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简单而有效的废气再循环装置

文档作者：王美丽姚建明孙曙周权李力丁贤华吴旭陵文档来源：上海内燃机研究所		点击数：	更新时间： 2021年05月11日
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第6期
内燃机
 No.6
2012年12月
 Internal Combustion Engines
Dec.2012
简单而有效的废气再循环装置
王美丽,姚建明、孙曙,周权,李力,丁贤华,吴旭陵
上海内燃机研究所、上海200438)
摘要:采用废气再循环能够降低柴油机NOx排放。介绍了一个简单而有效的废气再循环装置,简要列举了该装置装在发动
机台架上的部分试验结果,为更好地利用废气再循环技术减少柴油机NOx排放有借鉴作用。
关键词:废气再循环;柴油机;NOx;排放
中图分类号:TK421
文献标识码:B文章编号:1000-694(2012)06-0046-04
 A Simple and Effective for Exhaust Gas Recirculation
 WANG Meili, YAO Jianming, SUN Shu, ZHOU Quan LIli, DING Xianhua, WU Xunling
 (Shanghai Internal Combustion Engine Research Institute, Shanghai 200438, China)
 Abstract: Diesel engine with exhaust gas recirculation to reduce NOx emissions. This article describes a simple and effective exhaust
 gas recirculation device and the device installed in the engine test results. To make better use of diesel engine exhaust gas recirculation
 technology, to reduce NOx emissions serve as a reference.
 Key words: exhaust gas recirculation; diesel engine: NOx;emission
0前言
混合后,进入气缸,使进气温度提高,滞燃期缩
短,降低燃烧的最高温度,抑制NOx的生成。废
废气再循环(ECR)技术是降低柴油机NOx气再循环(E)实现的方式有两种:内部ER
排放普遍采用的、也是最有效的措施,在业界被广
和外部EGR。内部EGR是通过排气阀或者特殊设
泛关注。研究表明,废气再循环(EGR)技术与电
置阀门的开启来实现废气再循环;外部EGR是将
控技术相结合,可使柴油机的NOx排放降低20%
排气中的一部分通过外部管路引入进气系统。目前
以上,但成本高。机械式控制EGR实现难度大,
结构复杂。为此,上内所尝试了一种最简单的普遍采用外部EGR方式
对于增压直喷柴油机,外部EGR有4种取气
EGR方法,在进排气管之间直接连接一个EGR装
方式:从涡轮前取气引到压气机后;从涡轮后取气
置。该EGR装置内有一节流管,通过合理地选择
引到压气机后;从涡轮前取气引到压气机前;从涡
节流管直径,可在基本不牺牲发动机性能的前提下
轮后取气引到压气机前。废气引到压气机前的系
使NOx降低10%左右。该EGR装置是我们想法
的一种尝试,我们用这种方法简单而实际地解决了统,废气会污染压气机和中冷器,影响增压器的质
量流量,使压气机的寿命缩短,并会给发动机的动
项目中的问题,对更好地利用EGR技术有一定的
力性造成不利的影响。从涡轮后取气,进气压力
借鉴作用。
高,排气压力低,废气引流的能量消耗大。一系列
1原理
的研究表明,从涡轮前取气引流到压气机后的
EGR系统,可以避免再循环废气污染压气机和中
柴油机燃烧时产生的高温、燃烧持续时间及燃冷器并且EGR响应性好,因此,这种方式是业
烧的富氧状态是生成NOx的主要原因。废气再循界普遍采用的取气方式,见图1
环(EGR)是将一部分废气引入进气管与新鲜充量
本研究中,采用图1所示的取气方式。专门设
作者简介:王美丽(1964-),女。高级工程师,主要计了一个ER装置,采用节流阀式EGR废气引流
研究方向为发动机设计与集成。
系统,利用节流阀的节流使进气管产生真空负压来
收稿日期:2012-08-10
引导废气循环,其主要优点是可产生较大的进气管
万方数据
第6期
王美丽,等:简单而有效的废气再循环装置
47
进气管
柴油机
排气管
E
1
排气
图4EGR装置内节流管
流量的大小。节流管内壁为流线型,圆周方向有若
干小孔,用于将多余的气体旁通,见图4
EGR阀
图1装置连接原理图
3试验情况及结果分析
(涡轮前取气到压气机后的EGR系统)
真空负压,能有效地引流废气。缺点是节流阀的节3.1试验发动机的基本参数及试验的基本情况
流作用使进气管产生较大的进气阻力,影响充气效
试验发动机的基本参数见表1。
率,使发动机的动力性受到损失。同时,用冷却水
表1试验发动机的基本参数
对流进EGR装置的气流进行冷却。
项目
参数
发动机
直列四冲程
增压柴油机
2EGR装置的设计
缸径mm
105
2.1EGR装置结构简图
280r·min时标定功率/kW
92
EGR装置结构简图见图2。
1800rmin时最大扭矩/(N·m)
410
1
供油系
机械直列泵
上内所将该EGR装置装在某4105柴油机上进
行了一系列试验,图5是发动机试验台架,EGR
装置在试验时的布置及管路连接实况见图6。
1.节流管2.增压器连接管3.安装体4.阀(类似气门)
5.紧定螺钉安装架6.转动销(下)7.摇臂8.转动销(上)
9.摇臂支架10.压力控制阀支架11.压力控制阀12.阀座
13.回流管接头14.节流进气连接管
图2EGR装置设
2.2工作状态、气流方向
工作状态、气流方向示意图见图3。
图5发动机试验台架
回增压器
接排气管
接进气管
图6EGR阀在进气管上的布置及与涡轮
图3工作状态、气流方向示意图
前排气的连接管路实况
2.3装置内节流管的设计
3.2有无EGR装置试验数据比较
本装置的关键技术在于通过节流管来控制气体
图7为发动机在6°供油提前角下,有EGR
万方数据
内燃机
2012年12月
505
中37.5,40,中60mm。六种尺寸的排放试验结
10
果见图8。从图中可知,节流环喉口尺寸大于375
mm,采用该装置,对降低排放作用不大。实际
工况
上,在不牺牲性能的前提下,从降低排放的角
有EGR无EGR
看,节流环喉口尺寸小于37.5mm时,越小越好。
10
85
6
运学城凶
8.0
234567891
工况
75
有EGR■无EGR
90
70
0203040506070
50
节流环尺
30
图8节流环不同时的排
10
3.4通过EGR装置的气流冷却与不冷却的对比
有Er无GR
如果不对EGR冷却,在大负荷工况时,EGR
800
比例增加使进气温度迅速增加,空然比减小,从而
600
400
使大工况时微粒排放增加。为此,试验中,用冷却
20
水对流入EGR装置的气流进行冷却。NOx试验结
果见图9。根据试验结果,计算得出NOx的加权
■有EGR■无EGR
排放值为:无冷却EGR时6.958;有冷却EGR时
800
600
6.609。冷却EGR对降低排放效果明显。
400
200
况
■有EGR■无EGR
80
60
40
工111
Er不冷冷却EGR
201
02345678910111213
图9Er冷却与不冷却的对比试验
工况
■有EGR无EGR
3.5改变EGR量大小
图7发动机在6°供油提前角下,有EGR和
为改变EGR量大小,本装置在试验中,给装
无ER的13工况测量数据对比
置的气流入口处,增加一个外径不同的堵头。堵头
和无EGR的13工况测量数据对比,发动机用A型外径不同,其实就是EGR率不同。经比较中12的
泵,5×中0.29喷油器,低涡流缸盖和带增压器。堵头试验结果最好图10是装一个中12的堵头与
由图7可以看出,采用该EGR装置后13工况不装堵头的试验结果比较。
大部分点的NOx排放量都有所降低。根据图7对
应工况计算的无EGR和有EGR稳态13工况N04结论
加权排放值分别为9.51和8.86,后者已达到了国
a.本试验研究中我们尝试了最简单的EGR方
家相应法规的产品一致性标准,此处NO降低幅法,在进排气管之间直接连接一直管装置,装置
度为6.8%,有的试验结果还降得多些。由于行驶内有一节流管,通过合理地选择节流管直径,可
中发动机大部分是在部分工况下运行,若按汽车瞬在基本不牺牲发动机性能的前提下使NOx降低
态循环试验,EGR的效果会更加明显。
10%左右。
3.3改变节流管的喉口直径
b.这一方法结构简单,成本低,实用,但还
其他条件都相同,试验中我们制作了六种规不成熟,需要进一步探索研究。
格的节流管喉口,分别是30,32.5,中35,
c.该装置对更好地利用EGR技术有一定的借
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王美丽,等:简单而有效的废气再循环装置
050
208
234567891011121
5678910111213
工况
有工况
口有堵头■无堵头
有堵头■无堵头
0
60
30
20
300
810
234567891011121
02345678911213
工况
工况
有堵头■无堵头
口有堵头■无堵头
80
10
70
三800
60
50
600
苹40
200
12345678910111213
567891011121
工况
工况
口有堵头■无堵头
口有堵头■无堵头
图10装堵头与不装堵头的试验结果比较
鉴作用。可靠而简单的冷却EGR系统是柴油机研
术内燃机,2003(6:15-17
究的一个重要课题。
3]朱昌吉,等废气再循环对车用柴油机性能与排放的影
响汽车工程2004262143-148.
[参考文献]
4]姚建明,王美丽,等柴油机试验报告上海内燃机研究
周龙保内燃机学M北京:机械工业出版社2005
2005.
2]方祖华增压直喷柴油机EGR系统结构方案及关键技
●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●
(上接第41页)
测试模式,也可采用下位机脱机测试模式,使用灵3]赵宏斌,全厚德基于C8051F320的数据采集系统USB
活方便。
接口设计微计算机信息2009,(2)
b.可同时测量多个参数,测量精度高。
4]杨金红,林海C8051F320及其在温度检测中的应用
中国科技信息,2009,(24)
c.实际应用证明,本设备具有一定的实5]郭温.基于051f320的USB转速计设计机床与液
用性。
压,2011,32109-114.
参考文献]
6]胡桂阳,等基于C8051F320数据采集器的设计与实现
电子世界2011,(11:55-57
刘,王建汽车发动机原理教程M北京:清华大学郭静基于USB接口的便携多路数据采集盒的设计
出版社,2001
仪器仪表用户,2004,(4
2何桥单片机原理及应用M北京:中国铁道出版社,[8]曾强聪 Visual Basic6.0程序设计教程M北京:中国水
2008
利水电出版社,2003
万方数据

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