发动机节能装置

发动机废气再循EGR装置介绍学院：汽车学院专业：汽车运用工程学号：一．EGR的工作原理所谓废气再循环是在保证内燃机动力性不降低的前提下，根据内燃机的温度及负荷大小将发动机排出的废气的一部份再送回进气管，和新鲜空气或新鲜混合气混合后再次进入气缸参加燃烧,使燃烧反应的速度减慢，从而降低NOx的排放量,是控制反应的速度减慢，从而降低NOx的排放量,是控制。废气中的氧含量很低,含有大量N,CO和水蒸气，这三种气体很稳定,不能燃烧,可吸收大量热量。当一部份排气经EGR控制阀还流回进气系统与新鲜空气或新鲜混合气混合后，稀释了新鲜空气或新鲜混合气中的氧浓度，使燃烧速度降低。这两个因素都使燃烧温度降低,从而有效控制了燃烧过程中NOx的生成。图1EGR系统的布置循环废气的量一般用EGR率表示，EGR率就是进入废气管的废气质量与进入气缸的总气体质量的比值，可表示为：％进气量＋返回废气量返回废气量率100EGREGR对NOx的生成以及燃烧过程的影响主要体现在以下几个方面：1）稀释效应再循环废气替代了一部分新鲜空气，使得原有的新鲜充量减少的氧气浓度降低。氧气浓度降低后，一方面，燃料的焰前化学反应和燃烧反应速度都将降低，也就是着火滞燃期和燃烧持续期延长;另一方面，氮气与氧气接触的机会也减小，这样可以极大地降低NOx的生成量。2)热效应再循环废气中的C02和H20是三原子分子，具有较高的比热容，能比空气吸收更多的热量;工质总热容增加后吸收等量的燃烧放热时工质的温度变化较小，这有助于解决在EGR量较大时控制燃烧速度、防止压升率过高等问题。3)化学效应在高温下，废气中CO、水蒸气会发生裂解，裂解是一个高的吸热过程，会吸收一部分燃烧热量，使得缸内峰值温度降低，这样会减少因峰值温度过高而造成对NOx排放的影响。二.EGR的功能介绍采用废气再循环能有效地降低汽油发动机的NOX排放。但EGR率过大会使燃烧恶化，燃油消耗率增大，HC排放上升。小负荷下进行EGR使燃烧不稳定，表现在缸内压力变动率增大，工作粗暴，HC排放急剧增加。大负荷时进行EGR，会使发动机动力性受损。因此，在进行EGR时必须要考虑其对发动机动力性、经济性的影响。图2、3、4EGR率对NOX排放浓度和燃油消耗率的影响，如图2和图3所示。图2中，空燃比被作为参变量，实验结果是在各点的最佳点火提前角条件下得到的。可见，随着EGR率的增大，对降低NOX排放越有利。但从图3可以看出，EGR率越大，燃油消耗率也将增加。故要提高NOX净化率，势必要增加燃油消耗率。EGR率对汽油机净化与性能的影响如图4所示。该试验是在转速、进气管负压及空燃比一定条件下进行的，试验所用的机型是一台日本丰田3R型汽油机。试验结果表明，当EGR率超过15%～20%时，发动机的动力性和经济性开始恶化，未燃碳氢排放浓度也因EGR率加大发生失火现象而上升，而且此时对进一步降低NOX排放浓度的作用不大。因此，通常将EGR率控制在10%～20%范围内较合适三.EGR系统的结构与种类介绍3.1普通电控式EGR控制系统普通电控式EGR控制系统如图3所示，主要由EGR阀、电磁阀、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、冷却水温度传感器、起动信号和电脑等组成。1．EGR2．进气管3．节气门4．发动机5．排气管图5普通EGR控制系统在发动机工作时．电脑根据各个传感器反馈的电信号，确定发动机目前在哪一种工况下运行。若在下列工况：发动机起动时；节气门位置传感器的怠速触点接通时；发动机冷却水温度低时；发动机转速超越一定范围时；电脑向EGR电磁阀发出接通信号，电磁阀通电，其阀门关闭。切断EGR阀的真空通道，EGR阀关闭，EGR系统停止工作。否则．ECU使EGR电磁阀断电．其阀开启真空通道，EGR阀打开．EGR系统开始工作。3.2可变式电控EGR控制系统可变式电控EGR控制系统如图4所示．主要由电脑、EGR电磁阀、节气门位置传感器、EGR阀、节气门、曲轴位置传感器、定压阀、调压阀等组成。根据发动机台架试验确定的EGR率与发动机转速、负荷的对应关系，将有关数据存入发动机ECU内微机的ROM中。发动机工作时微处理机根据各种传感器送来的信号．确定发动机在哪一种工况工作。经过查表和计算修正输出适当的指令，控制电磁阀的开度。以调节排气再循环的EGR率。当发动机工作时．微处理机根据曲轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却水温度传感器、点火开关、电源电压等，给排气再循环控制阀提供不同占空比的脉冲电压。使其具有不同打开关闭频率，调节进入调压阀的空气量，得到控制EGR阀不同开度所需各种真空度，从而获得为适应发动机工况所需不同的EGR率。脉冲电信号的占空比越大，电磁阀打开时间越长，进入调压阀负压室的空气量越多，真空度越小，排气再循环控制阀开度越小，EGR率越小，当小至某一值时，排气再循环阀关闭，排气再循环系统停止工作。反之，脉冲电信号的占空比越小，EGR率越大。1．电脑2．咖电磁阀3．节气门位置传感器4．EGR阀5．发动机6．发动机排气管7．发动机进气管8．节气门9．曲轴位置传感器10．发动机起动信号l1．冷却水温度传感器图6普通电控式EGR控制系统3.3可变式电控EGR控制系统可变式电控EGR控制系统如图4所示．主要由电脑、EGR电磁阀、节气门位置传感器、EGR阀、节气门、曲轴位置传感器、定压阀、调压阀等组成。1．电脑2．EGR电磁阀3．节气门位置传感器4．EGR阀5．发动机6．发动机排气管7．发动机进气管8．节气门9．曲轴位置传感器10．发动机起动信号11．冷却水温度传感器12．定压阀13．调压阀图7可变式电控EGR控制系统发动机工作时微处理机根据各种传感器送来的信号，确定发动机在哪一种工况工作。经过查表和计算修正输出适当的指令，控制电磁阀的开度。以调节排气再循环的EGR率。当发动机工作时．微处理机根据曲轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却水温度传感器、点火开关、电源电压等，给排气再循环控制阀提供不同占空比的脉冲电压。使其具有不同打开关闭频率，调节进入调压阀的空气量，得到控制EGR阀不同开度所需各种真空度，从而获得为适应发动机工况所需不同的EGR率。脉冲电信号的占空比越大，电磁阀打开时间越长，进入调压阀负压室的空气量越多，真空度越小，排气再循环控制阀开度越小，EGR率越小，当小至某一值时，排气再循环阀关闭，排气再循环系统停止工作。反之，脉冲电信号的占空比越小，EGR率越大。3.4闭环控制式排气再循环在闭环控制式排气再循环系统中，微处理机以EGR率作为反馈信号实现闭环控制的。如图8所示，新鲜空气经EGR阀进入稳压箱，稳压箱中设置有EGR率传感器，它对稳压箱中新鲜空气与废气所形成的混合气中的氧气浓度不断地进行检测，并将检测结果输入微处理机。图8闭环控制式排气再循环系统图四.EGR装置补充介绍4.1存在问题目前EGR技术主要存在问题①、采用后EGR系统后,若EGR率控制不当,极易造成柴油机经济性恶化,其它排放污染物和烟度的增加;②、在低负荷时,EGR将影响柴油机的工作稳定性;③、在高负荷时,EGR将影响柴油机的动力性;④、EGR中颗粒可能造成柴油机活塞环、气缸套等零部件磨损加剧和对机油的污染,进而可能影响柴油机的可靠性和寿命;⑤、废气温度过高,会影响柴油机的充气效率,并会有降低燃烧温度的效果;⑥、各缸EGR分配均匀性和瞬态响应性不宜同时兼顾。4.2控制原则EGR设计控制原则主要有：(1)、由于NOX排放量随负荷增加而增加，因而EGR量亦应随负荷的增加而增加。(2)、怠速和小负荷时，Nox排放浓度低，为了保证稳定燃烧，不进行EGR。(3)、在发动机暖机过程中，冷却水温和进气温度均较低，NOX排放浓度也很低，混合气供给不均匀，为防止EGR破坏燃烧稳定性，冷机时不进行EGR。(4)、大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性，此时虽温度很高，但氧浓度不足，NOX排放生成物较少，通常也不进行EGR或减少EGR率。