摘要：发动机废气再循环系统的应用可以对燃油效率进行提升，同时还会更好地降低发动机排气污染物的含量，以此能够进一步提升系统的应用价值。在发动机废气再循环阀流场特性作用下，废气通过EGR阀，在速度场、温度场、压力场，与多场协同机理，部分废气进到进气管，与进到进气管的空气在气流的作用下进行充分混合，然后进入到发动机汽缸内，使燃油在氧气充足的情况下进行充分的燃烧，通过废气再循环，燃烧的温度不会过高，抑制NOx的生成，减少排污染物的排放，本论文就场协同机理等方法对EGR阀的流场特性进行研究。

关键词：发动机废气再循环;阀流场特性;与多场协同机理

0  引言

进入到新世纪之后，随着人们生活水平的提高，汽车的保有量在持续增长，使得汽车尾气污染物的排放在不断增加。汽车尾气污染物的排放不仅威胁人类的身体健康，同时对生态环境会也会造成不同程度的污染。当前急需解决大气污染严重等重要问题，尤其是城市空气污染问题变得越来越严重，主要是因为每个城市的汽车保有量越来越多。通过大量的检测分析得出，城市空气中的CO、NOX等汽车尾气污染物都出现了明显超标现象，如果对这些污染物不能够做到妥善解决，将会对人们的身体健康造成严重的威胁。

1  氮氧化合物形成的主要机理分析

1.1 影响氮氧化合物生成的因素分析  通过大量的实践操作证明，发动机排放的废气当中，NOX占据着非常大的比例。而影响NOX生成的主要因素，包括以下幾大方面：第一，温度环境条件。如果周围的温度环境条件相对较高，有助于NOX的浓度的提升，同时生成的速度也较快，特别是在氧气充足的情况下，温度条件将会加速NOX的生成。第二，外在环境当中的氧气配比。如若在高温的环境之下，给予充足的氧气，将会加速NOX的生成，所以说氧气的浓度将会成为NOX生成的主要因素。反之在温度较高的环境之下，氧气不够充足，也会导致NOX的生成速度缓慢。第三，停留的时间。我们通过实验分析发现，NOX的合成反应相对于燃烧反应存在一定的缓慢性，所以说在高温高氧的环境条件之下，NOX的具体生成量也要与停留的反应时间相关联[1]。

1.2 发动机汽缸内影响氮氧化合物生成因素分析  第一，空燃比的影响。空燃比小于理论值的时候，并且气缸内部的含氧量出现明显的不足，温度不断的提升，NOX的生产量难以得到有效保障，此时氧气的含量将会起到决定性的作用。但是如果空燃比大于理论值的时候，NOX的生产量要与当时的温度息息相关，温度的提升将会加速NOX的生成量。第二，点火提前角的影响。点火提前角的大小对气缸内的温度以及NOX的生成有影响。点火提前角过小，会使发动机汽缸内的最高燃烧温度升高，最高燃烧压力降低，有助于NOX的生成，将会增大发动机内部的燃油消耗率，降低发动机的动力输出。第三，废气浓度所产生的影响。废气在汽缸内稀释之前，既要包括再循环回流的废气，同时也含有前一循环留下的残余废气，汽缸内的废气将会降低燃烧的温度和减少进到汽缸内的空气量，减少氧气含量，即导致NOX的生成量降低。

2  发动机缸内采取EGR控制排气污染物排放分析

根据发动机排放的NOX的生成主要机理和影响要素分析，要减少NOX的生成，常用的主要方法有废气再循环技术、燃油掺水技术、三元催化转化技术。而对于发动机的排气净化方式主要分为前处理排除净化方式，机体内部净化方式以及机体外部净化方式。而在机体内部的净化方式，主要是从排放物质的生成源进行考虑，对发动机的燃烧方式进行充分的改良，有效的抑制废气化合物的生成。发动机内部净化处理方式是治理发动机排气污染物排放的有效措施之一。在新技术的不断的融合之下，废气再循环净化方式已经成为机体内部的主要净化措施之一[2]。

应用废气再循环技术，能够对发动机内部的NOX排放量进行有效的控制，在具体的运用过程当中，能够将发动机内部的废气引入到相关的气管内部当中，降低汽缸内的温度。通过控制通入不同质量百分比的EGR率，实现对发动机的排放性降低、经济性提高、动力性提高的影响;通过优化EGR率，计算理论控制值，降低缸内NOX的生成，达到机内净化的目的。对于发动机内部的控制能够达到精确的目的，从而能够保证在可控的范围之内，对于发动机尾气当中的污染物能够做到有效的降低，同时还会保证在降低NOX生成的过程当中不会影响发动机的原有动力性能和操作性能[3]。

2.1 废气的流经过程和净化过程  用废气再循环技术对NOX的排放量进行有效控制，废气再循环开启过程当中，将发动机排出的废气部分重新引入到发动机汽缸内，废气的加入稀释了原来混合气中的氧浓度，从而使燃烧速度变缓，使燃烧过程中的最高温度和平均温度都有所下降，破坏了NOX生成的有利环境，从而大大降低了NOX的排放。通过EGR率控制废气流入汽缸的废气量，EGR率随负荷和转速而改变NOX的排放，通过相应的公式计算出EGR率，能够有效的计算出进出口的质量流量和回路的质量流量。

NOX在高温富氧环境下容易生成，燃烧的温度越高，氧气提供的越充足，越容易生成NOX。通过废气再循环控制，将燃烧产生的废气部分引入汽缸，废气对新鲜空气有一定的稀释作用，导致整体的含氧浓度降低，同时废气再循环中的CO2和水蒸气大大增加了工质的比热容，将汽缸内的温度降低，汽缸内的混合气在温度降低，氧气浓度降低的情况下，减少了NOX的生成。对这种全面稀释之后的废气混合气体进行加热，需要提供较大的热量，因此可以有效的降低最高点的燃烧温度，从而抑制NOX的生成，对于NOX排放量能够做到有效的降低[4]。

2.2 废气再循环过程中采取的主要控制策略  如果EGR率在不断的提升，既可能出现燃烧不稳定的情况，同时还会出现燃烧波动的情况，出现大量的HC，燃烧功率也在不断的下降，燃油的经济性也会较差。如果废气再循环流入汽缸的废气量过多，使得汽缸的可燃气体过稀，燃烧输出动力不足以维持发动机运转，发动机有可能出现失火情况，还会加大HC的排放量。而在全负荷运转的时候，虽然能够提供良好的动力性，但是会使得再循环燃烧功率下降，动力不足。因此需要对EGR率进行控制，在各种不同的工况条件下，EGR率进行理论控制，对NOX的排放量进行精确的控制。

3  废气再循环阀流场特性分析

当发动机的EGR阀在排气过程当中将会产生不同成分的气流，将会使得流到内壁和阀门底座，产生不一样的容积效果，通常我们将这种称为开放的热力学系统，需要对内部的废气再循环流的特性进行充分的分析。当流体流动过程当中，主要分为两种不同的流动形式。当流速相对较小的时候，流体会分布不同的轨迹，进行分层次的流动，产生互不混合的现象，这种质点的流动轨迹会表现出一定的平滑曲线，不会因为时间的变化而出现缓慢的现象，而将这种流动状态称为层流状态，同时也被称为稳流或者片流。第二，如果整体的流动速度过快，应用的速度已经达到临界值，流体已经达到了湍流的流动状态，那么将会导致整体的质点轨迹变得更加的混乱，并且随着时间的不断的变化，相邻质点会出现混合的状态。但是流动过程当中，整个流管的应用速度将会变得越来越快。这种流动方式也被称为扰流或者乱流。

4  废气再循环多场协同机理的分析

在近几年发展过程当中，大部分的学者都对废气流的换热能量进行了充分的分析，并不断的加强从场的角度控制研究，充分证明了流热交换或者就是内热源的导热发展过程，从而引发出了多场协同应用理论。就是流体在传热过程当中，不仅要跟流体的温差有关，同时还要与本质特性以及流速息息相关。因此提高热量的传导，不仅要提高流速，同时要更好的控制物体内部的特性以及温度。只有这样才能够更好的改变气流场的协同效果。

4.1 对流传热场所的充分分析  在流体的对流导热过程当中要加强进一步的研究，同时根据牛頓定律作为主要的应用原理，通过表面的传导系数，对于流体的流速以及传导强度进行充分的分析。为了能够更好的证明该理论的实效性，引进了一些无因次量，更好的表述了相关之间的联系。此外流体的对流导热现象比较复杂，需要采取分层次的研究，并能够根据不同的分流形式进行充分的分析，然后能够提出更加全面的换热表达方式。

4.2 对流传热场的协同分析  当流体的内在特性和流速趋于稳定的情况下，边界层的换热强度要与流体的热源强度息息相关。通过传热学的理论分析得出，当流体内部的雷诺数和普朗特数稳定的情况下，流体内的努塞尔系数要取决于热量源，流动性要与流质的热量源、流质的速度和流质的温度息息相关。同时还要取决于速度场和温度场所设定的夹角关系，同时还要保证各个数量超值保持一定的稳定，使其整体的应用搭配更加的合理。这样才能够得到气流的导热性得到进一步的增强。

5  结束语

当下全世界都提出了低碳节能环保发展需求，所以我们加大汽车的管控，以此能够对废气的排放进行有效控制，并能够对发动机废气再循环流技术进行不断改造完善，以此能够突显出良好的作用和意义，更好地降低汽车污染物的排放量，对于汽车的环保价值和经济价值都会做出显著的提升。同时我们还需要同国外先进的国家进行不断的交流与学习，以此能够弥补我们在此方面存在的不足，真正意义上实现取长补短，保证我们拥有的技术也能处在世界领先的行列当中。

参考文献：

[1]李鲲.发动机废气再循环阀流场特性与多场协同机理研究[D].2017.

[2]韩丹丹.废气再循环冷却器换热特性与多场协同机理研究[D].2018.

[3]田丽亭，雷勇刚，何雅玲.汽车发动机废气处理与多场协同机理分析[C].传热传质学学术会议，2018.

[4]孙学敏，宋文武，刘育，等.发动机废气再循环阀流场特性新设计[J].热能动力工程，2018，029（006）：657-663.

课题项目：院级科研项目《废气再循环技术在天燃气发动机排放升级中的应用研究》，项目编号：2018-YJKJ-2。

作者简介：唐新华（1978-），女，广西桂林人，专职教师，讲师，研究方向为汽车电子技术。