废气再循环系统

编辑:知识号互动百科 时间:2017-03-31 01:54:48
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EGR是Exhaust Gas Re-circulation的缩写,即废气再循环的简称。废气再循环是指把发动机排出的部分废气回送到进气歧管,并与新鲜混合气一起再次进入气缸。由于废气中含有大量的CO2等多原子气体,而CO2等气体不能燃烧却由于其比热容高而吸收大量的热,使气缸中混合气的最高燃烧温度降低,从而减少了NOx的生成量。
中文名
废气再循环系统
外文名
Exhaust Gas Re-circulation

废气再循环系统工作原理

EGR主要通过以下几方面发挥作用:EGR中的CO2水蒸气大大增加了工质的比热容,同时废气的加入也稀释了原来混合气中的氧浓度,从而使燃烧速度变缓,使燃烧过程中的最高温度和平均温度都有所下降,破坏了NO生成的有利环境,从而大大降低NOX排放。因为汽油机的负荷调节方式通常为量调节,所以在汽油机上应用EGR可以相应的增加进气量,EGR率的增加能降低汽油机在中低负荷工况下的节流损失,降低汽油机的燃油消耗率。因为废气混入进气参与燃烧,会使发动机中的各个环节和参数发生变化,对发动机也会产生多方面的影响,而且影响是整体化的,必须总体考量。[1] 

废气再循环系统废气再循环的分类

从结构上划分,有内部EGR和外部EGR两种系统,区别在于废气是否通过进气系统进入缸内。

废气再循环系统内部EGR技术概述

内部EGR技术结构简单,不需要外部设备,一般情况下通过改变配气相位就可以实现,等同于提高缸内的残余废气系数。但是缸内的气流运动十分复杂,在不同工况下气流运动规律也不一样,所以这种实现废气再循环的方式很难控制EGR率;而且这种直接引入的方式,废气没有经过冷却,很大程度上的提高了混合气温度,使降低NOX排放的效果不够明显。
实现内部EGR通常有两种方法,废气残余法以及废气再吸法。这两种方法在原理上是类似的,策略上有所不同。废气残余法是将排气门提前关闭,这样缸内就有一部分废气残余,在进气过程中实现残余废气与新鲜混合气的混合,此过程发动机会产生一部分压缩负功,为避免较大的功率损失,一般进气门的开启时刻也相应推迟。废气再吸法可以通过两种方案来实现:一是在进气冲程中再次开启排气门,这样活塞下行会将排气系统中的废气吸入缸内;二是在排气冲程中开启进气门,这样活塞上行会将部分废气压入进气系统,在接下来的进气冲程中将带有废气的混合气一同吸入缸内,但是无论是那种方案,废气再吸法都需要气门的重复开启,实现起来存在困难。所以从应用难度来看,废气残余法更方便且易于实现。

废气再循环系统外部EGR技术概述

外部EGR技术是在排气系统上接入废气再循环管路,将废气引出再导入到进气系统中,让废气在进入气缸之前与新鲜空气充分混合。外部EGR和内部EGR相比,结构上要复杂的多,通常带有EGR阀,EGR冷却器,还有一些特殊管路及附带的控制单元,也正是如此外部EGR可以实现对废气的诸多参数的精确控制,从而最大程度的实现EGR的作用。根据管路连接的不同,外部EGR的技术路线也多种多样,以下简要介绍几种典型方案。
1、一体增压式EGR系统
在一体增压式EGR系统中,发动机的尾气分为两部分,一部分经过涡轮为压气机提供动力,另一部分通过EGR阀进入到压气机中增压,然后与增压后的新鲜空气混合,一同进入各个气缸。整套系统采用一个涡轮机,同时对两个压气机提供动力,两个压气机分别对新鲜空气和废气进行增压,是目前最新最先进的EGR技术。但是因为有两个压气机,增压匹配上的难度增大,结构也复杂的多,同时也大大增加了成本,目前国内还没有能力生产。
一体式增压EGR系统 一体式增压EGR系统
2、进气节流式EGR系统
此项技术方案是利用节流阀的作用,使进气管的废气入口处产生真空度,利用压力差来引入废气。这种方式在汽油机和柴油机上均可以使用,需要说明的是这个节流阀和汽油机的节气门是不同的,其作用主要是控制EGR率,也就是此系统应用在汽油机上时进气道上一共有两个节流装置。通常情况下发动机工作在大负荷时,节流阀开度较大,EGR率较小;当发动机处在中小负荷工况时,节流阀开度也较小,保证所需的EGR率。该系统容易实现,结构也比较简单,控制上也不复杂,但是因为节流阀的存在,增加了进气阻力,使发动机的性能受到影响。
进气节流式EGR系统简图 进气节流式EGR系统简图
3、低压EGR系统
此系统从涡轮机前或涡轮机后将废气导出,经过EGR阀冷却器后在压气机前端将废气导入,因为排气压力总是大于环境气压,所以这样的连接方式可以顺利的实现废气循环。但是由于废气在压气机前就导入进气了,废气中的部分有害物可能会损伤压气机,使压气机的使用寿命大打折扣,在废气管路中加装后处理装置可以解决此问题,但也大大提高了成本。因为易于实现,此项方案在实验研究中应用广泛,但是在工业产品中比较少见。
低压EGR系统简图 低压EGR系统简图
文丘里管式EGR系统
根据文丘里管的工作原理,亚音速的气体通过文丘里管的时候会先产生一个膨胀过程,再产生一个压缩过程,膨胀过程中气体的温度和压力都会下降,所以在文丘里管的喉口处会产生负压,利用这个负压,就可以顺利的将废气引入到进气系统中。在使用了文丘里管以后,大大降低的废气的流动阻力,可以轻松的实现较高的EGR率,发动机的功率损失小,文丘里管技术成熟,使用简单,成本较低,在产品中应用比较广泛。[2] 
文丘里管式EGR系统简图 文丘里管式EGR系统简图
参考资料
词条标签:
中国汽车学会 计算机术语 科技 汽车零部件