EGR產(chǎn)生背景
對(duì)于船用主機(jī)，在北美洲排放控制區(qū)（下圖綠色區(qū)域），從2016年1月對(duì)NOx排放開始實(shí)行Tier III排放標(biāo)準(zhǔn)，而在北歐的排放控制區(qū)，將于2021年1月開始施行該標(biāo)準(zhǔn)（下圖藍(lán)色區(qū)域）。當(dāng)然，還有很多的國(guó)家也有相關(guān)的規(guī)定區(qū)域。
排放控制區(qū)域
由于排放值從Tier II規(guī)定的14.4g/kW*h降低到Tier III規(guī)定的3.4g/kW*h，通過對(duì)主機(jī)本身的零部件修改也不能夠滿足排放要求。此時(shí)，對(duì)于大型船用主機(jī)，MAN-ES給出了兩種解決方案：EGR或者SCR。今天我們介紹一下EGR系統(tǒng)。
EGR的全稱是Exhaust Gas Recirculation，中文名：廢氣再循環(huán)。
循環(huán)過程在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行，通過控制燃燒過程以防形成NOx，該方法可以將船用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的NOx控制在符合 III級(jí)要求的水平。
在EGR系統(tǒng)中，經(jīng)過冷卻和凈化之后，部分廢氣再循環(huán)到掃氣箱中。掃氣中的部分氧氣通過這種方式被燃燒過程中產(chǎn)生的CO2替代。這種替換過程減少了O2含量，提高了掃氣的熱容，從而降低了最高燃燒溫度和NOx的生成。NOx的減少幾乎與排氣再循環(huán)率成線性關(guān)系。
EGR系統(tǒng)有三種不同的配置方案：
1.帶有旁通的EGR（EGR with bypass/EGRBP），只配有一個(gè)渦輪增壓器，適用于缸徑不大于70cm的發(fā)動(dòng)機(jī)；
2.帶有渦輪增壓器切斷系統(tǒng)的EGR（EGR with TC cut-out matching/EGRTC），配有至少兩個(gè)渦輪增壓器，適用于缸徑不小于80的發(fā)動(dòng)機(jī)；
3.EcoEGR，配置類似于帶有旁通的EGR。EcoEGR是一種燃油優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)，它能在Tier II和Tier III模式下都降低SFOC，并且滿足NOx限制要求。
配有旁通的EGR如上圖所示，該系統(tǒng)通過兩條管線（主管線和EGR管系）使掃氣流入掃氣箱中：
主管線能夠使所有掃氣流過渦輪增壓器壓氣端和掃氣空冷器。
EGR管線能夠?qū)⒏哌_(dá)40%的廢氣通過預(yù)噴和EGR裝置（EGR冷卻器和水霧捕捉器WMC）引至主管線的混合點(diǎn)。
工作過程
1.Tier II模式在Tier II模式下只有主管線處于工作狀態(tài)。EGR管線（SOV/BTV）和氣缸旁通閥（CBV）中的閥保持關(guān)閉。在此模式下，廢氣旁通（EGB）在高負(fù)載下完全打開，在低負(fù)載下部分打開，以平衡渦輪增壓器。但是，在缸徑為40或更小的發(fā)動(dòng)機(jī)上，廢氣旁通將在高負(fù)載下關(guān)閉，EGR管線打開，以獲得足夠的掃氣壓力，同時(shí)滿足渦輪增壓器轉(zhuǎn)速的限制。
2.Tier III模式
在Tier III模式下，通過打開EGR切斷閥和鼓風(fēng)機(jī)節(jié)流閥（SOV/BTV）來啟用EGR管線。廢氣首先通過EGR管線進(jìn)入預(yù)噴水裝置，然后通過EGR單元進(jìn)入混合點(diǎn)，繼而被EGR鼓風(fēng)機(jī)的推動(dòng)下進(jìn)入掃氣箱。通過改變EGR鼓風(fēng)機(jī)的流量來控制EGR比率。在此模式下，氣缸旁通（CBV）開啟，以增加掃氣壓力，從而降低SFOC，而廢氣旁通（EGB）關(guān)閉。
EGR TC
1. 主管線將高達(dá)70%的掃氣空氣引導(dǎo)至基本渦輪增壓器和掃氣空冷器。
2.切斷管線將高達(dá)40%的掃氣通過切斷渦輪增壓器和EGR單元（EGR空冷器和水霧捕捉器WMC），再通過平衡管進(jìn)入掃氣箱。
3. EGR管線通過預(yù)噴射和EGR裝置將高達(dá)40%的廢氣引至主管線中的一個(gè)混合點(diǎn)，由一個(gè)或多個(gè)EGR鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制吹入掃氣箱中。在這種情況下，切斷管線關(guān)閉。
在一些更大缸徑的發(fā)動(dòng)機(jī)上，將需要一個(gè)有兩個(gè)以上渦輪增壓器的配置。雖然渦輪增壓器和EGR單元的數(shù)量有所增加，但原理不變。
工作過程
1.Tier II模式
在Tier II模式下，主管線和切斷管線處于工作狀態(tài)。TC切斷閥（TCV/CCV）和鼓風(fēng)機(jī)旁通閥（BBV）打開，而EGR管線由EGR切斷閥和鼓風(fēng)機(jī)節(jié)流閥（SOV/BTV）保持關(guān)閉。在此模式下，EGR空冷器作為正常掃氣空冷器工作。大約40%的掃氣通過切斷管線，其余60%通過主管線。在此模式下，氣缸旁通（CBV）保持關(guān)閉。
2.Tier II模式–TC切斷
切斷管線提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在Tier II模式下在低負(fù)荷時(shí)以TC切斷裝置運(yùn)行，相應(yīng)地降低SFOC。在這種情況下，只有主管線打開，而氣缸旁通（CBV）保持關(guān)閉。
3.Tier III模式
在Tier III模式下，切斷管線關(guān)閉（TCV/CCV）。EGR管線通過EGR切斷閥和鼓風(fēng)機(jī)節(jié)流閥（SOV/BTV）打開。廢氣通過預(yù)噴和EGR裝置被EGR鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制引至混合點(diǎn)和掃氣箱，通過改變EGR鼓風(fēng)機(jī)的流量來控制EGR比率。在此模式下，氣缸旁通（CBV）部分開啟，以增加掃氣壓力，從而降低SFOC。
EcoEGR
無論航行區(qū)域如何，EcoEGR系統(tǒng)都會(huì)在EGR狀態(tài)下永久運(yùn)行。EGR率適應(yīng)該區(qū)域的NOx限制，即NECA內(nèi)部的Tier III模式和NECA外部的Tier II模式。Tier II模式下的油耗（SFOC）減少約為2.5%，Tier III模式下為1.0%。
當(dāng)EGR系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，可使用Tier II失效模式來保證Tier II排放限值要求。
EcoEGR系統(tǒng)的配置與EGRBP概念類似，并且可以安裝一個(gè)或兩個(gè)渦輪增壓器。
工作過程
1.EcoEGR Tier II模式
在EcoEGR Tier II模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)以較低的EGR率運(yùn)行，大約10-15%。EGR切斷閥（SOV）和鼓風(fēng)機(jī)節(jié)流閥（BTV）完全打開，而氣缸旁通閥（CBV）關(guān)閉。除高負(fù)荷外，廢氣旁通閥（EGB）也關(guān)閉。
2.EcoEGR Tier III模式
在EcoEGR Tier III模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)以25-45%的EGR率運(yùn)行，類似于EGRBP匹配。EGR切斷閥（SOV）和鼓風(fēng)機(jī)節(jié)流閥（BTV）完全打開。氣缸旁通閥（CBV）打開（低負(fù)載除外），而廢氣旁通閥（EGB）關(guān)閉。
3.EcoEGR Tier II失效模式
僅在EGR發(fā)生故障的情況下，在沒有EGR的情況下運(yùn)行。相應(yīng)地，EGR切斷閥（SOV）和鼓風(fēng)機(jī)節(jié)流閥（BTV）關(guān)閉。除高負(fù)荷外，廢氣旁通閥（EGB）也關(guān)閉。
EGR布置
EGRBP
EGRTC
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