Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Клапан рециркуляции отработавших газов в верхней части коробки на верхней части впускного коллектора двигателя Saab H в Saab 90 1987 года выпуска.

В двигателях внутреннего сгорания , системы рециркуляции выхлопных газов ( EGR ) представляет собой оксид азота ( NO
Икс ) технология снижения выбросов, используемая в бензиновых / бензиновых и дизельных двигателях . Система рециркуляции отработавших газов рециркулирует часть выхлопных газов двигателя обратно в цилиндры двигателя . Это разбавляет O 2 в поступающем воздушном потоке и обеспечивает газы, инертные по отношению к горению, которые действуют как поглотители тепла сгорания и снижают пиковые температуры в цилиндрах. НЕТ
Икс производится в высокотемпературных смесях атмосферного азота и кислорода, которые возникают в цилиндре сгорания, и это обычно происходит при пиковом давлении в цилиндре. Другим основным преимуществом внешних клапанов системы рециркуляции ОГ на двигателе с искровым зажиганием является повышение эффективности, поскольку разбавление заряда позволяет увеличить положение дроссельной заслонки и снижает связанные с этим насосные потери.

В бензиновом двигателе этот инертный выхлоп вытесняет некоторое количество горючего заряда в цилиндре, эффективно уменьшая количество заряда, доступного для сгорания, не влияя на соотношение воздух-топливо. В дизельном двигателе выхлопные газы заменяют часть избыточного кислорода в смеси перед сгоранием. [1] Потому что НЕТ
Икс образуется в первую очередь, когда смесь азота и кислорода подвергается воздействию высокой температуры, более низкие температуры камеры сгорания, вызванные рециркуляцией отработавших газов, уменьшают количество NO.
Икс происходит сгорание. Газы, повторно вводимые из систем рециркуляции ОГ, также будут содержать близкие к равновесным концентрации NO.
Икс и СО; небольшая фракция, изначально находящаяся в камере сгорания, препятствует общему нетто-производству этих и других загрязняющих веществ при взятии проб в среднем по времени. Химические свойства различных видов топлива ограничивают использование EGR. Например, метанол более устойчив к рециркуляции отработавших газов, чем бензин. [2]

История [ править ]

Первые системы рециркуляции отработавших газов были сырыми; некоторые были такими же простыми, как жиклер между выхлопным и впускным трактами, через который выхлопные газы попадали во впускной тракт всякий раз, когда двигатель работал. Результатом стал затрудненный запуск, резкий холостой ход, снижение производительности и экономии топлива. [3] К 1973 году клапан рециркуляции ОГ, управляемый вакуумом в коллекторе, открывался или закрывался, чтобы выпускать выхлоп во впускной тракт только при определенных условиях. По мере накопления опыта автопроизводителями системы управления становились все более сложными; Система рециркуляции выхлопных газов, управляемая охлаждающей жидкостью, от Volkswagen в 1973 году стала примером такой эволюции: датчик температуры охлаждающей жидкости блокировал вакуум в клапане рециркуляции ОГ до тех пор, пока двигатель не достиг нормальной рабочей температуры . [3]Это предотвратило проблемы с управляемостью из-за ненужного впуска выхлопных газов; НЕТ
Икс образуется в условиях повышенных температур, которые обычно отсутствуют при холодном двигателе. Кроме того, клапан рециркуляции отработавших газов частично управлялся вакуумом, поступающим из трубки Вентури карбюратора , что позволяло более точно ограничивать поток рециркуляции отработавших газов только для тех условий нагрузки двигателя, при которых НЕТ
Икс скорее всего сформируется. [4] Позже к системе управления клапаном рециркуляции отработавших газов были добавлены датчики противодавления, чтобы дополнительно адаптировать поток рециркуляции отработавших газов к условиям нагрузки двигателя. Большинство современных двигателей теперь нуждаются в рециркуляции выхлопных газов, чтобы соответствовать стандартам выбросов. Однако недавние инновации привели к разработке двигателей, для которых они не требуются. Двигатель Chrysler Pentastar 3,6 - один из примеров, для которого не требуется EGR. [5]

EGR [ править ]

Выхлопной газ содержит водяной пар и двуокись углерода, которые имеют меньшую теплоемкость, чем воздух. Таким образом, добавление выхлопного газа снижает давление и температуру во время изоэнтропического сжатия в цилиндре и снижает адиабатическую температуру пламени .

В типичном автомобильном двигателе с искровым зажиганием (SI) от 5% до 15% выхлопных газов направляется обратно во впускное отверстие в виде EGR. Максимальное количество ограничено необходимостью смеси поддерживать непрерывный фронт пламени во время горения; чрезмерная рециркуляция отработавших газов в плохо настроенных приложениях может вызвать пропуски зажигания и частичные ожоги. Хотя система рециркуляции отработавших газов значительно замедляет сгорание, это можно в значительной степени компенсировать за счет опережения момента зажигания. Влияние EGR на эффективность двигателя во многом зависит от конкретной конструкции двигателя и иногда приводит к компромиссу между эффективностью и NO.
Икс выбросы. Правильно работающая система рециркуляции отработавших газов теоретически может повысить эффективность бензиновых двигателей с помощью нескольких механизмов:

  • Снижение потерь на дросселирование . Добавление инертного выхлопного газа во впускную систему означает, что для заданной выходной мощности дроссельная заслонка должна открываться дальше, что приводит к увеличению давления во впускном коллекторе и снижению потерь на дросселирование. [6]
  • Сниженный отвод тепла . Снижение пиковых температур сгорания не только снижает выбросы NO.
    Икс     Это также снижает потери тепловой энергии на поверхностях камеры сгорания, оставляя больше доступного для преобразования в механическую работу во время такта расширения.
  • Сниженная химическая диссоциация . Более низкие пиковые температуры приводят к тому, что большая часть высвобождаемой энергии остается в виде разумной энергии вблизи верхней мертвой точки (ВМТ), а не связывается (в начале такта расширения) при диссоциации продуктов сгорания. Этот эффект незначителен по сравнению с первыми двумя.

EGR обычно не используется при высоких нагрузках, потому что это снизит пиковую выходную мощность. Это потому, что это снижает плотность всасываемого заряда. EGR также не учитывается на холостом ходу (низкая скорость, нулевая нагрузка), потому что это может вызвать нестабильное сгорание, что приведет к грубому холостому ходу.

Поскольку система рециркуляции выхлопных газов рециркулирует часть выхлопных газов, со временем клапан может забиться углеродными отложениями, которые мешают ему работать должным образом. Забитые клапаны системы рециркуляции ОГ иногда можно почистить, но если клапан неисправен, необходима его замена.

В дизельных двигателях [ править ]

Клапан рециркуляции ОГ с электронным управлением для двигателя VW BMN

В современных дизельных двигателях рециркулирующий газ обычно охлаждается с помощью теплообменника, что позволяет вводить большую массу рециркулируемого газа. Однако существуют неохлаждаемые конструкции EGR, часто называемые рециркуляцией горячего газа (HGR). В отличие от двигателей с искровым зажиганием , дизели не ограничены необходимостью непрерывного фронта пламени; кроме того, поскольку дизели всегда работают с избытком воздуха, они получают выгоду от скорости рециркуляции отработавших газов до 50% (на холостом ходу, когда в противном случае имеется большой избыток воздуха) при контроле NO
Икс выбросы. Рециркуляция выхлопных газов обратно в цилиндр может увеличить износ двигателя, поскольку частицы углерода попадают через поршневые кольца в масло. [7]

Поскольку современные дизели часто имеют дроссельную заслонку, система рециркуляции отработавших газов может уменьшить потребность в дросселировании, устраняя потери так же, как и в двигателях SI. Уменьшение дросселирования также снижает проблему всасывания моторного масла через поршневые кольца в цилиндр, вызывая отложения там сажи. Выхлопные газы - в основном азот, углекислый газ и водяной пар - имеют более высокую удельную теплоемкость, чем воздух, поэтому они по-прежнему служат для снижения пиковых температур сгорания. Однако добавление системы рециркуляции отработавших газов к дизельному топливу снижает удельную теплоемкость газов сгорания в рабочем такте.. Это снижает количество энергии, которое может извлекать поршень. EGR также имеет тенденцию уменьшать количество топлива, сжигаемого во время рабочего такта. Это видно по увеличению выбросов твердых частиц, что соответствует увеличению EGR. [8] [9]

Твердые частицы (в основном углерод), которые не сжигаются во время рабочего такта, являются потраченной впустую энергией. Более строгие правила в отношении твердых частиц (PM) требуют введения дополнительных мер по контролю за выбросами, чтобы компенсировать увеличение выбросов PM, вызванное рециркуляцией отработавших газов. Наиболее распространенным является дизельный сажевый фильтр (DPF) в выхлопной системе, который очищает выхлоп, но вызывает постоянное незначительное снижение топливной эффективности из-за создаваемого противодавления. Компонент диоксида азота NO
Икс Выбросы являются основным окислителем сажи, улавливаемой сажевым фильтром при нормальных рабочих температурах. Этот процесс известен как пассивная регенерация. Увеличение скорости рециркуляции отработавших газов приводит к тому, что пассивная регенерация становится менее эффективной при управлении загрузкой твердых частиц в сажевом фильтре. Это требует периодической активной регенерации DPF путем сжигания дизельного топлива в катализаторе окисления, чтобы значительно повысить температуру выхлопных газов через DPF до точки, когда PM быстро сгорает из-за остаточного кислорода в выхлопе.

Подавая выхлопной газ с низким содержанием кислорода во впускное отверстие, дизельные системы рециркуляции выхлопных газов снижают температуру сгорания, уменьшая выбросы NO.
Икс . Это делает сгорание менее эффективным, что снижает экономию и мощность. Обычно «сухая» система впуска дизельного двигателя теперь подвержена загрязнению из-за сажи, несгоревшего топлива и масла в канализационной системе рециркуляции отработавших газов, что мало влияет на воздушный поток. Однако в сочетании с масляными парами из системы принудительной вентиляции картера (PCV) может вызвать накопление липкой смолы во впускном коллекторе и клапанах. Это также может вызвать проблемы с такими компонентами, как вихревые заслонки , если они установлены. Дизельная система рециркуляции выхлопных газов также увеличивает образование сажи, хотя в США это было замаскировано одновременным введением сажевых фильтров. [10] Системы рециркуляции выхлопных газов могут также добавлять абразивные загрязнения и повышать кислотность моторного масла, что, в свою очередь, может сократить срок службы двигателя. [11]

Хотя производители двигателей отказались раскрыть подробную информацию о влиянии EGR на экономию топлива, правила EPA 2002 года, которые привели к введению охлаждаемой EGR, были связаны с падением КПД двигателя на 3%, что противоречит тенденции 0,5% a. год увеличение. [12]

См. Также [ править ]

  • Дизельный выхлоп
  • Впрыск вторичного воздуха

Источники [ править ]

  • Хейвуд, Джон Б., «Основы двигателя внутреннего сгорания», МакГроу Хилл, 1988.
  • ван Бассхуйсен, Ричард, и Шефер, Фред, "Справочник по двигателю внутреннего сгорания", SAE International, 2004.
  • «Автомобильное руководство Bosch», 3-е издание, Robert Bosch GmbH, 1993.
  • Алджер, Терри (2010). «Чисто и круто» (PDF) . Технологии сегодня . Сан-Антонио, Техас: Юго-западный научно-исследовательский институт. 31 (2): 10–13. ISSN  1528-431X . Проверено 8 апреля 2017 года .
  • Силегхем, Луи; Ван де Гинсте, Маартен (2011). «Метанол как топливо для современных двигателей с искровым зажиганием: исследование эффективности» (PDF) . Кафедра механики потока, тепла и горения. Исследовательские ворота . Оригинал опубликован на сайте Гентского университета http://users.ugent.be/~lsileghe/documents/extended_abstract.pdf . Гент, Бельгия . Проверено 19 марта 2019 .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Выбросы выхлопных газов и управляемость - Chrysler Corporation, 1973
  2. ^ Sileghem & Van De Giste, 2011. Цитата: «Результаты на двигателе Audi показывают, что метанол более устойчив к рециркуляции отработавших газов, чем бензин, из-за его более высокой скорости пламени. При использовании метанола был обнаружен допуск на 27%. КПД двигателя, работающего на метаноле, полученного с помощью EGR, выше, чем у двигателя с дросселированием стехиометрического режима ".
  3. ^ a b Розен (ред.), Эрвин М. (1975). Руководство по поиску и устранению неисправностей и ремонту автомобилей Peterson . ISBN компании Grosset & Dunlap, Inc. 978-0-448-11946-5.CS1 maint: extra text: authors list (link)
  4. ^ «Особенности системы очистки воздуха 1973 года» - Chrysler Corporation , imperialclub.com
  5. ^ "Официально представлен Dodge Challenger 2011 года с 305-сильным двигателем Pentastar V6" . autoguide.com . Проверено 26 сентября 2011 года .
  6. ^ Alger, 2010. Цитата: «Недавние исследования, проведенные инженерами Юго-Западного научно-исследовательского института (SwRI), изучали роль, которую рециркуляция выхлопных газов (EGR) может играть в сокращении или даже устранении этих источников неэффективности бензиновых двигателей. финансируемые исследования, они определили, что EGR может улучшить расход топлива бензиновых двигателей как с прямым впрыском, так и с портовым впрыском за счет снижения насосных потерь, смягчения детонации, охлаждения выхлопных газов и устранения необходимости в обогащении топлива ».
  7. ^ Деннис А., Гарнер С., Тейлор Д. (1999). Влияние системы рециркуляции отработавших газов на износ дизельного двигателя , SAE 1999-01-0839, дизельные частицы в цилиндрах и NO
    Икс     Контроль 1999
  8. ^ Нагель, Джон (2002). Ремонт дизельного двигателя и топливной системы , ISBN 0130929816 . 
  9. ^ Беннетт, Шон (2004). Двигатели для средних и тяжелых грузовиков, топливо и компьютеризированные системы управления, 2-е издание , ISBN 1401814999 . 
  10. ^ SCR или EGR? - Журнал FleetOwner.
  11. ^ Беннетт, Шон (2004). Двигатели для средних и тяжелых грузовиков, топливо и компьютеризированные системы управления, 2-е издание , ISBN 1-4018-1499-9 . Страницы: 206 
  12. ^ Обзор партнерства грузовиков 21-го века , National Academies Press, 2008, стр. 98, ISBN 9780309178266

Внешние ссылки [ править ]

  • Конспекты лекций по повышению эффективности использования топлива, в которых обсуждается влияние удельной теплоемкости , Вашингтонский университет.
  • Калькулятор дизельного цикла, который можно использовать для демонстрации влияния удельной теплоемкости , Государственный университет Джорджии HyperPhysics
  • Фан-клуб Chrysler Imperial описывает различные механизмы управления рециркуляцией отработавших газов
  • Не блокируйте и не снимайте клапан рециркуляции отработавших газов, это экономит ваши деньги