汽车动力总成公众号助力节能减排，汽油机EGR技术解析

柴油发动机应用EGR（废气再循环）技术主要目的为降低NOx排放，在适应国Ⅲ以上排放标准的发动机减排技术路线中应用非常广泛。汽油发动机应用EGR技术能够降低油耗，根据发动机和EGR控制策略不同有效燃油消耗率能够降低3%-8% 。汽油发动机增加EGR系统，随着EGR率的增加， HC增加，但NOx排放显著降低，高达约80% ，因此将三元催化器和EGR技术相结合，可以在满足欧六排放法规的同时，大幅提高汽油机部分工况下的燃油经济性。基于EGR技术在节能减排方面的显著作用，国内多数汽油发动机厂已开始EGR项目的开发。

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1、EGR分类：高压EGR与低压EGR
应用于带涡轮增压器的发动机的EGR系统按照布置位置可分为高压EGR系统、低压EGR系统和高低压双回路系统。在涡轮之前取气，气体压力较高，称为高压 EGR 。经过涡轮做功后气体压力较小，称为低压 EGR 。

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高压 EGR 优点在于对压轮和中冷器没有损害；另外由于管路相对较短，压力较高，空气流速较高，使 EGR 反应速率较高。压差大，小口径的阀即可满足流量要求。应用时间较长，标定技术成熟。
缺点在于仅在一定范围的rpm和负荷下使用EGR ，覆盖不到抗爆震区域，其成本也高于低压 EGR 。由于在涡轮前端取气，一定程度上降低涡轮效率。另外还需要考虑EGR阀和冷却器被废气污染，总体节油效果相对低压回路EGR较低。

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高压 EGR 优点在于对压轮和中冷器没有损害；另外由于管路相对较短，压力较高，空气流速较高，使 EGR 反应速率较高。压差大，小口径的阀即可满足流量要求。应用时间较长，标定技术成熟。
缺点在于仅在一定范围的rpm和负荷下使用EGR ，覆盖不到抗爆震区域，其成本也高于低压 EGR 。由于在涡轮前端取气，一定程度上降低涡轮效率。另外还需要考虑EGR阀和冷却器被废气污染，总体节油效果相对低压回路EGR较低。

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低压 EGR 的优点是排气经过压轮、中冷器，然后被平均分配到四个气缸中，因此四个缸的燃烧比较均匀，各缸的燃烧一致性比较好。另外，在涡轮后端取气，涡轮效率无损失。而且废气百分百都经过压轮，使其响应速率提高，减少涡轮迟滞现象。更为重要的是，低压EGR可在全工况范围内使用，相比高压EGR能够达到更好的节油效果。一般建议在三元催化器后端取气，这样对冷却器和阀的污染较小。
低压EGR的缺点是压差低，因此需配合使用混合阀才能在全部工况内满足流量要求。废气引入压气机之前，需考虑压气机和中冷器的污染问题，冷却器进气口法兰需安装滤网。相比高压EGR管路要长，因此响应速度要慢。同时低压EGR还需要考虑可靠耐久问题（管路布置、吸振设计）以及冷凝水问题，建议压气机和中冷器增加防腐蚀涂层，如此，相对高压EGR ，低压EGR的系统更加复杂，成本更高，并且在标定技术上不如高压EGR成熟。
低压回路结构特点

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低压回路系统两端压差较低，为满足流量要求，与高压回路选用提升式EGR阀不同，其一般选用通流能力更强的蝶阀EGR阀；由于部分工况下系统两端压差过低，一般需在空滤器后增加混合蝶阀，通过调节混合阀的开度制造负压，保证EGR流量满足需求；为精准控制EGR流量， ECU需通过压差、温度及阀口开度计算废气流量，一般需在EGR阀进出口间安装压差传感器，并增加EGR阀上游温度传感器。分页标题
2、EGR主要作用及原理

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1）增加混合气比热容，优化燃烧
一部分废气通过EGR系统回到燃烧室，混合气比热容增大。引入冷却EGR废气不仅能够增加混合气的平均比热容，而且能够增加混合气的总质量，从而使总热容增加。废气的稀释作用和热容效应对燃烧的抑制导致燃烧温度下降，燃烧持续期（累计放热效率为10%和90%对应的曲轴转角的差值）延长，减少燃烧过程中的传热损失。

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2）抑制爆震的发生
伴随汽油发动机小型化，其爆震的倾向性加强。传统的抑制爆震的方式为推迟点火提前角，降低压缩比，不利于降低油耗。引入EGR废气可以降低燃烧温度（比热容增加），减缓燃烧速度，延长燃烧持续期，抑制爆震，保持燃烧环境稳定。增加EGR系统，抑制爆震倾向，可以增大点火提前角，同时增大压缩比，有利于热效率的提升。抑制爆震主要基于经冷却的惰性EGR废气的引入， EGR冷却器下游温度越低，效果越明显，因此， EGR冷却器的换热能力对抑制爆震具有重要意义。

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3）减少混合气加浓
为保护发动机排气端零部件，汽油机的排气温度有一定限制，伴随转速及负载的增加，废气排温升高，高负荷工况时，一般会采用过喷油策略，降低空燃比，把排气温度降低。引入EGR后，混合气的热容增加，燃烧速度减缓，优化燃烧，降低燃烧温度，从而降低排气温度。压缩比提升后，在发动机的低速高负荷区域，为抑制爆震，需延迟点火，而延迟燃烧又导致废气排温的上升，从而不得不采用过喷油策略，引入EGR系统，能有效解决此问题。同时，过喷油导致PM排放增加，在发动机的高负荷区域，引入EGR后，降低过喷油使PM排放减少，在直喷汽油机中，这一作用尤其明显。应用EGR技术，减少混合气加浓，对于汽油发动机降油耗作用明显。

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4）降低泵气损失
发动机在低负荷区域工作时，节气门开度较小，产生更大的节流作用，导致泵气损失比较大，随着负载的增加，泵气损失会逐渐减小。引入EGR废气后，为保持足够的新鲜充量，必须增大节气门开度，泵气损失也会随之减小。引入EGR系统，能够在中低负荷区域有效降低泵气损失，对于高压系统，在高负荷区域，为减少涡轮增压器的效率损失， EGR率降低， EGR系统在降低泵气损失方面的作用也会降低。

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5）各工况点的EGR率
汽油发动机最大EGR率一般在20%左右。标定EGR率是一个复杂的过程，需要在不同工况点下节气门开度、VVT、增压器、点火提前角等参数的完美匹配，标定过程对降油耗效果至关重要。 EGR率的增加导致燃烧稳定性（COV of IMEP）的下降，发动机负荷较低时，为保证一定的燃烧稳定性，不宜采用过大的EGR率。对于高压EGR系统，发动机高负荷运行时，必须保证足够流量的废气驱动涡轮增压器， EGR率不宜能过高。中等负荷时，可以引入较高的EGR率，从而抑制爆震，提高发动机的热效率。

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6）提高燃油经济性
通过引进EGR使得发动机燃烧效率提高、泵气损失减小、传热损失减小及燃烧相位的改善综合作用的结果下，发动机的燃油消耗率得到较好的改善。如下图所示，在发动机的抗爆震区域内可实现节油 4-6% ，在优化燃烧的区域内可实现节油 5-15% ，内部 EGR 区域可实现节油 1-2% ，减少泵气损失区域内可实现节油 2-4% 。研究表明，同时采用高压和低压两种 EGR 是最理想的，但是综合考虑技术和成本问题，在清洁端取气的低压EGR 方案是应用的主要趋势。

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