摘要：柴油机EGR（Exhaust Gas Recirculation，废气再循环）系统是一种通过将部分废气重新引入气缸燃烧，以降低氮氧化物（NOₓ）排放的关键技术。其与SCR、DPF、DOC等后处理技术的协同，需通过动态控制策略、温度管理和系统集成设计实现柴油发电机的排放、油耗与可靠性的平衡。实际应用中需重点监控EGR阀状态、后处理温度链及传感器数据，结合定期维护（如清洗EGR冷却器、DPF再生）确保系统长效运行。

 

一、EGR工作原理及作用机制

 

1、EGR系统核心目标

（1）核心功能：通过降低燃烧温度，抑制NOₓ生成（高温富氧条件下NOₓ生成量显著增加）。

（2）典型减排效果：EGR率（废气占比）10%~30%时，NOₓ排放可减少30%~70%。

2、系统组成与工作流程

（1）主要部件

① EGR阀：控制废气流量（电控或气动调节）。

② EGR冷却器：降低废气温度（通常从600℃冷却至150℃以下），提升废气密度和掺混效率。

③ 废气管道：连接排气歧管与进气系统。

④ 传感器：包括温度传感器、压力传感器、氧传感器等，用于实时反馈控制。

（2）工作流程

① 废气提取：从排气歧管中抽取部分高温废气。

② 冷却处理：废气通过EGR冷却器降温，减少对进气充量的热影响。

③ 掺混进气：冷却后的废气与新鲜空气混合后进入气缸。

④ 燃烧抑制：废气中的惰性气体（CO₂、H₂O等）稀释氧气浓度，降低燃烧速度与峰值温度。

⑤ 工作步骤：排气歧管 → EGR冷却器 → EGR阀 → 进气歧管 → 气缸

3、EGR系统的控制策略

（1）EGR率调节：ECU根据工况动态调整废气量：

（2）低负荷：EGR率较高（降低NOₓ，但需避免燃烧不稳定）。

（3）高负荷：EGR率降低（保障动力输出，防止排温过高）。

（4）闭环控制：基于氧传感器反馈，精确控制空燃比（λ=1.5~2.0）。

4、EGR系统的类型

（1）高压EGR

① 路径：从涡轮增压器前取气，直接引入进气歧管。

② 优点：响应快，适合瞬态工况。

③ 局限：废气温度高，需强化冷却。

（2）低压EGR

① 路径：从DPF后取气，经涡轮增压器压气机后引入进气。

② 优点：废气经过后处理更清洁，长期可靠性高。

③ 局限：系统响应延迟，需复杂管路设计。

 

柴油机EGR废气再循环系统原理图

 

二、EGR与其他后处理技术的协同策略

 

EGR（废气再循环）系统通过降低燃烧温度减少NOₓ生成，但需与其他后处理技术协同以全面满足排放法规（如国六、欧Ⅵ）。

1、EGR与SCR（选择性催化还原）

（1）协同原理：EGR降低NOₓ基数，SCR处理残余NOₓ。

（2）控制要点：

① 尿素喷射量优化：EGR降低NOₓ浓度约30%~50%，SCR尿素（AdBlue）消耗量可减少20%~40%。

② 温度匹配：SCR催化剂工作温度需＞200℃，EGR冷却后的废气温度可能降低SCR入口温度，需通过延迟喷油或废气节流阀调节排温。

（3）应用场景：重型柴油机（如康明斯X12），EGR率15%+SCR系统，NOₓ排放降至0.4g/kWh以下。

示例：康明斯发动机在EGR率20%时，SCR催化效率从70%提升至90%，尿素消耗量从5%燃油比降至3%。

2、EGR与DPF（柴油颗粒捕集器）

（1）协同原理：EGR增加颗粒物（PM）排放，DPF捕集PM并再生。

（2）控制要点：

① EGR率与DPF再生平衡：EGR率过高可能导致PM生成量超过DPF承载能力，需动态调节EGR率（如高负荷时降低EGR率至10%以下）。

② 被动再生辅助：EGR废气含较高CO和HC，配合DOC（柴油氧化催化器）氧化升温，促进DPF低温被动再生（温度＞250℃）。

③ 技术难点：EGR废气中的灰分可能加速DPF堵塞，需采用低灰分机油（如API CK-4）。

④ 数据支撑：EGR+DPF协同下，PM排放可降至0.01g/kWh（国六标准限值0.01g/kWh）。

3、EGR与DOC（柴油氧化催化器）

（1）协同原理：DOC处理EGR废气中的CO和HC，提升综合排放性能。

（2）控制要点：

① 空燃比优化：EGR稀释氧气浓度可能抑制DOC氧化效率，需通过增压补偿（如VGT涡轮增压）维持过量空气系数λ＞1.5。

② 温度管理：DOC起燃温度需＞200℃，EGR冷却可能降低排气温度，可通过推迟喷油正时或电加热提升温度。

③ 应用效果：CO和HC转化效率可达90%以上，同时降低DPF再生温度需求。

典型案例：康明斯发动机搭载EGR+DOC+DPF系统，CO排放从0.5g/kWh降至0.1g/kWh。

4、EGR与ASC（氨逃逸催化器）

（1）协同原理：ASC消除SCR未反应的残余氨（NH₃），防止二次污染。

（2）协同逻辑：EGR降低SCR入口NOₓ浓度，减少尿素喷射量，间接降低氨逃逸风险。ASC需布置在SCR下游，催化温度窗口与SCR匹配（通常180~400℃）。

（3）优化方向：通过EGR精准控制NOₓ波动，减少SCR尿素喷射过量，ASC氨转化效率可提升至99%。

5、双EGR（高压+低压）与后处理系统协同

（1）技术路线：高压EGR（响应快）用于瞬态工况控制NOₓ；低压EGR（清洁废气）用于稳态工况减少DPF负荷。

（2）协同优势：高压EGR从涡轮前取气，快速抑制NOₓ生成；低压EGR从DPF后取气（低颗粒物含量），保护DPF寿命。

应用实例：康明斯X15发动机采用双EGR+SCR+DPF，NOₓ和PM排放分别降低60%和95%。

 

总结：

柴油机EGR系统通过精确控制废气循环量，显著降低NOₓ排放，是现代柴油机满足严格环保法规的核心技术之一。其效能依赖于冷却效率、控制策略及与后处理系统的协同，但也需应对积碳、动力损失等挑战。维护时需重点关注EGR阀、冷却器及管路的清洁与密封性。

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