Komercinių transporto priemonių dyzelinių variklių technologijos srityje išmetamųjų dujų recirkuliacijos (EGR) sistema visada buvo degalų sąnaudų, galios ir išmetamųjų teršalų kovos pagrindas. Ši iš pažiūros paprasta, bet labai sudėtinga sistema nuolat skatina naujoves ir dyzelinių variklių technologijų plėtrą.
I. EGR sistemos veikimo principas ir klasifikacija
Pagrindinis EGR sistemos principas yra įvesti dalį išmetamųjų dujų į įsiurbimo pusę, o tiksliai kontroliuojant išmetamųjų dujų refliukso santykį, ji keičia degimo aplinką cilindre. Šiuolaikinės EGR sistemos daugiausia susideda iš dviejų techninių takų: aukšto slėgio grandinės ir žemo slėgio grandinės.
Aukšto -slėgio EGR sistema tiesiogiai paima išmetamąsias dujas iš išmetimo kolektoriaus, atvėsina jas per EGR aušintuvą ir tiksliai kontroliuoja jų patekimą į įsiurbimo kolektorių per EGR vožtuvą. Ši sistema reaguoja greitai, tačiau tai gali turėti įtakos turbokompresoriaus efektyvumui esant didelės-apkrovos sąlygoms.
Žemo -slėgio EGR sistema iš už kietųjų dalelių filtro ištraukia išmetamąsias dujas, jas pašalina siera ir pašalina kietąsias daleles, o tada įsiurbimo kompresorius grąžina jas į cilindrą. Šis išdėstymas turi santykinai nedidelį poveikį turbinos efektyvumui ir yra labiau tinkamas didelėms EGR normoms.
II. Didžiulis EGR poveikis išmetamųjų teršalų charakteristikoms
Azoto oksido (NOx) kontrolės mechanizmas
EGR poveikis NOx emisijų mažinimui yra itin reikšmingas. Jo veikimo mechanizmas daugiausia susideda iš trijų aspektų:
· Šiluminis efektas: trijų{0}}atomų dujų, pvz., anglies dioksido ir vandens garų išmetamosiose dujose, savitoji šiluminė talpa yra didesnė, todėl efektyviai sumažėja didžiausia degimo temperatūra.
· Skiedimo efektas: išmetamosios dujos atskiedžia deguonies koncentraciją šviežiame įsiurbiamame ore, sulėtindamos degimo reakcijos greitį.
· Cheminis poveikis: Kai kurie išmetamųjų dujų komponentai gali dalyvauti tarpinėse cheminėse reakcijose, toliau slopindamos NOx susidarymą.
Tyrimai parodė, kad vidutinės{0}}apkrovos sąlygomis kas 10 % padidinus EGR greitį NOx emisija gali sumažėti maždaug 30–50 %. Dėl šio mažinimo efekto EGR yra būtina technologija, atitinkanti griežtus išmetamųjų teršalų reikalavimus, pvz., Nacionalinio VI standarto reikalavimus.
Kietųjų dalelių emisijos iššūkis
EGR ne tik sumažina NOx emisiją, bet ir sukelia padidėjusio kietųjų dalelių išmetimo problemą. Dėl išmetamųjų dujų recirkuliacijos išplečiamas plotas su pernelyg turtingu mišiniu, todėl padidėja suodžių gamyba. Ši problema ypač išryškėja, kai didelis EGR greitis derinamas su didelės apkrovos sąlygomis.
Šiuolaikiniai dyzeliniai varikliai efektyviai išsprendė šį prieštaravimą pasitelkdami bendras EGR aušinimo technologijos, tikslios degalų įpurškimo kontrolės ir efektyvių kietųjų dalelių filtrų (DPF) pastangas.
III. Sudėtingas EGR poveikis degalų ekonomijai
EGR įtaka degalų sąnaudoms rodo didelę priklausomybę nuo eksploatavimo sąlygų ir negali būti tiesiog klasifikuojama kaip padidėjimas ar sumažėjimas.
Degalų-taupymo efektas mažos-apkrovos sąlygomis
Esant mažam-greičiui ir mažai-apkrovai, tinkamas EGR greitis gali pagerinti degalų sąnaudas. Pagrindinės to priežastys:
· Sumažinkite siurbimo nuostolius, ypač efektyviau dyzeliniuose varikliuose su droselio sklende
· Sumažinkite degimo temperatūrą ir sumažinkite šilumos nuostolius, perduodamus per cilindro sienelę
· Optimizuoti degimo fazę ir pagerinti degimo efektyvumą
Eksperimentiniai duomenys rodo, kad esant įprastoms vidutinio{0}greičio ir 25 % apkrovos sąlygoms miesto keliuose, naudojant maždaug 15 % EGR, degalų taupymas gali padidėti maždaug 2–3 %.
Degalų sąnaudos didelės{0}}apkrovos sąlygomis
Tačiau didelės{0}}apkrovos sąlygomis EGR paprastai padidina degalų sąnaudas:
· Mažėja oro pertekliaus koeficientas, dėl to sumažėja degimo efektyvumas.
· Norint išlaikyti galią, reikia padidinti kuro tiekimo tūrį cikle.
· Padidinimo sistemos darbo taškas pasislenka, todėl sumažėja efektyvumas.
Netoli vardinės galios taško, naudojant EGR, degalų sąnaudos gali padidėti 3–5%. Tai kaina, kurią reikia sumokėti, kad būtų pasiektas mažas išmetamųjų teršalų kiekis.
III. EGR apribojimai ir balansas dėl galios
Tiesioginis išėjimo galios poveikis
EGR įtaka variklio galiai daugiausia yra dviem aspektais. Išmetamųjų dujų įvedimas tiesiogiai sumažina įleidžiamo gryno oro kiekį, todėl sumažėja bendras degime dalyvaujančio deguonies kiekis. Tuo pačiu metu slopinamasis išmetamųjų dujų poveikis degimo procesui mažina šilumos konversijos efektyvumą.
Eksperimentas rodo, kad, kai degalų tiekimo tūris išlieka pastovus, kas 10 % padidinus EGR greitį, variklio sukimo momentas sumažėja maždaug 2-4 %. Šis poveikis ypač reikšmingas didelės-greičių ir didelės apkrovos zonose.
Laikinosios dinaminės reakcijos charakteristikos
Be pastovios{0}}galios, EGR taip pat daro didelę įtaką variklio trumpalaikėms reakcijos charakteristikoms. Greitėjimo proceso metu išmetamųjų dujų likučiai EGR sistemoje laikinai sumažina variklio atsako jautrumą, todėl atsiranda vadinamasis „pagreičio dūmų“ reiškinys.
Šiuolaikiniai varikliai veiksmingai išsprendė šią problemą, greitai sumažindami EGR greitį pereinamomis eksploatavimo sąlygomis, kartu su suderintu kintamos geometrijos turbokompresoriaus (VGT) valdymu.
IV. Technologiniai laimėjimai pažangiosiose EGR valdymo strategijose
Atsižvelgdama į prieštaravimą tarp degalų sąnaudų, galios ir išmetamųjų teršalų, moderni EGR valdymo sistema sukūrė įvairius inovatyvius sprendimus.
Modeliu{0}}pagrįstas nuspėjamasis valdymas
Pažangi valdymo sistema nuolat stebi tokius parametrus kaip įsiurbimo slėgis, temperatūra ir deguonies koncentracija realiuoju laiku ir derina tai su variklio darbo būsena, kad prognozuotų optimalų EGR greitį. Ši nukreipimo valdymo strategija žymiai padidina sistemos atsako greitį ir valdymo tikslumą.
Kelių{0}}sistemų optimizavimas bendradarbiaujant
EGR nebeveikia savarankiškai, o veikia glaudžiai bendradarbiaudama su aukšto-slėgio bendrojo bėgio įpurškimo sistema, kintamos geometrijos turbokompresoriumi, po-apdorojimo sistema ir kt. Šių sistemų koordinavimas užtikrina išmetamųjų teršalų standartų laikymąsi ir sumažina neigiamą poveikį degalų sąnaudoms ir galiai.
Nauja EGR sistemos architektūra
Pažangi žemo -slėgio EGR sistema kartu su efektyviu tarpiniu aušintuvu leidžia veikti dideliu EGR greičiu įvairesnėmis eksploatavimo sąlygomis, tuo pačiu išvengiant trukdžių padidinimo sistemai. Kai kurių naujausių konstrukcijų EGR rodiklis netgi viršijo 40 %, atitinka itin-mažus NOx emisijos reikalavimus, o galios nuostoliai išlaikomi priimtino diapazono ribose.
V. Ateities tendencijos ir perspektyvos
Kadangi išmetamųjų teršalų reguliavimas tampa vis griežtesnis, EGR technologija vis dar nuolat tobulinama. Naujos kartos EGR technologija bus skirta:
· Išmanus kintamo EGR greičio valdymas: dinamiškai optimizuokite EGR greitį pagal darbo sąlygas realiuoju laiku{0}}
· Ultra{0}}žemos temperatūros EGR aušinimas: toliau sumažinkite įsiurbiamo oro temperatūrą ir padidinkite EGR efektyvumą
· Patobulintas sistemos integravimas: sumažinkite slėgio nuostolius EGR grandinėje ir pagerinkite atsako charakteristikas
EGR technologijos taikymas dyzelinių variklių srityje visiškai parodo inžinierių išmintį ieškant balanso tarp kelių tikslų. Tai nėra nei universalus sprendimas, nei paprastas kompromisinis produktas, o veikiau optimalus pasirinkimas konkrečiame technologiniame etape.
Atitiktis išmetamųjų teršalų reikalavimams: Nacionalinių reglamentų šeštojo etapo NOx ir kietųjų dalelių emisijos standartai ir septintoji Europos standartų pakopa nustato griežtesnius reikalavimus, verčia gamintojus taikyti efektyvesnes EGR sistemas.
Komercinių transporto priemonių sektoriuje EGR tapo standartine funkcija. Atnaujinus nacionalinius emisijos standartus, pradinio SCR maršruto nebepakanka, kad būtų galima savarankiškai įvykdyti emisijos reikalavimus. EGR post{2}}apdorojimo technologija vėl tapo pagrindiniu būdu. Sunkiųjų -komercinių transporto priemonių varikliai paprastai naudoja aukšto EGR normos schemas (kai kurios viršija 30 %) kartu su efektyviomis SCR sistemomis, kad atitiktų NOx ribinius reikalavimus, nustatytus nacionalinėse VI ir VII taisyklėse.