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什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

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通常我們聊到EGR系統,理解就是廢氣再循環系統,通過將廢氣導入到燃燒室,從而降低發動機燃燒峰值,達到減少NOx排放的目的。

柴油車采用的是外部系統,即排氣管與進氣管之間用一個管路連通,管路中安裝一個閥控制廢氣進入量。由此可見EGR閥是整個系統的核心部件,而如何對它進行精確控制和監測則是EGR系統的發展方向。

EGR:全稱為 排氣再循環(Exhaust Gas Recirculation),內燃機在燃燒后將排出氣體的一部分分離出、并導入進氣側使其再度燃燒的技術(手法或方法)。主要目的為降低排出氣體中的氮氧化物(NOx)與分擔部分負荷時可提高燃料消耗率。

什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

EGR工作機理

廢氣再循環系統(Exhaust GasRecirculation)簡稱EGR,是將柴油機或汽油機產生的廢氣的一小部分再送回氣缸。

再循環廢氣由于具有惰性將會延緩燃燒過程,也就是說燃燒速度將會放慢從而導致燃燒室中的壓力形成過程放慢,這就是氮氧化合物會減少的主要原因。

另外,提高廢氣再循環率會使總的廢氣流量(mass flow) 減少,因此廢氣排放中總的污染物輸出量將會相對減少。

EGR系統的任務就是使廢氣的再循環量在每一個工作點都達到最佳狀況,從而使燃燒過程始終處于最理想的情況,最終保證排放物中的污染成份最低。

由于廢氣再循環量的改變會對不同的污染成份可能產生截然相反的影響,因此所謂的最佳狀況往往是一種折衷的,使相關污染物總的排放達到最佳的方案。

比方說,盡管提高廢氣再循環率對減少氮氧化物(NOx)的排放有積極的影響, 但同時這也會對顆粒物和其他污染成份的增加產生消極的影響。

控制原則

發動機的工況不同,對EGR量的要求也不同。為了使EGR系統能更有效地發揮作用,必須對參加EGR的廢氣數量加以限制。

隨著負荷的增加,EGR的量也相應地增加,并能達到最佳值;

怠速及低負荷時,NOx排放濃度較低,為保證正常燃燒,不進行EGR;

暖機過程中,發動機溫度低,NOx排放濃度也較低,為防止EGR惡化燃燒過程,不進行EGR;

大負荷、高速或油門全開時,為保證發動機的動力性,不進行EGR;

加速時,為了保證汽車的加速性及必要的凈化效果,EGR在過渡過程中起作用。

控制方式

根據上述EGR的設計原則,必須對EGR進行控制和調節,使EGR在發動機中的應用能達到預期的效果。EGR的控制和調節的方法很多,根據其主要的特點可以從不同的角度進行分類

一、機械式EGR系統(下圖)

通過控制進氣管負壓和排氣壓力的氣體控制方式,適用于EGR率為5%~15%。

優點:結構簡單,成本低,容易實施執行。
缺點:系統缺乏柔性,自由度低。

什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

隨著柴油機電控系統的推行,EGR系統也已進入電控化,工作過程是受ECU控制。ECU根據發動機的冷卻液溫度、進氣量、轉速、起動等信息,間接(EGR電磁閥)或直接(電機)控制EGR閥的開度,通過檢測占空比信號和EGR閥開度等反饋信號結合發動機工況對EGR閥做出微調,從而形成高精度的閉環控制。本次我們主要介紹帶EGR電磁閥的電控EG。

二、電控電磁閥EGR系統

什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

部件組成:EGR電磁閥、EGR閥、EGR閥開度傳感器、ECU。

1、EGR電磁閥

作用:ECU通過占空比信號控制EGR電磁閥,降低EGR閥背壓,從而打開EGR閥。

結構(如下圖):EGR電磁閥有三個通氣口EGR電磁閥不通電時,彈簧將閥體向上壓緊,通大氣閥口被關閉。

這時EGR電磁閥使進氣歧管與EGR閥真空室相通;當EGR電磁閥線圈通電時,產生的電磁力使閥體下移,閥體下端將通進氣歧管的真空通道關閉,而上端的通大氣閥口打開,于是就使EGR閥的真空室與大氣相通。

什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

2、EGR閥

作用:控制廢氣進入進氣管路的閥門。

結構(如下圖):EGR閥膜片的一邊(下部)通大氣,裝有彈簧的另一邊為真空室,其真空度由EGR電磁閥控制。增大真空室的真空度,使膜片克服彈簧力上拱,閥的開度就增大,廢氣再循環流量也就增加。當上部失去真空度時,膜片在彈簧力的作用下向下拱而使閥關閉,阻斷廢氣再循環。

什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

3、EGR閥開度傳感器

作用:EGR位置傳感器監測EGR開度位置,并傳遞給ECU,用于EGR廢氣再循環控制。

什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

針腳定義:A22:電源5V;A40:地線;A12:信號輸出

什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

信號電壓:EGR閥開度越大反饋給ECU的信號電壓越高。

A 點:閥關閉位置( “零”點位置)

B 點:閥關閉過程中防沖擊起始位置

C 點: 6mm位置點( 100%開度位置點)

D 點:最大行程位置點(全開死點)

什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

三、廢氣再循環系統的工作原理

1、EGR通斷控制

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2、EGR率控制

EGR率過大高于20%,使燃燒速度太慢,燃燒變得不穩定,失火率增加,HC增加、動力性、經濟性下降;EGR率過小低于10%,NOx排放達不到法規要求,易產生爆震,發動機過熱等現象。因此EGR率必須根據發動機工況要求進行控制。通常將EGR率控制10%~20%范圍。

什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

過量的廢氣,將使發動機的燃燒惡化,動力性、經濟性下降。因此廢氣再循化的量要嚴格控制。且在某些特殊工況下,關閉廢氣再循化。

廢氣的引入量稱為廢氣再循化率(EGR率)

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3、工作原理

廢氣中含有大量的CO2和水蒸氣等接近于化學惰性的氣體,將其導入汽缸后稀釋可缸內混合氣,氧濃度相應降低.從而緩解了激烈地燃燒反應。?CO2不能燃燒但能吸收熱量,使溫度下降.減少NOX的生成。

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4、EGR的控制策略

綜合考慮動力性、經濟性、排放性能。

1)冷機、怠速和小負荷:NOx低,為了保證正常燃燒,不進行EGR。

2)大負荷、高速:保證動力性,同時混合氣濃,NOx低,不進行EGR或減少EGR率。

3)部分負荷:隨著負荷增加EGR率允許值也增加。

四、EGR控制系統的檢修

1、一般檢查

怠速時,拆下EGR閥上的真空軟管,發動機轉速應無變化,用手觸試真空管口應無吸力;轉速達2500r/min以上,同樣拆下此真空軟管,發動機轉速應明顯升高(中斷了廢氣再循環)。

什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

2、EGR閥的檢查

給EGR閥施加15kPa的真空,EGR閥應能開啟;不施加真空時,EGR閥應能完全關閉。

什么是EGR廢氣再循環系統?它如何工作

3、EGR電磁閥的檢查

測量電阻值,應為33~39Ω。不通電時,從通進氣管側接頭吹入空氣應暢通,從通大氣的濾網處吹入空氣應不通。通電時,與上述剛好相反。(文/卡車之家特約作者:車匠在線)

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