Егр на бензиновом двигателе: Рециркуляция отработавших газов. Что такое EGR? Автомобильный портал 5 Колесо

EGR в бензиновом двигателе и экономия топлива?

Нашел пресс-релиз, посвященный выходу Jeep Liberty 2007 модельного года: 2007 CHRYSLER GROUP PRODUCT INFORMATION, WHAT’S NEW FOR ’07

Про двигатель:

3.7-liter SOHC V-6
The 3.7-liter, single-overhead-cam (SOHC), V-6 engine is standard on the 2007 Jeep Liberty. It produces 210 hp (157 kW) @ 5,200 rpm and 235 lb.-ft. (319 N•m) of torque @ 4,000 rpm. The valve train and combustion chamber work together as a system to enhance low-speed torque while providing a smooth idle and minimal engine noise. A sophisticated Electronic Throttle Control system tailors throttle response to pedal movement based on operating conditions, and maintains a consistent vehicle speed on rolling grades when cruise control is active. New on the 3.7-liter engine for 2007 is an exhaust gas recirculation, valve which helps increase fuel economy.

В общем-то, об этом уже упоминал. Новым стало появление электроуправляемой дроссельной заслонки и системы EGR (рециркуляции выхлопных газов).

Но обратите внимание на последнее предложение: New on the 3.7-liter engine for 2007 is an exhaust gas recirculation, valve which helps increase fuel economy. Заявляется, что появление EGR должно улучшить экономию топлива. Это правда или нет?

Основное предназначение EGR — это уменьшение содержания оксидов азота в выхлопе. Для этого выхлопные газы используются в качестве «разбавителя» поступающей топливной смеси, уменьшая содержание кислорода, понижая температуру сгорания.

Основное влияние EGR на экономию топлива за счет снижения насосных потерь на дроссельной заслонке бензиновых двигателей (при ее наличии, конечно, и нахождении в рабочем положении). Во-первых, сама по себе подача выхлопных газов во впускной коллектор уменьшает перепад давления на заслонке. Во-вторых, в режиме EGR уменьшается мощность двигателя, что принуждает открывать заслонку еще больше, тем самым дополнительно снижая насосные потери.

Здесь хочется сделать отступление. Многие знают про существование двигателей, у которых отключаются цилиндры. Понятно, что отключение цилиндров связано с локальным отключением системы впрыска топлива и зажигания. Но многие удивляются, что именно само отключение цилиндров производится удержанием клапанов в закрытом состоянии (об этом упоминал в описании MDS моторов Hemi). Можно подумать, что холостое сжатие воздуха при движении поршня — это затратная операция, но реально насосные потери на дроссельной заслонке гораздо больше. Через отключенные цилиндры смесь не прокачивается, а падение мощности вызывает дополнительное открытие заслонки, что уменьшает суммарные насосные потери и приводит к экономии бензина.

Если вернуться к EGR, то кроме снижения насосных потерь еще может помогать уменьшение вероятности детонации, что позволяет использовать более ранний угол зажигания.

Поэтому, да, использование EGR теоретически приводит к уменьшению расхода бензина, но практический эффект зависит от реализации и настроек. Но, в принципе, у меня есть такое стойкое подозрение, что PowerTech V6 3.7 именно в версии 2007+ все же немного экономичнее своих предшественников. Хотя, конечно, добавление EGR и «электронной» заслонки усложняет конструкцию двигателя, но упрощает реализацию ESP и круиз-контроля, а так же можно порадоваться отсутствию клапана холостого хода (IAC).

Клапан EGR: что это такое, работа, цена, проблемы и как их избежать

Даже если мы ничего не знаем о механике или даже если мы не любим автомобили, наверняка мы слышали о знаменитом клапан рециркуляции отработавших газов. Это элемент защиты от загрязнения, которым оснащены все автомобили, и который всегда упоминается в разговорах о проблемах и поломках, особенно когда речь идет о дизельных двигателях.

В этой статье мы подробно рассмотрим захватывающий мир клапанов рециркуляции отработавших газов, узнаем, для чего они нужны, понимаем их работа и неисправности которые они могут вызвать, которые происходят чаще, чем мы можем себе представить.

Индекс

• 1 Что такое клапан EGR?
• 2 Как работает клапан EGR?
• 3 проблемы с клапаном ЕГР
• 4 Как избежать поломок в EGR?
• 5 Как почистить клапан ЕГР
• 6 Перекрыть клапан EGR
• 7 цена клапана егр

Что такое клапан EGR?

клапан рециркуляции отработавших газов

Во-первых, нужно придать смысл аббревиатуре EGR, аббревиатуре от рециркуляции выхлопных газов или Рециркуляция выхлопных газов на испанском. Хотя это может показаться актуальной проблемой, правда в том, что он использовался в некоторых автомобилях с 70-х годов, особенно в Соединенных Штатах, где правила борьбы с загрязнением окружающей среды были более строгими. В Европе это обязательное оснащение с момента вступления в силу Евро 2 в 1996 году.

Функция клапана EGR проста, и мы можем догадаться об этом по его названию. Ваша работа рециркулировать часть газов, выходящих из выхлопа, во впуск, то есть повторно ввести дым от сгорания двигателя в цилиндры, чтобы уменьшить выбросы оксидов азота (NOx). Клапан EGR соединяет выпускной коллектор с впуском и его открытие зависит от различных параметров, которые мы сейчас будем знать. Ключом к уменьшению оксидов азота является снижение температуры в камера сгорания путем рециркуляции в него выхлопных газов.

Подпишитесь на наш Youtube-канал

Теме статьи:

Как почистить клапан ЕГР

Как работает клапан EGR?

В более современных двигателях работа EGR регулируется сигналом от датчики температуры двигателя, оборотов двигателя и нагрузки на дроссельную заслонку. В зависимости от этого ЭБУ автомобиля будет управлять рециркуляцией отработавших газов, открывая или закрывая его. Как правило, EGR открыты (попадают в двигатель отработанные газы), когда мы едем с горячим двигателем, при низкой нагрузке и на низких оборотах двигателя.

Теме статьи:

Основные операции блока управления двигателем (ECU)

Если параметры открытия EGR соблюдены, мы увидим, что он активируется двумя способами, в зависимости от его характера. Это может быть для вакуумный привод или электрический привод. Последние являются наиболее эффективными и в настоящее время устанавливаются почти на все автомобили, поскольку позволяют лучше контролировать степень открытия клапана. Некоторые автомобили оснащены клапанами EGR, охлаждаемыми теплообменником, в котором используется охлаждающая жидкость двигателя. Таким образом, температура газов, поступающих в цилиндры, снижается, а выбросы NOx еще меньше.

Когда клапан EGR в камере сгорания открыт, рециркулирующие газы смешиваются со свежими газами из впуска.

В этом случае секунды короче, чем если бы клапан был закрыт, и, следовательно, при взрывах выделяется меньше тепла, что приводит к сокращению выбросов NOx. Как нетрудно догадаться, работа клапана рециркуляции отработавших газов снижает мощность двигателя. Чем холоднее воздух, поступающий в двигатель, и чем больше в нем кислорода, тем мощнее будут взрывы и, следовательно, тем лучше будут характеристики автомобиля. По этой причине, когда мы требуем большого ускорения, EGR остается закрытым, чтобы сохранить все характеристики двигателя.

проблемы с клапаном ЕГР

Когда грязь скапливается, начинаются проблемы

Лас- ошибки в EGR относительно распространены, особенно в дизельных двигателях что много ездят по городу и что привыкают делать это на малых скоростях. И почему дизели доставляют больше проблем, чем бензин? Ну, потому что они производят больше углерода, и этот углерод прилипает к стенкам EGR и даже к впускным коллекторам, из-за чего его диаметр уменьшается, и поэтому наша машина плохо дышит, и ее производительность снижается.

Когда накопление углерода в EGR избыточен, возможно, он застревает или плохо реагирует на команды от ECU, так как грязь может помешать ему полностью открыться или закрыться. В дополнение к загоранию соответствующей лампочки неисправности на панели это может привести, особенно если она остается открытой, к потеря мощности двигателя, рывки или затрудненный запуск в холодном состоянии, помимо большей дымовыделение.

Теме статьи:

Удалить углерод из вашего автомобиля

Наверняка это не первый раз, когда у вас возникают проблемы с EGR.

Если EGR закрыт, основная проблема будет заключаться в том, что он не будет выполнять свою функцию снижения загрязнения, но возможно, что автомобиль сообщит нам о неисправности, и он не будет работать должным образом. Когда системы защиты от загрязнения не работают должным образом, машина переходит в режим «охрана» или неисправность, ограничивающая обороты двигателя или скорость.

Также может быть случай, когда EGR с вакуумным приводом выходят из строя, если нет проблем, создающих необходимое разрежение для его приведения в действие (например, воздухозаборники), или что электрические клапаны EGR могут иметь внутренние неисправности, хотя это обычно менее распространено.

Как избежать поломок в EGR?

Некоторые индикаторы переключения передач советуют переключаться слишком рано, что в долгосрочной перспективе вредно для нашего двигателя.

Избежать поломок любого механического элемента автомобиля сложно, но это можно предотвратить. Хотя кажется, что он плывет против течения, лучший совет, чтобы избежать потенциальных отказов системы рециркуляции отработавших газов, — забыть об эффективном вождении. Циркулируя на очень низких оборотах и ​​на высоких передачах, мы форсируем механику и заставляем работать EGR., поэтому, если мы всегда ездим так, мы будем постоянно рециркулировать выхлопные газы. бежать. Грязные газы, которые забивают воздуховоды двигателя так же, как холестерин в наших венах.

Особенно вождение в городе может вызвать больше всего проблем с клапанами рециркуляции отработавших газов и сажевыми фильтрами, особенно в дизельном топливе. Проблема EGR на бензиновом двигателе встречается редко. Езжайте с счастливым двигателем Это лучшее решение, позволяющее избежать поломок в будущем, возможно, за счет дополнительных затрат на топливо. Периодическая очистка клапана рециркуляции отработавших газов и впуска также может предотвратить это.

Как почистить клапан ЕГР

La трудности с чисткой клапана EGR Это будет зависеть от того, механический он или электронный. В том случае, если в нашей машине установлен один из второго типа, и он был поврежден, скорее всего, вам придется его поменять. В любом случае, если вы не хотите тратить то, что стоит сдача, вы всегда можете пойти в

эксперт по уборке. Для этого он будет использовать ультразвук для устранения частиц между ним и протоками системы EGR.

Если механический, шаги, которые вы должны будете выполнить, чтобы очистить его являются:

• Ставим нейтраль и стояночный тормоз и открываем капот. Как только он откроется, отсоедините черный кабель (минусовую клемму) от аккумулятора. Взгляни на Как безопасно отключить автомобильный аккумулятор. С помощью отвертки приступим к снимите верхнюю и нижнюю трубки сапуна двигателя.
• Найдите клапан EGR автомобиля (обычно видно невооруженным глазом) с помощью руководства по эксплуатации автомобиля. После обнаружения с помощью плоскогубцев и отвертки мы освободим пружинный хомут и винты, соединяющие шланг, подающий воздух в систему, и впускной коллектор к клапану EGR.
• С помощью шестигранного ключа, мы удалим винты, которые крепят клапан EGR к выпускному коллектору. Есть базовый ящик для инструментов для машины очень пригодится.
• После того, как клапан EGR снят, мы должны выбросить резиновые прокладки между ним и коллекторами. Приходится покупать запчасти (цена на них очень дешевая), чтобы после очистки можно было переустановить в тех же условиях.

• Когда у нас будет клапан EGR из двигателя, мы перейдем к очистите впускные и выпускные отверстия очистителем карбюратора. Для более глубокой и эффективной очистки мы даем продукту подействовать на несколько минут. В любом случае, если у нас нет этой чистящей жидкости, мы всегда можем погрузить клапан в горячую воду чтобы вложенные остатки размякли и лучше вышли.
• Когда остатки станут мягкими, с зубной щеткой смоченной в жидкости для удаления жира или жидкости для очистки карбюратора, будем натирать внутреннюю часть клапана для удаления грязи. В тех местах, где грязь более въелась, мы всегда можем помочь себе шпателем или отверткой с пластиковым наконечником. В любом случае необходимо соблюдать осторожность не царапайте и не повреждайте бабочку То, что находится внутри.
• Как только клапан будет чистым, мы проверим, что впускной коллектор это понятно. Если нет, мы можем очистить его с помощью дрели с круглой щеткой, чтобы удалить грязь.
• Наконец, как только мы очистили оба элемента, приступим к его сборке. Для этого мы поменяем шаги с 4 на 1, не забывая при этом использовать резиновые прокладки для герметизации клапана на впускном и выпускном отверстиях.

Теме статьи:

Факторы, влияющие на работу двигателя: температура и высота

Перекрыть клапан EGR

Перегруженный пневматический клапан EGR

Когда EGR начинает давать проблемы, особенно если они возвращаются после чистки клапана или даже его замены, не мало кто задумывается перекрыть клапан ЕГР. Пневматические можно аннулировать, сняв вакуумный впускной патрубок и закрыв его, а электронные — сняв электрический разъем или вставив пластину между EGR и патрубком, идущим на впуск.

Они априори кажутся эффективными решениями, цель которых — держать клапан закрытым. Проблема в том, что в современных автомобилях так много технологий, что они, вероятно, обнаруживают отсутствие потока воздуха, поступающего из EGR, поэтому сигнальная лампа неисправности двигателя и автомобиль перейдет в ухудшенный режим. Решение? Обратитесь к квалифицированному специалисту, способному отключить EGR программно. Основная проблема, связанная с переопределением EGR, заключается в том, что в ITV машина не смогла пройти проверку газом, хотя у многих водителей с этим проблем нет.

цена клапана егр

Клапан EGR является одним из механических элементов автомобиля, который вы можете увидеть его различную цену в зависимости от типа клапана любой (механический или электронный) и марка автомобиля (независимо от того, производитель его та или иная фирма).

По данным Европейской группы по гарантии на транспортные средства (REGV), очистка или замена клапана рециркуляции отработавших газов может достигать средняя цена около 500 евро. Предельная стоимость этой очистки или ремонта составляет от 50 евро для моделей с механическими клапанами первого поколения и 1.422,84 евро для автомобилей с новейшей технологией в системе EGR.

Изображение 8 – 3ndymion

Влияние EGR на подавление детонации, эффективность и выбросы в стехиометрическом двигателе с искровым зажиганием на природном газе (конференция)

Влияние EGR на подавление детонации, эффективность и выбросы в стехиометрическом двигателе с искровым зажиганием на природном газе ( конференция) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

• Полная запись
• Другое связанное исследование

Рециркуляция отработавших газов (EGR) широко используется в двигателях внутреннего сгорания для снижения выбросов NOx и подавления детонации. В этом исследовании был проведен всесторонний анализ для определения влияния EGR на эффективность, выбросы и подавление детонации стехиометрических двигателей с искровым зажиганием, работающих на природном газе.

Испытания проводились с использованием одноцилиндрового двигателя с переменной степенью сжатия и системой совместных исследований топлива (CFR) при 900 об/мин, нагрузка двигателя 800 кПа указывала на среднее эффективное давление (IMEP) и стехиометрические условия. Испытания проводились с использованием специальной системы рециркуляции отработавших газов, способной обеспечить диапазон производительности рециркуляции отработавших газов от 0% до 40% всасываемого заряда при уровнях мощности двигателя от 1,5 до 3,5 кВт. Экспериментальные измерения включали изменение скорости рециркуляции отработавших газов, степени сжатия, давления наддува и местонахождение 50%-ной массовой доли сгорания (CA50). CA50 регулировался опережением зажигания с помощью большого модуля управления двигателем Woodward. Было обнаружено, что использование EGR расширяет предел детонации, одновременно снижая выбросы NOx и повышая эффективность двигателя на 4,5% за счет увеличения степени сжатия и удельной мощности. Самый высокий уровень рециркуляции отработавших газов, который продемонстрировал положительный прирост на двигателе CFR, составил 23%; оптимальная частота рециркуляции отработавших газов оказалась равной 19. %.

Авторов:

Бейлифф, Скотт; Марчезе, Энтони; Уиндом, Брет; Олсен, Дэниел

Дата публикации:

15.10.2019

Исследовательская организация:

Университет штата Колорадо, Форт-Коллинз, Колорадо (США)

Организация-спонсор:

Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (EERE) Министерства энергетики США, Транспортное управление. Офис автомобильных технологий

Идентификатор ОСТИ:

1778113

Номер контракта с Министерством энергетики:  

EE0008331

Тип ресурса:

Конференция

Отношение ресурсов:

Конференция

: осеннее техническое совещание WSSCI 2019 г. Организовано Секцией западных штатов Института горения. 14–15 октября 2019 г.Альбукерке, Нью-Мексико,

Страна публикации:

США

Язык:

Английский

Тема:

Совместный двигатель для исследования топлива, рециркуляция отработавших газов, стехиометрический природный газ, порог детонации

---

Форматы цитирования

• MLA
• АПА
• Чикаго
• БибТекс

Бейлифф, Скотт, Марчезе, Энтони, Уиндом, Брет и Олсен, Дэниел. Влияние EGR на подавление детонации, эффективность и выбросы в стехиометрическом бензиновом двигателе с искровым зажиганием . США: Н. П., 2019. Веб.

Копировать в буфер обмена

Бейлифф, Скотт, Марчезе, Энтони, Уиндом, Брет и Олсен, Дэниел. Влияние EGR на подавление детонации, эффективность и выбросы в стехиометрическом бензиновом двигателе с искровым зажиганием . Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

Бейлифф, Скотт, Марчезе, Энтони, Уиндом, Брет и Олсен, Дэниел. 2019. «Влияние EGR на подавление детонации, эффективность и выбросы в стехиометрическом двигателе с искровым зажиганием на природном газе». Соединенные Штаты. https://www.osti.gov/servlets/purl/1778113.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_1778113,
title = {Влияние EGR на подавление детонации, эффективность и выбросы в стехиометрическом двигателе с искровым зажиганием на природном газе},
автор = {Бейлифф, Скотт и Марчезе, Энтони и Уиндом, Брет и Олсен, Дэниел},
abstractNote = {Рециркуляция отработавших газов (EGR) широко используется в двигателях внутреннего сгорания для снижения выбросов NOx и подавления детонации. В этом исследовании был проведен всесторонний анализ для определения влияния EGR на эффективность, выбросы и подавление детонации стехиометрических двигателей с искровым зажиганием, работающих на природном газе. Испытания проводились с использованием одноцилиндрового двигателя с переменной степенью сжатия и системой совместных исследований топлива (CFR) при 900 об/мин, нагрузка двигателя 800 кПа указывала на среднее эффективное давление (IMEP) и стехиометрические условия. Испытания проводились с использованием специальной системы рециркуляции отработавших газов, способной обеспечить диапазон производительности рециркуляции отработавших газов от 0% до 40% всасываемого заряда при уровнях мощности двигателя от 1,5 до 3,5 кВт. Экспериментальные измерения включали изменение скорости рециркуляции отработавших газов, степени сжатия, давления наддува и местонахождение 50%-ной массовой доли сгорания (CA50). CA50 регулировался опережением зажигания с помощью большого модуля управления двигателем Woodward. Было обнаружено, что использование EGR расширяет предел детонации, одновременно снижая выбросы NOx и повышая эффективность двигателя на 4,5% за счет увеличения степени сжатия и удельной мощности. Самый высокий уровень рециркуляции отработавших газов, который продемонстрировал положительный прирост на двигателе CFR, составил 23%; оптимальная частота рециркуляции отработавших газов оказалась равной 19.%.},
дои = {},
URL-адрес = {https://www.osti.gov/biblio/1778113}, журнал = {},
номер =,
объем = ,
место = {США},
год = {2019},
месяц = ​​{10}
}

Копировать в буфер обмена

---

Просмотр конференции (0,53 МБ)

Дополнительную информацию о получении полнотекстового документа см. в разделе «Доступность документа». Постоянные посетители библиотек могут искать в WorldCat библиотеки, в которых проводится эта конференция.

---

Экспорт метаданных

Сохранить в моей библиотеке

Вы должны войти в систему или создать учетную запись, чтобы сохранять документы в своей библиотеке.

Аналогичных записей в сборниках OSTI.GOV:

• Аналогичные записи

Использование одностороннего клапана для оптимизации работы турбонагнетателя в двигателе со смешанной системой рециркуляции отработавших газов

Введение

Все более строгие нормы выбросов в отрасли дизельных двигателей привели к исследованиям в области технологии рециркуляции отработавших газов (EGR) для уменьшения выхода двигателя из строя NO _X . Термическое, химическое и разбавляющее воздействие рециркуляции отработавших газов помогает снизить выбросы NO _X в двигатель. Традиционно в этом приложении на протяжении нескольких десятилетий использовалась система рециркуляции отработавших газов высокого давления (Park et al., 2014). Различные компоновки EGR были опробованы для проверки их влияния на производительность и выбросы двигателя (Mao et al., 2015; Zheng et al., 2004; Vitek et al., 2008) и концепция двойного контура, которая включает в себя высокую Из них рождается контур EGR с давлением (HP-EGR) и контур EGR с низким давлением (LP-EGR).

В системе LP-EGR выхлопные газы удаляются со стороны низкого давления турбины и подаются на сторону низкого давления компрессора (рис. 1А). Основное преимущество системы LP-EGR заключается в том, что турбина согласована, и, следовательно, перепад давления в двигателе не изменяется. Поскольку размер компрессора может отличаться от размера турбины, система LP-EGR может обеспечить большое количество EGR, особенно при низких скоростях и условиях высокой нагрузки (Williams et al., 2017). Кроме того, поскольку линия подачи LP-EGR длиннее, чем у HP-EGR, смешивание газа LP-EGR и свежего воздуха улучшается, что приводит к более однородной смеси в цилиндрах. По сравнению с системой HP-EGR, система LP-EGR также оказывает меньшее влияние на энтальпию на входе в турбину, поскольку скорость EGR варьируется. Таким образом, изменение скорости вращения турбонагнетателя, эффективности компрессора и PMEP минимально по мере увеличения скорости EGR, и, как правило, может быть достигнуто более высокое давление наддува (Mao et al., 2015; Maiboom et al., 2010). Благодаря достаточному расширению через турбину потребность в охлаждении системы LP-EGR ниже, а распределение EGR на цилиндр лучше, чем в системе HP-EGR (van Aken et al., 2007; Torregrosa et al., 2006). ). Кроме того, LP-EGR еще раз охлаждается (по сравнению с HP-EGR) через промежуточный охладитель, что приводит к более низким температурам в коллекторе (Jun et al., 2007). Однако потенциальная проблема с двигателем, работающим только на LP-EGR, заключается в том, что EGR всегда будет проходить через CAC, где может произойти конденсация и выпадение воды. Вода может мешать работе двигателя, если она конденсируется в больших количествах.

РИСУНОК 1 . Схема системы (A, слева) LP-EGR и (B, справа) HP-EGR.

Система HP-EGR, с другой стороны, полностью заключена в части высокого давления воздушной системы, до турбины и после компрессора (рис. 1B). По мере увеличения HP-EGR противодавление выхлопных газов уменьшается. Эта система основана на положительном градиенте давления для направления EGR к впускному коллектору. Во время стехиометрической работы, когда впуск дросселируется, давление во впускном коллекторе может быть ниже, чем давление выхлопа, создавая таким образом эффект вакуума, который заставляет EGR течь без помощи дополнительного противодавления. Система HP-EGR более широко используется в дизельных двигателях из-за более простой компоновки, меньшего эффекта загрязнения компрессора и лучшей реакции EGR, чем другие системы EGR. С увеличением скорости HP-EGR в условиях частичной нагрузки противодавление выхлопных газов уменьшается, что приводит к уменьшению разницы давлений между впуском и выпуском. Это помогает снизить насосные потери, связанные с уменьшением расхода топлива (Williams et al., 2017; van Aken et al., 2007).

Юго-Западный научно-исследовательский институт (SwRI) постоянно исследует новые концепции технологии двигателей в рамках нескольких внутренних исследовательских программ и Консорциума высокоэффективных бензиновых двигателей (HEDGE™). Предыдущие исследования HEDGE-II показали, что попытки согласования одного турбокомпрессора или нагнетателя с двигателем типа HEDGE оказались трудными (Joo et al., 2012). Когда оборудование повышения давления было настроено для работы на низкой скорости, диапазон расхода ограничивает работу на высокой скорости. И наоборот, при работе на высоких скоростях системы наддува были неспособны обеспечить высокие отношения давления, необходимые для работы на низких скоростях. Было высказано предположение, что двигатель HEDGE с системой HP-EGR и LP-EGR может соответствовать требованиям кривой крутящего момента с одним турбонагнетателем. Одно из предыдущих исследований (Alger et al., 2005) было проведено на бензиновом двигателе с различными степенями сжатия и конфигурациями EGR при различных скоростях и режимах нагрузки: HP-EGR с 17,5:1 CR, LP-EGR и HP-EGR. Системы рециркуляции отработавших газов с внешним наддувом при CR 12,5: 1. Исследование показало, что концепция HEDGE имеет потенциал для достижения почти таких же показателей экономии топлива, как дизельный двигатель, оборудованный для соответствия уровням выбросов MY2002/2004. Другое исследование (Mao et al., 2015), проведенное на дизельном двигателе большой мощности, показало, что двухконтурная система рециркуляции отработавших газов способна обеспечить наилучшую тепловую эффективность тормозов (BTE) и выбросы. Это произошло потому, что система рециркуляции отработавших газов с двойным контуром работала с оптимальным компромиссом между общим тепловым КПД и насосными потерями, а самые низкие выбросы были связаны с надлежащей задержкой воспламенения и коэффициентом эквивалентности. Во время этого исследования система HP-EGR могла работать наилучшим образом, когда уровень EGR был ниже 22,5%, следовательно, для системы EGR с двойным контуром контур LP-EGR включался, когда уровень EGR превышал 22,5%, а уровень LP — Доля EGR увеличилась с увеличением требуемой EGR.

При работе двигателя с системой HP-EGR было замечено наличие значительного обратного потока через контур HP-EGR. В результате этого обратного потока чистый EGR, подаваемый в цилиндры, был ниже заданного. Чтобы решить эту проблему, в систему HP-EGR был встроен односторонний клапан, который помог предотвратить этот обратный поток и привел к более высокой чистой доле EGR при сохранении разумных положений привода. В этом исследовании задокументированы подходы, использованные при настройке базового двигателя для работы со смешанными системами EGR (HP-EGR и LP-EGR), а также всесторонняя оценка использования одностороннего клапана для предотвращения обратного потока, возникающего во время работы HP-EGR.

Подход

Технические характеристики двигателя и условия эксплуатации

В этом проекте для демонстрации характеристик смешанной системы рециркуляции отработавших газов использовался 2,0-литровый двигатель KIA G4KH для легких условий эксплуатации. Технические характеристики двигателя приведены ниже в Таблице 1. Максимальная нагрузка серийного двигателя G4KH составляет 23 бар BMEP и 205 кВт.

ТАБЛИЦА 1 . Характеристики двигателя.

Уровень удельной мощности этого двигателя находится в диапазоне от среднего до высокого, однако поддержание такой высокой производительности с рециркуляцией отработавших газов было маловероятным. Следовательно, цель состояла в том, чтобы поддерживать постоянное BMEP 20 бар в диапазоне от 2000 до 5000 об/мин и производить 85 кВт/л при 6000 об/мин (достигается при BMEP 17 бар). Предлагаемая скорость рециркуляции отработавших газов 25% будет работать со стехиометрической заправкой во всех точках, но допускается снижение рециркуляции отработавших газов для достижения целевого показателя BMEP и стабилизации процесса сгорания. Один турбонагнетатель был адаптирован для удовлетворения требований к крутящему моменту на низких скоростях при работе с LP-EGR, чтобы сохранить возможности продувки. Предполагалось, что на высоких скоростях тот же турбокомпрессор сможет удовлетворить требования к крутящему моменту на высоких скоростях при работе с HP-EGR. На рис. 2 показана базовая линия и предлагаемая кривая крутящего момента.

РИСУНОК 2 . Базовые и предлагаемые кривые производительности.

Установка двигателя и базовые испытания

Двигатель был установлен вместе с блоком управления двигателем (ECU), предоставленным Hyundai Motor Company (HMC), который был загружен производственной калибровкой для проведения всех операций обкатки двигателя и для базовых испытаний двигатель. Двигатель был проверен на соответствие ожидаемому удельному расходу топлива при торможении (BSFC) в более чем 50 различных рабочих точках. Также была проверена кривая крутящего момента до 6000 об/мин. В качестве основы для будущих сравнений BSFC использовались восемь конкретных рабочих условий скорости нагрузки (показаны в таблице 2).

ТАБЛИЦА 2 . Измеренный BSFC в условиях теста HEDGE.

После проверки двигателя на испытательном стенде модель GT-Power, отправленная HMC, была проверена в соответствии с результатами двигателя. Затем модель была модифицирована, чтобы включить систему HP-EGR с набором клапанов горячей и холодной сторон, систему LP-EGR и подходящий турбонагнетатель. Первоначально турбокомпрессор OEM был масштабирован в модели, чтобы показать, что он может соответствовать целевым кривым выступа с конфигурацией Blended EGR. Затем эти результаты были использованы для подбора возможных турбокомпрессоров к двигателю. В дальнейшем в исследовании использовался увеличенный турбокомпрессор GT2056, предоставленный Garrett Turbochargers (ранее Honeywell).

Все полученные результаты были получены при целевом режиме рециркуляции отработавших газов 25 %, за исключением 2 000 об/мин и ниже, где скорость рециркуляции отработавших газов была снижена до 15 % для достижения целевого значения BMEP. Номинальная мощность 90 кВт/л (по сравнению с предлагаемой целью 85 кВт/л) была достигнута при номинальной мощности 6 000 об/мин, 18 бар BMEP и 25 % рециркуляции отработавших газов.

На рис. 3 показано, как две системы рециркуляции отработавших газов объединяются для удовлетворения общих требований к системе рециркуляции отработавших газов двигателя при полной нагрузке. При 2000 об/мин EGR обеспечивалась исключительно системой LP-EGR. Поскольку давление на входе в турбину увеличилось и потребовалось перепускание выхлопных газов через перепускной клапан, был использован HP-EGR. Общая стратегия управления EGR заключалась в том, чтобы использовать как можно больше HP-EGR при открытом перепускном клапане (рис. 4). Это связано с тем, что HP-EGR имеет меньшие насосные потери, связанные с его работой, поскольку он использует перепад давления для привода EGR.

РИСУНОК 3 . Смешанный EGR из систем HP-EGR и LP-EGR.

РИСУНОК 4 . Диаметр вестгейта при полной нагрузке.

Особое внимание уделялось характеристикам компрессора, чтобы определить, приводит ли стратегия рециркуляции отработавших газов к нежелательным рабочим областям, а именно к дросселированию или помпажу. Помпаж наиболее вероятен при низкой скорости и более высокой нагрузке, когда массовый расход низок, но степень повышения давления высока. Дроссель возникает при более высоких массовых расходах, когда компрессор достигает физического предела массового расхода. На Рис. 5 (СЛЕВА) показана смешанная рабочая область рециркуляции отработавших газов на базовом (стандартном) компрессоре (данные являются собственностью компании, поэтому значения степени сжатия, скорости, массового расхода и эффективности скрыты). Ключевым выводом из рисунка является то, что смешанная работа рециркуляции отработавших газов с базовым компрессором привела его к нежелательным рабочим областям дросселирования и помпажа, поэтому для этого исследования использовался другой компрессор (масштабированный по массовому расходу).

РИСУНОК 5 . Смешанные рабочие точки EGR на карте (СЛЕВА) Базовый/стандартный компрессор и (СПРАВА) Карта эффективности нового компрессора.

Стратегия смешанной системы рециркуляции отработавших газов позволяла одному турбонагнетателю работать в широком диапазоне скоростей. На высоких скоростях HP-EGR уменьшал массовый поток через турбонагнетатель, позволяя использовать турбонагнетатель меньшего размера по сравнению с использованием LP-EGR на высоких скоростях. Стратегия LP-EGR на низких скоростях увеличила массовый поток через турбонагнетатель по сравнению с HP-EGR. Более высокий массовый расход вызывал большую работу расширения в турбине, что приводило к более низкому наддуву и смещению рабочей точки компрессора вправо (в сторону от помпажа). На рис. 5 (справа) показаны рабочие точки нового компрессора (масштабированная модель Garrett Turbochargers), указывающие на то, что поток не попадает в области помпажа и дросселирования, как это было с базовым компрессором. Этот запас будет сохранен, если EGR будет заменен на свежий воздух, чтобы работать с более высоким BMEP.

Преобразование смешанной системы рециркуляции отработавших газов

После проведения базовых испытаний и проверки модели были предприняты шаги по изменению конфигурации для реализации стратегии смешанной системы рециркуляции отработавших газов. Начальная часть этапа включала установку контуров LP-EGR и HP-EGR (с клапанами и охладителями). Система HP-EGR состояла из клапанов горячей и холодной сторон, охладителей EGR и одностороннего клапана. Оба набора клапанов были независимо оценены при моделировании и на двигателе, и было обнаружено, что при наличии клапанов горячей стороны через турбину проходит более высокий массовый расход, что приводит к большему наддуву и более высоким нагрузкам, достигаемым во время работы LP-EGR. . Из-за этого повышения производительности клапаны горячей стороны были выбраны в конфигурации HP-EGR. Требования к системе зажигания увеличились с увеличением разбавления из-за EGR. Таким образом, штатная система зажигания была заменена прототипом системы зажигания BorgWarner Dual Coil Ignition (DCI), в которой используется технология Dual Coil Offset (DCO™), ранее разработанная SwRI (Alger et al., 2011). На рис. 6 показана полная схема смешанной конфигурации EGR.

РИСУНОК 6 . Смешанная конфигурация EGR.

Производственный контроллер, использовавшийся для начальной обкатки и проверки, не был способен управлять двойными контурами рециркуляции отработавших газов, поэтому двигатель был переведен на специальный контроллер с полными полномочиями на основе cRIO (Compact Reconfigurable Input Output) от National Instruments. cRIO был сконфигурирован для работы EGR, впускных дроссельных клапанов и системы DCI. Впускной ограничительный клапан использовался для привода LP-EGR на низких скоростях, когда давление впуска было выше, чем давление выхлопа. При установке смешанных компонентов EGR была выполнена проверка контроллера SwRI. Результаты этого тестирования сравнивались с данными, собранными с помощью базового/базового контроллера (Таблица 2), чтобы гарантировать, что характеристики двигателя могут быть воспроизведены в восьми точках HEDGE. Полученная разница между штатным контроллером и контроллером SwRI, как видно на рисунке 7, показывает, что характеристики двигателя соответствуют ожидаемым допускам.

РИСУНОК 7 . BSFC Процентная разница между базовым (базовым) контроллером и контроллером SwRI.

За проверкой контроллера SwRI последовало дальнейшее моделирование и испытания двигателя для полной смешанной системы EGR. Во время испытаний было замечено, что имеется достаточный обратный поток всасываемого топлива через систему HP-EGR. В некоторых рабочих точках этот обратный поток не позволял рециркуляции отработавших газов поступать в цилиндр. В следующем разделе подробно рассказывается об использовании одностороннего клапана для предотвращения этого обратного потока.

Односторонний клапан

Как указывалось ранее, во время работы HP-EGR мгновенные пульсации давления будут возвращать всасываемый заряд обратно через контур HP-EGR. Этот обратный поток создавал более высокие пиковые значения массового расхода через контур HP-EGR и ограничивал максимальное количество HP-EGR. В некоторых рабочих условиях перепад давления между впускным и выпускным коллектором не позволял потоку HP-EGR, и главный дроссель должен был быть закрыт, чтобы создать перепад давления для приведения в действие HP-EGR. Односторонний клапан уменьшал обратный поток в контур HP-EGR и позволял использовать HP-EGR там, где перепад давления в коллекторе на двигателе не приводил к естественному приводу HP-EGR. Первоначальное моделирование показало, что существуют некоторые условия, при которых возможен обратный поток (рис. 8). Обратный поток присутствовал, когда прогнозируемый массовый расход был ниже нуля.

РИСУНОК 8 . Массовый расход HP-EGR, указывающий на противоток.

Односторонний клапан, расположенный на соединении контура HP-EGR с впускным коллектором, предотвращает этот обратный поток. Устранение обратного потока должно обеспечить больший поток HP-EGR для данной разницы давлений. Односторонние клапаны были смоделированы в GT-Power как отверстия с коэффициентом обратного нагнетания, равным нулю (рис. 9). Эта модель представляла собой максимальный потенциал одностороннего клапана.

РИСУНОК 9 . Односторонний клапан, смоделированный в GT-Power.

При 3000 об/мин, BMEP 13 бар и рециркуляции отработавших газов 15% более высокий пиковый массовый расход развивался через контур высокого давления-рециркуляции отработавших газов без одностороннего клапана (обратного клапана), как показано на рис. при низкой нагрузке и высокой скорости, а также в условиях высокой нагрузки (рис. 11). Значительный обратный поток во всех точках предполагал потенциальное расширение работы HP-EGR.

РИСУНОК 10 . Обратный поток при 3000 об/мин, 13 бар BMEP и 15 % EGR.

РИСУНОК 11 . Сравнение одностороннего клапана на (A, слева) 2000 об/мин, 2 бар BMEP; (B, справа) 4500 об/мин, 18 бар BMEP.

Использование одностороннего клапана в контуре HP-EGR помогло снизить пиковый массовый расход примерно на 50% при 2000 об/мин, 2 бара BMEP и примерно на 25 % при 4500 об/мин, 18 бар BMEP.

При более внимательном рассмотрении графиков Log P и Log V (рис. 12) для вышеуказанных условий видно, что с самого начала нет существенной разницы между случаями с обратным клапаном и без него. Следует отметить, что это исследование проводилось в основном в одинаковых условиях между случаями, и, следовательно, на графиках Log P и Log V не наблюдалось существенной разницы.

РИСУНОК 12 . Сравнение Log P и Log V с обратным клапаном и без него на (A) 3000 об/мин, 13 бар BMEP; (B) 2000 об/мин, 2 бар BMEP и (C) 4500 об/мин, 18 бар BMEP.

Моделирование показало более разумное положение клапана EGR, когда система HP-EGR работает с односторонним клапаном, а не без одностороннего клапана. Это в значительной степени проявляется в условиях 3000 об/мин, 13 бар, где без одностороннего клапана более высокое положение привода на 67% обеспечивает более низкую долю рециркуляции отработавших газов в цилиндре по сравнению со случаем с односторонним клапаном (таблица 3).

ТАБЛИЦА 3 . Положение привода рециркуляции отработавших газов и рециркуляция отработавших газов в цилиндре при 3000 об/мин и 13 бар BMEP.

Наибольшее снижение пикового массового расхода с односторонним клапаном и наибольшее изменение положения привода клапана рециркуляции отработавших газов наблюдались при рабочих условиях BMEP 13 бар при 3 000 об/мин. Это существенное снижение пикового массового расхода предполагает более высокую производительность системы рециркуляции отработавших газов в данных условиях. Следовательно, это рабочее состояние было выбрано для дальнейшего изучения. GT-Power и данные двигателя указывали, что главный дроссель должен быть закрыт, чтобы приводить в действие HP-EGR в этом состоянии (шаг 1 таблицы 4). Был введен односторонний клапан (на шаге 2 в таблице 4) при сохранении того же угла дроссельной заслонки, и моделирование предсказало 8-процентное увеличение скорости HP-EGR, ограниченное только способностью турбонагнетателей производить достаточно наддува для поддержания нагрузки. Слегка приоткрытая дроссельная заслонка не идеальна для работы, но в некоторых условиях необходима для работы HP-EGR. Кроме того, клапан HP-EGR не был полностью открыт на шаге 2, что предполагало возможность дальнейшего открытия дроссельной заслонки. Шаг 3 таблицы 4 поддерживал то же количество рециркуляции отработавших газов, что и шаг 2, но теперь дроссельная заслонка была полностью открыта. Таким образом, полезная область HP-EGR может быть расширена, что приведет к возможности большего количества HP-EGR в этом состоянии. Для шага 4 в таблице 4 максимальное количество рециркуляции отработавших газов было достигнуто на уровне 27%, что снова ограничивается наддувом. Односторонний клапан смог почти удвоить скорость HP-EGR без увеличения противодавления или PMEP. Преимущество PMEP может быть лучше реализовано вблизи границы работы HP-EGR и обычно достигается за счет увеличения скорости EGR и работы WOT, обеспечиваемой односторонним клапаном.

ТАБЛИЦА 4 . Расширение работы HP-EGR с односторонним клапаном.

Результаты одностороннего клапана на двигателе были столь же многообещающими. В условиях BMEP 13 бар при 3000 об/мин они предусмотрели более разумные положения исполнительных механизмов с точки зрения дроссельной заслонки и клапанов EGR (таблица 5).

ТАБЛИЦА 5 . Положения привода при 3000 об/мин/13 бар в условиях BMEP.

HP-EGR с односторонним клапаном также был протестирован при 1500 об/мин и в условиях высокой нагрузки. На рис. 13 показано, что без одностороннего клапана из-за обратного потока выхлопных газов в систему HP-EGR чистый поток EGR в двигатель равен 0%. Однако использование одностороннего клапана даже в условиях низкой скорости и высокой нагрузки, когда поток HP-EGR не ожидается, обеспечивает 16% чистого потока EGR. Это продемонстрировало способность одностороннего клапана расширить использование HP-EGR.

РИСУНОК 13 . Поток EGR с односторонним клапаном на низкой скорости и в условиях высокой нагрузки.

При более низком пиковом массовом расходе и более высоком уровне рециркуляции отработавших газов во время работы системы рециркуляции отработавших газов высокого давления с односторонним клапаном на турбину подается более высокое давление. Следовательно, турбина меньшего размера может использоваться для извлечения такого же количества наддува с помощью одностороннего клапана. Меньшая турбина также была бы полезна в переходных режимах, поскольку она могла бы обеспечить более быстрый отклик, что привело бы к меньшей турбо-задержке.

Заключение

В этой работе было проанализировано влияние одностороннего клапана в системе HP-EGR. При исследовании смешанной системы EGR на легком бензиновом двигателе было замечено, что во время работы HP-EGR мгновенные пульсации давления возвращали EGR обратно через контур EGR высокого давления. Для достижения желаемого уровня рециркуляции отработавших газов при заданных условиях двигатель должен был затрачивать энергию в виде насосной работы. Различные симуляции с односторонним клапаном на GT-Power показали его преимущество в предотвращении любого обратного потока через контур EGR высокого давления, что, в свою очередь, привело к расширению рабочего диапазона HP-EGR. Во время моделирования это означало гораздо более широкое положение дроссельной заслонки, что сводило к минимуму работу насоса и увеличивало пропускную способность системы HP-EGR.

Заметив многообещающие результаты моделирования, установка была реализована на движке. Результаты испытаний двигателя показали разумное положение привода с точки зрения клапана рециркуляции отработавших газов и угла дроссельной заслонки. Более широкий дроссель означал, что работа по перекачиванию значительно сократилась. Несколько лучший BSFC также наблюдался при наличии односторонних клапанов, чего не наблюдалось во время моделирования. Кроме того, способность одностороннего клапана увеличивать количество рециркуляции отработавших газов при любых условиях приводила к увеличению давления в турбине. Таким образом, турбина меньшего размера может использоваться для создания такого же наддува, чтобы соответствовать требованиям нагрузки.

Будущая работа

В этом документе исследуется влияние одностороннего обратного клапана на обратный поток через систему HP-EGR. Как уже отмечалось, во время работы HP-EGR из-за значительного обратного потока через контур HP-EGR через систему проходит более высокий пиковый массовый расход для достижения заданной скорости EGR в цилиндре. С введением одностороннего клапана пиковый поток снижается, чтобы обеспечить чистую скорость рециркуляции отработавших газов в цилиндрах. Также наблюдается то, что из-за меньшего обратного потока может быть достигнуто более разумное положение привода. Объем работы был ограничен предварительным использованием одностороннего клапана на управляемость EGR в системе HP-EGR и проверкой жизнеспособности концепции. Будущие публикации будут включать всестороннее исследование улучшений производительности в отношении BSFC и оптимизированных насосных потерь при работе смешанной системы EGR в течение нормативных ездовых циклов.

Заявление о доступности данных

Наборы данных, представленные в этой статье, были одобрены членами HEDGE. Дополнительные наборы данных являются собственностью и не всегда доступны. Запросы на доступ к наборам данных следует направлять доктору Грэму Конвею [[email protected]].

Вклад авторов

Компания BD участвовала в моделировании GT-Power смешанной системы рециркуляции отработавших газов. GC и BD провели эксперименты с двигателем, а SR внесла свой вклад в интеграцию блока управления для испытаний двигателя. GH участвовал в сборе результатов для литературы.

Финансирование

Эта работа финансировалась в рамках консорциума HEDGE-III ^TM Юго-Западного научно-исследовательского института.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Ссылки

Алджер, Т., Гингрич, Дж., Мангольд, Б., и Робертс, К. (2011). Система зажигания с непрерывным выпуском для расширения предела рециркуляции отработавших газов в двигателях SI. Международный SAE. Дж. Инж. 4 (1), 677–692. doi:10.4271/2011-01-0661

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Алджер Т., Ханхе С., Робертс К. и Райан Т. (2005). Бензиновый двигатель для тяжелых условий эксплуатации — многоцилиндровый образец высокоэффективной технологии с низким уровнем выбросов. Технический документ SAE 2005-01-1135. doi:10.4271/2005-01-1135

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Джу, С., Алджер, Т., Чадвелл, К., и Де Охеда, В. (2012). Высокоэффективный бензиновый двигатель для тяжелых условий эксплуатации. Международный SAE. Дж. Инж. 5 (4), 1768–1789. doi:10.4271/2012-01-1979

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джун Дж., Сонг С., Чун К. и Ли К. (2007). Сравнение уровня NOx и BSFC для систем HP-EGR и LP-EGR дизельного двигателя большой мощности. Технический документ SAE 2007-01-3451. doi:10.4271/2007-01-3451

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Maiboom, A., Tauzia, X., Shah, S., and Hétet, J. (2010). Экспериментальное исследование системы рециркуляции отработавших газов низкого давления на автомобильном дизельном двигателе по сравнению с системой рециркуляции отработавших газов высокого давления в отношении выбросов твердых частиц и NOx, а также удельного расхода топлива. Международный SAE. Дж. Инж. 2 (2), 597–610. doi:10.4271/2009-24-0138

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Мао Б., Яо М., Чжэн З. и Ли Ю. (2015). Влияние двухконтурной системы рециркуляции отработавших газов на производительность и выбросы дизельного двигателя, Технический документ SAE 2015-01-0873. doi:10.4271/2015-01-0873

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парк Ю. и Бэ К. (2014). Экспериментальное исследование влияния соотношения EGR высокого/низкого давления в дизельном двигателе легкового автомобиля. Заявл. Энергия 133, 308-316. doi:10.1016/j.apenergy.2014.08.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Торрегроса А., Олмеда П., Мартин Дж. и Дегреуве Б. (2006). Эксперименты по влиянию наддува и температуры охлаждающей жидкости на мощность и выбросы дизельного двигателя с прямым впрыском. Экспл. Терм. Науки о жидкости. 30 (7), 633–641.

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

ван Акен М., Виллемс Ф.