发动机EGR-废气再循环

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,EGR（废气再循环）,EGR对NOx的生成以及燃烧过程的影响,主要体现在以下几个方面：,1）稀释效应:,再循环废气替代了一部分新鲜空气，使得原有的新鲜充量减少的氧气浓度降低。氧气浓度降低后，一方面，燃料的焰前化学反应和燃烧反应速度都将降低，也就是着火滞燃期和燃烧持续期延长;另一方面，氮气与氧气接触的机会也减小，这样可以极大地降低NOx的生成量,2)热效应:,再循环废气中的C02和H20是三原子分子，具有较高的比热容，能比空气吸收更多的热量;工质总热容增加后吸收等量的燃烧放热时工质的温度变化较小，这有助于解决在EGR量较大时控制燃烧速度、防止压升率过高等问题。,3)化学效应:,在高温下，废气中CO、水蒸气会发生裂解，裂解是一个高的吸热过程，会吸收一部分燃烧热量，使得缸内峰值温度降低，这样会减少因峰值温度过高而造成对NOx排放的影响。,EGR率,EGR率对发动机动力性、经济性的影响,1、,EGR率对NOX的影响,2、EGR率对燃油经济性的影响,3、EGR率对汽油机净化与性能的影响,目前EGR 技术主要存在问题,、采用后EGR 系统后,若EGR 率控制不当,极易造成柴油机经济性恶化,其它排放污染物和烟度的增加;,、在低负荷时,EGR 将影响柴油机的工作稳定性;,、在高负荷时,EGR 将影响柴油机的动力性;,、EGR 中颗粒可能造成柴油机活塞环、气缸套等零部件磨损加剧和对机油的污染,进而可能影响柴油机的可靠性和寿命;,、的废气温度过高,会影响柴油机的充气效率,并会有降低燃烧温度的效果;,、各缸EGR 分配均匀性和瞬态响应性不宜同时兼顾。,EGR设计控制原则,(1)由于NOX排放量随负荷增加而增加，因而EGR量亦应随负荷的增加而增加。,(2)怠速和小负荷时，NOX排放浓度低，为了保证稳定燃烧，不进行EGR。,(3)在发动机暖机过程中，冷却水温和进气温度均较低，NOX排放浓度也很低，混合气供给不均匀，为防止EGR破坏燃烧稳定性，冷机时不进行EGR。,(4)大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性，此时虽温度很高，但氧浓度不足，NOX排放生成物较少，通常也不进行EGR或减少EGR率。,(5)为了实现EGR的最佳效果，需保证再循环的排气在各缸之间分配均匀，即保证各缸的EGR率一致。,可选择的几种EGR驱动方式,真空驱动EGR,液压或气动EGR,比例电磁铁EGR,步进电机EGR,直流电机直线运动菌阀EGR,直流电机旋转碟阀EGR,真空驱动EGR阀,真空驱动EGR阀:利用发动机所带真空泵为真空源,电子真空调节阀调节膜片室真空度控制阀门动作.作用力大,可承受较高温度,成本较低,但反应速度较慢,一般开启时间600ms,只能满足欧III以下的排放要求.,压缩空气驱动的EGR(菌阀),压缩空气驱动的EGR(蝶阀),比例电磁铁驱动EGR阀,平衡双阀,步进电机驱动EGR阀,直流电机驱动EGR,1,独特驱动机构,反应快.,2,冷、热端均可安装.,3,驱动力大,有效密封.,4,可单阀,可双阀.,5,结实耐久,防阀杆刮伤.,6,尺寸小,成本低.,优点,国3阶段EGR形式,我国柴油车国三阶段大多数都是采用,真空驱动EGR阀控制和压缩空气控制EGR阀的形式。,国三机采用燃油喷射系统有高压共轨，电控单体泵,电控VE泵等。,轻型车上所用EGR阀基本为真空驱动EGR阀控制,重型车所用EGR阀基本为压缩空气控制EGR阀,EGR控制阀的工作原理,普通EGR阀控制系统,主要由EGR阔、进气管、排气管、节气门、发动机组成。真空控制式EGR阀安装在发动机进气管和排气管之问，EGR阀通过节气门上方适当位置的取气孔吸取负压。当取气孔处负压足够克服EGR阀弹簧的预紧力时，EGR阀的阀针与阀座分离，这样发动机进气管和排气管之问形成一个进气通道。排气管中的废气便经过此通道进入进气管，完成废气再循环。,普通电控式EGR控制系统,首先电脑根据各个传感器的信号判断工况：,发动机,起动,时；节气门位置传感器的,怠速,触点接通时；发动机,冷却水温度低,时；发动机,转速超越一定范围,时，电脑向EGR电磁阀发出接通信号，电磁阀通电，其阀门关闭。切断EGR阀的真空道，EGR阀关闭，EGR系统停止工作。否则，ECU使EGR电磁阀断电其阀开启真空通道，EGR阀打开EGR系统开始工作。,可变式电控EGR控制系统,发动机工作时微处理机根据各种传感器送来的信号，确定发动机在哪一种工况工作。经过查表和计算修正输出适当的指令，控制电磁阀的开度。以调节排气再循环的EGR率。,当发动机工作时微处理机根据曲轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却水温度传感器、点火开关、电源电压等，给排气再循环控制阀提供不同占空比的脉冲电压。使其具有不同打开关闭频率，调节进入调压阀的空气量，得到控制EGR阀不同开度所需各种真空度，从而获得为适应发动机工况所需不同的EGR率。脉冲电信号的占空比越大，电磁阀打开时间越长，进入调压阀负压室的空气量越多，真空度越小，排气再循环控制阀开度越小，EGR率越小，当小至某一值时，排气再循环阀关闭，排气再循环系统停止工作。反之，脉冲电信号的占空比越小，EGR率越大。,闭环控制式EGR系统,如图所示，新鲜空气经EGR阀进入稳压箱，稳压箱中设置有EGR率传感器，它对稳压箱中新鲜空气与废气所形成的混合气中的氧气浓度不断地进行检测，并将检测结果输入微处理机。微处理机经过分析计算后向EGR阀输出控制信息，不断调整EGR率，使排气再循环的EGR率时刻在微处理机的控制下保持在理想状态，从而有效地减小NO 的排放量。,国内主要发动机配EGR的效果,江铃4JB1发动机整车排放实验,皮车2驱,整备质量：,15 70,轮胎型号：,215/70R15C,排量：,2.77L,功率：68kw,主传动比：3.9,变速箱：3.61,2.08,1.36,1,0.83,污染物,原车,排放,后处理后排放,（+EGR）,备 注,CO,0.31,0.41,力达排放试验室,HC,0.06,0.061,NOX,2.109,0.56,CO2,195,197,PM,0.042,0.048,污染物,原车排放,后处理后排放,（+EGR）,备 注,CO,0.667,重庆汽车工程研究院,HC,0.067,NOX,0.744,CO2,204,PM,0.054,国内主要发动机配EGR的效果,污染物,原车排放,后处理后排放,（+EGR）,备 注,CO,0.667,重庆汽车工程研究院,HC,0.067,NOX,0.744,CO2,204,PM,0.054,SUV车4驱,整备质量：1860,轮胎型号：,P245/70R16,排量：2.77L,功率：68KW,主传动比：4.1,变速箱：3.61,2.08,1.36,1,0.83,国内主要发动机配EGR的效果,全柴4D18F配长安箱式轻卡,整备质量：1530,排量：1.8L,功率：40KW,主传动比：,4.306,变速箱：,5.375,5.17，,2.88，,1.645，,1.0，,0.839,污染物,原车,排放,后处理后排放,（+EGR）,备 注,CO,0.328,0.529,重庆汽车工程研究院,HC,0.1612,0.093,NOX,1.65,0.55,CO2,224,222,PM,0.035,0.048,国内主要发动机配EGR的效果,四达488配中兴皮车,整备质量：1700,排量：2.4L,功率：60KW,主传动比：4.3,变速箱：3.61,2.08,1.36,1,0.83,污染物,原车排放,后处理后排放,（+EGR）,备 注,CO,0.515,0.626,力达排放试验室,HC,0.033,0.044,NOX,1.535,0.605,CO2,167,176,PM,0.042,0.054,EGR的发展趋势,另部件设计模块化,响应快,流量范围宽,成本低,提高可靠性,提高控制精确度,EGR阀与进气节流阀组成模块,EGR阀与其他另部件集成,EGR阀、EGR冷却器、节流阀体集成,EGR阀、EGR冷却器、节流阀体、进气管集成,EGR阀与其他另部件集成,提高EGR阀的反应速度,直流电机旋转运动通过连控轨道机构转换为直线运动,膜式驱动改为直流电机旋转驱动,提高EGR阀的反应速度,排气、充气压力增加,防止冲开确保密封,EGR系统的设计依据及选型,设计依据,1)EGR系统在最大限度地降低NOx的同时对柴油的动力性经济性和其他排放物产生的负面影响应尽量小。,2)EGR系统的使用不能影响柴油机原有的可靠性和耐久性。,3)EGR系统应结构合理，对柴油机的改动小。,4)EGR系统应具有较好的工作可靠性和耐久性。,EGR系统的选型,首先是对冷却器的选择，,如耐高温、耐腐蚀、冷却温度不能太低等。过度冷却会造成废气中的气体凝结成液体，遇到排放物中的二氧化硫等腐蚀性气体就会形成酸性的溶液，这样对冷却器以及其它设备都有腐蚀性的危害。另外，由于车厢空间狭小等原因，EGR冷却器不能太大，这样就对冷却的要求提出了挑战，在本课题对冷却器的结构进行重点设计，确定一种可以满足性能要求的EGR冷却器，使EGR温度控制在120一160范围内,其次是对EGR阀的选择，有纯机械式EGR阀和电子控制式EGR阀，而电控EGR阀。又可以分为直接控制式 EGR阀和间接控制式EGR。为了经济、合理、有效的实现系统EGR率的控制，选择合适的EGR阀是关键之一。,试验流程图,EGR系统的检修,案例1：EGR阀因积碳堵塞,分析过程,车型：POLO1.6L轿车，BCD发动机。,症状：EPC报警灯点亮，有时加不上油，冷车尤为明显，排气气味难闻。,诊断：,（1）连接诊断仪，读取故障码。显示EGR电磁阀故障。,（2）对EGR电磁阀进行元件检测，没有发现异常。,（3）对EGR电磁阀电路进行了检查，也没有发现故障。,（4）读取数据流，发现氧传感器的电压信号变化缓慢。,（5）接着又对点火、燃油和空气系统进行常规检查，发现点火系统工作稍有不良。,（5）更换了火花塞和前、后氧传感器。试车后暂时故障不再出现，但运行一段时间后，故障再次发生。,（6）考虑前面的操作，对EGR系统进行了彻底的检查。结果发现EGR阀因积碳堵塞。故障原因找到。,满足条件，阀是否打开；不满足条件，阀是否关闭。诊断仪执行器检测是否动作,动作,机械故障,不动作,电路故障、卡滞,该打开时不打开，无,EGR,循环，发动机爆燃，,NOX,增大。,该关闭时不关闭，怠速不稳，低速喘振，易熄火，动力不足；油耗增大；,CH,增加。,案例分析,修复：对EGR阀上的积碳进行清除，故障排除。,分析：由于EGR阀的堵塞，造成系统工作时没有再循环废气充入气缸，因此发动机的排放超标，尾气异味明显。同时，当发动机控制模块操作EGR电磁阀后，由于（外部）再循环废气量几乎为零，发动机控制模块检测出发动机的工况没有变化，所以设置了EGR电磁阀故障的故障代码。,案例2：碳罐清洗电磁阀卡滞,机械故障,漏气：,EGR阀卡滞、脏堵：,打开时，有真空，否则堵关闭时，无真空，否则漏,目测软管连接是否良好。,EGR系统的展望,1)对EGR的作用机理的深入研究是必要的,其中包括EGR中各种化学成分以及各种物性参数对工作的影响。在试验室模拟EGR的作用机理是不失为一种较好的研究手段。,2)目前怎样把EGR运用于所有的速度和负荷,仍是一个没有解决的问题。尤其是内燃机在高负荷区运行时,如何在保证足够的动力性的情况下使用EGR降低NOx的排放是一个重要的研究课题,采用各种EGR的处理措施,如EGR冷却、EGR氧化和EGR燃油重整等为解决此问题提供了努力的方向,其中EGR冷却目前已进入实用化的阶段。,3)由于大量使用EGR可能引起内燃机性能的不稳定,这样处于最优控制状态下实际使用的最大EGR率就要小,EGR的作用得不到最充分的发挥。充分的EGR控制需要实际的EGR率和燃烧质量监测,要建立足够的反馈控制机制,这方面还需要进一步的研究。,谢谢捧场掌声够响,