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專用汽車常用EGR發動機技術原理簡介
EGR:排氣再循環
在專用汽車用戶,例如吸糞車用戶平板運輸車用戶和專用汽車廠家交流谘詢過程中,談到車輛配置,尤其是車輛上最重要的發動機配置,好多時候會聽到“EGR”這個術語。那麽到底什麽是EGR呢?專用汽車廠家來對EGR技術簡要介紹,以解廣大用戶之惑。
排氣再循環(Exhaust Gas Recirculation)為汽車用小型內燃機在燃燒後將排出氣體的一部分分離出、並導入進氣側使其再度燃燒的技術(手法或方法)。主要目的為降低排出氣體中的氮氧化物(NOx)與分擔部分負荷時可提高燃料消費率。取其每個英語單字的字首“EGR”為通稱。
目錄
1.內置EGR係統
2.外置EGR係統
1.(1) 控製原則
2.(2) 控製方式
1.1.作用:
2.2.工作原理:
1.內置EGR係統
2.外置EGR係統
1.(1) 控製原則
2.(2) 控製方式
1.1.作用:
2.2.工作原理:
展開
內燃機在燃燒後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後會使吸氣中氧氣濃度降低,因此會產生下列現象:
比大氣更低的含氧量在燃燒時(最高)溫度會降低,會抑製氮氧化物(NOx)的產生。燃燒溫度降低時,汽缸與燃燒室壁麵、活塞表麵的熱能發散會降低,另外因熱解離造成的損失也會有些微降低。燃油引擎其部分負荷為汽缸內在非EGR時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,結果吸氣時的吸油(油門)損失較低,燃料消費率會提高。此即為活塞在一次行程下吸入的氧氣降低時,會如同使用小排氣量引擎采下加速前進時一樣的效果。EGR 的返流量依燃油引擎的情形(在吸氣量中)下最大為15%,而怠速時與高負載時則會停止。以車輛重量來看引擎出力較小的大型柴油車,其引擎負載較高,為了能夠達到排氣量標準也常會使用到EGR技術。
發動機的有害排放物是造成大氣汙染的一個主要來源,隨著環境保護問題的重要性日趨增加,降低發動機有害排放物這一目標成為當今世界上發動機發展的一個重要方向。隨著世界石油製品的消耗量逐年上升,國際油價居高不下,柴油車的經濟性日漸突出,這使得柴油機在車用動力中占據著越來越重要的地位。所以開展柴油機有害排放物控製方法的研究,是從事柴油機設計者的首要任務。本文在這裏簡述降低有害排放物的控製技術中的一種-----廢氣再循環係統。
廢氣再循環係統(Exhaust Gas Recirculation)簡稱EGR,是將柴油機產生的廢氣的一小部分再送回氣缸。再循環廢氣由於具有惰性將會延緩燃燒過程,也就是說燃燒速度將會放慢從而導致燃燒室中的壓力形成過程放慢,這就是氮氧化合物會減少的主要原因。另外,提高廢氣再循環率會使總的廢氣流量(mass flow) 減少,因此廢氣排放中總的汙染物輸出量將會相對減少。EGR係統的任務就是使廢氣的再循環量在每一個工作點都達到最佳狀況,從而使燃燒過程始終處於最理想的情況,最終保證排放物中的汙染成份最低。由於廢氣再循環量的改變會對不同的汙染成份可能產生截然相反的影響,因此所謂的最佳狀況往往是一種折衷的,使相關汙染物總的排放達到最佳的方案。比方說,盡管提高廢氣再循環率對減少氮氧化物(NOx)的排放有積極的影響, 但同時這也會對顆粒物和其他汙染成份的增加產生消極的影響。
根據廢氣進入氣缸是否通過發動機的進氣係統,EGR係統可分為 :
特點:
通過改變配氣相位實現
結構簡單,應用方便
但難以精確控製EGR率效果不顯著
內部EGR
特點:
需要外加專門的管道
通過電控係統可精確控製EGR率效果顯著
目前較為常用
外部EGR
增壓中冷柴油機實現廢氣再循環一般有兩種方式:一種是將渦輪前的排氣引入中冷器之後,稱為高壓廢氣反向。采用可變截麵渦輪增壓器,可以擴大廢氣再循環有效工作範圍,降低氮氧化物(NOX)和微粒(PT),燃油耗也不升高,這可能是將高壓廢氣再循環係統用於增壓中冷柴油機的最好方法。另一種是將渦輪後的排氣引入壓氣機之前,稱為低壓廢氣再循環係統,它可有效降低氮氧化物,而廢氣循環工作範圍較大,與柴油機匹配能有效地發揮其功能。
現在我們運用得最多的是低壓廢氣再循環係統,其係統的主要元件是數控式EGR閥。數控式EGR閥安裝在右排氣歧管上,作用是獨立地對再循環到發動機的廢氣量進行準確的控製,而不管歧管真空度的大小。EGR閥通過3個孔徑遞增的計量孔控製從排氣歧管流回進氣歧管的廢氣量,以產生7種不同流量的組合。每個計量孔都由1個電磁閥和針閥組成,當電磁閥通電時,電樞便被磁鐵吸向上方,使計量孔開啟。旋轉式針閥的特性保證了當EGR閥關閉時,具有良好密封性。
發動機的工況不同,對EGR量的要求也不同。為了使EGR係統能更有效地發揮作用,必須對參加EGR的廢氣數量加以限製。
l隨著負荷的增加,EGR的量也相應地增加,並能達到最佳值;
l怠速及低負荷時,NOx排放濃度較低,為保證正常燃燒,不進行EGR;
l暖機過程中,發動機溫度低,NOx排放濃度也較低,為防止EGR惡化燃燒過程,不進行EGR;
l大負荷、高速或油門全開時,為保證發動機的動力性,不進行EGR;
l加速時,為了保證汽車的加速性及必要的淨化效果,EGR在過渡過程中起作用。
根據上述EGR的設計原則,必須對EGR進行控製和調節,使EGR在發動機中的應用能達到預期的效果。EGR的控製和調節的方法很多,根據其主要的特點可以從不同的角度進行分類。
l機械式EGR係統
優點:結構簡單,成本低,容易實施執行。
缺點:係統缺乏柔性。
l電子控製式EGR係統(氣電式和磁電式)
動態響應好,控製精度高。
l開環控製
優點:結構簡單,控製方便。
關鍵:EGR率的精確控製依賴於控製MAP的精確製取。
l閉環控製
優點:能根據發動機的工況自動調整到最佳EGR量, 控
製精度高,動態響應好。
缺點:結構複雜。
目前采用的廢氣再循環係統還有一種類型,日野汽車公司開發的脈衝式廢氣再循環係統在柴油機進氣過程中,排氣門稍有提升,使部分高壓廢氣回流到汽缸內。排氣門的這個作用是通過修改排氣門凸輪的形狀和將廢氣再循環係統微升來實現的。在脈衝式廢氣再循環係統中,廢氣被重新送回氣缸內,因此廢氣的壓力應高到足以使氣流反向。要達到這樣高的壓力隻有通過優化氣門微升和定時,從而利用廢氣的壓力波才能實現,在該廢氣再循環係統中,廢氣壓力“脈衝”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準。EGR傳感器向引擎電子控製係統反饋廢氣流量信息。除去上述用途,EGR傳感器的結構使得它還適用於踏板位置檢測和采暖通風與空調係統中。
廢氣再循環(EGR)係統用於降低廢氣中的氧化氮(NOX)的排出量。氮和氧隻有在高溫高壓條件下才會發生化學反應,發動機燃燒室內的溫度和壓力滿足了上述條件,在強製加速期間更是如此。
當發動機在負荷下運轉時,EGR閥開啟,使少量的廢氣進入進氣歧管,與可燃混合氣一起進入燃燒室。怠速時EGR閥關閉,幾乎沒有廢氣循環至發動機。汽車廢氣是一種不可燃氣體(不含燃料和氧化劑),在燃燒室內不參與燃燒。 它通過吸收燃燒產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。進入燃燒室的廢氣量隨著發動機轉速和負荷的增加而增加。
EGR係統的主要元件是數控式EGR閥,數控式EGR閥安裝在右排氣歧管上,其作用是獨立地對再循環到發動機的廢氣量進行準確的控製,而不管歧管真空度的大小。
EGR閥通過3個孔徑遞增的計量孔控製從排氣歧管流回進氣歧管的廢氣量,以產生多種不同流量的組合。每個計量孔都由1個電磁閥和針閥組成,當電磁閥通電時,電樞便被磁鐵吸向上方,使計量孔開啟----閥門開啟。旋轉式針閥的特性保證了當EGR閥關閉時,具有良好密封性。
EGR閥通常在下列條件下開啟:1.發動機暖機運轉。2.轉速超過怠速。ECM根據發動機冷卻水溫傳感器、節氣門位置傳感器和空氣流量傳感器來控製EGR係統。
EGR發動機通過尾氣再循環的方式,提高燃油利用率,使尾氣排放達到國三標準。但發動機主要技術和國二一致且通用。從而降低了維修成本。同時EGR發動機相對於共軌電噴發動機甚至單體泵發動機,降低了生產成本,從而降低了整車成本。給專用汽車用戶節約了采購成本,縮短了回本周期。所以一般專用汽車用戶對價格比較敏感時專用汽車廠家往往會推薦EGR發動機。但是需要注意部分地區對EGR發動機的車輛上戶有一定限製,事先最好谘詢當地車管所以取得準確信息,防止車子買回去上戶有問題。