仅采用真空膜片式EGR阀时 用）、离合器开关以及联接上述部件的线束和真空管路、EGR管组成。EGR系统组成和联接 结构分别可见图6, 图 7。氏U FOR 统禰吐简HIt:甌泰钛图丁 EGR 统结构五、EGR的分类1.气缸间 EGR这是针对多缸发动机而言，通过管路和阀门将多个气缸连接在一起

8、，靠不同气缸之间的 相位差和压力差使一个气缸的废气掺入到另一个气缸中的新鲜充量中，但在实际使用中应用 很少。2.外部 EGR将排气管中的废气重新引入到气缸的新鲜充量中去，这也是EGR应用的主要方式。3.内部 EGR这是区别于外部 EGR 的另一种应用方式。通过改变气门重叠角或排气背压的方式增加 缸内的残余废气，从而降低NOx排放。但是降低了充气系数，影响了进气惯性效应的利用, 功率和油耗有所恶化。随着可变气门技术的成熟，内部EGR也重新得到了广泛的应用。EGR 系统包括机械式，气电式和电控式。1.机械式的优点是结构简单，成本低，容易执行，但是缺点也显而易见:系统缺乏柔性， 难以适应发动机复杂工

9、况的要求。2气电式通过电磁阀控制EGR率，不仅控制范围大，而且自由度高，适应发动机在各个 工况的要求。3. 电控式EGR与气电式的主要区别在于取消了真空电磁阀和真空控制通路，由电磁阀直 接控制废气再循环阀。具有动态响应好，调节精度高等优点。六、在汽油机中应用案例分析1EGR在Atkinson循环汽油机裴毅强等2综合采用Atkinson循环和外部EGR两种方法，探索汽油机的节油潜力试验 中，对一台自然吸气汽油机进行改装，通过换装进气凸轮轴并结合可变气门进气机构实现进 气门晚关的 Atkinson 循环，同时换装更高压缩比的活塞.在此基础上加装 EGR 系统，研究图6肓豉压缩比与进吒关闭时刻对比o

10、utl 5 H) M 2()EGH家 f%图1 EGR率对題粒物总数量依度的影响实验结论：加人EGR后，GDI汽油机燃烧持续期增大;并且随EGR率增加，GDI汽油机着火时刻 先提前后逐渐延迟，瞬时放热率曲线峰值逐渐降低且有后移倾向，放热过程迟缓，缸内压力 和缸内温度逐渐降低，压力峰值发生时刻逐渐提前.(2) 随EGR率增加，GDI汽油机NOx排放逐渐降低，最大降低率达80%以卜，THC和CO 排放逐渐增加，两者最大增加比例分别不超过 25%和 7%。(3) GDI 汽油机尾气颗粒物呈核态和积聚态的双峰分布;且随 EGR 率增加，积聚态颗粒 物峰值数密度逐渐降低，峰值粒径无明显变化，核态颗粒物峰

11、值数密度在加人 EGR 后均有 所增加，峰值粒径均在68 nm,加人EGR后，颗粒物总数量浓度也明显地增加。3.EGR 在非道路通用小型汽油机的应用 程晓鸣等4通过对一台非道路小型通用汽油机进行实验，研究 EGR 对发动机排放的影 响，特别是 HC 和 NOx 的影响;在此基础上，进一步研究空燃比在 EGR 阀开启和关闭时对排 放的影响，通过优化空燃比，研究在不使用后处理情况下发动机的排放特点。实验结果如下：hSA/ L/minm 2 1EGR n NOX #EGR/ lAnln田4 &0%ft荷下EGR对20，和的豪垢LGR/ L/mm屈 3T FftA Tt HDx H HC htrf W

12、 Ktfi5B3A 时 NCx 邦 HC 津办的 境实验结论： 本文研究了 EGR 系统对非手持式小型非道路汽油机排放控制方法。(1) 测试数据表明在100%和75%负荷时，NOx排放占主要地位，而在低负荷时，未燃 HC 的比重则越来越大。(2) EGR系统可以有效减少NOx的排放，特别是在高负荷时HC和NOx的总排放量。(3) 通过对不同空燃比的研究，发现空燃比越大， EGR 系统对 NOx 排放的降低作用越 不明显，同样空燃比越大，EGR对HC排放的增加作用也越不明显。(4) 当EGR开启时，存在最佳的空燃比值，达到HC和NOx排放总量的最小值。对于 该机器，当空燃比为0.91时，HC和N

13、Ox总排放量达到最小值。七、目前EGR技术主要存在的问题1采用后EGR系统后，若EGR率控制不当，极易造成汽油机经济性恶化，其它排放污 染物和烟度的增加;2. 在低负荷时， EGR 将影响汽油机的工作稳定性;3. 在高负荷时， EGR 将影响汽油机的动力性;4. EGR 中颗粒可能造成汽油机活塞环、气缸套等零部件磨损加剧和对机油的污染，进而 可能影响汽油机的可靠性和寿命;5. EGR 的废气温度过高，会影响汽油机的充气效率，并会有降低燃烧温度的效果;6. 各缸EGR分配均匀性和瞬态响应性不宜同时兼顾。八、结论EGR技术是目前最有效实用的降低汽油机NOx排放的机内控制措施之一，但它也会给 内燃机

14、带来一些不良的影响，如可能导致燃油消耗率和颗粒排放上升。所谓实现最佳状况往 往是一种折衷的，即在不影响发动机动力性和经济性的前提下，使相关污染物总的排放达到 最佳的方案，也就是内燃机各个性能之间的优化。目前应用的 EGR 基本上都结合了电控技 术，使其控制更加精确，所有工况都基本能实现最佳EGR率。参考文献：1王平,司建明,王彦伟,邓洪星关于废气再循环(EGR)技术J.内燃机与动力装置, 2006(4):52-55.裴毅强，张少哲，李云龙，秦静，吴学松，尚宇，赵焕EGR对Atkinson循环汽油机性能 的影响J.燃烧科学与技术,2014, 20(2):121-127. 潘锁柱，宋崇林，裴毅强，

15、吕刚.EGR对GDI汽油机燃烧和排放特性的影响J内燃机学报, 2012, 30(5):409-414.4 程晓鸣，秦静，刘鹏，赵亮，贾滨，林漫群EGR对非道路通用小型汽油机排放的影响研 究J.内燃机与配件,2011:4-7 王凤滨，邱君，高俊华，乔维高.EGR在内燃机上的应用J.汽车工程师,2009(8)于文英，单宝龙，刘波.EGR对小型汽油机排放和性能影响的实验研究J.小型内燃机与摩 托车, 2010, 30(6):80-83. 郭玉彬，沈颖刚，卫海桥，冯登全，潘明章z,高东志，李金印.EGR对可变压缩比SI发 动机动力性和经济性的影响J.小型内燃机与摩托车,2014, 43(3):9-13.岳东鹏，李富松，王银山，张玉书.LNT与EGR对稀燃汽油机NOx排放和燃油经济性的 影响J.车用发动机,2014(2):62-67.朱涛.EGR对汽油机排放和性能影响的研究D.天津大学,2014.10 百度百科