废气再轮回

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废气再轮回

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  废气再循环 ( Exhaust Gas Recirculation)为汽车用小型内燃机在燃烧后将排出气体的一部分出并导入吸气侧使其再度吸气的技术(手法或方法)。 主要目的为降低排出气体中的氮氧化物(NO x )并在部分负荷时可提高燃料经济性。取其每个英语单字的字首“EGR”为通称。

  内燃机在燃烧后排出的气体中含氧量极低甚至没有,此排出气体与吸气混合后会使吸气中氧气浓度降低,因此会产生下列现象:

  比大气更低的含氧量在燃烧时(最高)温度会降低,会抑制氮氧化物(NO x )的产生。燃烧温度降低时,气缸与燃烧室壁面、活塞表面的热量传递会降低,另外因热离解造成的损失也会有些微降低。燃油发动机其部分负荷与气缸内非EGR时相比,为了提供等量的氧气量(为了得到同一轴的出力),因此需要将油门开大,结果吸气时的吸油(油门)损失较低,燃料经济性会提高。 此即为活塞在一次行程下吸入的氧气降低时,会取得如同使用小排气量发动机加速前进时一样的效果。EGR 的循环率在燃油发动机的情形(在吸气量中)下最大为15%,而怠速时与高负载时则会停止。 以车辆重量来看发动机输出较小的大型柴油车,其发动机负载较高,为了能够达到排气标准也常会使用到EGR技术。

  EGR技术在当时(触媒转化器实用化以前、1970年代),燃油机因无法使用氧化催化来净化NO x 的情况下而导入的。 但是在循环率与燃料喷射量无法精密控制的的情况下,为了使燃料能够稳定,因此吸气混合比必须设的很高(燃油会过剰)、这反而使燃料经济性恶化。 之后,随控制技术提高且触媒转化器的实用化,现在已经可以用来解决NO x 的排出与燃料经济性提高的问题。

  原理上EGR在没有节流阀的柴油机在减低油门损失上是没有效果的,但在1990年代前期开始进行以减低NO x 为目的的EGR研究中发现、排气中存在的大量二氧化碳与水蒸气和大气来比有较高的热容量,因此对于提升燃料经济性也有一些效果。

  实际上排出气体的返流是在吸气与排气的两种流动间接上插有控制阀门的管子,利用控制阀门的开关时间来控制流量的增减。

  由于有高温排气回流所以可以忽略吸气充填效率的低下,因此大型柴油机几乎都装有利用热交换器制成的冷却机构(COOL EGR)。 多数会将一部份发动机的冷却水分流,用冷却机构来将吸收的热量进行散热,但会使散热器增加额外的30%负载,所以必须增大冷却风扇等其他设备因而导致重量增加。

  另外装有涡轮增压器内燃机等大型燃油机在高负载时若进行EGR,吸气压力会大于气、会使单纯的阀门开关无法进行回流。因此、须设置EGR 控制阀门逆止阀(止回阀)。

  理论上若能改变EGR 量就有可能可以取消燃油机的节流阀,但大量的EGR 在点火时的困难会容易造成燃烧不稳定,以及无法在怠速时达成稳定状态等理由使其难以实用化。

  EGR 与稀薄燃烧技术有很大的关连性,并且还有气缸内直接喷射技术中稀薄混合气下如何能稳定的燃烧的课题。

  等三原子气体的比热较高,当新鲜的混合气和废气混合后,热容量也随之增大。加热这种经过废气稀释后的混合气,温度每升高1度所需要的热量也随之增加,在燃料燃烧放热总量不变的情况下,最高燃烧温度也因此降低;同时废气对新鲜混合气的稀释作用,降低了氧的浓度,从而使NO

  废气再循环(EGR)系统有很多种形式和控制方式。根据系统执行器(EGR阀)的动作控制形式,可以分为机械控制式EGR系统和电子控制式EGR系统;根据EGR阀的控制对象,也即系统控制的方式,可以分为直接控制式EGR系统和间接控制式EGR系统;根据EGR系统中阀的个数可以分为单阀控制式和多阀控制式;根据EGR系统的控制结构,可以分为开环控制式EGR系统和闭环控制式EGR系统。

  为了更好的理解这些控制系统的形式,也为了选择经济、合理和适用的EGR系统控制方式,现着重对一以上几种EGR形式进行比较。

  机械控制式EGR系统是最早设计使用的EGR装置。其工作原理是:通过真空度和排气背压来控制EGR阀的开闭。

  机械控制式EGR系统中的主要部件是一个膜片式EGR阀,根据阀控制方式的不同,有正背压控制式EGR和负背压控制式EGR。但是,对于机械控制式EGR系统,EGR率控制的范围有限(一般为5%-15%),且控制精度远不能满足发动机的实际需要,故新型汽车发动机都趋向于选择计算机控制的EGR系统,也即电子控制式EGR系统。

  电子控制式EGR系统不仅EGR率的控制范围大(巧%一20%),控制自由度也大。其主要功能特点,就是选择NO

  排放量大的发动机工况,进行适量的EGR控制。在发动机工作时,微处理机Ecu根据各传感器,如转速传感器、水温传感器、节气门位置传感器、点火开关等信号,确定发动机目前在哪一种工况下工作,以输出指令,控制EGR电磁阀打开或关闭,使EGR进行或停止。

  直接控制式EGR系统的EGR阀直接安装在排气道上,所以这种形式的EGR系统也叫排气道废气再循环系统。

  系统的工作原理是:废气经排气管引出,直接经过EGR阀流入进气管。系统根据发动机工况的需要,直接控制EGR阀的开度大小,以提供理想的再循环流量。

  工作时,EGR控制阀的开度由控制信号(一般为压力信号,例如真空度、排气压力等)控制,而EGR电磁阀的开闭则影响着控制信号的变化,这样可以为EGR控制阀提供更为理想的控制信号,从而保证理想的EGR流量。

  单阀控制式EGR系统指的是,系统中只有一个阀—EGR阀。工作时,EGR阀根据控制信号(压力信号或电信号)的大小,改变阀的开度,从而提供理想的EGR流量。

  第一种:系统中有一个EGR控制阀和一个(或两个)EGR电磁阀。通过“EGR电磁阀”控制“EGR控制阀”的控制源(真空通道),从而控制系统的工作。

  另一种多阀控制式EGR系统指的是,系统中的EGR阀含有多个独立的电磁阀。有三个电磁线圈的数字式EGR系统即为这种典型的多阀控制式系统。

  开环控制式EGR系统中,它只有PCM的控制信号,不用反馈信号。因而PCM不用复杂的计算,相对来讲控制模式简单。当然,其控制的精度也受到一定的限制。

  直线式EGR系统,以EGR阀位置传感器的信号作为反馈信号,可以称作是一种简单的闭环控制系统。

  通常,在闭环控制式EGR系统中,是以EGR率作为反馈信号实现闭环控制的。

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