Á sviði dísilvélatækni fyrir atvinnubíla hefur útblástursendurhringrásarkerfið (EGR) alltaf verið kjarninn í baráttunni um eldsneytisnotkun, afl og útblástur. Þetta að því er virðist einfalda en mjög flókna kerfi knýr stöðugt áfram nýsköpun og þróun dísilvélatækni.
I. Vinnureglur og flokkun EGR kerfis
Meginreglan í EGR kerfinu er að koma hluta af útblástursloftinu inn á inntakshliðina og með því að stjórna nákvæmlega bakflæðishlutfalli útblástursloftsins breytir það brennsluumhverfinu í strokknum. Nútíma EGR-kerfi samanstanda aðallega af tveimur tæknilegum leiðum: háþrýstirásinni og lágþrýstingsrásinni.-
Háþrýstings EGR kerfið dregur beint útblástursloft frá útblástursgreininni, kælir það í gegnum EGR kælirinn og stjórnar síðan innleiðingu þess nákvæmlega inn í inntaksgreinina í gegnum EGR lokann. Þetta kerfi bregst hratt við, en það getur haft áhrif á skilvirkni forþjöppunnar við mikla-álagsaðstæður.
Lágþrýstings-EGR-kerfið dregur útblástursloft aftan við agnastíuna, fer í brennisteinshreinsun og meðhöndlun agna og er síðan sett aftur inn í strokkinn með inntaksþjöppunni. Þetta skipulag hefur tiltölulega lítil áhrif á skilvirkni hverfla og hentar betur fyrir forrit með háan EGR hlutfall.
II. Mikil áhrif EGR á eiginleika losunar
Stýribúnaður fyrir köfnunarefnisoxíð (NOx).
Áhrif EGR til að draga úr losun NOx eru afar mikil. Verkunarháttur þess liggur aðallega í þremur þáttum:
· Hitaáhrif: -atóm lofttegundirnar eins og koltvísýringur og vatnsgufa í útblástursloftinu hafa meiri sérvarmagetu, sem dregur í raun úr hámarkshitastigi brennslu.
· Þynningaráhrif: Útblástursloftið þynnir súrefnisstyrkinn í fersku inntakslofti og hægir á brunahvarfshraða.
· Efnafræðileg áhrif: Sumir þættir í útblástursloftinu geta tekið þátt í efnahvörfum millistigs, sem hindrar myndun NOx enn frekar.
Rannsóknir hafa sýnt að við meðal-álagsaðstæður, fyrir hverja 10% aukningu á EGR hlutfalli, er hægt að minnka NOx losun um það bil 30-50%. Þessi lækkunaráhrif gera EGR að nauðsynlegri tækni til að uppfylla ströngar losunarreglur eins og þær í National VI staðlinum.
Áskorunin um útblástur svifryks
EGR dregur ekki aðeins úr losun NOx heldur veldur einnig vandamálinu af aukinni losun svifryks. Endurhring útblástursloftsins leiðir til stækkunar svæðisins með ofríkri blöndu, sem leiðir til aukinnar sótframleiðslu. Þetta vandamál er sérstaklega áberandi þegar hátt EGR hlutfall er ásamt miklu álagi.
Nútíma dísilvélar hafa á áhrifaríkan hátt brugðist við þessari mótsögn með samsettri viðleitni EGR kælitækni, nákvæmri eldsneytisinnspýtingarstýringu og skilvirkum agnasíum (DPF).
III. Flókin áhrif EGR á eldsneytissparnað
Áhrif EGR á eldsneytisnotkun sýna verulega háð rekstrarskilyrðum og er ekki hægt að flokka það einfaldlega sem aukningu eða lækkun.
Eldsneytissparandi-áhrifin við lítið-álag
Við lágan-hraða og lítið-álag getur viðeigandi EGR-hlutfall bætt eldsneytisnotkun. Helstu ástæður þessa eru:
· Draga úr dælutapi, sérstaklega skilvirkara á dísilvélum með inngjöfarloka
· Lækka brennsluhitastig og draga úr hitatapi sem flytur í gegnum strokkvegg
· Fínstilltu brennslufasa og bættu skilvirkni brennslu
Tilraunagögn sýna að við venjulegan meðal-hraða og 25% hleðsluskilyrði á vegum í þéttbýli getur notkun EGR hlutfalls upp á um það bil 15% leitt til um 2-3% bata í eldsneytisnotkun.
Eldsneytisnotkunarkostnaður við mikla-álagsskilyrði
Hins vegar, við mikla-álagsaðstæður, leiðir EGR venjulega til aukningar á eldsneytisnotkun:
· Umframloftstuðullinn minnkar, sem leiðir til lækkunar á brennsluvirkni.
· Til að viðhalda aflgjafanum þarf að auka magn eldsneytisgjafa í hringrásinni.
· Vinnupunktur boostkerfisins breytist, sem leiðir til lækkunar á skilvirkni.
Nálægt nafnaflstöðinni getur notkun EGR valdið 3-5% aukningu á eldsneytisnotkun. Þetta er verð sem þarf að greiða til að ná lítilli losun.
III. Takmarkanir og jafnvægi EGR á afköstum
Bein áhrif aflgjafa
Áhrif EGR á afköst vélarinnar liggja aðallega í tveimur þáttum. Innleiðing útblásturslofts dregur beint úr magni inntöku fersks lofts, sem leiðir til lækkunar á heildarmagni súrefnis sem tekur þátt í brunanum. Á sama tíma dregur hamlandi áhrif útblásturslofts á brennsluferlið úr skilvirkni hitabreytingar.
Tilraunin sýnir að þegar eldsneytismagn er stöðugt, fyrir hverja 10% aukningu á EGR hlutfalli, minnkar snúningsvægi hreyfilsins um u.þ.b. 2-4%. Þessi áhrif eru sérstaklega mikilvæg á-hraða- og þungasvæðum.
Tímabundnir eiginleikar kraftmikilla viðbragða
Fyrir utan stöðugt-afl hefur EGR einnig veruleg áhrif á skammvinnsvörunareiginleika hreyfilsins. Meðan á hröðunarferlinu stendur dregur úrgangsútblástursloftið í EGR kerfinu tímabundið úr viðbragðsnæmi hreyfilsins, sem leiðir til þess-svokallaða „hröðunarreyks“ fyrirbæri.
Nútímavélar hafa í raun tekist á við þetta vandamál með því að draga hratt úr EGR-hraðanum við tímabundin notkunarskilyrði, í tengslum við samræmda stjórn á túrbóhleðslu með breytilegri rúmfræði (VGT).
IV. Tæknileg bylting í háþróaðri EGR stjórnunaraðferðum
Andspænis mótsögninni milli eldsneytisnotkunar, afkösts og losunar hefur nútíma EGR stjórnkerfið þróað margs konar nýstárlegar lausnir.
Forspárstýring sem byggir á líkana-
Háþróaða stjórnkerfið fylgist stöðugt með breytum eins og inntaksþrýstingi, hitastigi og súrefnisstyrk í rauntíma og sameinar þetta við rekstrarstöðu hreyfilsins til að spá fyrir um ákjósanlegasta EGR hraða. Þessi straumstjórnunarstefna eykur viðbragðshraða kerfisins og stýrinákvæmni verulega.
Fjöl-kerfissamvinnufínstilling
EGR starfar ekki lengur sjálfstætt en vinnur þess í stað í nánu samstarfi við háþrýstings common rail innspýtingarkerfið, forþjöppu með breytilegri rúmfræði og eftir-meðhöndlunarkerfi o.s.frv. Með samhæfingu þessara kerfa tryggir það samræmi við útblástursstaðla en lágmarkar neikvæð áhrif á eldsneytisnotkun og afköst.
Nýr EGR kerfisarkitektúr
Háþróað lágþrýsti EGR kerfið, ásamt skilvirkum millikæli, gerir kleift að nota háan EGR hraða yfir fjölbreyttari notkunarskilyrði, en forðast truflun á auka kerfinu. Sumar af nýjustu hönnununum hafa meira að segja náð yfir 40% EGR hlutfalli, sem uppfyllir kröfur um ofur-lága NOx losun á sama tíma og afli er haldið innan viðunandi marka.
V. Framtíðarþróun og horfur
Eftir því sem reglur um losun verða sífellt strangari er EGR tækni enn í stöðugri þróun. Næsta kynslóð EGR tækni mun einbeita sér að:
· Snjöll breytileg EGR hraðastýring: Fínstilltu EGR hraðann á virkan hátt byggt á-rauntíma rekstrarskilyrðum
· Ofur-lágt hitastig EGR kæling: Lækkaðu inntakslofthita enn frekar og eykur skilvirkni EGR
· Bætt kerfissamþætting: Draga úr þrýstingstapi í EGR hringrásinni og bæta svörunareiginleika
Notkun EGR tækni á sviði dísilvéla sýnir að fullu visku verkfræðinga í að leita jafnvægis á milli margra markmiða. Það er hvorki alhliða lausn né einföld málamiðlunarvara, heldur ákjósanlegur kostur á tilteknu tæknistigi.
Samræmi við losunarreglur: Útblástursstaðlar NOx og svifryks í sjötta áfanga landsreglugerða og sjöunda þrepi evrópskra staðla hafa sett strangari kröfur sem neyða framleiðendur til að taka upp skilvirkari EGR kerfi.
Í atvinnubílageiranum er EGR orðinn staðalbúnaður. Með uppfærslu á innlendum losunarstöðlum dugar upprunalega SCR leiðin ekki lengur til að uppfylla losunarkröfur sjálfstætt. EGR eftir-meðhöndlunartækni er enn og aftur orðin almenn leið. Þungar-avinnubílahreyflar samþykkja almennt háan EGR-hlutfallskerfi (sum yfir 30%), ásamt skilvirkum SCR-kerfum, til að uppfylla kröfur um NOx viðmiðunarmörk í reglum lands VI og VII.