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一25．1％时，50％和75％负荷下降虽然要比前段小，但仍比较大，说明在中，高负荷时使用EGR，降低NOx的效果作用明显，这主要是由于小负荷工况时，空燃比较大，EGR废气的引入对空燃比的下降幅度不明显。随着负荷的增大，空燃比逐渐减小，EGR废气对进气中的氧气浓度和进气的比热的影响越大，破坏了NOx的生成条件，限制了NOx的生成。同样，烟度在25％低负荷相比50％，75％负荷时变化要平缓多，但是都会随着EGR率的增加而上升，在16．3％EGR率时中高负荷上升的速度加快，其中75％负荷上升又比50％时要快，在EGR率为29．4％时。烟度排放分别增加了13，9，1．45倍，可以这样认为大负荷时，由于空燃比小，废气的引入会造成氧含量的降低，使燃烧恶化，从而引起烟度的迅速增加，说明在使用EGR率降低NOx排放时确实会使烟度的排放增加，需要我们在使用EGR系统时平衡考虑烟度排放的因素。
图2—2 2400r／min时空燃比和微粒随EGR率变化图
图2—2所示是转速2400r／min时空燃比随EGR量增加的变化图，从中我们可以知道，EGR率增大，空燃比成下降趋势，负荷大空燃比小，25％负荷时在EGR率在15．3％前下降了近24％，其中在13．2到15．3％之间下降更为突出，50％负荷下降的程度要小写但比75％时要多。空燃比是评价发动机燃烧质量的重要指标，会影响到柴油机的油耗，排放，放热等性能的重要原因，所以研究EGR系统对柴油机的影响必须要考虑到对空燃比的变化。从图2—2还以看出微粒随EGR率的变化趋势，在低负荷25％时，微粒排放和原机变化不大，略有增加后回落，在14．8％时增加最多，而在50％，75％负荷时增加就比较明显，基本都是在EGR率到5．3％后开始有大幅改变，负荷越大增加的程度越大，严重影响到柴油机的燃烧质量和放热效率。
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图2—3 2400r／min时EGR率对扭矩和油耗的影响图
从图2—3看到2400r／min时，扭矩和油耗在EGR率增加时的变化曲线图，25％负荷时，柴油机扭矩的消耗受EGR率增加的影响不大，总体略有减少，在EGR率吵过24．7％这个临界点时，影响的幅度增大，减少了近7．8％，在50％负荷受影响程度比25％稍大，而在75％负荷，EGR率超过13．6％时，扭矩减少程度加剧，幅度达到21．4％，负荷较小时，空燃比较大，废气的引入虽然使空燃比有所下降，但空气量仍然充足，对燃烧没有大的影响。随着负荷的增大，空燃比减小，废气的引入会引起不同程度的缺氧情况，EGR率越大缺氧情况越严重，从而导致燃烧恶化，柴油机动力性下降，扭矩下降。图2—3中还有2400r／min时，油耗随EGR率变化时的变化情况，25％负荷时油耗随着EGR率的增加有所减少，降低程度最大达到6．1％，可见，小负荷工况下，由于空燃比大，废气的引入提高了缸内温度，改善了燃油的蒸发、雾化，改善了发动机的燃烧，从而降低了发动机小负荷的油耗，这时采用EGR还可以改善发动机的燃烧，，而在50％负荷，75％负荷却变化不明显，当EGR率达到10．3％时开始略有增加，其中75％符合时增加幅度和时间都较前者多，大负荷时，由于空燃比小，废气的引入会造成氧含量的降低，使燃烧恶化，从而引起烟度的迅速增加，油耗增加。
EGR系统能在各种工况下成功降低的NOx排放，并且随着EGR率的增加效果越趋明显，负荷越大，减少的越多；小负荷时，空燃比大，烟度和微粒变化小。而大负荷时空燃比小，烟度和微粒在EGR率超过临界点时有点急剧加剧趋势。油耗在小负荷时随着EGR率的增加整体变化不大，只是小负荷时，随着EGR率的增加略有减少，改善燃烧状态的趋势。扭矩随着负荷的增大，受EGR率的影响增大，不断减小，使柴油机动力性下降。
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2．2 最佳EGR率效果脉谱图的确定
根据上面的查阅数据分析中可知，EGR率越大，降低NOx排放的效果越明显。但过大的EGR率将不可避免的对柴油机烟度、颗粒排放以及经济性、动力性造成不利影响。为了平衡EGR对发动机各种性能的影响。为了兼顾各种性能对于不同的柴油机型，需要找出每种工况下较为合理的EGR率取值(或取值范围)，这个值一方面可以使发动机达到NOx的排放标准或最大限度的降低NOx，另一方面又不过分恶化其他性能。这个EGR率取值就称作最佳EGR率。本方案在选取EGR率时，低负荷选取大的EGR率，高负荷选取较小的EGR率，由于全负荷为发动机的最大功率点，为了不影响发动的动力性，全负荷时不进行EGR；同时为了保证发动机的稳定运转，在怠速工况以及转速小于1000r／min的工况下不进行EGR。根据以上原则以及原机的排放值和国Ⅲ标准限值，初步选取了该机型的最佳EGR率，如图2-4所示。
图2-4 EGR率的脉谱图
为了考察EGR系统的效果，本文参考了GBl7961．2005中的ESC循环对EGR后的发动机进行的排放测试，试验结果如下
表2～1排放测试结果对比 排放物 国III 原机 NOxg/kWh 5 6.104 HCg/kWh 0.66 0.172 C0g/kWh 2.1 1.343 微粒g/kWh 0.13 0.114 加权比油g/kWh - 244.15 电控EGR 4.872 0.236 1.617 0.124 253.45 从表2—1中可以看出，EGR系统使原机的NOx排放降低了20．2％，同时带来了其
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他问题：CO上升了23．2％，HC上升了38．7％，微粒上升了11．5％，都还是远低于国III排放标准，但微粒排放与国III标准只差0．006，需要注意继续改善微粒排放，引如EGR后的加权比油耗略微升高，上升了2．7％。实验证明，本文设计的EGR系统能有效大量降低NOx的排放，使各污染物排放值总体低于国Ⅲ标准ESC循环限值，达到了预期的效果。但微粒的排放比较接近标准值，需要在实际控制应用中不断完善与改进。
2．3降低柴油机NOx排放的技术方法
柴油机NOx的形成条件是高温、富氧以及氧与氮在高温下滞留时间，因此理论上任何能够改变其生成条件的措施都影响柴油机NOx的排放。高温及其滞留时间随转速和负荷的增加而迅速增加，两富氧状态则与空燃比直接相关。因此，任何能降低燃烧峰值温度、缩短高温持续时间和采用适当的空燃比都有利与降低NOx的排放。但这些方法往往会引起燃油经济性的降低和微粒、HC排放不同程度的升高。
2. 3. 1柴油机缸内NOx的形成原理
氮氧化合物NOx是燃烧过程中氮的各种氧化物的总称，它包括NO、N02、N204、N20、N203、N205等。其中以N0的量占多数，NO2次之，其余的含量很少。NO2是部分NO再与氧气反应后生成的。实际测量和计算中一般把NO按分子量换算到NO2。根据谢尔多维奇(Zeldovitch)的理论，在柴油机气缸内的高温、高压和供氧的情况下，NO的生成按链反应机理进行，即
??2O 1 O2???NO+N 2 O+N2???NO+O 3 N+O2???NO+H 4 N+OH?N2分子的分解比O2分子的分解要困难的多。所以，链的引发反应是氧分子在高温下分解为氧原子，继两产生直链反应。所以，N0的生成是由原子态的0切断N2分子内的键开始的。反应式2的正向反应速度强烈依赖于温度，因此，柴油机燃烧过程中NO的生成率在很大程度上取决于火焰温度。另外，氧的浓度对NOx的生成率也有相当大的影响。除此之外，化学反应还需要时间，氮和氧在高温中滞留的时间上NOx生成率
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的又一重要因素。综上所述，高温、富氧以及氧与氮在高温下滞留时闻是决定柴油机燃烧过程中NOx生成率大小的三要素。
2．3．2从控制燃烧的角度降低NOx的生成
从工作过程的角度，为实现高的燃油经济性和低污染排放。在预混合燃烧阶段，放热率和放热量都要尽量减少，燃烧速度要平滑增长，从而降低压力升高率和最高燃烧压力，降低该阶段产生的局部高温。扩散燃烧阶段，要实现高扩散燃烧速度，缩短燃烧持续期，使燃烧快速彻底。
2．3. 3从后处理的角度减少NOx排放
柴油机是富氧燃烧，排气中氧的含量很高，因此HC和CO含量很低。降低汽油机排气中的NOx排放的三效催化转化器技术对柴油机不适用。采用化学方法降低NOx的方法主要有NOx的分解、氧化和还原。在室温和柴油机排温条件下NOx的分解十分困难。NOx的氧化在发电厂曾经使用过，但其产物是固体物质，对车用柴油机不适合。NOx的还原主要有选择性非催化还原、非选择性催化还原、选择性催化还原、吸附憔催化还原。但到目前为止，用于降低柴油机NOx排放的后处理装置还存在着转化效率低、装置体积大、造价高等特点，还不能大范围应用。
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