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[进排气系统] 发动机EGR废气再循环系统

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发表于 1-1-2024 17:12:30 | 显示全部楼层 |阅读模式

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通常我们聊到EGR系统,理解就是废气再循环系统,通过将废气导入到燃烧室,从而降低发动机燃烧峰值,达到减少NOx排放的目的。柴油车采用的是外部系统,即排气管与进气管之间用一个管路连通,管路中安装一个阀控制废气进入量。由此可见EGR阀是整个系统的核心部件,而如何对它进行精确控制和监测则是EGR系统的发展方向。

EGR:全称为 排气再循环(Exhaust Gas Recirculation),内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术(手法或方法)。主要目的为降低排出气体中的氮氧化物(NOx)与分担部分负荷时可提高燃料消耗率。

发动机EGR废气再循环系统w1.jpg

EGR工作机理

废气再循环系统(Exhaust GasRecirculation)简称EGR,是将柴油机或汽油机产生的废气的一小部分再送回气缸。

再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程,也就是说燃烧速度将会放慢从而导致燃烧室中的压力形成过程放慢,这就是氮氧化合物会减少的主要原因。

另外,提高废气再循环率会使总的废气流量(mass flow) 减少,因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。EGR系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况,从而使燃烧过程始终处于最理想的情况,最终保证排放物中的污染成份最低。由于废气再循环量的改变会对不同的污染成份可能产生截然相反的影响,因此所谓的最佳状况往往是一种折衷的,使相关污染物总的排放达到最佳的方案。比方说,尽管提高废气再循环率对减少氮氧化物(NOx)的排放有积极的影响, 但同时这也会对颗粒物和其他污染成份的增加产生消极的影响。

控制原则

发动机的工况不同,对EGR量的要求也不同。为了使EGR系统能更有效地发挥作用,必须对参加EGR的废气数量加以限制。

随着负荷的增加,EGR的量也相应地增加,并能达到最佳值;

怠速及低负荷时,NOx排放浓度较低,为保证正常燃烧,不进行EGR;

暖机过程中,发动机温度低,NOx排放浓度也较低,为防止EGR恶化燃烧过程,不进行EGR;

大负荷、高速或油门全开时,为保证发动机的动力性,不进行EGR;

加速时,为了保证汽车的加速性及必要的净化效果,EGR在过渡过程中起作用。

控制方式

根据上述EGR的设计原则,必须对EGR进行控制和调节,使EGR在发动机中的应用能达到预期的效果。EGR的控制和调节的方法很多,根据其主要的特点可以从不同的角度进行分类

一、机械式EGR系统(下图)

通过控制进气管负压和排气压力的气体控制方式,适用于EGR率为5%~15%。

优点:结构简单,成本低,容易实施执行。
缺点:系统缺乏柔性,自由度低。

发动机EGR废气再循环系统w2.jpg

随着柴油机电控系统的推行,EGR系统也已进入电控化,工作过程是受ECU控制。ECU根据发动机的冷却液温度、进气量、转速、起动等信息,间接(EGR电磁阀)或直接(电机)控制EGR阀的开度,通过检测占空比信号和EGR阀开度等反馈信号结合发动机工况对EGR阀做出微调,从而形成高精度的闭环控制。本次我们主要介绍带EGR电磁阀的电控EGR。

二、电控电磁阀EGR系统

发动机EGR废气再循环系统w3.jpg

部件组成:EGR电磁阀、EGR阀、EGR阀开度传感器、ECU。

1. EGR电磁阀

作用:ECU通过占空比信号控制EGR电磁阀,降低EGR阀背压,从而打开EGR阀。

结构(如下图):EGR电磁阀有三个通气口EGR电磁阀不通电时,弹簧将阀体向上压紧,通大气阀口被关闭。这时EGR电磁阀使进气歧管与EGR阀真空室相通;当EGR电磁阀线圈通电时,产生的电磁力使阀体下移,阀体下端将通进气歧管的真空通道关闭,而上端的通大气阀口打开,于是就使EGR阀的真空室与大气相通。

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2. EGR阀

作用:控制废气进入进气管路的阀门。

结构(如下图):EGR阀膜片的一边(下部)通大气,装有弹簧的另一边为真空室,其真空度由EGR电磁阀控制。增大真空室的真空度,使膜片克服弹簧力上拱,阀的开度就增大,废气再循环流量也就增加。当上部失去真空度时,膜片在弹簧力的作用下向下拱而使阀关闭,阻断废气再循环。

发动机EGR废气再循环系统w5.jpg

3. EGR阀开度传感器

作用:EGR位置传感器监测EGR开度位置,并传递给ECU,用于EGR废气再循环控制。

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针脚定义:A22:电源5V;A40:地线;A12:信号输出

发动机EGR废气再循环系统w7.jpg

信号电压:EGR阀开度越大反馈给ECU的信号电压越高。

A 点:阀关闭位置( “零”点位置)

B 点:阀关闭过程中防冲击起始位置

C 点:6mm位置点( 100%开度位置点)

D 点:最大行程位置点(全开死点)

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三、废气再循环系统的工作原理

1.EGR通断控制

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2.EGR率控制

EGR率过大高于20%,使燃烧速度太慢,燃烧变得不稳定,失火率增加,HC增加、动力性、经济性下降;EGR率过小低于10%,NOx排放达不到法规要求,易产生爆震,发动机过热等现象。因此EGR率必须根据发动机工况要求进行控制。通常将EGR率控制10%~20%范围。

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过量的废气,将使发动机的燃烧恶化,动力性、经济性下降。因此废气再循化的量要严格控制。且在某些特殊工况下,关闭废气再循化。

废气的引入量称为废气再循化率(EGR率)

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3.工作原理

废气中含有大量的CO2和水蒸气等接近于化学惰性的气体,将其导入汽缸后稀释可缸内混合气,氧浓度相应降低.从而缓解了激烈地燃烧反应。?CO2不能燃烧但能吸收热量,使温度下降.减少NOX的生成。

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4.EGR的控制策略

综合考虑动力性、经济性、排放性能。

1)冷机、怠速和小负荷:NOx低,为了保证正常燃烧,不进行EGR。

2)大负荷、高速:保证动力性,同时混合气浓,NOx低,不进行EGR或减少EGR率。

3)部分负荷:随着负荷增加EGR率允许值也增加。

四、EGR控制系统的检修

1.一般检查

怠速时,拆下EGR阀上的真空软管,发动机转速应无变化,用手触试真空管口应无吸力;转速达2500r/min以上,同样拆下此真空软管,发动机转速应明显升高(中断了废气再循环)。

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2.EGR阀的检查

给EGR阀施加15kPa的真空,EGR阀应能开启;不施加真空时,EGR阀应能完全关闭。

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3.EGR电磁阀的检查

测量电阻值,应为33~39Ω。不通电时,从通进气管侧接头吹入空气应畅通,从通大气的滤网处吹入空气应不通。通电时,与上述刚好相反。
本文内容来自于汽修案例,版权属于原作者。

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