废气再循环

实际上排出气体的返流是在吸气与排气的两种流动间接上插有控制阀门的管子，利用控制阀门的开关时间来控制流量的增减。

由于有高温排气回流所以可以忽略吸气充填效率的低下，因此大型柴油机几乎都装有利用热交换器制成的冷却机构(COOL EGR)。 多数会将一部份发动机的冷却水分流，用冷却机构来将吸收的热量进行散热，但会使散热器增加额外的30%负载，所以必须增大冷却风扇等其他设备因而导致重量增加。

另外装有涡轮增压器内燃机等大型燃油机在高负载时若进行EGR，吸气压力会大于气、会使单纯的阀门开关无法进行回流。因此、须设置EGR 控制阀门逆止阀(止回阀)。

理论上若能改变EGR 量就有可能可以取消燃油机的节流阀，但大量的EGR 在点火时的困难会容易造成燃烧不稳定，以及无法在怠速时达成稳定状态等理由使其难以实用化。

EGR 与稀薄燃烧技术有很大的关连性，并且还有气缸内直接喷射技术中稀薄混合气下如何能稳定的燃烧的课题。

EGR净化NOX的基本原理实际上是热容量理论的具体应用。

由于发动机废气中的CO2、H2O、NO2等三原子气体的比热较高，当新鲜的混合气和废气混合后,热容量也随之增大。加热这种经过废气稀释后的混合气，温度每升高1度所需要的热量也随之增加，在燃料燃烧放热总量不变的情况下,最高燃烧温度也因此降低;同时废气对新鲜混合气的稀释作用，降低了氧的浓度，从而使NOX的生成受到抑制。

内燃机在燃烧后排出的气体中含氧量极低甚至没有，此排出气体与吸气混合后会使吸气中氧气浓度降低，因此会产生下列现象:

比大气更低的含氧量在燃烧时(最高)温度会降低，会抑制氮氧化物(NO x )的产生。燃烧温度降低时，气缸与燃烧室壁面、活塞表面的热量传递会降低，另外因热离解造成的损失也会有些微降低。燃油发动机其部分负荷与气缸内非EGR时相比，为了提供等量的氧气量(为了得到同一轴的出力)，因此需要将油门开大，结果吸气时的吸油(油门)损失较低，燃料经济性会提高。 此即为活塞在一次行程下吸入的氧气降低时，会取得如同使用小排气量发动机加速前进时一样的效果。EGR 的循环率在燃油发动机的情形(在吸气量中)下最大为15%，而怠速时与高负载时则会停止。 以车辆重量来看发动机输出较小的大型柴油车，其发动机负载较高，为了能够达到排气标准也常会使用到EGR技术。

EGR技术在当时(触媒转化器实用化以前、1970年代)，燃油机因无法使用氧化催化来净化NO x 的情况下而导入的。 但是在循环率与燃料喷射量无法精密控制的的情况下，为了使燃料能够稳定，因此吸气混合比必须设的很高(燃油会过剰)、这反而使燃料经济性恶化。 之后，随控制技术提高且触媒转化器的实用化，现在已经可以用来解决NO x 的排出与燃料经济性提高的问题。

原理上EGR在没有节流阀的柴油机在减低油门损失上是没有效果的，但在1990年代前期开始进行以减低NO x 为目的的EGR研究中发现、排气中存在的大量二氧化碳与水蒸气和大气来比有较高的热容量，因此对于提升燃料经济性也有一些效果。

废气再循环(EGR)系统有很多种形式和控制方式。根据系统执行器(EGR阀)的动作控制形式，可以分为机械控制式EGR系统和电子控制式EGR系统;根据EGR阀的控制对象，也即系统控制的方式，可以分为直接控制式EGR系统和间接控制式EGR系统;根据EGR系统中阀的个数可以分为单阀控制式和多阀控制式;根据EGR系统的控制结构，可以分为开环控制式EGR系统和闭环控制式EGR系统。

为了更好的理解这些控制系统的形式，也为了选择经济、合理和适用的EGR系统控制方式，现着重对一以上几种EGR形式进行比较。

机械控制式EGR系统是最早设计使用的EGR装置。其工作原理是:通过真空度和排气背压来控制EGR阀的开闭。

机械控制式EGR系统中的主要部件是一个膜片式EGR阀，根据阀控制方式的不同，有正背压控制式EGR和负背压控制式EGR。但是，对于机械控制式EGR系统，EGR率控制的范围有限(一般为5%-15%)，且控制精度远不能满足发动机的实际需要，故新型汽车发动机都趋向于选择计算机控制的EGR系统，也即电子控制式EGR系统。

电子控制式EGR系统不仅EGR率的控制范围大(巧%一20%)，控制自由度也大。其主要功能特点，就是选择NOX排放量大的发动机工况，进行适量的EGR控制。在发动机工作时，微处理机Ecu根据各传感器，如转速传感器、水温传感器、节气门位置传感器、点火开关等信号，确定发动机目前在哪一种工况下工作，以输出指令，控制EGR电磁阀打开或关闭，使EGR进行或停止。

直接控制式EGR系统的EGR阀直接安装在排气道上，所以这种形式的EGR系统也叫排气道废气再循环系统。

系统的工作原理是:废气经排气管引出，直接经过EGR阀流人进气管。系统根据发动机工况的需要，直接控制EGR阀的开度大小，以提供理想的再循环流量。

这种EGR系统的特点是:结构简单、控制方便。

工作时，EGR控制阀的开度由控制信号(一般为压力信号，例如真空度、排气压力等)控制，而EGR电磁阀的开闭则影响着控制信号的变化，这样可以为EGR控制阀提供更为理想的控制信号，从而保证理想的EGR流量。

单阀控制式EGR系统指的是，系统中只有一个阀-EGR阀。工作时，EGR阀根据控制信号(压力信号或电信号)的大小，改变阀的开度，从而提供理想的EGR流量。

多阀控制式EGR系统，有以下两种形式。

第一种:系统中有一个EGR控制阀和一个(或两个)EGR电磁阀。通过"EGR电磁阀"控制"EGR控制阀"的控制源(真空通道)，从而控制系统的工作。

另一种多阀控制式EGR系统指的是，系统中的EGR阀含有多个独立的电磁阀。有三个电磁线圈的数字式EGR系统即为这种典型的多阀控制式系统。

开环控制式EGR系统中，它只有PCM的控制信号，不用反馈信号。因而PCM不用复杂的计算，相对来讲控制模式简单。当然，其控制的精度也受到一定的限制。

直线式EGR系统，以EGR阀位置传感器的信号作为反馈信号，可以称作是一种简单的闭环控制系统。

通常，在闭环控制式EGR系统中，是以EGR率作为反馈信号实现闭环控制的。

从结构上划分，有内部EGR和外部EGR两种系统，区别在于废气是否通过进气系统进入缸内。

内部EGR技术结构简单，不需要外部设备，一般情况下通过改变配气相位就可以实现，等同于提高缸内的残余废气系数。但是缸内的气流运动十分复杂，在不同工况下气流运动规律也不一样，所以这种实现废气再循环的方式很难控制EGR率;而且这种直接引入的方式，废气没有经过冷却，很大程度上的提高了混合气温度，使降低NOX排放的效果不够明显。

实现内部EGR通常有两种方法，废气残余法以及废气再吸法。这两种方法在原理上是类似的，策略上有所不同。废气残余法是将排气门提前关闭，这样缸内就有一部分废气残余，在进气过程中实现残余废气与新鲜混合气的混合，此过程发动机会产生一部分压缩负功，为避免较大的功率损失，一般进气门的开启时刻也相应推迟。废气再吸法可以通过两种方案来实现:一是在进气冲程中再次开启排气门，这样活塞下行会将排气系统中的废气吸入缸内;二是在排气冲程中开启进气门，这样活塞上行会将部分废气压入进气系统，在接下来的进气冲程中将带有废气的混合气一同吸入缸内，但是无论是那种方案，废气再吸法都需要气门的重复开启，实现起来存在困难。所以从应用难度来看，废气残余法更方便且易于实现。

外部EGR技术是在排气系统上接入废气再循环管路，将废气引出再导入到进气系统中，让废气在进入气缸之前与新鲜空气充分混合。外部EGR和内部EGR相比，结构上要复杂的多，通常带有EGR阀，EGR冷却器，还有一些特殊管路及附带的控制单元，也正是如此外部EGR可以实现对废气的诸多参数的精确控制，从而最大程度的实现EGR的作用。根据管路连接的不同，外部EGR的技术路线也多种多样，以下简要介绍几种典型方案。

1、一体增压式EGR系统

在一体增压式EGR系统中，发动机的尾气分为两部分，一部分经过涡轮为压气机提供动力，另一部分通过EGR阀进入到压气机中增压，然后与增压后的新鲜空气混合，一同进入各个气缸。整套系统采用一个涡轮机，同时对两个压气机提供动力，两个压气机分别对新鲜空气和废气进行增压，是目前最新最先进的EGR技术。但是因为有两个压气机，增压匹配上的难度增大，结构也复杂的多，同时也大大增加了成本，目前国内还没有能力生产。

2、进气节流式EGR系统

此项技术方案是利用节流阀的作用，使进气管的废气入口处产生真空度，利用压力差来引入废气。这种方式在汽油机和柴油机上均可以使用，需要说明的是这个节流阀和汽油机的节气门是不同的，其作用主要是控制EGR率，也就是此系统应用在汽油机上时进气道上一共有两个节流装置。通常情况下发动机工作在大负荷时，节流阀开度较大，EGR率较小;当发动机处在中小负荷工况时，节流阀开度也较小，保证所需的EGR率。该系统容易实现，结构也比较简单，控制上也不复杂，但是因为节流阀的存在，增加了进气阻力，使发动机的性能受到影响。

3、低压EGR系统

此系统从涡轮机前或涡轮机后将废气导出，经过EGR阀和冷却器后在压气机前端将废气导入，因为排气压力总是大于环境气压，所以这样的连接方式可以顺利的实现废气循环。但是由于废气在压气机前就导入进气了，废气中的部分有害物可能会损伤压气机，使压气机的使用寿命大打折扣，在废气管路中加装后处理装置可以解决此问题，但也大大提高了成本。因为易于实现，此项方案在实验研究中应用广泛，但是在工业产品中比较少见。

文丘里管式EGR系统

根据文丘里管的工作原理，亚音速的气体通过文丘里管的时候会先产生一个膨胀过程，再产生一个压缩过程，膨胀过程中气体的温度和压力都会下降，所以在文丘里管的喉口处会产生负压，利用这个负压，就可以顺利的将废气引入到进气系统中。在使用了文丘里管以后，大大降低的废气的流动阻力，可以轻松的实现较高的EGR率，发动机的功率损失小，文丘里管技术成熟，使用简单，成本较低，在产品中应用比较广泛。

EGR主要通过以下几方面发挥作用:EGR中的CO2和水蒸气大大增加了工质的比热容，同时废气的加入也稀释了原来混合气中的氧浓度，从而使燃烧速度变缓，使燃烧过程中的最高温度和平均温度都有所下降，破坏了NO生成的有利环境，从而大大降低NOX排放。因为汽油机的负荷调节方式通常为量调节，所以在汽油机上应用EGR可以相应的增加进气量，EGR率的增加能降低汽油机在中低负荷工况下的节流损失，降低汽油机的燃油消耗率。因为废气混入进气参与燃烧，会使发动机中的各个环节和参数发生变化，对发动机也会产生多方面的影响，而且影响是整体化的，必须总体考量。