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柴油发动机EGR技术分析综述

1.1EGR技术的概述

柴油发动机在工作过程中的有害物质排放，是空气污染的主要来源之一，随着人类对环境保护问题的高度重视，为了减少发动机有害物质的排放已成为当今世界发动机发展的一个重要方向。而EGR技术具有高的热效率，它可以降低废气污染物的排放，以及它的经济性能良好等优点，在发动机上得到较为广泛的应用。EGR技术首先是在车用柴油发动机上使用的，后来才开始运用于工业和船舶柴油机上，它对氮氧化物的减排是有一定效果的。

废气再循环（EGR）技术的原理是把一些废气输送到发动机的进气系统里面，这个过程使得系统中的惰性气体得到增加了。因为这些惰性气体的比热容相对较高，混合物被废气稀释以后，它的比热容也得到了增加。同时发动机的燃烧温度还降低了许多，使得气缸内氧气的含量下降了，并且还降低了氮氧化物的产生。

对于美国和欧洲一些发达的国家而言，EGR技术在柴油机与汽油机上的应用，还有一些工业领域上的应用较为成熟。当EGR技术将与电控高压喷射技术，还有微粒捕捉技术和进气歧管技术它们集中在一起时，有害物的排放将有所降低。当EGR技术在涡轮增压发动机上应用时，在这方面的技术还不是很成熟，需要工程师们对这个技术继续的进行研究。大型的柴油机发动机往往是在高负荷的环境下进行工作的，因为它的工作环境比较恶劣，所以EGR技术想要在大型柴油发动机上应用还是要克服一些技术上的难题。现在主要研究的是EGR技术如何在大型柴油发动机上应用，使它与发动机系统匹配的效果达到最佳。在不改变发动机的热效率和经济性的前提下，尽可能提高EGR的循环率，EGR技术具有减排潜力，因此当今社会有必要对EGR技术机进行研究。如图3-1所示EGR的发展进程。

柴油机EGR系统汽油机EGR系统EGR

柴油机EGR系统

汽油机EGR系统

EGR理论研究

电控EGR系有冷却系统循环纯气动无冷却循环

电控EGR系

有冷却系统循环

纯气动无

冷却循环

点磁式气电式

点磁式

气电式

与发动机系统优化匹配

与发动机系统优化匹配

增压柴油机EGR

增压柴油机EGR系统

EGR完善研究

EGR完善研究

精确控制EGR提高E

精确控制EGR提高EGR循环

图3-1EGR发展进程

1.2EGR技术的工作原理

在EGR系统中，它的功能是排出部分废气，再进入进气系统里面。它有两个循环，分别是内部循环和外部循环。内部?EGR?的废气在缸内进行的循环?，通过调节气门重叠角?，可以得到不同时期的EGR?比例?；而外部?EGR?的废气是来自排气管?路中的，废气在通过冷却器和进气管后再重新回到气缸中?，进入气缸中的量可以通过调整排气背压和EGR的阀来调节[3]。

其工作原理是：EGR阀主要通过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，可以产生多种不一样流量的组合[4]。它的每个计量孔都是由1个电磁阀和针阀组成，当电磁阀接通电源的时候，磁铁会把电枢吸到上面去，使得计量孔呈现开启的状态。EGR阀往往会在下列情况下启动：比如需要发动机暖机运转，还有转速超过怠速时。ECM根据发动机冷却水温传感器、节气门位置传感器和空气流量传感器来控制EGR系统。

1-增压器2-中冷器3-节流阀4-发动机5-EGR冷却器6-EGR阀7-ECU

图3-2-1EGR系统组成图

在EGR系统中可以分为三种类型：一种是电气控制型，另一种是机械控制型，还有一种是电子控制型[5]。在这三种类型当中，电子控制型可以代表EGR技术的发展方向，因为控制精准，受到了广泛的应用。EGR技术在增压发动机和自然吸气发动机上的应用，前者比后者更难启动起来。增压发动机是在高负荷的工作环境下进行工作的，所以它的进气压力要比废气的平均压力高。在某些特定的情况下，一定要保证发动机的可靠的工作和耐久使用性，因为对废气再循环模式有着很大的影响。

在废气再循环系统中，EGR冷却器它其实就是换热器中的一种。EGR冷却器是系统的一个较重要组成部分。它的性能对EGR系统的减排效率、柴油机效率还有系统使用寿命都产生直接的影响。不管是车用柴油机还是船用柴油机EGR冷却器是EGR技术的重要部件之一，主要由内核、法兰、连接管和外壳组成的。如下图是冷却器的结构：

图3-2-2EGR冷却器结构

EGR冷却器可以分为两种形式，一种是管壳式，另一种是板翅式[5]。板翅式是由板和翅片组成，研究人员做了大量的研究得出，板翅式冷却的效率会比管壳式冷却的效率高一些。板翅式的冷却器主要是由铝合金来制做的，因为铝合金比较轻巧，结构还紧密，传热面积大，重量轻，适应能力强等优点。而管壳式是由壳体和传热管束组成，在管束外面有折流板，冷热流体壁之间进行冷却，它的结构简单，成本低，方便清洗，工作可靠，还能承受在高温、高压的环境下进行工作，它的这些特点满足了冷