市面上销售的民用车发动机技术路线可以说五花八门,如自吸发动机有的是缸内直喷,而有的是歧管喷射,有的带VVT,有的只有可变进气阀门。另外还有如涡轮增压、水冷中冷、EGR等不同技术的机型。那么EGR是什么技术,有什么好处呢?
什么是EGR,为什么需要EGR?
EGR全称Exhaust Gas Recirculation,翻译过来叫作废气再循环,其作用是把发动机排出的一部分废气重新送到进气道,并在汽缸内进行二次燃烧。
为什么需要EGR呢,其原因在于排放法规的限制以及发动效率的提升。人为活动排放的NOx,大部分来自化石燃料的燃烧过程,如汽车、飞机内燃机的排放。由于内燃机在工作时,缸内及排气管均为高温高压富氧的环境,会产生较多的氮氧化物(NOx)。常见的包括一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)。而NOx对环境的损害作用极大,它既是形成酸雨的主要物质之一,也是形成大气中光化学烟雾的重要物质。
在高温燃烧条件下,NOx主要以NO的形式存在,而NO在大气中极易与空气中的氧发生反应,生成NO2。当有云雾存在时,NO2进一步与水分子作用形成酸雨中硝酸(HNO3),硝酸是酸雨的原因之一。此外,氮氧化物还刺激肺部,使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病,呼吸系统有问题的人士如哮喘病患者,会较易受二氧化氮影响。
EGR如何工作,还有什么好处?
EGR大致分为内部EGR和外部EGR实现废气再循环。内部EGR系统利用凸轮轴与可变气门,通过提前开启进气阀,将废气巧妙地引入进气歧管,从而实现了废气的有效再循环,无需额外的组件。而外部EGR系统则采用了独立于发动机的EGR阀和管道,将废气引入进气系统,从而完成废气的再循环过程。
当然,EGR并非将废气全部送至进气道进行二次燃烧,一般只有废气总量的5%—35%左右,这个百分比也称之为EGR率。
空气经过内燃机的气缸,在燃烧做功后,排出的气体中几乎不存在氧气,通过将排出的废气与进气的空气混合后,使氧气浓度降低,导致汽缸内燃烧时的最高温度和平均温度下降,破坏了NOx生成的有利条件,从而降低了NOx的产生。同时,废气再循环使总的废气减少,因此废气排放中总的污染物输出量也相对减少。
EGR不仅降低了NOx的排放,还能提升燃油经济性。EGR率越高,汽缸内的温度越低,抑制爆震的效果也越好,如此一来就能提前点火角,将汽缸内的燃烧重心变好,火焰的传播速度更快,从而提升发动机的热效率,降低油耗。
对于柴油机来说,有没有EGR,柴油机的工作方式也略有区别。目前国六排放标准的柴油发动机有的带有EGR,还有的不带EGR,在相同工况下,两者的尿素使用量大约能差20%。
前面已经说过,EGR是混合新鲜空气再次进入发动机进行二次燃烧,使尾气氮氧化物含量再次降低,排入后处理系统,这个时候使用了EGR技术,有效降低了废气中的氮氧化物含量,对后处理的压力更小,可以有效减少尿素的使用量。而没有配备EGR技术的柴油机,发动机排出废气不会二次燃烧,直接排入后处理,所以相对的氮氧化物含量会更高,这时就全靠SCR系统多喷射尿素对氮氧化物进行处理,从而使排放达标。
当然,EGR也并不都是优点,使用EGR,首当其冲的就是冷凝水的问题。废气再循环时,需要将废气进行冷却后输送到进气道,在此过程中,废气中存在的水分在温度骤降的条件下产生冷凝水,一方面,需要水能正常排出,避免进入气缸内部。此外,水还会与发动机内部的各类气体反应形成酸水,导致腐蚀。(朋月)