废气再循环是目前用于减少NOx排放量的一种有效措施。因此废气再循环量必须有一定的控制范围，并能根据发动机的运行工况自行调节再循环的废气量。一般机械式控制系统控制的EGR 率的范围为5%～15%。EGR 阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。闭环控制EGR 系统工作时，ECU 可根据EGR 阀开度传感器的反馈信号修正电磁阀的开度，使EGR 率保持在最佳值。新鲜空气经节气门进入稳压箱，参与再循环的废气经EGR 阀进入稳压箱。......
2023-08-23
废气再循环（EGR）系统的作用和原理
【摘要】：柴油机降低排放废气中NOx量的技术上有废气再循环系统和NOx催化还原转换器装置。废气再循环率控制在乘用车为到50%，商用车为5%～25%范围。如图6-16所示为柴油机废气再循环系统基本构成。废气再循环冷却器必须把700℃的排放废气温度冷却到150～200℃，并且要紧凑设计。还有如果压力降低量过多，废气再循环气体的供给会发生困难，因此需要适当的压力降低量。此类型因压力差大，可以在发动机较宽的运行范围内控制废气再循环量。
柴油机降低排放废气中NOx量的技术上有废气再循环（EGR）系统和NOx催化还原转换器装置。EGR系统在不增加燃油消耗率和柴油颗粒生成量的状态下，能有效降低NOx生成量，但柴油机的炭烟生成量会增加，因此比汽油机在控制上较为困难。废气再循环（EGR）系统能降低NOx生成量的原理是，把大质量热容排放废气（二氧化碳、氢气、阳离子等）引入进气系统，使混合气的热容量增加和空气过量系数降低（氧浓度降低），以降低燃烧气体的温度，因而抑制NOx的生成。
1.废气再循环（EGR）率的定义
废气再循环（EGR）率（%）定义为
式中，（CO2）in为进气中的CO2浓度，（CO2）amb为排气中的CO2浓度，（CO2）amb 为大气中的CO2的浓度。废气再循环（EGR）率控制在乘用车为到50%，商用车为5%～25%范围。
2.废气再循环（EGR）系统的构成
废气再循环（EGR）系统由废气再循环（EGR）阀、废气再循环（EGR）冷却器构成。如图6-16所示为柴油机废气再循环（EGR）系统基本构成。
汽油机的废气再循环（EGR）系统在排气管与节气门下游的进气系统之间连接有废气再循环（EGR）通道，并在此之间设置有废气再循环（EGR）阀和废气再循环（EGR）冷却器。废气再循环（EGR）量因进气系统为负压（低于大气压力）和排气管为正压（大于大气压力），通过进、排气管的压力差和废气再循环（EGR）阀的开闭面积容易实现调节功能。
柴油机因在进气系统中没有设置节气门，进、排气管之间的压力差变化不大，因此实现废气再循环（EGR）量的调节有些困难。尤其是，配备涡轮增压器或机械增压器的增压发动机，进气系统的压力高于排气管的压力，因此需要特殊设计废气再循环（EGR）通道和循环方式。
（1）废气再循环（EGR）冷却器 冷却的废气再循环（EGR）气体对降低NOx的生成量很有效。废气再循环（EGR）冷却器（热交换器）设置在废气再循环（EGR）通道上，通过发动机的冷却液对废气再循环（EGR）气体进行冷却，以降低循环废气的温度。废气再循环（EGR）冷却器必须把700℃的排放废气温度冷却到150～200℃，并且要紧凑设计。还有如果压力降低量过多，废气再循环（EGR）气体的供给会发生困难，因此需要适当的压力降低量。
图6-16 柴油机废气再循环（EGR）系统的基本构成
（2）废气再循环（EGR）阀 废气再循环（EGR）阀是调节废气再循环（EGR）率的阀，分为机械式和电控式两种。传统发动机多使用机械式，目前在越来越严格的废气排放规定下，需要更为精密的控制和快速相应，因此开始使用电控废气再循环（EGR）电磁阀。电控废气再循环（EGR）系统由发动机控制模块（ECM）根据发动机转速、负荷、冷却液温度等信息计算发动机运行状态，并通过电动机或电磁阀驱动废气再循环（EGR）阀，以控制废气再循环（EGR）气体量。
3.废气再循环（EGR）系统的类型
废气再循环（EGR）系统的类型如图6-17所示，有低压管路类型、高压管路类型和强制驱动类型。图6-17a所示为低压管路类型，在涡轮出口与压缩器入口（上游）之间设置有废气再循环（EGR）通道。此类型因压力差大，可以在发动机较宽的运行范围内控制废气再循环（EGR）量。但是因排放废气要经过压缩器和中间冷却器，会影响这些部件的耐久性和可靠性，并且进气温度可能会超过压缩器的设计温度。图6-17b所示为高压管路类型，在涡轮入口的排气管与压缩器出口（下游）的进气系统之间设置有废气再循环（EGR）通道。此类型因排放废气不经过压缩器和中间冷却器，不影响这些装置的耐久性等，因此多使用在柴油乘用车用增压发动机上。但是发动机在高负荷条件下运行（约30%以上负荷）时，因进气系统的压力比排气管的压力大，所以不能使用废气再循环（EGR）系统，多限制在低负荷领域使用。因此，为了在大型柴油机上应用此系统，需要配置强制供给废气再循环（EGR）气体的废气再循环（EGR）泵，如图6-17c所示。
图6-17 增压柴油机废气再循环（EGR）系统的类型
4.汽油废气再循环与柴油废气再循环的比较
通过废气再循环（EGR）的NOx排放量的降低效果，柴油机与汽油机有差异。汽油机的混合气与废气再循环（EGR）气体能均匀混合，热容量增大，因此能有效地冷却燃烧火焰。但是，柴油机的混合气在空间上不均匀，通过废气再循环（EGR）气体冷却燃烧火焰方面受到空间上的限制。因此，柴油机通过废气再循环（EGR）减少NOx生成量的机制方面，不是通过降低燃烧温度实现的，而是通过降低O2的浓度实现的。表6-3所示为汽油废气再循环与柴油废气再循环的比较情况。
表6-3 汽油废气再循环与柴油废气再循环的比较
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