摘 要

随着汽车工业的快速发展，尾气排放污染已经严重影响到我们生存的环境。柴油机在现下运输行业以良好的经济性和动力性拥有宽泛的应用远景，主要有害排放物是NOx和微粒。排气再循环系统简称EGR系统，是目前内燃机降低NOx排放的主要措施之一。排气再循环是指把发动机排出的部分废气回送到进气歧管，并使其与新鲜混合气一起再次进入气缸，降低混合气中氧浓度，减缓燃烧速度，使燃烧温度降低，从而抑制NOx的排放。

本论文在查阅大量中外文献之后，全面了解了柴油机EGR系统的国内外发展状况。紧接着，论文对柴油机排气再循环系统进行了整体的设计。本系统采用进气节流式布置，采用高压回路的连接方式，减少废气对增压器和中冷器的腐蚀和污染。排气在增压器之前被引出，由EGR冷却器冷却，并且由EGR阀的开度控制流量。 在运行过程当中，先将进气节流阀完全打开，通过控制EGR阀的开度可以调际节EGR率，减小进气节流阀对发动机动态性能和充气效率的影响；当EGR阀全开而无法达到预期EGR率时，节流阀的部分关闭会增加涡前与中冷后的压力差，进而调整EGR率。

其后，论文对EGR系统进行了设计，包含EGR管的直径、EGR阀的布置形式、EGR阀的安装位置、EGR阀的参数设计、EGR冷却器的选取等。在选取EGR管的直径的时选用了GT-power软件进行建模仿真。

最后，论文对EGR系统的控制策略进行了分析。在指出EGR系统控制难点之后，定性分析了EGR系统如何在瞬态工况和稳态工况下实现控制。

关键词：排气再循环；柴油机；EGR阀；NOx

Abstract

With the rapid development of the automobile industry, automobile exhaust has seriously affected our living environment. Diesel engines have a wide range of application prospects in the field of actual transportation with excellent economical performance and dynamic performance. The main harmful emissions are NOx and particulates. The exhaust gas recirculation system is simply referred to as an EGR system and is one of the main measures for reducing the NOx emission of the internal combustion engine. Exhaust gas recirculation means that part of the exhaust gas emitted from the engine is sent back to the intake manifold, and is re-entered into the cylinder together with the fresh mixture gas to reduce the oxygen concentration in the mixture, slow down the combustion speed, and reduce the combustion temperature, thereby suppressing NOx. Emissions.

This thesis first reviews a large number of domestic and foreign literatures and systematically summarizes the development status of diesel EGR systems at home and abroad. Then, the dissertation designs the diesel exhaust gas recirculation system as a whole. The system adopts the arrangement of the intake throttle EGR system and adopts the connection of the high-pressure circuit to reduce the pollution and corrosion of the exhaust gas to the supercharger and the intercooler. The recirculated exhaust gas is led out before the supercharger, cooled by the EGR cooler, and the flow rate is controlled by the opening of the EGR valve. In the actual operation process, the air intake throttle valve is fully opened first, and the EGR rate can be adjusted by controlling the opening degree of the EGR valve to reduce the influence of the air intake throttle valve on the engine dynamic performance and the charging efficiency; when the EGR valve is fully opened .When the expected EGR rate cannot be achieved, the partial closure of the throttle valve will increase the pressure difference between the vortex before and after the cold, thereby further adjusting the EGR rate.

After that, the paper designs the EGR system, including the diameter of the EGR pipe, the layout of the EGR valve, the installation position of the EGR valve, the parameter design of the EGR valve, and the selection of the EGR cooler. The GT-power was used to model and simulate the diameter of the EGR pipe.

Finally, the paper analyzes the control strategy of EGR system. After pointing out the difficulty of EGR system control, qualitative analysis of how EGR system achieves control under transient conditions and steady state conditions.

Key words: Exhaust gas recirculation; Diesel engine; EGR valve; NOx

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 NOx形成机理及影响因素 3

1.2.1 NOx的产生机理 4

1.2.2 柴油机降低NOx的方法 4

1.3 EGR系统降低NOx的机理 5

1.4 国内外EGR技术研究状况 5

1.5 本课题研究的内容 6

第2章 柴油机EGR系统的布置形式 7

2.1 几种柴油机EGR方案分析 7

2.1.1 与涡轮增压器一体的EGR系统 7

2.1.2 排气与空气混合后同时增压的EGR系统 7

2.1.3 采用节流阀的EGR系统 8

2.1.4 有文丘里混合器的EGR系统 8

2.2 EGR的实现方式 9

2.3 EGR系统布置方式的选择 11

2.4 本章小结 11

第3章 EGR系统的设计 12

3.1 江铃 4D24 柴油机主要参数 12

3.2 EGR系统主要零部件的设计 12

3.2.1 EGR 管参数设计 12

3.2.2 EGR 阀的设计 16

3.2.3 EGR 冷却系统的种类和选取 21

3.3 本章小结 21

第4章 EGR系统的控制策略 22

4.1 柴油机实现EGR控制的难点 22

4.2 稳态工况控制 23

4.3 瞬态工况控制 23

4.4 本章小结 24

总 结 25

参考文献 26

致 谢 27

第 1 章 绪论

排气再循环简称EGR系统（Exhaust Gas Recirculation）是当下降低NOx排放的一种有效措施。在发动机动力性不明显下降的前提下，按照发动机温度、负荷等条件，它将一部分废气引入进气管，使其与新鲜空气混合进入气缸燃烧从而实现排气再循环理论。研究表明EGR技术通过降低燃烧温度及进气中的氧浓度来降低NOx排放。再循环的排气使得新鲜混合气中的氧浓度变稀，致使燃烧速度降低，并且提高新鲜混合气的比热容，有效降低缸内最高燃烧温度，抑制NOx排放。

1.1 课题背景

汽车是现代文明的产物，其加速发展给人们带来了诸多便利。与此同时，汽车也给社会带来了环境问题。汽车排放的有害气体严重影响人们的生存环境及身体健康。

截至2017年底，中国机动车保有量达3.10亿辆，新车登记注册量增长速度约为2000万辆/年。我国机动车迅猛增长带来的污染问题日益突出，我国空气污染的主要来源已包含机动车尾气排放，尾气排放是造成光化学烟雾污染、颗粒物污染的重要原因。以北京市主要污染物的机动车排放分担率为例，一氧化碳分担率为86%，碳氢化合物分担率为38%，氮氧化物分担率为57%，颗粒物分担率为22.2%。因此，机动车尾气污染物CO、NOx、HC等已成为我国大气污染的主要污染源。2018年1月1日起我国轻型汽车开始实施国V标准，重型汽车自2012年7月进入国IV标准以来排放要求越来越严苛，由此可见，降低机动车污染物排放，改善大气环境质量，是目前社会各界一项迫在眉睫、刻不容缓的任务。

在现下运输行业中，柴油机以其良好的动力性和经济性具有宽泛的应用远景。相较同等排量的汽油机，柴油机的油耗和排量低30%—35%。妨碍柴油机发展的一个重要因素就是比较高的排污。2016年，在我国汽车NOx总排量中柴油车约占70%，PM柴油车超过90%。与同类型的汽油机相比，柴油机过量空气系数很高，HC和CO排放较少，主要污染物为NOx和PM。NOx和微粒生成机理与生成条件基本上相反，两者间存在着折中关系，成为柴油机排放控制需要解决的主要技术问题^[4]。在实际运输领域中，柴油机以其优良的动力性和经济性具有广泛的应用。