EGR技術(shù)介紹課件

1、 目錄1、EGR發(fā)動機(jī)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(jī)理1.5、EGR系統(tǒng)的作用機(jī)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(yīng)用實(shí)例2.3、可選擇的幾種EGR驅(qū)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(shù)4、EGR技術(shù)與其他類似技術(shù)相比所具有的優(yōu)勢5、結(jié)束語1、EGR發(fā)動機(jī)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(jìn)

2、氣管與新鮮空氣混合后進(jìn)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(shí)現(xiàn)循環(huán)。內(nèi)部EGR：通過擴(kuò)大氣門重疊角來實(shí)現(xiàn)的，即增大進(jìn)氣門提前開啟和推遲排氣門延遲關(guān)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(shí)現(xiàn)EGR。由于它降低了新鮮進(jìn)氣充量，且妨礙了進(jìn)氣慣性效應(yīng)的利用，因而要犧牲功率和燃油消耗。另外，其控制和調(diào)節(jié)沒有外部EGR靈活，所以應(yīng)用不廣。 外部EGR：將排氣管中部分廢氣經(jīng)外部管路引入進(jìn)氣管參與再燃燒，從而實(shí)現(xiàn)EGR。就形式而言一般分為真空驅(qū)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(dāng)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(dāng)活塞快要到達(dá)上止點(diǎn)時，由于慣性的關(guān)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(jìn)氣閥，新鮮空氣剛好被“抽”進(jìn)燃燒室，就在混合器剛好填滿燃燒室時，排氣門剛好也關(guān)閉了。如果此時提前關(guān)閉排氣閥，則缸內(nèi)的廢氣排不出去，且阻礙了進(jìn)氣，如此一來，缸內(nèi)空氣中氧含量就降低了許多，實(shí)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(jìn)入EGR系

4、統(tǒng)，高溫廢氣經(jīng)過EGR冷卻器后，最終到達(dá)進(jìn)氣管與新鮮空氣混合進(jìn)入氣缸。EGR系統(tǒng)構(gòu)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(shí)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(jī)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(yīng)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?jǐn)?shù)直接相關(guān)。在稀燃時，氧氣的體積分?jǐn)?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?jǐn)?shù)。所以，NO排放

5、最大點(diǎn)應(yīng)該出現(xiàn)在混合氣略稀、火焰燃燒溫度較高的工況點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?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(jī)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?jǐn)?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(jī)理EGR技術(shù)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?jǐn)?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(yīng)的速率，而NOx的生成速率低于燃燒反應(yīng)速率，抑制了NOx的生成?；瘜W(xué)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(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放。為了實(shí)現(xiàn)EGR的最佳效果，要保證各缸EGR率一致。冷啟動及預(yù)熱工況：柴油機(jī)轉(zhuǎn)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?jǐn)?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(jìn)行EGR。怠速及低負(fù)荷工況：柴油機(jī)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(fù)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(fù)荷的提高而升高，造成NOx的大量排放，EGR隨著負(fù)荷的增加而相應(yīng)增加。全負(fù)荷工況：此時NOx排放

8、很高，但EGR率受到發(fā)動機(jī)動力性期望值和冒煙極限限制，一般只允許進(jìn)行少量EGR。加速工況：柴油機(jī)油的響應(yīng)快于氣的響應(yīng)，特別是對裝有EGR系統(tǒng)的中冷增壓柴油機(jī)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(jìn)行EGR。減速工況：柴油機(jī)減速時，混合氣變稀，但發(fā)動機(jī)溫度仍較高，有利于NOx的生成，故應(yīng)進(jìn)行EGR。1.8、使用EGR系統(tǒng)存在的問題Ø 若EGR率控制不當(dāng)，可能會造成HC和CO排放增加，燃油經(jīng)濟(jì)性惡化。Ø 低負(fù)荷時EGR將影響發(fā)動機(jī)的工作穩(wěn)定性，高負(fù)荷時EGR將影響發(fā)動機(jī)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(jī)活塞環(huán)和氣缸套等

9、部件的磨損加劇，影響發(fā)動機(jī)的壽命。Ø 大量顆粒進(jìn)入EGR系統(tǒng)，容易導(dǎo)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(jī)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(fù)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(jié)合在一起，就會腐蝕EGR管路，導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)，從而直接促進(jìn)了對低污染車用發(fā)動機(jī)和對排氣凈化措施的研究。EGR技術(shù)

10、在國外首先應(yīng)用于汽油機(jī)，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(shù)相結(jié)合，轉(zhuǎn)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(yīng)用。從七十年代后期開始，國外就有學(xué)者將研究目標(biāo)轉(zhuǎn)向柴油機(jī)EGR技術(shù)，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(jī)改動小，設(shè)計自由度大，因而日益受到人們的青睞。從21世紀(jì)初開始廣泛在柴油機(jī)上應(yīng)用。排放法規(guī)推動著技術(shù)進(jìn)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(rèn)為是國 重卡標(biāo)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(jī)。該發(fā)動機(jī)經(jīng)國家汽車檢測機(jī)構(gòu)檢測確認(rèn)，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(hù)總局（現(xiàn)環(huán)境保護(hù)部）2007年第38號公告（第17批滿足國三排放要求的內(nèi)燃機(jī)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(jī)，部分發(fā)動機(jī)已取得公告。2.2、EGR在國內(nèi)外應(yīng)用實(shí)例重汽WD615電控EGR發(fā)動機(jī)介紹：WD615電控EGR發(fā)動機(jī)是在WD61557機(jī)（國三機(jī)體，4氣門氣缸蓋，直列P8500型噴油泵）基礎(chǔ)上裝重油H泵+

12、EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)國三排放標(biāo)準(zhǔn)。圖3：重汽WD615發(fā)動機(jī)圖4：東風(fēng)康明斯QSB4.5發(fā)動機(jī)：圖5：MAN歐、歐EGR發(fā)動機(jī)系統(tǒng)布置：由于重汽電控EGR發(fā)動機(jī)在保證排放的前提下，成本、燃油經(jīng)濟(jì)性、油品適應(yīng)性及后期維護(hù)保養(yǎng)方面都有巨大優(yōu)勢，國內(nèi)其他發(fā)動機(jī)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(jī)。目前許多發(fā)動機(jī)廠家都已取得國家認(rèn)證部門的排放報告。天津雷沃1104D-SR4TA00發(fā)動機(jī)。 昆明云內(nèi)YN4B095-31CR發(fā)動機(jī) 2.3、可選擇的幾種EGR驅(qū)動方式2.3.1、真空驅(qū)動EGR利用發(fā)動機(jī)所帶真空泵為真空源,電子真空調(diào)節(jié)閥調(diào)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(yīng)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(qū)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(qū)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(qū)動相比，電控式EGR閥系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：（a）動態(tài)響應(yīng)號；（b）調(diào)節(jié)精度高；（c）排氣回流量大；（d）結(jié)構(gòu)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(shù)的優(yōu)勢就是能夠降低排放和燃油消耗，并能達(dá)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(jìn)，低壓EGR系統(tǒng)改進(jìn)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(dǎo)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(jī)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(dá)到更高的EGR率，實(shí)現(xiàn)低溫燃燒、預(yù)混燃燒等清潔燃燒方式，達(dá)到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)國家來講，EGR在其汽油機(jī)和輕型柴油機(jī)領(lǐng)域中已是一種成熟的工業(yè)技術(shù)，以后的發(fā)展方向是將其進(jìn)一步完善。例如，EGR技術(shù)將與顆粒捕捉技術(shù)、電控

15、高壓噴油技術(shù)、進(jìn)氣富氧技術(shù)等密切結(jié)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(yīng)仍是以后的研究重點(diǎn)；EGR在應(yīng)用于增壓發(fā)動機(jī)時，其伴隨的腐蝕性問題和進(jìn)排氣逆差問題也有待進(jìn)一步研究，以得到一個比較理想的解決方案。在重型柴油機(jī)領(lǐng)域，應(yīng)用EGR所帶來的問題更多更復(fù)雜，在重型柴油機(jī)常用的較高負(fù)荷情況下，EGR會使顆粒排放物猛增，發(fā)動機(jī)的耐久和可靠性也將受到影響。目前EGR在重型柴油機(jī)上的研究方向?yàn)镋GR與發(fā)動機(jī)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(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)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(shù)(1)改變柴油機(jī)的燃燒方式，采用清潔燃燒（如HCCI、PCCI）。在預(yù)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(kuò)散燃燒階段，實(shí)現(xiàn)高擴(kuò)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(jī)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(jī)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(dāng)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(zhuǎn)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(jī)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(shù)與其他類似技術(shù)相比所具有的優(yōu)勢首先，采用EGR技術(shù)降低NOx排放的效果顯著，效率高。EGR在所有負(fù)荷條件下都可以有效地抑制NOx的排放。試驗(yàn)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(fù)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(dá)到極限，無法得到進(jìn)一步降低。其次，采用EGR技術(shù)對發(fā)動機(jī)改動小，成本低。采用EGR技術(shù)一般并不需要對發(fā)動機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)和噴油系統(tǒng)做出重大改動。即使采用較復(fù)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(jī)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(dǎo)致生產(chǎn)成本的較大提升；使用SCR技術(shù)，雖然降低NOx明顯，但其成本較高，質(zhì)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(shù)的方案靈活多樣，可簡單，可復(fù)雜，根據(jù)實(shí)際需要作出最佳選擇。例如：對一般的發(fā)動機(jī)可采用較簡單的氣動式EGR，若設(shè)計和匹配得當(dāng)，同樣可顯著降低NOx的排放水平而不惡化發(fā)動機(jī)其他性能。若已經(jīng)是電控發(fā)動機(jī)，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(jìn)一步降低，從而滿足更嚴(yán)格的排放法規(guī)。EGR技術(shù)前景廣闊。EGR技術(shù)到目前為止，被公認(rèn)為最有效、最實(shí)用的降低NOx