EGR系统：如何实现理想废气再循环？

废气再循环系统（Exhaust Gas Recirculation，EGR），如图3-2所示。EGR系统的作用是将柴油机所产生废气的一部分再送回到进气歧管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸，参与混合气体的燃烧，由于再循环废气具有惰性，故不参加化学反应，使进入缸内的混合气被稀释，氧气含量降低，从而使可燃混合气的发热量降低。另外，由于废气中CO₂及水蒸气的热容量较大，增大了混合气的比热容，降低了缸内的高峰温度，破坏了生成NO_x所需的高温富氧条件，从而使柴油机的NO_x排放量降低。

图3-1 EGR发动机

图3-2 EGR系统

EGR系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状态，从而使燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保证污染物的排放量最低。由于废气再循环量的改变可能会对不同的污染成分产生截然相反的影响，因此所谓的最佳状况往往是一种折衷的、使相关污染物总的排放达到最佳的方案。也就是说，尽管提高废气再循环率对减少氮氧化物NO_x的排放量有积极的影响，但同时这也会对颗粒物和其他污染成分的减少产生消极的影响。

EGR阀是废气再循环系统中的关键部件，它通常被安装在进气歧管上，有一个通往排气管的金属管道与它连接，对进入进气管的废气量进行控制。温度控制开关常常安装在冷却液通道上，当发动机处于怠速时，节气门关闭，无真空压力作用在EGR阀的隔膜上，弹簧的作用力保持阀门关闭，没有废气进入进气歧管。随着发动机负荷增大，节气门打开，真空信号到达EGR阀，隔膜上移，阀门开启，废气进入进气歧管开始循环。一般当真空度超过10kPa时，工作隔膜开始上升，当真空度达到25kPa时，隔膜升到最高位置。当发动机处于大负荷时，节气门打开真空口处，真空度很小，EGR阀关闭，空气燃油混合气不被稀释，发动机可保持足够的动力性能。车辆在暖车过程中，冷却液和发动机进气温度都很低，氮氧化物（NO_x）排放量也很低，废气再循环破坏燃烧稳定性，会出现怠速不稳定或发动机熄火，此时，温度控制开关关闭真空回路，EGR阀停止工作，禁止废气循环。一般发动机冷却液温度低于40℃时，温度开关保持关闭。

简单地说，EGR系统的工作原理就是：ECU根据发动机的转速、负荷、进气温度和压力、冷却液温度等信号，控制电磁阀和气缸适时地打开EGR阀门，排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气混合后进入气缸参与燃烧。

但是，过度的废气参与再循环，将会影响混合气的着火性能，从而影响发动机的动力性，特别是在发动机怠速、低速、小负荷及冷机时，再循环的废气会明显地影响发动机性能。所以，当发动机在怠速、低速、小负荷、工况变化及冷机时，ECU控制废气不参与再循环，避免发动机性能受到影响；当发动机超过一定的转速、负荷及达到一定的温度时，ECU控制少部分废气参与再循环。

（1）典型工况下的EGR使用EGR可以降低NO_X的排放量，但同时会增加HC和CO的排放及提高燃油消耗。因此，在各种工况下采用的EGR率必须综合考虑发动机的动力性、经济性和排放。

①冷起动及预热工况。柴油机的转速和温度较低，O₂虽然过量，但是生成NO_X的体积分数较低，为了防止EGR影响燃烧的稳定性，一般不进行EGR。

②怠速及低负荷工况。柴油机燃烧的仍然是稀混合气，气缸中O₂含量仍大大过剩，加上气缸温度逐步提高，NO_X排放量也随之升高，这时柴油机仍不允许有EGR参与进来。

③中等负荷工况。为获得最佳燃油消耗率，缸内混合气是稀混合气，有足够的O₂；此时缸内温度随负荷的升高而升高，造成NO_X排放量较快升高，应进行适度EGR。(www.xing528.com)

④加速工况。柴油机油的响应快于气的响应，特别是对装有EGR系统的中冷增压柴油机来说更是如此，所以过渡工况内会存在较浓的混合气，此时一般不进行EGR。

⑤减速工况。柴油机减速时，混合气变稀，但发动机温度仍较高，有利于NO_X的生成，故应进行EGR。

（2）EGR系统的实现方式EGR系统一般可通过内部EGR和外部EGR两种方式来实现循环。

①内部EGR。内部EGR是通过扩大气门重叠角度来实现的，即增大进气门提前开启和推迟排气门延迟关闭或提高排气背压等方法来增加缸内的残余废气，参与下个循环的燃烧，从而实现EGR。

内部EGR的工作过程参见图3-3，当爆发行程时，混合气燃烧而膨胀成原来体积的很多倍，在接下来的排气行程时，当排气门打开时，高压的废气就会冲向排气管，而活塞也会上升把所有的废气推出气缸，这时排气管中的气流速度很高，当活塞快要到达上止点时，由于惯性的关系（空气有重量），排气管中的废气仍然会以高速往外冲，而这些气流就会把燃烧室中的废气“抽”了出来，如果在这个时候打开进气门，新鲜空气刚好被“抽”进燃烧室，就在混合气刚好填满燃烧室时，排气门刚好也关上了。如果此时提早关闭排气门，则缸内的废气排不出去，且阻碍了进气。因此，缸内空气中氧的含量就降低了许多。

图3-3 EGR工作原理

A—空气滤清器 B—中冷器 C—进气歧管 D—EGR冷却器 E—单向阀 F—EGR控制阀

由于内部EGR降低了新鲜进气充量，且妨碍了进气惯性效应的利用，因而要牺牲功率和燃油消耗。另外，其控制和调节没有外部EGR方便灵活，所以应用面不广。

②外部EGR。外部EGR是将排气管中部分废气经外部管路引入进气管参与再燃烧，从而实现EGR。就形式而言，一般可分为机械式、电气式和电控式，其中电控式EGR最具典型性。

气缸排气经过排气管，由EGR控制阀控制进入EGR系统，高温气体经过EGR冷却器后，最终到达进气歧管混合腔与新鲜空气混合进入气缸。ECU是系统的控制中心，它根据各传感器送来的信号，计算废气回流量，实时控制EGR电磁阀的开度。