【正文】 2】。、二氧化氮、三氧化二氮氮氧化物通過呼吸進入人體肺的深部,可引起支氣管炎或肺氣腫。我國機動車排放污染物大部分來自于汽車。能源的短缺和環(huán)境排放污染的治理問題現(xiàn)在已擺在未來汽車發(fā)展的趨勢里，未來汽車進步不是在于大產量的市場保有，而是在于不斷優(yōu)化內燃機的效率節(jié)約能源，不斷地開發(fā)新的排放技術和措施，這都是未來汽車行業(yè)所要解決的問題，而同時這個問題同樣會使得汽車技術的發(fā)展會不斷地進步。同時燃燒溫度的降低反過來會使得活塞汽缸壁面等一些部件的散熱量會減少，同時工質因為高溫條件下的裂解和碳化而消耗的能量也會隨之而減少。 EGR技術回輸的廢氣存在著惰性性質這將會延緩缸內燃燒的進程，換句話說就是燃燒速度將會減慢，這樣會使得燃燒室內形成高壓力的進程也減慢，這就是為什么氮氧化合物會減少的主要原因之一。例如，盡管一味提高廢氣再循環(huán)率對減少氮氧化物的排放是有明顯的效果, 但是這樣這也會造成顆粒物和其他污染成份的排放增加，反而產生消極的影響，未來法規(guī)下的排放（）。但現(xiàn)在一般用得最廣泛是低壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，其系統(tǒng)的主要部件是數控式EGR閥。旋轉式針閥的特性保證了當EGR閥關閉時，具有良好密封性。在脈沖式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中，廢氣被重新送回氣缸內，因此廢氣的壓力應高到足以使氣流反向。 先了解內部EGR技術，內部 EGR 技術結構簡單，不用外部設備，一般情況下通過改變配氣相位就可以實現(xiàn)，就如同提高缸內的殘余廢氣系數。廢氣殘余法是將排氣門提前關閉，這樣缸內保留一部分廢氣殘余，在進氣的時候完成殘余廢氣與新鮮工質的混合，但是會產生相應壓縮負功，推遲進氣門開啟時刻減少功率損失。外部 EGR 比內部EGR要復雜，一般配有EGR閥門和冷卻器，包含一些特殊管路還有控制單元，也是因為這樣外部EGR才能對EGR率進行控制，使EGR發(fā)揮出本來有的效果。2 進氣節(jié)流式 EGR 系統(tǒng) 圖 此技術方案利用節(jié)流閥的工作原理，讓進氣管的廢氣開口處產生負壓，用壓差的辦法吸入廢氣。3 低壓 EGR 系統(tǒng) 圖 低壓EGR系統(tǒng) 此系統(tǒng)從渦輪機前或渦輪機后將廢氣導出，經過 EGR 閥和冷卻器后在壓氣機前端將廢氣導入，由于氣壓始終高于外界大氣壓，用這種連接可以方便輕松的實現(xiàn)我們需要的。在使用了文丘里管以后，便可以大大降低了廢氣的流動阻力，可以輕松的實現(xiàn)較高的 EGR 率，而且發(fā)動機的功率損失小，不怎么受影響，文丘里管技術成熟，使用簡單，成本較低，目前該產品的應用比較廣泛【10】。一般在高負荷的狀態(tài)下汽油機通常采用的是均質充氣，這在效果上與多點噴射技術是異曲同工的，通常情況下燃油的吸入是在發(fā)動機進氣門打開的時候，這樣獲得的沖入效果是理想的。燃油在活塞往下 至點運行時進入氣缸，即使發(fā)動機運行速度特別快，也有足夠的時間形成混合氣，與分層充氣方法比較這點還是較容易實現(xiàn)的，均質充氣方法的工作原理如圖。將均質充氣方式同發(fā)動機增壓技術結合共同開發(fā)，通過增壓可以提高發(fā)動機的比功率，這樣會減少發(fā)動機的重量，減小摩阻的面積，減少摩擦損失，通過運用這些方法，就可以使汽油機在同等功率下提高近 10%的熱效率【12】。只有通過發(fā)動機的各項參數進行良好配合的條件下才可以達到預期期望，需要強調的是進氣流場，燃燒室的結構，火花塞及噴油器等的布置，凡是與噴油機有關的相關參數有關的都得仔細考慮。供油時刻和活塞之間運動關系也變得不一樣，從而影響發(fā)動機轉速。既要避免燃油接觸燃燒室還要充分混合氣，需要好的擠氣運動，保證進氣性同時會影響充量系數。部分燃油混合氣可正常點燃。 直噴汽油機的噴射系統(tǒng)受到影響的因素是諸多的，打比方像燃燒室外形，噴油嘴與火花塞位置布置，擠氣運動形成渦流運動等都是影響參數。業(yè)界內有常用的兩種方式實現(xiàn)直噴技術，分別是低壓空氣輔助技術和高壓共軌技術。又壓縮機維持，燃油一般先進入混合室內部分與空氣混合，之后再噴入燃燒室。這種技術通常使用外張式噴嘴，噴油時刻即使很早也來得及形成良好的混合氣。然而對于高壓共軌技術來說，顯然這個問題就要復雜許多，最初的設想是用于解決柴油機上的問題【14】。硬件構成有高壓低壓油路組成，在低壓油路中一邊鏈接油箱另邊連油泵，高壓軌始于油泵終于油嘴。如下圖高壓共軌系統(tǒng)簡圖： 圖 高壓共軌簡圖 小結 EGR技術很早就已經提出，同其他的技術結合集成于一體，目的在于提高汽油機的熱效率同時減少污染排放的目的。 2. 設計 EGR 試驗系統(tǒng)。 49第二 發(fā)動機臺架試驗第二章 發(fā)動機臺架試驗 試驗臺架電控簡介要想研究在EGR條件下過量空氣系數對發(fā)動機性能的影響我們必須組建一個試驗平臺去測試。為了保證實驗數據的準確對發(fā)動機的機械部件不能修改。控制的參數也是多因素的，有噴油正時，噴油脈寬，節(jié)氣門開度等。其控制系統(tǒng)也是該公司一體設計，通過該公司不斷努力的改進和研究，使得整個操作采集數據由繁化簡，使得平臺在測試實驗中性能變得出色。我們引入寬帶氧傳感儀目的適用于監(jiān)測混合氣的λ值，該儀器是由美國 ETAS 公司生產的，要想得到精確的數據，我們通常將該檢測設備放在發(fā)動機的排氣管道的總口處，已使得能夠檢測每缸的平均氧含量濃度。 油耗檢測儀簡單的來說，這個控制系統(tǒng)硬件上也是有三部分組成的。ECU的核心是單片系統(tǒng)模塊，他接收信號運算處理過后，然后對外發(fā)出相應指令以保證試驗運行。上位機與 ECU 的通訊通過串口實現(xiàn)，發(fā)動機的控制程序通過 Code Warrior IDE 軟件編寫，在經過線下調試完成后，利用 BDM 將控制程序導入單片機中。這個過程可以參考澤爾多維奇的鏈式反應理論，環(huán)境的高溫使得氧分解為氧原子，隨著濃度溫度的持續(xù)增加，一氧化氮的含量會逐步上升，這個過程中高溫富氧起了決定性做用。由于汽油機通常采取量調節(jié)，引入EGR會使進氣量增大，會減少低負荷的節(jié)流損失。 系統(tǒng)的搭建與細節(jié)選擇 EGR系統(tǒng)布置也是至關重要的，其布置結構見圖，由于增壓發(fā)動機的原因，低壓回路的壓降差性能會變得更好，從而實現(xiàn)容易控制EGR率。其原理利用真空壓差形成動力，由于發(fā)動機工況不同，控制孔開啟讓真空度進入真空閥室里，以便開啟閥體。 （1）比例電磁鐵式 EGR 流量控制閥,通常中小型發(fā)動機采用這種配置，由于電磁的應用，使得這個閥門采用的是電磁式那種作為驅動件，通過將驅動電壓的有效值轉換為調節(jié)驅動磁力的調節(jié)，通過利用磁力吸引桿件的位置的的變動來改變EGR的開度的大小，這個開度又可以控制EGR率不斷地在改變。（2） 步進電機EGR流量控制閥這種流量控制閥利用的是步進電機，這可以將監(jiān)測的參數變量轉化為電機的啟動和停止從而控制相位的變化和直線位移，從而來去控制，由于其不受外界的輕易影響，即使在沒有閉合反饋調節(jié)系統(tǒng)的修正下，也可以對其EGR率進行精確的調節(jié)，并且它的穩(wěn)定性強，不管在哪種工況下，由于它的體積小耐久性就比較強。但是這種控制閥門在結構和設計上更加的不簡單，內部的控制和傳感控制系統(tǒng)對實時監(jiān)測的需求是很高的。在實驗中，同樣考慮進氣溫度這個問題，EGR使得廢氣得以回流進氣缸中，使得氣缸中的溫度變高，使得總的充氣量下降【20】。EGR率的計算方法及測量：它定義為進入廢氣同總進氣量的比值，計算公式：....（）這種定義的計算方法在實際上是很難應用的，因為在實際實驗操作過程中，它的參變量是非常多的，并且有些參量不是容易得到的，從而使得直接計算EGR率變得很困難，并且這種方法也不實用【21】。通過實驗不斷調節(jié)EGR率值和過量空氣值得變化，然后觀察實驗關于汽油機運行的扭矩，燃油的燃油消耗量，以及尾氣排放的成分變化，力求找出變化量同我們所要研究結果間的規(guī)律，從而明確我們已有的技術在解決目前內燃機關于熱效率以及排放之間兩者問題程度以及自身的局限性和弊端。通過統(tǒng)計試驗數據做出如下圖： 圖 噴油脈寬7ms EGR對轉矩影響` 噴油脈寬10ms對轉矩影響兩種實驗在進行的時候所選取的噴油脈寬的頻率是不相同的，第一組是在7毫秒而第二組卻取值10毫秒。但是通過曲線下降的現(xiàn)象我們看出，不是一味的提高EGR率就是好的，隨著EGR率繼續(xù)的升高，發(fā)動機的轉矩會有所下降，之后增加的幅度不是很大了基本保持著持平，這就說明EGR率的增高的弊端，就是過分依賴EGR提高，將排放出的廢氣回輸，由于廢氣的高溫以及富含許多有礙燃燒的物質會使得缸內的充量系數會下降，在發(fā)動機小的工況下，就會使燃油混合氣過濃，燃燒就會不充分在缸內各種零件的結構上會產生高溫裂解的積碳 ，而這部分傳熱又會降低了發(fā)動機的熱效率，燃燒的不充分，從而使發(fā)動機動力性下降，扭矩會出現(xiàn)講的趨勢。 EGR率對燃油經濟性影響 從如下得到的兩個圖進行實驗數據分析，分析EGR率同燃油的消耗量關系: 噴油脈寬7ms下 EGR率對燃油消耗率影響 圖3..4噴油脈寬10ms下 EGR率對燃油消耗率影響 該組的試驗數分別是在1800轉每秒和兩千轉每秒的轉速下，噴油脈寬分別是七毫秒和十毫秒。并且隨著轉速的升高發(fā)動機的燃油效率也是先減少最小值的范圍，然后消耗率又會慢慢的上升。但是后期繼續(xù)加大EGR率燃燒油耗率反而增大，這與廢氣進入氣缸內，高溫氣體與廢氣成分使得缸內燃燒溫度和混合氣濃度減低，使得燃燒變的不好，這恰恰增加燃油消耗，這就是EGR率過分提高對燃油消耗也不好。對于發(fā)動機尾氣的排放在沒有采取EGR技術下，排放出氮氧化物的尾氣是很濃的。 EGR率對碳氫排放的影響 噴油脈寬7ms下EGR率對于HC排放影響 通過對比兩圖的實驗數據，EGR率對于碳氫排放的影響還是比家復雜的。但是從EGR原理出發(fā)，引入廢氣勢必會對缸內參數造成影響，使得燃燒變?yōu)閺碗s，在一小幅度下降后，碳氫排放逐漸增大，引入的廢氣會影響缸內的燃燒溫度，一瞬間將整個燃燒反應的化學機理反應減慢，這將導致后續(xù)溫度降低使得混合氣霧化效果變得很差，雖然回引入充氣量但這起到的效果微乎其微，再加上回輸的廢氣中含有大量對燃燒有害的氣體以及含量稀少的氧氣使得燃燒進程進一步惡化，燃燒就會出現(xiàn)損失，使得燃燒不充分。然后又有一個小幅度的下降，之后升降趨勢就不是很明顯了，基本在一個大致的范圍內波動。但之后一氧化碳隨后小幅度的上漲是由于過高的提高EGR率造成的，回輸的高溫氣體和有害氣體成分反作用與缸內的燃燒條件，使得燃燒惡化，整體燃燒的速率減緩，缸內點火后爆發(fā)壓力和高溫升高時間延時，使得燃燒的重心后移。但總體數據分析的波動幅度來看，EGR率的變化并沒有直接是一氧化碳的濃度有直接的大部分減少或增加，整體濃度都是在一個范圍內波動的動態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，四組數據曲線數據也基本差不多，實際分析的結果來看，EGR率變化對于一氧化碳濃度的變化影響不夠大。這時候匹配發(fā)動機的最佳點火正時，我們通過改變節(jié)氣門的開度來控制過量空氣系數的變化。當過量空氣系數為1的時候提高EGR率在起初EGR率升高不明顯的時候轉矩增大也不明顯但隨后EGR率增加百分百增大轉矩隨之而大幅度的上升，由于在過量空氣系數為1時，是我們理論上認為燃油燃燒同需要的空氣量正好匹配，但是實際是由于EGR的參與，高溫含氧量極低和有害物質造成燃燒質量的下降爆發(fā)的壓力減低隨之轉矩下降，但隨后轉矩升高由于EGR率的增大使得進氣量得到了較大的補充，在效果上相當于增大了充量系數【27】。然而這個數據同上面的比較燃油的節(jié)省效果比不是很高，通過之前的分析，同時EGR率提高的引入會使得缸內的燃燒條件變得差【28】，燃燒變的惡化燃油消耗率自燃就會增加，在節(jié)省燃油的效果上遠不如第一種充量系數的燃油氣。（1） 過量空氣系數對于氮氧化物的影響 圖 EGR條件下噴油時刻7ms過量空氣系數對于氮氧化物影響圖 EGR條件下噴油時刻10ms過量空氣系數對于氮氧化物影響 通過對圖表中的實驗數據試驗數據的分析，總的曲線的反應是氮氧化物的的排放是減少的，但是無論怎樣減少，由于過量空氣系數的不同使得在同樣的EGR率的條件下，過量空氣系數值較大的排放的氮氧化物濃度也是想度較高的，這是由于充量系數大節(jié)氣門開大進入的空氣多含氧量就會高，高溫富氧的條件下自然使得缸內的氮氧化物的排放增多。但是圖表中充量系數是1的時候混合氣碳氫的排放濃度增加并不多而且也不快，說明燃燒的效果還是理想的。說明EGR率對于中小工況的一氧化碳排放效果影響不明顯，這不是影響一氧化碳排放因素。我們在享受到這份便利的同時還要應該認識到越來越多的汽車帶給我們許多嚴重的問題，如能源問題，環(huán)境污染問題都是要亟待解決掉的。力圖研究EGR引入對于汽車動力性，經濟性，排放性能，造成的影響。 ，從整體的數據分析來看對發(fā)動機的經濟性是提高的。最大的減少程度居然達到了88%。 ，分析實驗數據發(fā)現(xiàn)一氧化碳的增加量似乎沒有很明顯增加，但是也沒出現(xiàn)明顯的減少，基本維持在一個穩(wěn)定幅度內變動。所以這個方面的技術前景應用的也是很廣泛的，這個技術的進一步開發(fā)的潛力還是很大的。所以對整個汽車行業(yè)和這個領域內開發(fā)研究的潛力還是非常大的?；粲窭? 《大連交通大學碩士論文》 20071212 【14】采用碰撞油嘴和分段噴射組織均質預混合燃燒的試驗研究潘貴成(導師：許鋒) 《大連理工大學碩士論文》 【15】廢氣再循環(huán)系統(tǒng)EGR的探討桂林