废气再循环对车用柴油机性能影响的研究

归孙福

摘要：我国人均消费水平逐年上升，汽车已经走进千家万户。柴油汽车被已经被广泛地使用在我们的生活中。车用柴油机的使用已经大大改善和提高了我们的日常生活。但是柴油汽车出现也会给我们的生活带来一定的问题，如环境污染和能源危机的背景下[1]，世界各国对汽车的排放制定出更严格NOX排放标准，世界上很多国家都在加快步伐开展柴油机废气再循（EGR）技术的测试试验研究。从现阶段来看使用EGR技术可以很好地降低汽车尾气中的氮氧化物有毒气体的排放。

关键词：柴油机;废气再循环;NOX

当今社会人们逐渐提高了对汽车的性能及排放的要求，特別是对环境领域的影响，有关部门既定出了严格的规定。是因为柴油机有着很高的热效率、良好的工况环境适应性、功率范围较大，柴油机在汽车领域上的地位越来越重要，目前已经被在各行各业中广泛被使用，汽车柴油机的大量使用，伴随而来的是NOX的大量排放造成环境的污染和柴油的大量消耗造成的能源危机。

废气再循环技术是目前世界上用于减少柴油机尾气NOX排放的重要方法。通过把汽车排放出的尾气重新引进进气歧管，再次进到气缸中燃烧，以抑制氮氧化物的产生。NOX在高温和富氧环境中，经混合气中的氮气和氧气发生氧化还原反应产生的产物。燃烧温度越高，氮氧化物越多。废气中有大量的CO2。CO2是一种不参加化学反应的气体，新鲜的混合气中渗入一定的废气后，CO2在单位的新鲜混合气中所占成分增多，但是CO2不参与氧化还原反应，反而能吸收大量的热，所以燃烧温度下降，抑制了NOX生成。

但是，废气再循环系统会把废气重新导入发动机气缸内，导致混合气的发火性能和发动机输出的有效功率下降，影响发动机的正常运行。特别是在发动机怠速、小负荷及发动机冷启动，再循环的废气导致发动机的性能大大下降。在使用带有废气再循环系统的发动机时，要研究发动机NOX排放量最恶劣的工作条件下，适当进行废气再循环。

在此之前，美国、日本以及西欧的部分工业国家专门针对汽车尾气排放的CO、HC、NOX  等有害物质，做出了相应的法律制约，从而直接促进了对低污染车用发动机和对排气净化设施的研究。国外首先把废气再循环技术在柴油机上使用，从纯气动不带冷却循环到带冷却循环最后到电控EGR技术。柴油机排放控制是目前柴油机技术领域关注的焦点，柴油机排放的难点在于控制NOX 和PM。对于NOX，目前最主要的手段是采用EGR技术，废气再循环技术已经接近完善，成为国外车用发动机满足排放标准重要措施。

我们国家在近几年对环境保护的力度越来越大，尤其是在汽车排放指标的要求也越来越严，制定出了很多专门的法律法规，为了减小汽车给我们的生活环境带来的污染，在发动机上应用EGR技术，现在我国成为研究热点，特别是在车用柴油机上的。我国的高校、科研单位对废气再循环做了很多的实验研究，但时该技术在国内还不是很成熟。

在不改变发动机转速和负荷以及喷油时刻情况下，通过改变不同的EGR率。当增加EGR率时，发动机缸内新鲜充量相对减少，新鲜空气量减少，新鲜空气与废气的混合，局部氧浓度降低;同时发动机气缸内平均压力和温度都在降低，发动机的循环功减少;EGR率的增加会使残余废气系数升高，放热率下降，发动机的平均指示压力下降，发动机的指示功也相对减少;增大EGR率，发动机有效功相应减少，动力性能有所下降，同时发动机的燃油消耗率升高，经济性能相应的也会变差;增加气缸内的EGR量，会使发动机缸内温度下降[26]，有效抑制了NOX的生成。另外，当增加EGR率到40%时，燃烧严重恶化，即EGR率应该控制在30%左右为最佳。

在不改变发动机转速、负荷的前提下，通过变化喷油时刻和EGR率。EGR率一样的条件下，提前发动机的喷油时刻，会使发动机缸内平均压力增大;提前发动机的喷油时刻，发动机放热率也会相应增大;提前发动机的喷油时刻，缸内的NOX浓度增加。

发动机转速一定，喷油量控制负荷。负荷增大，缸内工质增多，压力越大;负荷增大，放热率增大，EGR率较大，负荷较小时，最大放热率峰值差值越明显;负荷增大，发动机的有效功率越大，同时发动机有效油料消耗率下降;负荷增加，缸内NOX浓度增大。另外，30%负荷，EGR率在30%时发动机NOX浓度较小，同时有效燃油消耗率迅速升高，严重的影响发动机的经济性能。所以负荷减小时，应减小EGR率。

负荷不变，通过改变发动机转速和EGR率。增加转速，发动机缸内压力峰值相应减小;放热率峰值随转速的增加反而减小;有效功率随着发动机转速的增大而升高，动力性性能就越好;在较大的EGR率时，发动机的转速应适当提高。

结论

综合数据分析表明EGR率控制在30%左右为最佳。

参考文献：

[1]赵伟，张全长，张春化.后喷时刻和EGR率对柴油低温燃烧和排放的影响[J].长安大学学报（自然科学版），2014（04）：167-171.

[2]方立辉，郝美刚，范宝庆.外部EGR对涡轮增压汽油机性能的影响[J].现代零部件，2014（05）：62-64.

[3]陈征，刘敬平，吴振阔.柴油-丁醇复合喷油燃烧模式的排放研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2013（12）：45-49.

[4]余浩，邬斌扬等.基于进气门晚关和EGR的协同作用在两种燃烧模式下对柴油机排放和热效率优化[J].内燃机学报，2013（05）：385-392.