排气再循环控制

图3 EGR率对油耗和排放的影响
（2）废气再循环的控制策略 随着EGR率的增加，燃烧开始不稳定， 随着EGR率的增加，燃烧开始不稳定， EGR率的增加 燃烧波动增加，HC排放上升 功率下降， 排放上升， 燃烧波动增加，HC排放上升，功率下降， 燃油经济性趋于恶化。 燃油经济性趋于恶化。小负荷特别是怠速 时进行EGR会使燃烧不稳定，甚至导致失火， EGR会使燃烧不稳定 时进行EGR会使燃烧不稳定，甚至导致失火， HC排放急增 全负荷追求最大动力性， 排放急增。 使HC排放急增。全负荷追求最大动力性， 使用EGR会使最大功率降低，动力受损。 EGR会使最大功率降低 使用EGR会使最大功率降低，动力受损。因 必须对EGR率进行适当控制， EGR率进行适当控制 此，必须对EGR率进行适当控制，使之在各 种不同工况下，得到各种性能的最佳折中， 种不同工况下，得到各种性能的最佳折中， 实现NO 的控制目标。 实现NOX的控制目标。
(5)为了实现EGR的最佳效果， (5)为了实现EGR的最佳效果，需保证再循环的排 为了实现EGR的最佳效果 气在各缸之间分配均匀，即保证各缸的EGR率一致。 EGR率一致 气在各缸之间分配均匀，即保证各缸的EGR率一致。 EGR系统及EGR阀 系统及EGR 3. EGR系统及EGR阀 为车用汽油机三种典型的EGR系统。 4a所 EGR系统 图4为车用汽油机三种典型的EGR系统。图4a所 示的真空控制EGR系统，除低温切断EGR EGR系统 EGR用温度控 示的真空控制EGR系统，除低温切断EGR用温度控 制阀5实现外， 制阀5实现外，其余控制规律由进气管节气门后的 真空度和真空驱动EGR阀的构造保证（ EGR阀的构造保证 真空度和真空驱动EGR阀的构造保证（如采用双膜 片式EGR阀等）。真空控制EGR EGR阀等）。真空控制EGR系统是一种机械式 片式EGR阀等）。真空控制EGR系统是一种机械式 EGR系统 在现代电控汽油机上已很少应用。 系统， EGR系统，在现代电控汽油机上已很少应用。图4b 所示的为电控真空驱动EGR系统，用电控单元7 EGR系统 所示的为电控真空驱动EGR系统，用电控单元7控
制真空调节器6 后者控制真空驱动EGR阀 制真空调节器6，后者控制真空驱动EGR阀1的 EGR 开度。在此系统中，通过预先标定的EGR EGR脉谱 开度。在此系统中，通过预先标定的EGR脉谱 有可能针对不同工况实现EGR的优化控制。 EGR的优化控制 有可能针对不同工况实现EGR的优化控制。图 4c所示的为闭环电控EGR系统 所示的为闭环电控EGR系统， 4c所示的为闭环电控EGR系统，广泛应用于现 代电控汽油机中。这种系统应用了带EGR EGR阀位 代电控汽油机中。这种系统应用了带EGR阀位 置传感器8的线性位移电磁式EGR EGR阀 置传感器8的线性位移电磁式EGR阀9，由电控 单元7发出的PWM信号驱动。传感器8 PWM信号驱动 单元7发出的PWM信号驱动。传感器8发出的 EGR阀位置信号反馈给电控单元 阀位置信号反馈给电控单元7 EGR阀位置信号反馈给电控单元7，保证精确 实现预定的电控脉谱。 实现预定的电控脉谱。而电控脉谱由发动机 EGR标定试验确定 标定试验确定。 的EGR标定试验确定。
对EGR系统的控制要求如下： EGR系统的控制要求如下： 系统的控制要求如下 (1)由于 排放量随负荷增加而增加， 由于NO (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 量亦应随负荷的增加而增加。 EGR量亦应随负荷的增加而增加。 (2)怠速和小负荷时 怠速和小负荷时， 排放浓度低， (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 EGR。 证稳定燃烧，不进行EGR。 (3)在发动机暖机过程中 在发动机暖机过程中， (3)在发动机暖机过程中，冷却水温和进气温 度均较低， 排放浓度也很低， 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， EGR破坏燃烧稳定性 不均匀，为防止EGR破坏燃烧稳定性，冷机时 不进行EGR EGR。 不进行EGR。 (4)大负荷 高速时， 大负荷、 (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， 的动力性，此时虽温度很高，但氧浓度不足， 排放生成物较少，通常也不进行EGR EGR或减少 NOX排放生成物较少，通常也不进行EGR或减少 EGR率 EGR率。
图13 数字EGR阀
线性EGR阀 线性EGR阀： EGR 它由发动机控制模块控制， 它由发动机控制模块控制，它通过控制 电磁线圈组， 电磁线圈组，来控制枢轴一端的锥型阀的开 因为线性EGR EGR阀锥形阀的开启程度完全是 启。因为线性EGR阀锥形阀的开启程度完全是 线性渐变的， 线性渐变的，所以它能够提供发动机全工况 排放水平的最佳控制。 下NOX排放水平的最佳控制。 它主要是根据冷却液温度、节气门位置、 它主要是根据冷却液温度、节气门位置、 空气流量传感器信号来计算出最优的EGR EGR开启 空气流量传感器信号来计算出最优的EGR开启 程度。并由EGR枢轴传感器来实现闭环控制。 EGR枢轴传感器来实现闭环控制 程度。并由EGR枢轴传感器来实现闭环控制。
图7 带压力反馈电子传感器的废气再循环系统
图8 带差压反馈电子传感器的废气再循环系统
图9 带EGR位置传感器的EGR控制系统
图10 带背压修正阀的EGR控制系统
在EGR控制系统中，EGR阀是其中最为关 EGR控制系统中，EGR阀是其中最为关 控制系统中 键的部件。不同的EGR率是通过EGR EGR率是通过EGR阀的调节 键的部件。不同的EGR率是通过EGR阀的调节 来实现的。 来实现的。 EGR阀的分类 阀的分类： EGR阀的分类： 进气歧管真空度控制的真空膜片式EGR EGR阀 进气歧管真空度控制的真空膜片式EGR阀 气道式EGR EGR阀 1、气道式EGR阀 正背压式EGR EGR阀 2、正背压式EGR阀 负背压式EGR EGR阀 3、负背压式EGR阀 发动机控制模块控制的电磁式EGR EGR阀 发动机控制模块控制的电磁式EGR阀 数字式EGR EGR阀 1、数字式EGR阀 线性EGR EGR阀 2、线性EGR阀
排气再循环控制
EGR是英文Exhaust EGR是英文Exhaust Gas Recirculation 是英文 三个字的缩写，意思是废气再循环系统， 三个字的缩写，意思是废气再循环系统，它 是针对引擎排气之一的氮氧化合物NO 是针对引擎排气之一的氮氧化合物NOX所设置 的排气进化装置。 的排气进化装置。 氮氧化物排到大气中， 氮氧化物排到大气中，碰到强烈的紫外 线时，会产生光化学烟雾，这种光化学烟雾， 线时，会产生光化学烟雾，这种光化学烟雾， 会造成眼睛疼痛，严重的话还会呼吸困难， 会造成眼睛疼痛，严重的话还会呼吸困难， 长期呼吸被氮氧化物和黑烟污染的空气， 长期呼吸被氮氧化物和黑烟污染的空气，也 容易带来呼吸器官的疾病和癌症。 容易带来呼吸器官的疾病和癌症。 在化学上，氮是所谓的惰性气体， 在化学上，氮是所谓的惰性回废气量
× 100％
是在高温和富氧条件下N NOX是在高温和富氧条件下N2和O2发生化学反 应的产物。燃烧温度和氧浓度越高， 应的产物。燃烧温度和氧浓度越高，持续时间越 的生成物也越多。 长，NOX的生成物也越多。一方面废气对新气的 稀释作用意味着降低了氧浓度；另一方面， 稀释作用意味着降低了氧浓度；另一方面，考虑 到除怠速外的其他工况下的CO HC和 CO、 到除怠速外的其他工况下的CO、HC和NOX浓度均 小于1％，废气中的主要成分为N2、CO2 和H2O， 小于1％，废气中的主要成分为N 废气中的主要成分为 而且三原子气体的比热较高， 而且三原子气体的比热较高，从而提高了混合气 的比热容， 的比热容，加热这种经过废气稀释后的混
高比功率的发动机，由于有较好的充气， 高比功率的发动机，由于有较好的充气， 通常重叠角较大，内部废气再循环量也大， 通常重叠角较大，内部废气再循环量也大， 因而NO 排放物相对较低， 因而NOX排放物相对较低，但是重叠角也不能 无限加大。 无限加大。过大的重叠角会使发动机燃烧不 稳定、失火并使HC排放量增加等， HC排放量增加等 稳定、失火并使HC排放量增加等，因此在确 定配气相位重叠角时必须对动力性、 定配气相位重叠角时必须对动力性、经济性 和排放性能进行综合考虑。 和排放性能进行综合考虑。
易起氧化作用，但温度高到一定程度时， 易起氧化作用，但温度高到一定程度时，会 形成氮氧化物，如图1所示。 形成氮氧化物，如图1所示。因此若要降低引 擎排气中的氮氧化物含量， 擎排气中的氮氧化物含量，就必须设法降低 引擎的燃烧温度。目前车辆使用的方法就是 引擎的燃烧温度。 在进气歧管中导入一些应经燃烧的废气， 在进气歧管中导入一些应经燃烧的废气，与 新鲜空气混合，使之再次燃烧， 新鲜空气混合，使之再次燃烧，作用为降低 混合气的含氧浓度，吸收燃烧释放出的热量， 混合气的含氧浓度，吸收燃烧释放出的热量， 使燃烧速度减慢，燃烧温度降低，减少了NO 使燃烧速度减慢，燃烧温度降低，减少了NOX 的生成数量，现代引擎不论是汽油的或者柴 的生成数量， 油的都有EGR废气再循环系统， EGR废气再循环系统 油的都有EGR废气再循环系统，并且都用计算 机来控制废气的进气量， 机来控制废气的进气量，以期许在环保和动 力上取得最大的利益和平衡。 力上取得最大的利益和平衡。
图1 燃烧温度与NOX排放量的关系
汽油机的排气再循环控制
1、废气再循环的工作原理 （1）废气再循环及其净化原理 废气再循环技术是控制氮氧化合物排 放的主要措施，如图2所示， 放的主要措施，如图2所示，它是将汽车排 出的一部分废气重新引入发动机进气系统， 出的一部分废气重新引入发动机进气系统， 与混合气一起再进入气缸燃烧。 与混合气一起再进入气缸燃烧。 废气混入的多少用EGR率表示， EGR率表示 废气混入的多少用EGR率表示，其定义 如下： 如下：
合气所需要的热 量也随之增大， 量也随之增大， 在燃料燃烧放出 的热量不变的情 况下， 况下，最高燃烧 温度可以降低。 温度可以降低。 从而可使NO 从而可使NOX在燃 烧过程中的生成 受到抑制， 受到抑制，明显 地降低NO 的排放， 地降低NOX的排放， 如图3所示。 如图3所示。