排气再循环

EGR技术在当时(触媒转化器实用化以前、1970年代)，燃油机因无法使用氧化催化来净化NO x 的情况下而导入的。 但是在返流量与燃料喷射量无法精密控制的的情况下，为了使燃料能够安定因此吸气混合比必须设的很高(燃油会过剰)、这反而使燃料消费率恶化。 之后、控制技术提高且触媒转化器的实用化后，现在已经可以用来解决NO x 的排出与燃料消费率提高向的问题。

原理上EGR在没有节流阀的柴油机在减低油门损失上是没有效果的，但在1990年代前期开始进行以减低NO x 为目的的EGR研究中发现、排气中存在的大量二氧化碳与水蒸気和大气来比有较高的热容量，因此对于提升燃料消费率也有一些效果。

实际上排出气体的返流是在吸气与排气的两种流型间接上插有控制阀门的管子，利用控制阀门的开关时间来控制流量的增减。

由于有高温排气返流所以可以忽略吸气充填效率的低下，因此大型柴油机几乎都装有利用热交换器制成的冷却机构(COOL EGR)。 多数会将一部份引擎的冷却水分流，用冷却机构来将吸收的热量进行散热，但会使散热器增加额外的30%负载，所以必须增大冷却风扇等其他设备因而导致重量增加。

另外装有涡轮增压器等过给器的大型燃油机在高负载时若进行EGR，吸气压力会大于排气、会使单纯的阀门开关无法进行返流。因此、须设置EGR 控制阀门逆止阀(止回阀)。

理论上若能改变EGR 量就有可能可以取消燃油机的节流阀、但大量的EGR 在点火时的困难会容易造成燃烧不稳定，以及无法在怠速时达成稳定状态等理由使其难以实用化。

EGR 与希薄燃烧技术很大的关连性，并且还有汽缸内直接喷射技术中希薄混合气下如何能稳定的燃烧的课题。

内燃机在燃烧后排出的气体中含氧量极低甚至是没有，此排出气体与吸气混合后会使吸气中氧气浓度降低，因此会产生下列现象:

比大气更低的含氧量在燃烧时(最高)温度会降低，会抑制氮氧化物(NO x )的产生。燃烧温度降低时，汽缸与燃烧室壁面、活塞表面的热能发散会降低，另外因热解离造成的损失也会有些微降低。燃油引擎其部分负荷为汽缸内在非EGR时为了提供等量的氧气量(为了得到同一轴的出力)，因此需要将油门开大，结果吸气时的吸油(油门)损失较低，燃料消费率会提高。 此即为活塞在一次行程下吸入的氧气降低时，会如同使用小排气量引擎采下加速前进时一样的效果。EGR 的返流量依燃油引擎的情形(在吸气量中)下最大为15%，而怠速时与高负载时则会停止。 以车辆重量来看引擎出力较小的大型柴油车，其引擎负载较高，为了能够达到排气量标准也常会使用到EGR技术。

尾气再循环--ExhaustGasRecirculation

​汽油机中节气门全开时更低的燃油消耗

通过与浓混合气和稀燃相比较，图1详细描述了高负荷工况尾气冷却再循环的潜力。试验结果是在转速为4000r/min和节气门全开(扭矩为260Nm，平均有效压力=1.9MPa)，没有发动机扫气压力梯度即p2(中冷器之后气体压力)=p3(进入涡轮之前的尾气压力)的工况点下测得的。该图说明混合气体被冷却后的尾气中和，减少了爆震倾向，允许更早的燃烧相位，比稀混合气燃烧更稳定。效率的提高使得燃油消耗达到了稀燃水平，并且排气温度较低。

图1 高负荷工况尾气冷却再循环的潜力

3种EGR实现路径的分析

图2展示了3种不同的EGR实现路径。方案A为最大压力梯度的EGR路径(从尾气进入涡轮之前导出并且在压缩机之前导入)，方案B为一个高压循环路径，方案C为尾气从涡轮之后导出并且在压缩机之前导入的低压循环。一般来说，在方案A和方案C中EGR冷却是非常重要的，因为压缩效率不仅受到增加的气体流量影响，同时受到压缩机进气温度影响。方案A对于涡轮增压器的工作性能总体来说影响较小，但是，与方案B相似，这种布置会影响发动机瞬态响应速度，因为从空气动力学观点来说，增大了的涡轮前端缓冲体积降低了涡轮增压器动态"刚性"。因此方案A和方案B在尾气冷却的高温侧靠近涡轮处需要一个尾气控制阀。在方案B中，虽然涡轮前端与压缩机和中冷器后端之间的驱动压力梯度较低，但是压缩机因此完全不受EGR的影响:不管燃烧残余中的污染物还是冷凝水都不会对压缩机造成危害。而且，这一方案不需要设计更大的压缩机来满足附加的尾气流量的压缩需求，从而不需要对排气涡轮增压器的瞬态响应做出折衷处理。

图2 3种不同的EGR实现路径

最初的研究是在方案A上进行的。与浓混合气的标准标定相比，在转速5000r/min时，外部尾气冷却循环能降低燃油消耗达17%。除了燃油消耗显著降低外，带有尾气冷却循环的燃烧过程中还有更重要的优点:发动机排放物显著降低，包括NOX(降低达30%)和HC及CO(均可降低达80%)。在批量产品的应用中，方案B的高负荷工况尾气冷却循环的潜能已在一定的发动机工作范围内得到证实。不过正如人们所预料的，扫气压力梯度随着EGR比率提高而降低，使得在扫气压力梯度尚未完全形成之前，方案B中可能达到的最大EGR导入率就实现了。在进气被EGR稀释的情况下，进气压力提升的必要性也被证实(见图2方案A)，因为发动机实行尾气再循环时需要增加扫气气流量。

通过马勒快速启闭空气脉动阀提高压力梯度

上述现象说明尾气再循环在简单的机械增压发动机上应用的局限性，因此需要视应用情况进行详细的开发工作。在高负荷工况EGR系统中对于提高驱动压力梯度的一般途径有两个:

1.带有相对较大尺寸低压涡轮增压器的"两级"增压:这类人们较熟悉的发动机增压配置在较宽的可能发生爆震的高负荷运行区域中不需额外的改进就能获得期望的逆向扫气梯度;

2.利用进气系统压力波动间歇降低EGR入口处的局部压力:在这方面，马勒正在成功地进行快速启闭空气脉动阀(SLV)的试验，这一试验目前在商用车发动机中进行，以期在靠近节气门全开的工况点上实现EGR。

对于发动机的热管理来说，所需要EGR冷却能力的估计基于1台两片式EGR冷却器。在发动机额定功率140kW及尾气循环率15%等边界条件下，尾气再循环导管所需的散热功率大约为24kW。分析中设定排气温度为980℃。

通过快速启闭阀和尾气再循环冷却器方面的专业技术，马勒集团为完善尾气再循环系统做出了有实际意义的贡献。

在改善抗爆性能或降低排气温度的众多实现方法中，高负荷工况下尾气冷却再循环(EGR)逐渐成为关注的焦点。它不需要对涡轮增压系统、喷射系统或尾气后处理系统进行重大变动。这种技术，使得在节气门全开时燃油消耗降低大约15%。此外，由于它和传统三元催化剂(λ=1)排气后处理技术的兼容性而更具吸引力。

自动再循环阀系统中自动再循环阀集止回阀、流量感知、旁路控制阀、多级降压功能于一体，不需要动力源和控制系统。