柴油机废气再循环(EGR)技术.pdf

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1、16内燃机与配件2013年第9期柴油机废气再循环(EGR)技术DieselEngiIleE】

2、【lla吣tG嬲Recirclllation(EGR)Tech舯lo留高亮(天津雷沃动力有限公司)(摘要]本文从柴油机废气再循环的角度分析了降低柴油机Nox排放的原理、实施方案、存在的问题及其解决方法。[关键词]废气再循环饵GR)排放发动机Keywords：Exhaustgasrecirculation(EGR)EmissionsEngine刖昌增压可显著提高内燃机的功率、降低油耗和排放。增压柴油机产生较低的HC和CO及较高的NO。，为了满足更严格的排放法规，必须进一步降低NOx，EG

3、R技术是实现这一目标的最有效手段之一。1废气再循环(EGR)技术1．1废气再循环(EGR)技术的应用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是区别外部EGR而言的，其实质是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，参与下个循环的燃烧，从而实现EGR。但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方便灵活，所以应用面不广。外部EGR就是通常所指的EGR，即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E

4、GR。就形式而言一般可分为机械式、电气式和电控式，其中电控式EGR最具典型性，代表EGR技术的发展方向。以下主要对外部EGR进行重点阐述。相对于自然吸气发动机。增压发动机的EGR实现起来具有一定难度，因为增压发动机高工况下的进气平均压力高于排气平均压力。特别是当EGR被用于增压中冷大型卡车和公交车上时，必须保证发动机的耐久性和可靠性，这与废气再循环的方式有很大关系。增压发动机的EGR实现方式主要有(见图11：进气管—-一崮14种EGR买珈彤式腺理崮(1)高压一高压方式图1中：fal高压排气管一EGR冷却器_+单向阀叶EGR阀1_高压进气管。把涡轮前的高压废气引入中冷后的进气中。

5、在柴油机的大多数工况。涡轮前的排气压力要大于中冷后的进气压力，可实现EGR。但由于高压排气和高压进气间的压差有限，难以实现高的EGR率，NOX下降有限。为了防止进气压力大于排气压力时新鲜空气倒流，还需在高压排气和高压进气之间加装单向阀。为了提高EGR率，还需对废气进行冷却。还有一种方式是利用可变截面的涡轮增压器控制涡轮喷嘴的面积。排气背压得到控制。从而可以改变EGR率。因而提供了优化EGR在高负荷时的高亮：柴油机废气再循环(EGR)技术17过量空气系数的手段，这样NOX可被大大减少而不会使经济性下降。(2)高压一低压方式图1中：(b)高压排气管_EGR冷却器_EGR阀2叫氐压进

6、气管_压气机_+中冷器_+高压进气管。把涡轮前的高压废气冷却后引入压气机前的低压进气中，通过EGR阀控制流量。由于两端压差较大，可实现较高的EGR率。由于废气需通过压气机叶轮和中冷器到达进气管，造成叶轮和中冷器污染，增压器效率下降、流动阻力增加。以上两种方式还有一个缺点。就是高压取气损失了部分排气能量，导致增压比下降。(3)低压一低压方式(自然EGR)图1中：fcl低压排气管_EGR冷却器_+EGR阀3叫氐压进气管_压气机_中冷器_+高压进气管。把涡轮后的低压废气冷却后引入压气机前的低压进气中，通过EGR阀控制流量。由于两端压差较小，只能实现较低的EGR率，同样存在废气污染压气

7、机叶轮和中冷器的问题。该方式还可利用进气节流和增加涡轮出口背压的方式实现废气再循环。为了增加涡轮出口的压力，在涡轮出口处安装一个节流阀，改变节流阀的开度，就可改变EGR率。然而，使用提高涡轮出口背压的高压方式，虽可实现高负荷的EGR，但是由于涡轮膨胀功下降，故增压度下降，而且EGR替代了部分新鲜空气，发动机气缸中的过量空气系数显著下降，发动机的燃烧性能将变坏，碳烟和燃油消耗增加。(4)低压一高压方式(压力EGR)图l中：(d)低压排气管_EGR冷却器_压气泵_EGR阀4_高压进气管。把涡轮出口处的低压废气冷却后用压气泵送人带放气阀的储箱中，通过EGR阀与中冷器后的进气管相连，只

8、要储箱的容积和压力足够大，可实现任意的EGR率。该方式不但不消耗排气能量还可减小排气背压，有利于进一步改善发动机的动力性、经济性和排放。该方式的缺点是需要一个额外的气泵和储箱并消耗一定的发动机功率。方式3和4从涡轮机出口处取再循环废气送入到压气机进口，这种方法称为低压方法。在这种情况下，由于合适的EGR阀容易获得一个适当的压力差，因此在发动机较大的运转范围内比较容易实现EGR。为了避免吸入的再循环废气经过压气机时引起空气温度超过压气机的设计温度，因此对EGR气体进行了冷却。然而发动机运行很短