EGR技術介紹課件

1、 目錄1、EGR發(fā)動機原理介紹1.1、什么是EGR？1.2、EGR分類1.3、EGR工作過程1.4、NOx的生成機理1.5、EGR系統(tǒng)的作用機理1.6、EGR率1.7、典型工況下的EGR使用1.8、使用EGR系統(tǒng)存在的問題2、EGR在國內(nèi)外的發(fā)展情況2.1、EGR發(fā)展歷程2.2、EGR在國內(nèi)外應用實例2.3、可選擇的幾種EGR驅動方式2.4、EGR系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢3、其他降低NOx排放的技術4、EGR技術與其他類似技術相比所具有的優(yōu)勢5、結束語1、EGR發(fā)動機原理介紹 1.1、什么是EGR？ EGR即廢氣再循環(huán)（Exhaust Gas Recirculation）。EGR是將一部分排氣引入進

2、氣管與新鮮空氣混合后進入氣缸燃燒。1.2、EGR分類 EGR系統(tǒng)一般可通過內(nèi)部EGR和外部EGR兩種方式來實現(xiàn)循環(huán)。內(nèi)部EGR：通過擴大氣門重疊角來實現(xiàn)的，即增大進氣門提前開啟和推遲排氣門延遲關閉或提高排氣背壓等方法來增加缸內(nèi)的殘余廢氣，殘余下個循環(huán)的燃燒，從而實現(xiàn)EGR。由于它降低了新鮮進氣充量，且妨礙了進氣慣性效應的利用，因而要犧牲功率和燃油消耗。另外，其控制和調節(jié)沒有外部EGR靈活，所以應用不廣。 外部EGR：將排氣管中部分廢氣經(jīng)外部管路引入進氣管參與再燃燒，從而實現(xiàn)EGR。就形式而言一般分為真空驅動和電控式，其中電控式EGR最具典型性。圖1：內(nèi)部EGR和外部EGR示意圖1.3、EGR工

3、作過程內(nèi)部EGR工作過程：當爆發(fā)行程時，混合器燃燒而膨脹成原來體積的很多倍，在接下來的排氣行程時，排氣閥一打開，高壓廢氣就會沖向排氣管，而活塞也會上升把所有廢氣推出氣缸，這是排氣管中的氣流流速很快，當活塞快要到達上止點時，由于慣性的關系，排氣管中的廢氣仍會告訴往外沖，而這些氣流就會把燃燒室中的廢氣“抽”出來，如果在這個時候打開進氣閥，新鮮空氣剛好被“抽”進燃燒室，就在混合器剛好填滿燃燒室時，排氣門剛好也關閉了。如果此時提前關閉排氣閥，則缸內(nèi)的廢氣排不出去，且阻礙了進氣，如此一來，缸內(nèi)空氣中氧含量就降低了許多，實現(xiàn)內(nèi)部EGR。外部EGR工作過程：氣缸排氣經(jīng)過排氣管，由EGR控制閥控制進入EGR系

4、統(tǒng)，高溫廢氣經(jīng)過EGR冷卻器后，最終到達進氣管與新鮮空氣混合進入氣缸。EGR系統(tǒng)構成：EGR閥、EGR冷卻器、EGR管、單向閥、ECU控制器ECU是系統(tǒng)的控制中心，它根據(jù)各傳感器送來的信號，計算廢氣回流量，實時控制EGR電磁閥的開度。圖2：外部EGR系統(tǒng)1.4、NOx的生成機理NOx的主要成分是NO，有少量的NO2.NO是在高溫燃燒下（大于2200K），由分解的氧原子和氮原子發(fā)生反應而生成的，故NO的生成量在很大程度上取決于燃燒溫度。NOx還與氧氣的體積分數(shù)直接相關。在稀燃時，氧氣的體積分數(shù)足夠大，NO的生成主要取決于燃燒溫度；在濃混合氣條件下，NO的生成量取決于氧氣的體積分數(shù)。所以，NO排放

5、最大點應該出現(xiàn)在混合氣略稀、火焰燃燒溫度較高的工況點，實驗證明NOx排放量的峰值出現(xiàn)在過量空氣系數(shù)1.1的略稀混合氣中。燃燒溫度很高的過濃混合氣和氧氣體積分數(shù)大的過稀混合氣都不會產(chǎn)生很高的NOx排放。為了降低發(fā)動機NOx排放量，可以采取降低燃燒室峰值火焰溫度，降低NO生成階段氧氣的體積分數(shù)，以及縮短燃燒氣體在高溫下的滯留時間等3種方法。1.5、EGR系統(tǒng)的作用機理EGR技術是通過降低缸內(nèi)最高燃燒溫度以及缸內(nèi)混合氣氧氣濃度，破壞NOX的生成環(huán)境，從而降低NOx的排放。目前存在4種解釋：比熱容假說廢氣中含有的水蒸氣和二氧化碳等為三原子氣體，比熱容均高于新鮮混合氣，那么新舊氣體混合后的氣體總熱容量也

6、隨之增大，在氣缸內(nèi)燃料總放熱量不變的情況下，混合氣燃燒產(chǎn)生的最高燃燒溫度就會降低。稀釋假說廢氣中含有大量的惰性氣體，使氣缸內(nèi)的氧氣體積分數(shù)下降從而使NOx的生成量下降。著火延遲假說EGR系統(tǒng)改變了混合氣的組份，降低了燃燒反應的速率，而NOx的生成速率低于燃燒反應速率，抑制了NOx的生成?；瘜W效益假說在高溫下，廢氣中CO、水蒸氣會發(fā)生裂解，裂解是一個高的吸熱過程，會吸收一部分燃燒熱量，使得缸內(nèi)峰值溫度降低，這樣會減少因峰值溫度過高而造成對NOx排放的影響。1.6、EGR率1.7、典型工況下的EGR使用EGR可以降低NOx的排放，但同時會增加HC和CO的排放及提高燃油消耗。因此，在各種工況下采用的

7、EGR率必須綜合考慮發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放。為了實現(xiàn)EGR的最佳效果，要保證各缸EGR率一致。冷啟動及預熱工況：柴油機轉速和功率較低，氧氣雖然過量，但燃燒溫度較低，生成NOx的體積分數(shù)較低，為了防止EGR影響燃燒穩(wěn)定性以及造成未完全燃燒產(chǎn)物（CO、HC）激增，一般不進行EGR。怠速及低負荷工況：柴油機燃燒的仍然是稀混合氣，氣缸中氧氣濃度大大過剩，但氣缸溫度逐步提高，NOx排放也隨之提高，這是允許少量EGR。中等負荷工況：為獲得最佳燃油消耗率，缸內(nèi)混合氣時稀混合氣，有足夠的氧氣，此時缸內(nèi)溫度隨負荷的提高而升高，造成NOx的大量排放，EGR隨著負荷的增加而相應增加。全負荷工況：此時NOx排放

8、很高，但EGR率受到發(fā)動機動力性期望值和冒煙極限限制，一般只允許進行少量EGR。加速工況：柴油機油的響應快于氣的響應，特別是對裝有EGR系統(tǒng)的中冷增壓柴油機來說更是如此，所以過渡工況內(nèi)會存在較濃的混合氣，此時一般不進行EGR。減速工況：柴油機減速時，混合氣變稀，但發(fā)動機溫度仍較高，有利于NOx的生成，故應進行EGR。1.8、使用EGR系統(tǒng)存在的問題Ø 若EGR率控制不當，可能會造成HC和CO排放增加，燃油經(jīng)濟性惡化。Ø 低負荷時EGR將影響發(fā)動機的工作穩(wěn)定性，高負荷時EGR將影響發(fā)動機的動力性。Ø 由于缸內(nèi)固體顆粒數(shù)量的劇增，EGR還可能造成發(fā)動機活塞環(huán)和氣缸套等

9、部件的磨損加劇，影響發(fā)動機的壽命。Ø 大量顆粒進入EGR系統(tǒng)，容易導致管內(nèi)的顆粒物沉積，降低EGR效果Ø EGR廢氣溫度過高，影響發(fā)動機的充氣效率，若采用冷EGR，會增加冷卻系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)的復雜性。Ø EGR系統(tǒng)要求燃油的硫含量要低于500ppm，如果含硫量比較高，燃燒后產(chǎn)生的二氧化硫和水結合在一起，就會腐蝕EGR管路，導致EGR損壞。2、EGR在國內(nèi)外的發(fā)展情況2.1、EGR發(fā)展歷程從六十年代開始，美國、日本、西歐等工業(yè)化國家對汽車排氣CO、HC、NOx等有害排放物，以法令的形式規(guī)定排放標準，從而直接促進了對低污染車用發(fā)動機和對排氣凈化措施的研究。EGR技術

10、在國外首先應用于汽油機，最初只是純氣動式且不帶冷卻循環(huán)，后來發(fā)展了帶冷卻循環(huán)的EGR，再后來與電控技術相結合，轉而開發(fā)出帶閉環(huán)控制的氣電式或電磁式EGR系統(tǒng)。如今EGR在國外的汽油車上已得到廣泛應用。從七十年代后期開始，國外就有學者將研究目標轉向柴油機EGR技術，到目前為止發(fā)展非?？欤捎谄浣档蚇Ox排放效果顯著，而且對原機改動小，設計自由度大，因而日益受到人們的青睞。從21世紀初開始廣泛在柴油機上應用。排放法規(guī)推動著技術進步，自2008年7月1日起，我國重卡迎來國時代。在“電控”被普遍認為是國 重卡標志的大背景下，中國重汽于2008年6月推出了自主創(chuàng)新品牌的WD615電控EGR系統(tǒng)國柴油發(fā)動

11、機。該發(fā)動機經(jīng)國家汽車檢測機構檢測確認，符合國排放要求。中華人民共和國發(fā)展和改革委員會在2008年4月發(fā)布的車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品（第165批）公告中對該產(chǎn)品予以公告。中華人民共和國環(huán)境保護總局（現(xiàn)環(huán)境保護部）2007年第38號公告（第17批滿足國三排放要求的內(nèi)燃機目錄）中予以公告。由于比高壓共軌系統(tǒng)的國重卡低1.5萬元左右，EGR重卡市場表現(xiàn)不錯，玉柴、濰柴、上柴、錫柴等企業(yè)都在開發(fā)EGR發(fā)動機，部分發(fā)動機已取得公告。2.2、EGR在國內(nèi)外應用實例重汽WD615電控EGR發(fā)動機介紹：WD615電控EGR發(fā)動機是在WD61557機（國三機體，4氣門氣缸蓋，直列P8500型噴油泵）基礎上裝重油H泵+

12、EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)國三排放標準。圖3：重汽WD615發(fā)動機圖4：東風康明斯QSB4.5發(fā)動機：圖5：MAN歐、歐EGR發(fā)動機系統(tǒng)布置：由于重汽電控EGR發(fā)動機在保證排放的前提下，成本、燃油經(jīng)濟性、油品適應性及后期維護保養(yǎng)方面都有巨大優(yōu)勢，國內(nèi)其他發(fā)動機廠也看好未來的EGR市場，紛紛效仿重汽，開發(fā)自己的EGR發(fā)動機。目前許多發(fā)動機廠家都已取得國家認證部門的排放報告。天津雷沃1104D-SR4TA00發(fā)動機。 昆明云內(nèi)YN4B095-31CR發(fā)動機 2.3、可選擇的幾種EGR驅動方式2.3.1、真空驅動EGR利用發(fā)動機所帶真空泵為真空源,電子真空調節(jié)閥調節(jié)膜片室真空度控制閥門動作.作用力大

13、,可承受較高溫度,成本較低,但反應速度較慢,一般開啟時間>600ms,只能滿足歐III以下的排放要求.圖6、真空驅動EGR系統(tǒng)2.3.2、電子控制式EGR圖7、電子控制EGR系統(tǒng)電控式EGR系統(tǒng)與真空驅動EGR系統(tǒng)的主要區(qū)別在于取消了真空電磁閥及真空控制管路，系統(tǒng)中的排氣再循環(huán)閥的位置直接由電磁閥來控制。與真空驅動相比，電控式EGR閥系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：（a）動態(tài)響應號；（b）調節(jié)精度高；（c）排氣回流量大；（d）結構相對簡單。2.3.3、雙回路EGR圖8、雙回路EGR系統(tǒng)高低壓雙回路EGR技術的優(yōu)勢就是能夠降低排放和燃油消耗，并能達到更高的排放要求。與傳統(tǒng)的單高壓回路相比，由于低壓EGR

14、系統(tǒng)的引進，低壓EGR系統(tǒng)改進了純粹的高壓EGR對增壓器效率的影響，節(jié)省了不必要的油耗增加。高壓EGR系統(tǒng)從渦輪前取氣，損失了一部分廢氣能量，導致了增壓壓力的降低。低壓EGR系統(tǒng)從DPF后取氣，使得引入氣缸參與燃燒的廢氣更加清潔，對發(fā)動機的污染較小。與傳統(tǒng)單高壓EGR回路相比較，雙回路EGR系統(tǒng)能夠在更廣的工況范圍內(nèi)使用，而且能達到更高的EGR率，實現(xiàn)低溫燃燒、預混燃燒等清潔燃燒方式，達到更高的排放標準，并降低油耗。2.4、EGR系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢對歐美發(fā)達國家來講，EGR在其汽油機和輕型柴油機領域中已是一種成熟的工業(yè)技術，以后的發(fā)展方向是將其進一步完善。例如，EGR技術將與顆粒捕捉技術、電控

15、高壓噴油技術、進氣富氧技術等密切結合起來，已使各種有害排放物全面降低；EGR的精確控制、均勻性和動態(tài)響應仍是以后的研究重點；EGR在應用于增壓發(fā)動機時，其伴隨的腐蝕性問題和進排氣逆差問題也有待進一步研究，以得到一個比較理想的解決方案。在重型柴油機領域，應用EGR所帶來的問題更多更復雜，在重型柴油機常用的較高負荷情況下，EGR會使顆粒排放物猛增，發(fā)動機的耐久和可靠性也將受到影響。目前EGR在重型柴油機上的研究方向為EGR與發(fā)動機各系統(tǒng)的優(yōu)化匹配以及如何在精確控制EGR的前提下，盡量提高EGR率，一句話，就是在盡可能不犧牲發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性的情況下，充分挖掘EGR降低排放的潛力。3、目前降低NO

16、x排放的技術(1)改變柴油機的燃燒方式，采用清潔燃燒（如HCCI、PCCI）。在預混燃燒階段，盡量減少放熱率和放熱量，時燃燒速度平滑增長，從而降低壓力升高率和最高燃燒壓力，降低該階段產(chǎn)生的局部高溫。在擴散燃燒階段，實現(xiàn)高擴散燃燒速度，縮短燃燒持續(xù)期，時燃燒快速徹底。(2)采用高壓共軌燃油噴射和多次噴射。高壓共軌任由系統(tǒng)能在發(fā)動機低速工況產(chǎn)生較高的噴油壓力，有利于減少微粒，提高發(fā)動機最大扭矩的冒煙極限，使部分符合時的NOx和微粒排放最小。(3)采用低含硫燃料。當采用低含硫燃料時，催化劑中毒的可能性下降，可以使用稀薄NOx催化轉化器。(4)選擇性催化還原（SCR）。以氨為還原劑的選擇性催化還原系統(tǒng)

17、已成功用于柴油機NOx的清除。它提供了能同時最小化NOx排放和降低油耗的可能。這里的“選擇性”指還原媒介（氨）優(yōu)先選擇NOx中的氧元素而不是廢氣中存在的大量的氧分子（O2）來氧化。4、EGR技術與其他類似技術相比所具有的優(yōu)勢首先，采用EGR技術降低NOx排放的效果顯著，效率高。EGR在所有負荷條件下都可以有效地抑制NOx的排放。試驗研究表明，EGR率為15%時NOx排放可以減少50%以上，而EGR率為25%時，NOx排放可減少80%以上。若合理的采用“熱EGR”（即保持高的再循環(huán)排氣溫度），還可以同時減少HC和PM排放，并且不會增加油耗，在中低負荷時凈化效果更佳。其他如減少提前角也可以有效凈化

18、NOx，但必然引起油耗增加，通常NOx排放小于5g/hp.h時，通過推遲噴油改善NOx排放已達到極限，無法得到進一步降低。其次，采用EGR技術對發(fā)動機改動小，成本低。采用EGR技術一般并不需要對發(fā)動機燃燒室結構和噴油系統(tǒng)做出重大改動。即使采用較復雜的電控EGR系統(tǒng)，其ECU和許多傳感器都可以和原發(fā)動機的電控系統(tǒng)共用或整合，并不需要增加多少額外成本。而若采用提高噴油壓力減少噴孔直徑來降低NOx，則必然會對原噴油系統(tǒng)提出更高的要求，導致生產(chǎn)成本的較大提升；使用SCR技術，雖然降低NOx明顯，但其成本較高，質量較大，對封裝要求高，此外還有低溫掉效的問題，尿素在-11會發(fā)生凝集，在黃河以北需加解凍裝置。再次，采用EGR技術的方案靈活多樣，可簡單，可復雜，根據(jù)實際需要作出最佳選擇。例如：對一般的發(fā)動機可采用較簡單的氣動式EGR，若設計和匹配得當，同樣可顯著降低NOx的排放水平而不惡化發(fā)動機其他性能。若已經(jīng)是電控發(fā)動機，則可以直接使用電控式EGR，使排放水平在原來較低的水平上進一步降低，從而滿足更嚴格的排放法規(guī)。EGR技術前景廣闊。EGR技術到目前為止，被公認為最有效、最實用的降低NOx