排氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recirculation),內(nèi)燃機(jī)在燃燒后將排出氣體的一部分分離出、并導(dǎo)入進(jìn)氣側(cè)使其再度燃燒的技術(shù)(手法或方法)。主要目的為降低排出氣體中的氮氧化物(NOx)與分擔(dān)部分負(fù)荷時(shí)可提高燃料消耗率。汽油機(jī)中使用EGR技術(shù),會(huì)導(dǎo)致末端混合氣溫度升高,增加了爆震的可能性。
內(nèi)燃機(jī)在燃燒后排出的氣體中含氧量極低甚至是沒有,此排出氣體與吸氣混合后會(huì)使吸氣中氧氣濃度降低,因此會(huì)產(chǎn)生下列現(xiàn)象:比大氣更低的含氧量在燃燒時(shí)(最高)溫度會(huì)降低,會(huì)抑制氮氧化物(NOx)的產(chǎn)生。燃燒溫度降低時(shí),汽缸與燃燒室壁面、活塞表面的熱能發(fā)散會(huì)降低,另外因熱解離造成的損失也會(huì)有些微降低。燃油引擎其部分負(fù)荷為汽缸內(nèi)在非EGR時(shí)為了提供等量的氧氣量(為了得到同一軸的出力),因此需要將油門開大,結(jié)果吸氣時(shí)的吸油(油門)損失較低,燃料消耗率會(huì)提高。此即為活塞在一次行程下吸入的氧氣降低時(shí),會(huì)如同使用小排氣量引擎采下加速前進(jìn)時(shí)一樣的效果。EGR 的返流量依燃油引擎的情形(在吸氣量中)下最大為15%,而怠速時(shí)與高負(fù)載時(shí)則會(huì)停止。以車輛重量來看引擎出力較小的大型柴油車,其引擎負(fù)載較高,為了能夠達(dá)到排氣量標(biāo)準(zhǔn)也常會(huì)使用到EGR技術(shù)。
EGR工作示意圖
廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(Exhaust Gas Recirculation)簡稱EGR,是將柴油機(jī)或汽油機(jī)產(chǎn)生的廢氣的一小部分再送回氣缸。再循環(huán)廢氣由于具有惰性將會(huì)延緩燃燒過程,也就是說燃燒速度將會(huì)放慢從而導(dǎo)致燃燒室中的壓力形成過程放慢,這就是氮氧化合物會(huì)減少的主要原因。另外,提高廢氣再循環(huán)率會(huì)使總的廢氣流量(mass flow) 減少,因此廢氣排放中總的污染物輸出量將會(huì)相對(duì)減少。EGR系統(tǒng)的任務(wù)就是使廢氣的再循環(huán)量在每一個(gè)工作點(diǎn)都達(dá)到最佳狀況,從而使燃燒過程始終處于最理想的情況,最終保證排放物中的污染成份最低。由于廢氣再循環(huán)量的改變會(huì)對(duì)不同的污染成份可能產(chǎn)生截然相反的影響,因此所謂的最佳狀況往往是一種折衷的,使相關(guān)污染物總的排放達(dá)到最佳的方案。比方說,盡管提高廢氣再循環(huán)率對(duì)減少氮氧化物(NOx)的排放有積極的影響, 但同時(shí)這也會(huì)對(duì)顆粒物和其他污染成份的減少產(chǎn)生消極的影響。
增壓中冷柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)廢氣再循環(huán)一般有兩種方式:一種是將渦輪前的排氣引入中冷器之后,稱為高壓廢氣反向。采用
可變截面渦輪增壓器,可以擴(kuò)大廢氣再循環(huán)有效工作范圍,降低氮氧化物(NOX)和微粒(PM),燃油耗也不升高,這可能是將高壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng)用于增壓中冷柴油機(jī)的最好方法。另一種是將渦輪后的排氣引入壓氣機(jī)之前,稱為低壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng),它可有效降低氮氧化物,而廢氣循環(huán)工作范圍較大,與柴油機(jī)匹配能有效地發(fā)揮其功能。
現(xiàn)在我們運(yùn)用得最多的是低壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng),其系統(tǒng)的主要元件是數(shù)控式EGR閥。數(shù)控式EGR閥安裝在右排氣歧管上,作用是獨(dú)立地對(duì)再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣量進(jìn)行準(zhǔn)確的控制,而不管歧管真空度的大小。EGR閥通過3個(gè)孔徑遞增的計(jì)量孔控制從排氣歧管流回進(jìn)氣歧管的廢氣量,以產(chǎn)生7種不同流量的組合。每個(gè)計(jì)量孔都由1個(gè)電磁閥和針閥組成,當(dāng)電磁閥通電時(shí),電樞便被磁鐵吸向上方,使計(jì)量孔開啟。旋轉(zhuǎn)式針閥的特性保證了當(dāng)EGR閥關(guān)閉時(shí),具有良好密封性。
控制方式
根據(jù)上述EGR的設(shè)計(jì)原則,必須對(duì)EGR進(jìn)行控制和調(diào)節(jié),使EGR在發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用能達(dá)到預(yù)期的效果。EGR的控制和調(diào)節(jié)的方法很多,根據(jù)其主要的特點(diǎn)可以從不同的角度進(jìn)行分類。
1)機(jī)械式和電子控制式
機(jī)械式EGR系統(tǒng)
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單,成本低,容易實(shí)施執(zhí)行。
缺點(diǎn):系統(tǒng)缺乏柔性。
電子控制式EGR系統(tǒng)(氣電式和磁電式)
動(dòng)態(tài)響應(yīng)好,控制精度高。
2)開環(huán)控制和閉環(huán)控制
開環(huán)控制
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單,控制方便。
關(guān)鍵:EGR率的精確控制依賴于控制MAP的精確制取。
閉環(huán)控制
優(yōu)點(diǎn):能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況自動(dòng)調(diào)整到最佳EGR量, 控
制精度高,動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。
缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
目前采用的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)還有一種類型,日野汽車公司開發(fā)的脈沖式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)在柴油機(jī)進(jìn)氣過程中,排氣門稍有提升,使部分高壓廢氣回流到汽缸內(nèi)。排氣門的這個(gè)作用是通過修改排氣門凸輪的形狀和將廢氣再循環(huán)系統(tǒng)微升來實(shí)現(xiàn)的。在脈沖式廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中,廢氣被重新送回氣缸內(nèi),因此廢氣的壓力應(yīng)高到足以使氣流反向。要達(dá)到這樣高的壓力只有通過優(yōu)化氣門微升和定時(shí),從而利用廢氣的壓力波才能實(shí)現(xiàn),在該廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中,廢氣壓力“脈沖”被有效利用。
EGR傳感器的用途是使車輛符合世界各國的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。EGR傳感器向引擎電子控制系統(tǒng)反饋廢氣流量信息。除去上述用途,EGR傳感器的結(jié)構(gòu)使得它還適用于踏板位置檢測和采暖通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)中。
作用
廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)用于降低廢氣中的氧化氮(NOX)的排出量。氮和氧只有在高溫高壓條件下才會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的溫度和壓力滿足了上述條件,在強(qiáng)制加速期間更是如此。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),EGR閥開啟,使少量的廢氣進(jìn)入
進(jìn)氣歧管,與可燃混合氣一起進(jìn)入燃燒室。
怠速時(shí)EGR閥關(guān)閉,幾乎沒有廢氣循環(huán)至發(fā)動(dòng)機(jī)。汽車廢氣是一種不可燃?xì)怏w(不含燃料和氧化劑),
在燃燒室內(nèi)不參與燃燒。 它通過吸收燃燒產(chǎn)生的部分熱量來降低燃燒溫度和壓力,以減少氧化氮的生成量。進(jìn)入燃燒室的廢氣量隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增加而增加。
工作依據(jù)
EGR系統(tǒng)的主要元件是數(shù)控式EGR閥,數(shù)控式EGR閥安裝在右排氣歧管上,其作用是獨(dú)立地對(duì)再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣量進(jìn)行準(zhǔn)確的控制,而不管歧管真空度的大小。
EGR閥通過3個(gè)孔徑遞增的計(jì)量孔控制從排氣歧管流回進(jìn)氣歧管的廢氣量,以產(chǎn)生多種不同流量的組合。每個(gè)計(jì)量孔都由1個(gè)電磁閥和針閥組成,當(dāng)電磁閥通電時(shí),電樞便被磁鐵吸向上方,使計(jì)量孔開啟----閥門開啟。旋轉(zhuǎn)式針閥的特性保證了當(dāng)EGR閥關(guān)閉時(shí),具有良好密封性。
EGR閥的開與關(guān)由汽車電腦(PCM)控制。當(dāng)汽車怠速,或還沒有達(dá)到工作溫度時(shí),EGR閥關(guān)閉,沒有尾氣進(jìn)入燃燒室。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常工作溫度,轉(zhuǎn)速高于一定RPM的時(shí)候,真空推動(dòng)EGR閥打開,允許部分尾氣隨進(jìn)氣進(jìn)入燃燒室。