Komerciālo transportlīdzekļu dīzeļdzinēju tehnoloģiju jomā izplūdes gāzu recirkulācijas (EGR) sistēma vienmēr ir bijusi degvielas patēriņa, jaudas un izmešu cīņas pamatā. Šī šķietami vienkāršā, taču ļoti sarežģītā sistēma nepārtraukti virza inovācijas un dīzeļdzinēju tehnoloģiju attīstību.
I. EGR sistēmas darbības princips un klasifikācija
EGR sistēmas pamatprincips ir ievadīt daļu izplūdes gāzu ieplūdes pusē, un, precīzi kontrolējot izplūdes gāzu atteces attiecību, tā maina sadegšanas vidi cilindrā. Mūsdienu EGR sistēmas galvenokārt sastāv no diviem tehniskiem ceļiem: augstspiediena ķēdes un zemspiediena ķēdes.
Augstspiediena EGR sistēma tieši izvelk izplūdes gāzes no izplūdes kolektora, atdzesē caur EGR dzesētāju un pēc tam precīzi kontrolē to ievadīšanu ieplūdes kolektorā, izmantojot EGR vārstu. Šī sistēma reaģē ātri, taču tas var ietekmēt turbokompresora efektivitāti lielas-slodzes apstākļos.
Zema -spiediena EGR sistēma izvelk izplūdes gāzes no makrodaļiņu filtra, tiek pakļauta sēra attīrīšanai un daļiņu noņemšanai, un pēc tam ieplūdes kompresors to atkal ievada cilindrā. Šim izkārtojumam ir salīdzinoši neliela ietekme uz turbīnas efektivitāti, un tas ir vairāk piemērots lietojumiem ar augstu EGR līmeni.
II. EGR lielā ietekme uz emisijas īpašībām
Slāpekļa oksīda (NOx) kontroles mehānisms
EGR ietekme uz NOx emisiju samazināšanu ir ārkārtīgi nozīmīga. Tās darbības mehānisms galvenokārt ir trīs aspektos:
· Termiskais efekts: trīs-atomu gāzēm, piemēram, oglekļa dioksīdam un ūdens tvaikiem izplūdes gāzēs, ir lielāka īpatnējā siltumietilpība, kas efektīvi samazina maksimālo sadegšanas temperatūru.
· Atšķaidīšanas efekts: izplūdes gāzes atšķaida skābekļa koncentrāciju svaigā ieplūdes gaisā, palēninot degšanas reakcijas ātrumu.
· Ķīmiskā iedarbība: daži komponenti izplūdes gāzēs var piedalīties starpposma ķīmiskajās reakcijās, vēl vairāk kavējot NOx veidošanos.
Pētījumi liecina, ka vidējas-slodzes apstākļos par katriem 10% EGR ātruma pieaugumu NOx emisijas var samazināt par aptuveni 30–50%. Šis samazināšanas efekts padara EGR par nepieciešamu tehnoloģiju, lai atbilstu stingrajiem emisijas noteikumiem, piemēram, valsts VI standarta prasībām.
Cieto daļiņu emisiju izaicinājums
EGR ne tikai samazina NOx emisijas, bet arī rada palielinātu cieto daļiņu emisiju problēmu. Izplūdes gāzu recirkulācija noved pie zonas paplašināšanās ar pārmērīgi bagātīgu maisījumu, kā rezultātā palielinās kvēpu veidošanās. Šī problēma ir īpaši izteikta, ja augsts EGR līmenis tiek apvienots ar lielas slodzes apstākļiem.
Mūsdienu dīzeļdzinēji ir efektīvi novērsuši šo pretrunu, apvienojot EGR dzesēšanas tehnoloģiju, precīzas degvielas iesmidzināšanas kontroli un efektīvus makrodaļiņu filtrus (DPF).
III. EGR kompleksā ietekme uz degvielas ekonomiju
EGR ietekme uz degvielas patēriņu liecina par būtisku atkarību no darbības apstākļiem, un to nevar vienkārši klasificēt kā pieaugumu vai samazinājumu.
Degvielas-taupīšanas efekts zemas-slodzes apstākļos
Zema-ātruma un zemas-slodzes apstākļos atbilstošs EGR līmenis var uzlabot degvielas ekonomiju. Galvenie iemesli tam ir:
· Samaziniet sūknēšanas zudumus, īpaši efektīvāk dīzeļdzinējiem, kas aprīkoti ar droseļvārstu
· Samaziniet sadegšanas temperatūru un samaziniet siltuma zudumus, kas tiek pārnesti caur cilindra sienu
· Optimizējiet degšanas fāzi un uzlabojiet sadegšanas efektivitāti
Eksperimentālie dati liecina, ka parastos vidēja -ātruma un 25% slodzes apstākļos uz pilsētas ceļiem, izmantojot aptuveni 15% EGR, degvielas ekonomija var uzlaboties par aptuveni 2–3%.
Degvielas patēriņa izmaksas augstas{0}}slodzes apstākļos
Tomēr lielas{0}}slodzes apstākļos EGR parasti palielina degvielas patēriņu:
· Gaisa pārpalikuma koeficients samazinās, kā rezultātā samazinās sadegšanas efektivitāte.
· Lai saglabātu jaudu, ir jāpalielina degvielas padeves apjoms ciklā.
· Pastiprināšanas sistēmas darba punkts mainās, izraisot efektivitātes samazināšanos.
Netālu no nominālās jaudas punkta EGR izmantošana var izraisīt degvielas patēriņa pieaugumu par 3-5%. Tā ir cena, kas ir jāmaksā, lai sasniegtu zemas emisijas.
III. EGR ierobežojumi un līdzsvars attiecībā uz jaudas veiktspēju
Izejas jaudas tiešā ietekme
EGR ietekme uz dzinēja jaudu galvenokārt ir divos aspektos. Izplūdes gāzu ievadīšana tieši samazina svaigā gaisa ieplūdes daudzumu, kā rezultātā samazinās kopējais sadegšanā iesaistītā skābekļa daudzums. Tajā pašā laikā izplūdes gāzu inhibējošā iedarbība uz sadegšanas procesu samazina siltuma pārveidošanas efektivitāti.
Eksperiments parāda, ka, ja degvielas padeves apjoms paliek nemainīgs, par katru 10% EGR ātruma palielinājumu dzinēja griezes moments samazinās par aptuveni 2-4%. Šis efekts ir īpaši nozīmīgs liela ātruma un lielas slodzes{4}}apgabalos.
Dinamiskās reakcijas pārejošie raksturlielumi
Papildus stabilai{0}}stāvokļa jaudai, EGR būtiski ietekmē arī dzinēja īslaicīgās reakcijas raksturlielumus. Paātrinājuma procesa laikā atlikušās izplūdes gāzes EGR sistēmā īslaicīgi samazina dzinēja reakcijas jutību, kā rezultātā rodas tā sauktā "paātrinājuma dūmu" parādība.
Mūsdienu dzinēji ir efektīvi risinājuši šo problēmu, strauji samazinot EGR ātrumu īslaicīgos darbības apstākļos, kopā ar mainīgas ģeometrijas turbokompresoru (VGT) koordinētu vadību.
IV. Tehnoloģiskie sasniegumi progresīvās EGR kontroles stratēģijās
Saskaroties ar pretrunu starp degvielas patēriņu, jaudu un emisijām, modernā EGR kontroles sistēma ir izstrādājusi dažādus inovatīvus risinājumus.
Uz modeli- balstīta paredzamā vadība
Uzlabotā vadības sistēma nepārtraukti uzrauga tādus parametrus kā ieplūdes spiediens, temperatūra un skābekļa koncentrācija reāllaikā un apvieno to ar dzinēja darbības stāvokli, lai prognozētu optimālo EGR ātrumu. Šī virzītās vadības stratēģija ievērojami uzlabo sistēmas reakcijas ātrumu un vadības precizitāti.
Vairāku -sistēmu sadarbības optimizācija
EGR vairs nedarbojas neatkarīgi, bet tā vietā darbojas ciešā sadarbībā ar augstspiediena Common rail iesmidzināšanas sistēmu, mainīgas ģeometrijas turbokompresoru un pēc-apstrādes sistēmu utt. Saskaņojot šīs sistēmas, tas nodrošina atbilstību emisijas standartiem, vienlaikus samazinot negatīvo ietekmi uz degvielas patēriņu un jaudas veiktspēju.
Jauna EGR sistēmas arhitektūra
Uzlabotā zema -spiediena EGR sistēma apvienojumā ar efektīvu starpdzesētāju nodrošina augstu EGR darbību plašākā darbības apstākļu diapazonā, vienlaikus izvairoties no traucējumiem pastiprināšanas sistēmā. Daži no jaunākajiem modeļiem ir pat sasnieguši EGR līmeni, kas pārsniedz 40%, atbilst īpaši zemām NOx emisiju prasībām, vienlaikus saglabājot jaudas zudumus pieņemamā diapazonā.
V. Nākotnes tendences un perspektīvas
Tā kā emisiju noteikumi kļūst arvien stingrāki, EGR tehnoloģija joprojām nepārtraukti attīstās. Nākamās paaudzes EGR tehnoloģija koncentrēsies uz:
· Inteliģenta mainīga EGR ātruma kontrole: dinamiski optimizējiet EGR ātrumu, pamatojoties uz{0}}reāllaika darbības apstākļiem
· Īpaši-zemas temperatūras EGR dzesēšana: vēl vairāk samaziniet ieplūdes gaisa temperatūru un uzlabojiet EGR efektivitāti
· Uzlabota sistēmas integrācija: samaziniet spiediena zudumu EGR ķēdē un uzlabojiet reakcijas raksturlielumus
EGR tehnoloģijas pielietojums dīzeļdzinēju jomā pilnībā parāda inženieru gudrību, meklējot līdzsvaru starp vairākiem mērķiem. Tas nav ne universāls risinājums, ne vienkāršs kompromisa produkts, bet gan optimāla izvēle konkrētā tehnoloģiskā stadijā.
Atbilstība emisijas noteikumiem: Nacionālo noteikumu sestās fāzes un Eiropas standartu septītās kārtas NOx un daļiņu emisijas standarti ir noteikuši stingrākas prasības, liekot ražotājiem pieņemt efektīvākas EGR sistēmas.
Komercauto sektorā EGR ir kļuvusi par standarta funkciju. Līdz ar nacionālo emisiju standartu uzlabošanu sākotnējais SCR maršruts vairs nav pietiekams, lai neatkarīgi izpildītu emisijas prasības. EGR pēc{2}}apstrādes tehnoloģija atkal ir kļuvusi par galveno ceļu. Lieljaudas-komerciālo transportlīdzekļu dzinēji parasti izmanto augstas EGR likmes shēmas (daži pārsniedz 30%), apvienojumā ar efektīvām SCR sistēmām, lai atbilstu NOx robežvērtības prasībām valsts VI un VII noteikumos.