Рециркуляция ог

Рециркуляция осуществляется посредством перепуска отработавших газов из системы выпуска во впускную систему (рис.5). В двигателях с переменными фазами газораспределения при раннем открытии выпускного клапана больше отработавших газов остаётся в цилиндре, благодаря чему обеспечивается так называемая внутренняя рециркуляция". В результате этого для получения требуемой мощности необходимо сильнее открыть дроссельную за­слонку, то есть возрастает масса рабочей смеси (с соответствую­щим увеличением ее теплоемкости), что обусловливает уменьше­ние температуры сгорания, а значит и уменьшение образования окси­да азота. Следовательно, рециркуляция ОГ используется для уменьшения выбросов NO_X.

Рисунок 5 - Схема системы рециркуляции ОГ:

1 - электронный блок управления; 2 - датчик положения дроссельной заслонки;. 3 - клапан рециркуляции с электроприводом; 4 - -зонд (индикатор состава смеси); 5 – нейтрализатор.

При рециркуляции несколько уменьшаются насосные потери в процессе впуска, что создает предпосылки для улучшения топливной экономичности двигателя. Кроме того, при рециркуляции снижаются потери на диссоциацию и теплоотдачу, а термический кпд цикла воз­растает (из-за снижения удельной теплоемкости вследствие уменьше­ния температуры и соответствующего увеличения показателя адиабаты продуктов сгорания).

С другой стороны, по мере увеличения рециркуляции ОГ затягивает­ся процесс тепловыделения, усиливается невоспроизводимость после­довательных циклов и возрастает выброс СН.

Вследствие совместного действия перечисленных факторов с рос­том рециркуляции ОГ экономичность двигателя сначала несколько улучшается, а затем ухудшается, что и ограничивает целесообразную степень рециркуляции R_c.

(1)

где М_R, М_т, М_В-масса рецеркулирующих газов, топлива и воздуха, соответственно.

В зависимости от нагрузки двигателя оптимальную степень рециркуляции необходимо из­менять: с увеличением нагрузки возрастает максимальная температура цикла и обедняется горючая смесь, поэтому R_c следует увеличивать. При полном открытии дроссельной заслонки рециркуляция ОГ не позволит получить максимальную мощность, поэтому целесообразно на этих режимах обеспечить R_c= 0.

Изменение R_c в зависимости от нагрузки осуществляется специ­альным клапаном рециркуляции. В простейшем варианте клапан рециркуляции представляет собой дозатор мембранного типа (рис.6).

Рисунок 6 - Мембранный клапан рециркуляции:

1 - корпус; 2 - мембрана; 3 - шток; 4 - дросселирующий элемент; 5 - впускной трубопровод; 6 - пружина

Клапан выполняют как отдельный узел, связанный с выпускным и впускным трубопроводами. Шток 3 перекрывает перепускной канал дросселирующим клапаном 4. Верхний конец штока 3 связан с подпру­жиненной мембраной 2, полость над которой сообщается с впускным трактом (до дроссельной заслонки). Чем больше нагрузка двигате­ля, тем больше разрежение над мембраной и тем сильнее открыт дросселирующий клапан. Максимальное открытие клапана 4 и соответ­ственно наибольшая величина R_c достигаются на режиме полной на­грузки, если на этом режиме не предусмотрено отключение рециркуля­ции. Возврат штока и дросселирующего клапана в начальное положе­ние осуществляется пружиной 6. В конструкции клапана рециркуляции используются жаростойкие и коррозионностойкие материалы, обеспечивающие надежную работу в условиях высоких темпера­тур в среде химически агрессивных продуктов сгорания.

Подачу отработавших газов во впускной трубопровод органи­зуют таким образом, чтобы обеспечить равномерное их распре­деление по всем цилиндрам двигателя.

В более совершенных современных системах рециркуляции используется электропривод клапана (рис.7), что позволяет реализовать более выгодный закон изменения R, в зависимости от режима работы двигателя.

Рисунок 7 - Клапан рециркуляции с шаговым двигателем:

1 - канал, связанный с впускной сис­темой; 2 - фланец клапана; 3 - дрос­селирующий элемент; 4 - управляемый шаговый двигатель

Например, с 1992 г. фирма Rochester начала выпускать клапан ре­циркуляции с непрерывным управлением долей перепускаемых ОГ. В основу работы такого устройства (рис.7) положено осевое позициони­рование дросселирующего элемента 3 с помощью шагового двигателя 4. При этом положение элемента 3 определяется с помощью специаль­ного датчика перемещения. Клапан отличается компактностью и высо­кой эффективностью.

Фирма Pierburg выпускает для двигателей с искровым зажиганием пять систем, включающих в себя три разных клапана рециркуляции (с шибером и коническим клапа­ном) с электромагнитным приводом и с приводом от шагового двигате­ля. Клапаны обеспечивают расход ОГ от 0,5 до 20...50 кг/ч при пере­паде давления 200...300 мбар. Вес клапанов в сборе не превышает 400...700 граммов.

Системы фирмы Pierburg обес­печивают изменение R_c в зависимости от нагрузки, частоты враще­ния и температуры жидкости в сис­теме охлаждения двигателя.

Большое значение придается работе систем рециркуляции на переходных режимах. Большинство конструкций имеет высокие дина­мические характеристики: время открытия и закрытия клапанов не превышает 20...100 мс, что способствует значительному снижению вы­бросов NO_X при испытаниях по ездовым циклам.

Анализ теоретического цикла с подводом теплоты при постоянном объеме, показывает, что при рециркуляции максимальная температура цикла (T_z) уменьшается приблизительно на 100 градусов на каждые 5% присадки ОГ. Такое же снижение T_z может быть получено при увеличе­нии на 0,05 (от начального = 1,0). С точки зрения термодинамиче­ского воздействия на T_z и на термический КПД цикла рециркуляция ОГ и обеднение смеси не имеют существенных различий. В то же вре­мя при рециркуляции ОГ концентрация кислорода в горючей смеси и продуктах сгорания не изменяется, а при обеднении смеси она возрастает, поэтому рециркуляция ОГ из-за большего затягивания про­цесса сгорания более эффективна, чем обеднение смеси.

Это обстоятельство вместе с ухудшением процессов воспламенения и сгорания при значительном обеднении смеси и объясняет, почему в двигателях с традиционной организацией рабочих процессов предпоч­тение отдается применению рециркуляции ОГ как способу снижения выбросов NO_X.

В некоторых двигателях рециркуляция может достигать 40%, что по­зволяет бензиновому двигателю на малых нагрузках работать без дросселирования.