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柴油机主要的污染物是PM（颗粒物）和NOx（氮氧化物），我们说的国三、国四、国五甚至未来的国六排放，就是这两项污染物的限值不一样，要求越来越严格。目前柴油车的国四技术路线主要有两种，一种是重卡客车等大型车辆使用的SCR技术，一种是轻型车辆使用较多的EGR技术。SCR技术已经介绍过很多了，在此不做赘述，这一期我们聊聊EGR技术路线。 在了解EGR技术路线之前，我们得先了解柴油机的污染物是怎么产生的？高温富氧产生NOx氮氧化物；燃料未完全燃烧产生PM颗粒物，简单理解就是燃烧温度低产生PM。这里就有一个矛盾了，两种污染物中，Nox是燃烧温度高产生，PM是燃烧温度低产生，要想让这两种污染物在缸内同时降低是不可能的，只有分步进行，因此就产生了两种技术路线。 SCR技术是在发动机缸内先提高燃烧温度，在缸内降低PM，PM降低势必就会造成缸内Nox含量的增多，再在排气管上加一套SCR技术，反应掉缸内生成的NOx，达到国四排放；EGR技术则是先降低缸内的燃烧温度，在气缸内减少NOx的生成，在排气管上加颗粒捕集器，收集产生的PM，然后烧掉，达到国四排放。 EGR是英文Exhaust Gas Recirculation头三个英文字母的简称，中文翻译过来就是废气再循环。EGR技术就是将一定量燃烧后废气通过EGR控制阀引入进气管，与新鲜气体混合后进入气缸燃烧，一方面使混合气热容量增大，造成相同量的混合气升高同样温度所需热容量增大，从而降低最高燃烧温度；另一方面，废气对新鲜充量的稀释，也相应降低了氧的浓度，从而有效的抑制了NOx的生成。 DOC是Diesel Oxidation Catalyst的缩写，中文翻译过来是氧化性催化器，用来和尾气中的HC（碳氢）、CO（一氧化碳）、SOF（颗粒物中的可挥发性物质）进行氧化反应，从而达到降低排放的目的。该技术使用含有贵金属的催化剂使发动机排气中的HC、CO、NO和颗粒表面的可挥发性成份进一步氧化，氧化催化剂通常是用陶瓷蜂窝体或者金属蜂窝体为载体、其上负载氧化物涂层和活性金属成分而构成。从而降低HC,CO,PM的量。再更深入的介绍一点，就是DOC的载体有陶瓷和金属之分，通常陶瓷是堇青石的，常用的活性金属镀层组分有贵金属铂、钯等。 了解了DOC的一些基础知识，小轨惊叹这真是后处理的神器啊，降低HC,CO,PM，问题不就解决了么。为什么还要POC呢？认真考虑一下，不难发现DOC对颗粒物的处理还是非常有限的，而柴油机的废气主要是氮氧化物和颗粒物两类。POC的出现互补了这一方面。另外POC的工作需要较高的再生温度，因此要和DOC配合使用。接下来小轨就跟你聊一聊POC。 POC是Particle Oxidation Catalyst的缩写，中文翻译过来是颗粒氧化器。POC是半通式的过滤器, 用来捕集尾气中的PM颗粒物，捕集之后依靠废气的温度烧掉，最主要作用是解决黑烟颗粒问题。去除颗粒物的效果在50%左右，DOC催化器氧化与柴油机本身缸内的燃烧产生NO生成NO2进入POC后，NO2分子键在较低温度（250 ℃左右 ）即可断裂产生氧气，产生的氧气与被捕捉的C颗粒燃烧反应生成CO2；柴油机大部分的普通形式工况都能满足POC中的再生温度（ 250 ℃ ～500 ℃ ），从而可有效的去除PM。 柴油机大部分的普通形式工况都能满足POC中的再生温度（250℃～500℃），减少PM排放。POC相当于一个过滤器，有效的控制了颗粒物的排放，但也有比较容易堵塞的问题。随着时间的推移，性能大打折扣。所以定期的维修和清理对于POC是非常有必要的。 POC上装了一个压差传感器（DPS），压差传感器有两个软管，分别通往POC前段和后端，用来测量POC前后的压差，ECU根据该压力差判断捕集器中颗粒的积聚程度，当压差过大时，说明后处理器已堵塞；压差过小是可能是压差传感器被拆掉了或者有大漏洞。ECU会报出故障码采取措施保护发动机。还有很多POC相关的故障，也是依靠这个传感器的反馈值报出的，如EDC17C55或者C53常见的P2001/P2002（POC堵塞故障）。根据废气进人气缸是否通过发动机的迸气系统，EGR系统可分为内部EGR系统和外部EGR系统。 内部EGR系统通过改变配气正时实现。该系统不需要外加其他设备，结构简单，应用方便，而且可以避免再循环废气对管道的腐蚀，有利于提高系统耐久性。由于是在进气行程内，直接开启排气阀使废气回流，因此难以精确控制EGR率；同时废气未经冷却直接回流，引起混合气温度升高，这一点又有利于NOx的生成。因此内部EGR对NOx的抑制效果并不显著。但是随着控制技术的不断提高，内部EGR因其简单、便利，日益受到青睬。 外部EGR利用专门的管道将废气引入进气歧管，使废气与新鲜充量在进入气缸前充分混合。由于外部EGR不但可以通过电控系统精确控制EGR率，优化发动机性能，而且可以在外部系统中通过加装EGR冷却器，有效降低燃烧温度，因此目前较为常用的是外部EGR系统。 是因为废气温度很高，如果不经过冷却，直接引入气缸，会降低新鲜空气的充气效率，减少发动机的动力输出。试验证明，把再循环的排气加以冷却，即采用所谓冷EGR，可使进入缸内的新鲜空气的损失减少，从而避免了大负荷燃油经济性和排气烟度的恶化。如果不降低引入的废气温度，会造成排气温度上升，而DOC的工作温度在200—300℃度之间，如果排气温度>350℃，将导致大量硫酸盐生成。 EGR冷却器可以用柴油机的冷却水冷却，但是冷却温降有限，最好是用空气直接冷却。现已成功投产的EGR冷却器，可在不同工况下，使EGR温度下降50-150℃，使NOx下降10%左右。自然吸气柴油机，由于进排气之间有足够的压力差，EGR的控制比较容易。在现代增压柴油机中，由于涡轮增压器效率的提高，增压器后的进气压力（增压压力），在很多工况下会高于增压器前的排气压力，造成EGR的困难，因此需要通过其他途径提高EGR率。在EGR阀前，加一个排气脉冲阀，利用排气脉冲加大EGR量。用节流阀对进气进行节流，降低柴油机前的进气压力，可使EGR率大为提高。但显然会增加柴油机的泵气损失，有损燃油经济性。在进气系统中，装一个文丘里管，可以提高EGR的有效压差，从而扩大EGR率的可调范围。由于艾丘里管喉口的压降，在喉口下游可得到部分的恢复，压力损失可以减小，调节文丘里管的旁通阀，可改变EGR的有效压差。用专门的EGR泵强制进行EGR，具有最大的灵活性。但由于EGR泵的流里要求很大，机械驱动泵显然过于庞大昂贵。一般采取下图方案，在涡轮增压器驱动个外加的EGR。 可变喷嘴增压器VNT（Variable Nozzle Turbocharger）是实现增压柴油机有效EGR的一个新途径。用普通涡轮增压器，实现足够的EGR往往有困难，有试验结论已表明：用普通的涡轮增压器时，只能在部分负荷下获得0.1左右的EGR率；用可变喷嘴涡轮增压器时，柴油机大负荷时，可以通过减小涡轮喷嘴流通面积来提高排气压力，进而增大大负荷领域的EGR率。利用进气歧管真空度与排气压力控制EGR阀的开启及开启程度。控制精度低，现在很少采用，大家了解即可。EGR阀开度由EGR真空口的真空度决定，EGR真空度由节气门开度决定。EGR阀开度由EGR温度阀开度和EGR真空口的真空度决定，EGR真空度由节气门开度决定，EGR温度阀开度由水温决定。 开环控制一般基于脉谱（MAP）的控制，即通过实验确定典型工况下，达到排放要求的最佳EGR率。这种方法控制简单，目前应用较为普遍。但其准确性依赖于各种工况下MPA图的精确制取，同时动态响应慢。较典型的开环控制为对混合气的成分加以考虑，根据不同转速、负荷条件，由进气和排气中的氧气浓度来确定最优的EGR率。 闭环控制可以选择基于排气背压的闭环控制，也可选择基于排气氧气传感器的闭环控制。基于排气氧气传感器的闭环控制，选取对发动机性能影响最大的两个参数—进气中的氧气浓度和排气中的氧气浓度加以考虑。 基于过量空气系数的EGR控制，是通过过量空气系数来间接测量NOx的排放量，其受EGR率的影响大，可作为EGR闭环控制的反馈信号。闭环控制可以实时根据工况的变化自动调整EGR量，使EGR达到最佳。因此它比开环控制的效果更好，但其结构也较为复杂。 EGR率过大，使燃烧速度太慢，燃烧变得不稳定，失火率增加，HC增加、动力性、经济性下降；EGR率过小，NOx排放达不到法规要求，易产生爆震，发动机过热等现象。 因此EGR率必须根据发动机工况要求进行控制。通常将EGR率控制在10%～20%范围。 增加EGR率可以使NOx排出物降低，但同时会HC排出物和燃油消耗增加。因此在各种工况采用的EGR率必须是对动力性、经济性和排放性能的综合考虑。只有热态下进行EGR。发动机温度低时，NOx排放浓度也较低，为了保证正常燃烧，冷机时不进行EGR。在起动、暖机、怠速及低负荷工况中，发动机的冷却水温度及燃烧温度较低，NOx排放浓度也很低，为了不影响燃烧的稳定性，不进行排气再循环。此时EGR阀应该关闭，废气不进入气缸。中负荷时一般具备了产生NOx的条件，EGR阀投入工作，将一小部分废气引入进气歧管，控制NOx排放的污染值。大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性，此时混合气较浓，NOx排放生成物较少，可不进行EGR或减少EGR率。EGR率显然应当随负荷和转速而改变。特别是随着负荷的增大，为了发出最大的功率，应使混合气加浓，此时当然要将EGR率减小，直至完全关闭EGR阀。电子控制EGR系统中的EGR阀，既有真空驱动的真空EGR阀，也有电机直接驱动的电动EGR阀。 ECU根据传感器信号确定EGR率，确定EGR电磁阀中脉冲信号的占空比，占空比越大，EGR电磁阀打开时间越长，则真空阀真空度越大，EGR阀开度越大，EGR率越大；反之，EGR电磁阀中脉冲信号占空比越小，EGR率越小。 电动EGR阀是一种线性EGR控制阀，是由PWM信号控制的比例电磁阀。工作时，电控单元根据运行工况决定EGR量，再根据事先标定情况，决定PWM信号脉宽，就可以控制EGR量。这种阀通常还装有阀口开度传感器，将阀口的实际开度反馈给电控单元，实现对阀口开度的闭环控制，从而实现对EGR量的精确控制。因此其EGR量的控制精度比真空阀高，而且响应速度比真空阀高得多。目前这种电磁阀的应用越来越多。由于这种阀接近高温气体，工作环境差，对其可靠性提出更高的要求。1、EGR阀不能开启或废气流动受到阻碍，则可能会出现以下故障：1）车辆加速行驶时，会出现“砰”或“咻”的声音（爆燃）2、EGR阀在打开时产生卡滞现象或始终处于部分开启状态，则可能会出现以下故障：如果怀疑是EGR系统导致的上述现象，可以尝试堵住EGR出气孔，强制关闭EGR，再试车。以上就是本期EGR阀的相关深度剖析，文章虽长，但小轨用心耕耘，所以字字皆为干货，诚邀各位电控师傅和泵友在下方评论区参与讨论留言哦！
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