一、EGR系统 NOX的产生: NOX 的生成机理来源以下三种渠道: (1) NOX:高温(燃烧)过程因离解反应同时生成氧和氮的原子及分子,根据Zeldovich 的理论,这些分子和原子接合形成了NOX。 (2)“即时” NOX:在预混合燃烧的贫氧火焰层中的化学反应产生HC 根,它与氢分子一起形成氰化物,再通过副反应从氰化物形成NOX。 (3)“燃油” NOX:在相对较低温度下燃烧期间从燃油边界区脱离的氮生成的NOX。 通常在柴油机中高温 NOX 是占主要的,其它两种NOX的生成机理微不足道。目前被广泛接受的解释NOX 是应用Zeldovich 理论,其反应式为: Kr1 Kb1 O2══2O ……………………… (1) O+N2══NO+N ………………… (2) Kr2 Kb2
N+O2══NO+O ……………………(3)
其中 Kr1≡7×1013 exp ?76800 / RT Kb1≡1.55×1013 Kr2≡13.3×109 Texp ?7080 / RT Kb2≡3.2×109 Texp?39100 / RT
链反应是从反应式(2)中的氧原子开始的,此氧原子是在燃烧的高温下,由氧分子分解(反应式(1))所生成。反应开始以后分子状态的N2 与原子状态的O,或分子状态的O2 与原子状态的N 碰撞生成NO(反应式(2),(3))。 反应式(2)左边的氧原子除了一小部分由反应式(3)右边生成的N 供给,反应式(2)与反应式(3)生成的NO 是同一量级的。 由上面的链反应式可以看出,主要影响NOX产生的条件是高温和富氧,氮和氧只有在高温高压条件下才会发生化学反应,发动机燃烧室内的温度和压力满足了上述条件,在强制加速期间更是如此。除此之外,还有HC、CO、CO2、SOX等。 NOX的危害: 汽车尾气中的氮氧化物排到大气中,碰到强烈的紫外线时,会生成光化学烟雾。这种光化学烟雾,会造成眼睛疼痛,严重的话还会呼吸困难。长期呼吸被氮氧化物和黑烟等污染的空气,也容易带来呼吸器官的疾病和癌症,NOX严重破坏了我们生态环境,,人口密集的城市情况尤为突出。 控制排放的必然性: 随着世界各国汽车保有量的急剧上升.机动车等尾气排放对大气环境的污染日益严重.已成为城市大气的主要污染源。随着环境保护问题的重要性日趋增加,降低发动机有害排放物这一目标成为当今世界上发动机发展的一个重要方向。随着世界石油制品的消耗量逐年上升,国际油价居高不下,柴汽油车的经济性日渐突出,这使得柴汽油机在车用动力中占据着越来越重要的地位。所以开展柴汽油机有害排放物控制方法的研究,是从事柴汽油机设计者的首要任务,各国对汽车排放限制日益严格.因而决定了汽车技术发展的一个重要方向是改善排放、降低污染。 降低污染—废气再循环(EGR): EGR是英文Exhaust Gas Recirculation三个字的缩写,意思是废气再循环系统。EGR 技术是降低NOx 的有效方法。EGR 技术是通过将一定量的发动机废气引入到进气系统中,使得进气充量中惰性气体(H2O 蒸气,N2 和CO2 等)的比例增加。由于这些惰性气体不参加燃烧,且具有较高的比热容,可以吸收燃烧放出的热量,同时也使得经再循环废气稀释的混合气比热容增高,从而使发动机最高燃烧温度下降。同时,废气的加入,也降低了进气中的氧浓度,从而破坏了NOx 的生成条件,降低了NOx 的生成量。但是废气的加入又会使微粒、CO 和HC 的排放量增大,也可能会使比油耗增加。因此必须在NOx 的降低和其它排放指标和经济性指标的增加之间进行权衡。 根据再循环废气的温度,EGR 技术又分为冷EGR 与热EGR。热EGR 会使进气岐管温度迅速增高,从而进一步减小总空燃比,并使颗粒(PT)排放增加。试验也证明,热EGR 和冷EGR 相比,其碳烟、CO、CO2 和HC 的排放要高。因此,为了在降低NOx 的基础上进一步降低微粒(PT)的排放量,现采用冷EGR 方式,即在EGR 管路中加一冷却器,将EGR 温度基本控制在80℃以内。它由ECR阀、EGR真空控制阀、EGR控制电磁阀、控制器(ECM/PCM)和EGR阀提升传感器等组成,它是针对引擎排气中有害气体之一的氮氧化合物NOx所设置的排气净化装置,原理图如下所示:


力驰雷奥目前专业生产先进的发动机废气再循环系统(EGR系统),包括EGR冷却器、EGR控制单元(ECU)、EGR阀以及热交换器等。 ①EGR冷却器: EGR冷却器是一种新兴的环保产品,安装在汽车EGR系统中用于回流废气冷却。ERG系统(废气再循环系统)则是一种用来降低汽车尾气排放中氮氧化物的技术和方法,为汽车尾气排放达到欧IV、V标准必须采用的产品,当前国内还没有几家能批量生产该产品。该产品是国家发改委《中国汽车零部件“十一五”专项发展规划》重点发展产品,所以我公司抓住这个机遇,投入大量资金重点研发, 技术上已完全成熟 ,已成为国外汽车发动机满足排放标准必备的机内净化产品。 冷却器的原理及作用: 汽车在燃烧过程中,将产生500~600°左右的高温,据上图原理,高热的废气回流,则达不到排放效果,需对废气降温后再回流才有效,这一个过程则在冷却器中完成。若对EGR气体不加以冷却,则炙热的回流废气将加热进气,导致缸内燃烧温度和压力的大幅度升高,,抵消了EGR降低NOX的作用,严重时还将对发动机机体的结构产生破坏,因此,有必要通过冷却器对高温的EGR气体进行冷却。 EGR冷却器的冷却对象是再循环废气,其温度高,而且要求换热器在较小的换热面积下实现大的热量传递,同时还要适应发动机振动较大的特点。我公司研发部参照国内外先进经验,从多方面分析,研发出壳管式换热器,它由导热性能十分优异的304不锈钢作载体,由壳体、螺旋凹槽管、端板、连接法兰经经高真空钎焊而成,经多方试验论证结构合理,散热和防振、防爆等各项指标均能达到要求,适合在高温高压的环境下使用,如下图:

通过对EGR系统设计、测试完成后,安装在柴油机上,进行了原机与使用EGR系统后的工放排放检测对比,结果见下表。 NOXHCCOPM 欧Ⅲ标准 5.00.662.10.13 原机 7.740.410.740.20 加EGR5.00.460.790.20
由上表可以看出,使用EGR系统后,柴油机的排放明显下降,比原机下降了12.9%,达到欧Ⅲ标准的要求,HC、CO排放比原机略有增加,但均控制在欧Ⅲ标准之内,由于在全负荷工况不加EGR,因此工况的PM排放与原机相比略有增加 综合结论: 通过精确匹配和电子控制的EGR系统能够有效降低柴油机的NOX排放。 |