У области технологије дизел мотора за комерцијална возила, систем рециркулације издувних гасова (ЕГР) је увек био у средишту битке између потрошње горива, снаге и емисија. Овај наизглед једноставан, али веома сложен систем континуирано покреће иновације и развој технологије дизел мотора.
И. Принцип рада и класификација ЕГР система
Основни принцип ЕГР система је да уведе део издувних гасова на усисну страну и прецизном контролом рефлуксног односа издувних гасова мења окружење сагоревања унутар цилиндра. Савремени ЕГР системи се углавном састоје од два техничка пута: круга високог-кола високог притиска и кола ниског-притиска.
ЕГР систем високог-притиска директно извлачи издувни гас из издувног разводника, хлади га кроз ЕГР хладњак, а затим прецизно контролише његово увођење у усисну грану преко ЕГР вентила. Овај систем реагује брзо, али може утицати на ефикасност турбопуњача у условима високог-оптерећења.
ЕГР систем ниског{0}}притиска извлачи издувни гас иза филтера за честице, подвргава се одсумпоравању и третману уклањања честица, а затим се поново уводи у цилиндар помоћу усисног компресора. Овај распоред има релативно мали утицај на ефикасност турбине и погоднији је за апликације са високим ЕГР стопама.
ИИ. Дубок утицај ЕГР-а на карактеристике емисије
Механизам контроле азотног оксида (НОк).
Ефекат ЕГР-а на смањење емисије НОк је изузетно значајан. Његов механизам деловања углавном лежи у три аспекта:
· Топлотни ефекат: гасови са три-атома као што су угљен-диоксид и водена пара у издувном гасу имају већи специфични топлотни капацитет, ефикасно смањујући вршну температуру сагоревања.
· Ефекат разблаживања: Издувни гас разблажује концентрацију кисеоника у свежем усисном ваздуху, успоравајући брзину реакције сагоревања.
· Хемијски ефекат: Неке компоненте у издувним гасовима могу учествовати у средњим хемијским реакцијама, додатно инхибирајући стварање НОк.
Студије су показале да у условима средњег-оптерећења, за сваких 10% повећања брзине ЕГР-а, емисије НОк могу да се смање за приближно 30-50%. Овај ефекат смањења чини ЕГР неопходном технологијом за испуњавање строгих прописа о емисији као што су они Националног ВИ стандарда.
Изазов емисија честица
ЕГР не само да смањује емисије НОк, већ и доводи до проблема повећане емисије честица. Рециркулација издувних гасова доводи до проширења подручја са прекомерно богатом смешом, што резултира повећањем производње чађи. Овај проблем је посебно изражен када се висока брзина ЕГР комбинује са условима великог оптерећења.
Модерни дизел мотори су ефикасно решили ову контрадикцију кроз комбиноване напоре технологије ЕГР хлађења, прецизне контроле убризгавања горива и ефикасних филтера за честице (ДПФ).
ИИИ. Комплексни утицај ЕГР-а на уштеду горива
Утицај ЕГР-а на потрошњу горива показује значајну зависност од услова рада и не може се једноставно класификовати као повећање или смањење.
Ефекат{0}}уштеде горива у условима ниског-оптерећења
У условима ниске{0}}брзине и ниског{1}}оптерећења, одговарајућа ЕГР брзина може да побољша економичност горива. Главни разлози за то укључују:
· Смањите губитак пумпања, посебно ефикасније код дизел мотора опремљених вентилом за гас
· Смањите температуру сагоревања и смањите губитак топлоте који се преноси кроз зид цилиндра
· Оптимизујте фазу сагоревања и побољшајте ефикасност сагоревања
Експериментални подаци показују да под уобичајеном средњом{0}}брзином и условима оптерећења од 25% на градским путевима, коришћење ЕГР стопе од приближно 15% може довести до побољшања уштеде горива од око 2-3%.
Трошак потрошње горива у условима високог{0}}оптерећења
Међутим, у условима великог{0}}оптерећења, ЕГР обично доводи до повећања стопе потрошње горива:
· Коефицијент вишка ваздуха се смањује, што резултира смањењем ефикасности сагоревања.
· Да би се одржала излазна снага, потребно је повећати количину довода горива у циклусу.
· Радна тачка система за појачавање се помера, што доводи до смањења ефикасности.
У близини називне тачке снаге, употреба ЕГР-а може довести до повећања потрошње горива за 3-5%. Ово је цена која се мора платити да би се постигле ниске емисије.
ИИИ. Ограничења и равнотежа ЕГР-а на перформансе снаге
Директан утицај излазне снаге
Утицај ЕГР-а на перформансе снаге мотора углавном лежи у два аспекта. Увођење издувних гасова директно смањује количину свежег ваздуха, што резултира смањењем укупне количине кисеоника укљученог у сагоревање. Истовремено, инхибиторни ефекат издувних гасова на процес сагоревања смањује ефикасност конверзије топлоте.
Експеримент показује да, када количина довода горива остане константна, за сваких 10% повећања брзине ЕГР-а, излазни обртни момент мотора се смањује за приближно 2-4%. Овај ефекат је посебно значајан у областима великих{4}}брзина и великих оптерећења.
Пролазне карактеристике динамичког одзива
Поред снаге{0}}у стабилном стању, ЕГР такође има значајан утицај на карактеристике пролазног одзива мотора. Током процеса убрзања, преостали издувни гасови у ЕГР систему привремено смањују осетљивост мотора на реакцију, што доводи до такозваног -феномена „дима убрзања“.
Модерни мотори су ефикасно решили овај проблем брзим смањењем ЕГР стопе у пролазним радним условима, у комбинацији са координисаном контролом турбо пуњења променљиве геометрије (ВГТ).
ИВ. Технолошки пробој у напредним стратегијама контроле ЕГР
Суочен са контрадикцијом између потрошње горива, излазне снаге и емисије издувних гасова, савремени ЕГР контролни систем је развио низ иновативних решења.
Предиктивна контрола заснована на{0}} моделу
Напредни контролни систем континуирано прати параметре као што су усисни притисак, температура и концентрација кисеоника у реалном времену, и комбинује ово са радним статусом мотора како би предвидео оптималну брзину ЕГР. Ова стратегија управљања унапред значајно повећава брзину одзива система и тачност контроле.
Више{0}}оптимизација за сарадњу са више система
ЕГР више не ради независно, већ ради у блиској сарадњи са системом за убризгавање Цоммон Раил високог{0}}притиска, турбо пуњачем променљиве геометрије и системом за накнадни{1}}третман итд. Кроз координацију између ових система, обезбеђује усклађеност са стандардима о емисији и минимизира негативне утицаје на потрошњу горива и перформансе снаге.
Нова архитектура ЕГР система
Напредни ЕГР систем ниског{0}}притиска, у комбинацији са ефикасним интеркулером, омогућава рад са великом брзином ЕГР-а у ширем опсегу радних услова, истовремено избегавајући сметње у систему за појачавање. Неки од најновијих дизајна су чак постигли ЕГР стопу од преко 40%, испуњавајући захтеве за ултра-ниским емисијама НОк уз задржавање губитка снаге у прихватљивом опсегу.
В. Будући трендови и изгледи
Како прописи о емисији гасова постају све строжији, ЕГР технологија се и даље континуирано развија. Следећа генерација ЕГР технологије ће се фокусирати на:
· Интелигентна променљива контрола ЕГР брзине: Динамички оптимизујте брзину ЕГР на основу радних услова у реалном-времену
· Ултра-ЕГР хлађење на ниским температурама: Додатно смањите температуру усисног ваздуха и побољшајте ефикасност ЕГР-а
· Побољшана интеграција система: Смањите губитак притиска у ЕГР кругу и побољшајте карактеристике одзива
Примена ЕГР технологије у области дизел мотора у потпуности показује мудрост инжењера у тражењу равнотеже између више циљева. То није ни универзално решење ни једноставан компромисни производ, већ оптималан избор у одређеној технолошкој фази.
Усклађеност са прописима о емисији: Стандарди за емисију НОк и честица из шесте фазе националних прописа и седме фазе европских стандарда поставили су строже захтеве, приморавајући произвођаче да усвоје ефикасније ЕГР системе.
У сектору комерцијалних возила, ЕГР је постао стандардна карактеристика. Са надоградњом националних емисионих стандарда, оригинална СЦР рута више није довољна да самостално испуни захтеве за емисију. Технологија накнадног-обрађивања ЕГР-а поново је постала главна рута. Мотори за{4}}тешка комерцијална возила генерално усвајају шеме високе стопе ЕГР (неке и прелазе 30%), у комбинацији са ефикасним СЦР системима, да би испунили захтеве за ограничење НОк у националним прописима ВИ и ВИИ.