汽车发动机废气再循环系统修复

1.废气再循环（EGR）系统的基本原理

废气再循环（EGR）就是将废气中的一部分引入燃烧室中参与燃烧过程。由于废气的主要成分是惰性气体（CO₂、H₂O、N₂等），它们具有较高的比热容，废气与新鲜混合气的稀释也相应地降低了氧的浓度，从而使NO_x在燃烧过程中的生成量受到抑制。

废气再循环量的多少可用EGR率表示，它是指再循环的废气量在进入气缸内的气体中所占的比率，即

EGR率=[EGR量/（进气量+EGR量）]×100%

2.EGR的实现方式

非增压发动机的进、排气管存在足够的压力差，实现EGR很容易。增压发动机实现EGR比较困难，因为在发动机运行工况下，排气管内的压力低于进气管内的压力，这意味着废气不会自动从排气管流向进气管，为此必须采取一定的措施。

图4-14 日本日野公司开发的内部EGR装置示意图

1—进气门 2—排气凸轮 3—EGR 4—排气门

按增压发动机实现EGR的途径不同，EGR可分为内部EGR和外部EGR两种类型。

（1）内部EGR 内部EGR是指通过排气门或者特殊设计阀门的开启来实现废气再循环，如日本日野公司开发的内部EGR装置（示意图见图4-14）就是通过修改排气凸轮的形状，使排气门在进气行程中稍有提升，让部分高压废气回流到气缸内，从而实现废气再循环。

（2）外部EGR 外部EGR是指将部分废气经由外部管路引入进气系统。按将废气引到进气系统的位置不同，外部EGR可分为低压回路EGR和高压回路EGR两种类型。

低压回路EGR是将废气引到压气机进口前的低压进气系统中，如图4-15所示。低压回路EGR系统很容易获得所需要的压力差，但再循环的废气流经压气机和中冷器，使得压气机的进气温度高于设计温度，而且中冷器容易阻塞而导致压力损失增加。

高压回路EGR是将废气引到压气机出口的高压进气系统中，如图4-16所示。高压回路EGR系统的再循环废气不经过压气机和中冷器，不存在影响增压装置耐久性和可靠性的问题，目前应用较普遍；但高压回路EGR获得所需要的压力差比较困难。为保证EGR的顺利实现，高压回路EGR通常采用的技术措施如图4-17所示。

图4-17a是在EGR阀前（有些在后）安装一个防逆流阀，以防止EGR阀开启时增压空气逆流，利用排气压力脉动，只能将部分废气压入高压进气系统。图4-17b是利用节流阀对增压空气进气节流的方法，降低进气管内的压力，但会增加柴油机的进气阻力。图4-17c是在进气系统中安装一个文丘里管，利用文丘里管喉口的压降来获得EGR所需要的压力差，并可通过调节文丘里管旁通阀的开度来改变EGR的有效压差。图4-17d是利用专门的EGR泵强制进行EGR，此方法虽然具有较好的灵活性，但由于泵的流量要求很大，采用机械驱动泵又过于庞大昂贵，所以常采用由增压器驱动的EGR泵。此外，采用可调叶片式增压压力控制系统，通过调整叶片角度来减小废气流经涡流的有效截面积，提高增压器涡流前排气管内的压力，也是增压发动机实现EGR的有效途径。

3.EGR电控系统的组成

EGR电控系统的功能主要是根据发动机的运行工况控制ERG率，各种工况下的最佳EGR率预先存储在ECU中。在大负荷（一般90%以上）或低转速（一般75r/min以下）时，发动机不进行EGR，而在其他工况下，随着进气量的增多，EGR量也增加。

按控制模式的不同，EGR电控系统可分为开环控制系统和闭环控制系统两种类型。

（1）真空驱动型EGR开环控制系统 真空驱动型EGR开环控制系统如图4-18所示。该控制系统主要由EGR阀和EGR电磁阀等组成。EGR阀安装在EGR通道中，用以控制废气在循环量。EGR电磁阀安装在通向EGR阀的真空通道中，ECU根据发动机转速、负荷和冷却液温度等信号来控制电磁阀的通电或断电。EGR电磁阀不通电时，控制EGR阀的真空

图4-15 增压发动机低压回路EGR系统

图4-16 增压发动机高压回路EGR系统

图4-17 增压发动机高压回路EGR措施

a）逆流方式 b）进气节流方式 c）文丘里管方式 d）EGR泵方式

1—ECU 2—中冷器 3—柴油机 4—废气涡流增压器 5—EGR阀 6—防逆流阀 7—进气节流阀 8—文丘里管 9—文丘里管旁通阀 10—EGR冷却器 11—EGR泵

通道接通，EGR阀开启，进行EGR；EGR电磁阀通电时，控制EGR阀的真空通道被切断，EGR阀关闭，停止EGR。

EGR电磁阀采用占空比控制型，ECU通过控制电磁阀的开度调节作用在EGR阀上的真空度，以控制EGR阀的开度，从而实现对EGR率的控制。EGR阀为气动膜片式，其结构如图4-19所示。

图4-18 真空驱动型EGR开环控制系统(www.xing528.com)

1—ECU 2—发动机转速信号 3—EGR阀 4—EGR电磁阀 5—开启流量传感器 6—催化转化器

图4-19 真空驱动型EGR阀的结构

1—废气进口 2—废气出口 3—阀 4—膜片拉杆 5—真空进口 6—膜片 7—回位弹簧

EGR阀的真空室可在膜片上方，也可在膜片下方，视具体需要而定；真空驱动膜片动作时，由膜片拉杆带动阀移动，以控制EGR信号，EGR量取决于EGR阀的开度、排气管压力和进气管真空度。采用真空驱动型EGR阀，虽然系统结构复杂、响应速度慢，但EGR电磁阀远离高温废气，且真空驱动力比较大。

在开环控制EGR系统中，EGR根据各传感器信号确定发动机工况，并按其内存的EGR率与转速、负荷的对应关系进行控制，但不能对其控制的结果进行监测。

（2）电驱动型EGR开环控制系统 如图4-20所示，该系统利用占空比控制型EGR阀、电磁阀型EGR阀或步进电动机型EGR阀直接控制EGR量，对其控制结果是否与目标值一致并不进行监测。与真空驱动型EGR系统相比，电驱动型EGR系统的突出优点是控制精度高、响应速度快，但由于电驱动装置距离高温废气近、工作环境差，对其工作可靠性要求高。

（3）真空驱动型EGR闭环控制系统 用EGR阀开度（位置）作为反馈信号的真空驱动型EGR闭环控制系统如图4-21所示。与前述真空驱动型EGR开环控制系统相比，只是在EGR阀上增设了一个EGR阀开度传感器。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阀的控制精度更高。EGR阀开度传感器为电位计式或差动电感式。

（4）电驱动型EGR闭环控制系统 用EGR率作为反馈信号的电驱动型EGR闭环控制系统原理如图4-22所示。EGR率传感器安装在进气总管中的稳压箱上，新鲜空气经节气门进入稳压箱，参与再循环的废气经电驱动型EGR阀（图中控制阀）进入稳压箱，传感器检测稳压箱内气体中的氧浓度（氧浓度随EGR率的增加而降低），并转换成电信号输送给ECU，ECU根据此反馈信号修正电驱动型EGR阀的开度，使EGR率保持在最佳值。

图4-20 电驱动型EGR开环控制系统

1—ECU 2—发动机信号 3—电驱动EGR阀 4—空气流量计 5—催化转化器

图4-21 真空驱动型EGR闭环控制系统

1—EGR阀开度传感器 2—EGR阀 3—EGR控制电磁阀

目前，由于电驱动型EGR闭环控制系统的响应速度快，控制精度高，所以在现代汽车发动机上应用已越来越广泛。在电驱动型EGR系统中，控制阀多采用电磁阀型EGR阀，其结构如图4-23所示。ECU通过控制其通电占空比来改变阀的开度，对EGR率进行控制；EGR阀开度传感器检测阀杆的实际位置，并将信号输送给ECU，以实现EGR阀的闭环控制。

图4-22 电驱动型EGR闭环控制系统原理

图4-23 电磁阀型EGR阀

1—电枢 2—EGR阀开度传感器 3—电磁线圈 4—阀杆 5—废气进口 6—废气出口

4.EGR冷却系统

EGR在降低NO_x排放方面取得了很大的成功，但它在降低NO_x排放的同时，也会因高温废气引入进气系统，对进气加热并占据一定的气缸空间，使实际进气量减少，从而导致燃烧不完全，HC、CO和PM（颗粒物）的排放增加，尤其是柴油机的PM增加明显。

为了解决柴油机NO_x和PM的同时控制问题，在部分电控柴油机上装用了EGR冷却系统。EGR冷却系统的功用是对EGR气体进行冷却，这不仅使发动机的燃烧温度比用通常EGR的更低，从而进一步减少NO_x的排放，而且还能有效地提高进气密度，使燃烧更完全，对减少PM等污染物排放也非常有利。在一定工况下，EGR冷却系统对排放的影响如图4-24所示，图中的百分数表示EGR率，横坐标为单位时间的NO_x排放量，纵坐标为单位时间的PM排放量，0%、10%、20%等为EGR率，实线表示采用EGR冷却时的排放量，虚线表示无EGR冷却时的排放量。

日本五十铃公司EGR冷却系统如图4-25所示。在EGR气体回路中加装一个EGR冷却器，冷却器的结构类似润滑油散热器，高温的EGR气体流经冷却器的芯管时，被在芯管外部循环流动的冷却液冷却，被冷却后的废气经EGR阀流入进气管进行循环。利用发动机的冷却液对再循环废气进行冷却，效果不理想，有些采用空气直接冷却。

图4-24 EGR冷却系统对排放的影响

图4-25 日本五十铃公司EGR冷却系统