2廢氣再循環(huán)（EGR）

   為了解決NOx排放，產(chǎn)生了廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR），結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。其原理是將一部分廢氣導(dǎo)入燃燒室，增加燃燒室內(nèi)氣體的熱容量，降低燃燒氣體的最高溫度，從而抑制NOx排放。

   2.1EGR發(fā)展現(xiàn)狀

   從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，國(guó)外就開(kāi)始了廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的研究，現(xiàn)在一些柴油車(chē)上已經(jīng)安裝了EGR系統(tǒng)，為柴油車(chē)達(dá)到歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。

   對(duì)于增壓中冷柴油機(jī)，通常有以下兩種方式：從渦輪前取氣回流到壓氣機(jī)后的EGR系統(tǒng)；從渦輪后取氣回流到壓氣機(jī)前的EGR系統(tǒng)。渦輪增壓柴油機(jī)的冷卻再循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適宜采用前一種方式，可避免出現(xiàn)再循環(huán)廢氣污染壓氣機(jī)和中冷器，減少淤塞和腐蝕問(wèn)題，同時(shí)避免EGR隨工況變化響應(yīng)滯后。

   由于柴油機(jī)過(guò)氧燃燒，直噴式柴油機(jī)的EGR率超過(guò)40%，非直噴式可達(dá)25%。為防止微粒產(chǎn)生，中、低負(fù)荷常采用較大的EGR率，全負(fù)荷不采用EGR，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時(shí)降低EGR率，保證較多新鮮空氣的進(jìn)入，由實(shí)驗(yàn)標(biāo)定測(cè)得最佳的EGR脈譜。

   對(duì)EGR率的精準(zhǔn)控制多采用電子信號(hào)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)、油泵齒條信號(hào)（即供油量）和水溫信號(hào)等，按預(yù)先設(shè)定好的脈譜改變EGR率。因柴油進(jìn)、排氣管間壓差較小，柴油機(jī)的E－GR回流管直徑較大，且柴油機(jī)所需的EGR率較高，可在進(jìn)氣管上加節(jié)氣門(mén)，低負(fù)荷時(shí)，通過(guò)進(jìn)氣節(jié)流達(dá)到增加進(jìn)、排氣管間壓差。同時(shí)，采用冷EGR，可進(jìn)一步降低NOx的排放。柴油機(jī)排氣中的SO2會(huì)生成硫酸，對(duì)EGR系統(tǒng)的管路和閥門(mén)以及氣缸壁面形成腐蝕，應(yīng)選用高品質(zhì)潤(rùn)滑油和低硫柴油。

   2.2廢氣再循環(huán)對(duì)排放的影響

   2.2.1對(duì)NOx排放的影響

   廢氣再循環(huán)技術(shù)降低了燃燒室內(nèi)可達(dá)到的最高燃燒溫度，減少了進(jìn)氣充量，從而抑制NOx的排放。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，廢氣中NOx的比例，會(huì)隨廢氣再循環(huán)率的增加而降低。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于不同負(fù)荷時(shí)，NOx排放下降率與EGR率呈近似線性關(guān)系。較大的廢氣再循環(huán)率會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)動(dòng)力下降，在中高負(fù)荷時(shí)，EGR率較低，在小負(fù)荷時(shí)，EGR率較高，根據(jù)不同的工況，選擇適當(dāng)?shù)腅GR率。

   2.2.2對(duì)微粒排放的影響

   當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，微粒排放量會(huì)隨EGR率的變化而變化。一般來(lái)說(shuō)，廢氣的引入會(huì)造成進(jìn)入氣缸的新鮮空氣降低，易造成局部缺氧和燃料燃燒不完全，引起微粒的增加。隨著EGR率的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的微粒也隨之增加。但實(shí)際上中、高負(fù)荷時(shí)，噴油較多，燃燒時(shí)間較短，E－GR率對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)的影響較大，微粒增加幅度較大。在小負(fù)荷時(shí)，噴油較少，EGR率對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)的影響相對(duì)減弱，微粒增加的趨勢(shì)也相對(duì)較小。與NOx的線性關(guān)系不同，微粒排放量增加率與EGR率關(guān)系為二次響應(yīng)，因此微粒增加比例相對(duì)更大。

   隨著廢氣的引入，NOx排放會(huì)降低，微粒值會(huì)升高，負(fù)荷較大的工況微粒增加的趨勢(shì)很明顯，應(yīng)限制高負(fù)荷工況下的EGR率。同時(shí)，帶有EGR系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣微粒中的HC成分較少。需綜合NOx和微粒兩方面選擇適當(dāng)?shù)腅GR率。

   2.2.3對(duì)HC、CO排放的影響

   隨著EGR率的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中HC與CO的排放變化關(guān)系較為一致，呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下，隨著EGR率增加，HC和CO均為燃料燃燒不充分所產(chǎn)生的排放物。當(dāng)充入氣缸內(nèi)的廢氣增加，必然導(dǎo)致參與燃燒的氧氣量相對(duì)減少，燃料燃燒條件惡化。HC排放在中高負(fù)荷時(shí)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，在小負(fù)荷時(shí)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。HC排放主要來(lái)自滯燃期內(nèi)形成的極稀混合氣，因此HC排放與滯燃期時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。負(fù)荷越低，滯燃期內(nèi)形成的極稀混合氣越多，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中HC的濃度越高。在同樣低負(fù)荷時(shí)，廢氣回流率越大，加熱進(jìn)氣的作用越明顯，滯燃期將縮短，對(duì)改善HC排放有利。

   2.2.4對(duì)CO2及燃油消耗率的影響

   試驗(yàn)表明，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)率增加，過(guò)量空氣系數(shù)有所降低，但CO2的排放量及燃油消耗率只有很小波動(dòng)，基本保持不變。

   2.3EGR未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

   在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，EGR在汽油機(jī)和輕型柴油機(jī)領(lǐng)域已是一種成熟的工業(yè)技術(shù)，發(fā)展方向是將其完善：如何將EGR技術(shù)與顆粒捕捉技術(shù)、電控高壓噴油技術(shù)、進(jìn)氣富氧技術(shù)等密切結(jié)合起來(lái)，使各種有害排放物全面降低；如何實(shí)現(xiàn)EGR率變工況時(shí)的精準(zhǔn)控制以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的提高都是以后的研究重點(diǎn)。為達(dá)到歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，EGR率還需進(jìn)一步提高，EGR應(yīng)用于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，腐蝕性問(wèn)題和進(jìn)排壓逆差問(wèn)題需要研究，以得到一個(gè)比較理想的解決方案。在重型柴油機(jī)領(lǐng)域，應(yīng)用EGR的問(wèn)題更多更復(fù)雜，在重型柴油機(jī)較高負(fù)荷情況下，隨著EGR率的增加微粒排放增加速度加快，發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和可靠性受到影響。目前EGR在重型柴油機(jī)的應(yīng)用是國(guó)外的一個(gè)重點(diǎn)研究方向，可以預(yù)見(jiàn)在不遠(yuǎn)的將來(lái)，EGR將在重型柴油機(jī)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。