低壓EGR（廢氣再循環(huán)）背后的技術(shù)和算法

低壓EGR技術(shù)通過精確控制廢氣再循環(huán)，實(shí)現(xiàn)燃燒溫度下降與NOx減排，結(jié)合先進(jìn)算法優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性。該技術(shù)面臨耐久性與控制精度挑戰(zhàn)，但在混動系統(tǒng)中展現(xiàn)出顯著節(jié)能潛力，未來或成內(nèi)燃機(jī)減排主流方案。

低壓EGR（廢氣再循環(huán)）技術(shù)與算法解析一、低壓EGR的核心技術(shù)原理

低壓EGR系統(tǒng)通過將廢氣從渦輪增壓器下游（即渦輪機(jī)后）引出，經(jīng)冷卻和流量控制后重新導(dǎo)入壓氣機(jī)前端，與新鮮空氣混合進(jìn)入燃燒室。其核心目標(biāo)是下降燃燒溫度（一般下降150-200°C），抑制氮氧化物（NOx）的生成，同時(shí)優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性。
關(guān)鍵機(jī)理：

溫度控制：廢氣中的惰性氣體（CO?、H?O）稀釋氧氣濃度，下降燃燒峰值溫度，從而減少NOx生成（可下降排放高達(dá)50%-80%）。壓力管理：低壓EGR廢氣壓力較低（通常低于進(jìn)氣歧管壓力），需通過混合閥調(diào)節(jié)負(fù)壓差，確保廢氣流量穩(wěn)定。路徑設(shè)計(jì)：廢氣經(jīng)過渦輪后溫度下降（約200-400°C），且經(jīng)過后處理系統(tǒng)（如DPF、催化器）過濾，減少顆粒物對壓氣機(jī)和中冷器的污染。二、低壓EGR系統(tǒng)的關(guān)鍵組件與技術(shù)特性1.EGR閥：蝶閥式設(shè)計(jì)：采用通流能力更強(qiáng)的蝶閥（而非高壓EGR的提升式閥），以滿足低壓差下的高流量需求。集成驅(qū)動：如Pierburg的蝶閥采用直流電機(jī)+兩級傘齒輪單元，兼具進(jìn)氣節(jié)流功能，可精確控制開度（偏差<±2%）。耐腐蝕材料：外殼為鋁壓鑄件，閥體采用耐高溫合金鋼（耐受700°C高溫和3bar壓力）。2.混合閥（TVA/Throttle Valve）：功能：通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣側(cè)壓力梯度，增強(qiáng)EGR閥兩端的壓差，確保廢氣流量達(dá)標(biāo)。閉環(huán)控制：PID算法根據(jù)目標(biāo)與實(shí)際開度差值動態(tài)調(diào)整，優(yōu)化響應(yīng)速度。3.傳感器網(wǎng)絡(luò)：壓差傳感器：監(jiān)測EGR閥進(jìn)出口壓差，結(jié)合溫度傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)時(shí)廢氣流量。氧傳感器：檢測混合氣氧濃度，用于EGR率閉環(huán)修正（如長城汽車的氧濃度反饋算法）。4.EGR冷卻器：高效熱交換：采用水冷式內(nèi)鰭片設(shè)計(jì)，將廢氣溫度降至130°C以下，提升NOx減排效率。旁通閥：在冷卻液溫度<60°C時(shí)啟用，避免冷凝水腐蝕管路。三、低壓EGR的控制算法與實(shí)現(xiàn)1.EGR率計(jì)算模型：理論公式：基于氣體動力學(xué)方程，通過壓差（ΔP）、溫度（T）和閥門開度（A）計(jì)算流量（Q）：

其中，

為進(jìn)出口壓力比，

為氣體比熱容比。

修正算法：引入冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度等參數(shù)，通過映射表或多項(xiàng)式擬合修正目標(biāo)EGR率。2.動態(tài)控制策略：抗擾動算法：謝輝課題組提出基于進(jìn)氣流量濾波與預(yù)測型總擾動觀測器的控制方法，解決低壓EGR的強(qiáng)脈動和時(shí)滯問題。瞬態(tài)響應(yīng)優(yōu)化：在節(jié)氣門急閉時(shí)，通過排氣壓力延遲補(bǔ)償算法減少EGR率波動。3.故障診斷與容錯(cuò)：失火率監(jiān)控：當(dāng)冷卻液溫度低或燃燒不穩(wěn)定時(shí)，動態(tài)下降EGR率（如東風(fēng)汽車的修正系數(shù)調(diào)整法）。冷凝水管理：中國一汽的專利方案通過檢測液體水量和發(fā)動機(jī)工況，動態(tài)調(diào)整EGR閥開度以避免燃燒失穩(wěn)。四、低壓EGR與高壓EGR的技術(shù)對比

維度

低壓EGR

高壓EGR

廢氣來源

渦輪下游（DPF后）

渦輪上游（排氣歧管）

壓力特性

低壓差（0.1-0.5bar），需混合閥輔助

高壓差（1-2bar），流量易控制

響應(yīng)速度

較慢（管路長，氣體流速低）

快（管路短，氣流速度高）

覆蓋工況

全工況（包括高負(fù)荷）

中低負(fù)荷為主

污染風(fēng)險(xiǎn)

廢氣潔凈（經(jīng)過后處理），對壓氣機(jī)污染小

未過濾廢氣易造成壓氣機(jī)積碳

成本與復(fù)雜度

系統(tǒng)復(fù)雜（需多傳感器、混合閥），成本較高

結(jié)構(gòu)簡單，標(biāo)定成熟，成本較低

減排效果

NOx減排率高達(dá)80%，可減輕SCR系統(tǒng)負(fù)擔(dān)

減排率約50%，需依賴SCR補(bǔ)充處理

五、實(shí)際應(yīng)用與創(chuàng)新案例1.吉利雷神智擎Hi·X混動平臺：采用低壓水冷EGR+雙傳感器瞬態(tài)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)EGR率控制，熱效率提升至43.3%。2.比亞迪DM-i混動系統(tǒng)：EGR率提升至25%，結(jié)合深度米勒循環(huán)，綜合油耗下降14%。3.博格華納IST技術(shù)：將廢氣動能轉(zhuǎn)化為進(jìn)氣預(yù)旋，提升渦輪效率，同時(shí)減少遲滯現(xiàn)象。六、技術(shù)挑戰(zhàn)與未來方向耐久性問題：廢氣冷凝水對管路和壓氣機(jī)的腐蝕需通過涂層技術(shù)（如陶瓷涂層）解決。控制精度提升：AI驅(qū)動的模型預(yù)測控制（MPC）有望進(jìn)一步優(yōu)化動態(tài)響應(yīng)。系統(tǒng)集成：與48V輕混、熱管理系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)將成為提高能效的關(guān)鍵。

通過上述技術(shù)與算法的協(xié)同，低壓EGR不僅成為滿足國六/歐六排放標(biāo)準(zhǔn)的核心技術(shù)，更在混動系統(tǒng)中展現(xiàn)了顯著的節(jié)能潛力。其復(fù)雜性與高成本正隨著規(guī)?；a(chǎn)和技術(shù)迭代逐步優(yōu)化，未來或?qū)⒊蔀閮?nèi)燃機(jī)減排的主流方案之一。