هدف - گردش مجدد 20٪ یا 30٪ (سیکل اتو) یا 40٪ (چرخه دیزل) گازهای خروجی به منیفولد ورودی باعث کاهش دمای احتراق و در نتیجه کاهش انتشار NOx می شود. از آنجایی که آنها بی اثر هستند، گازهای چرخشی در فرآیند احتراق شرکت نمی کنند، که منجر به محدودیت فشار و حداکثر دمای حاصل از احتراق می شود.
شایان ذکر است که تشکیل NOx را می توان با روش های دیگری کاهش داد، مانند:
- غنی سازی مخلوط برای کاهش دمای احتراق. با این حال، این امر باعث افزایش انتشار CO و HC می شود.
- کاهش نسبت تراکم. با این حال، این باعث کاهش راندمان حرارتی و در نتیجه افزایش مصرف سوخت می‌شود.
افزودن درصد کمی از گازهای خروجی (بی اثر) به مخلوط مخلوط باعث رقیق شدن آن می شود. از آنجایی که گازهای چرخشی جایگزین همان درصد مخلوط می شوند، سیلندرها نسبت به ظرفیت حجمی خود، مقدار کمتری از مخلوط را دریافت می کنند.
بنابراین، میانگین فشار موثر و حداکثر دمای محفظه احتراق نیز کاهش می یابد. در نتیجه موتور قدرت کمتری تولید می کند. حداکثر دمای پایین‌تر منجر به کاهش سطح NOx می‌شود.
مصرف سوخت
در ابتدا، سیستم EGR برای کاهش انتشار NOx به سیستم کنترل موتور اضافه شد.اخیراً، از اواسط دهه 1990، و به دلیل پیشرفت های تکنولوژیکی اعمال شده در مبدل کاتالیزوری سه طرفه و طراحی بهینه موتور سیکل اتو، در بسیاری از موارد، سیستم EGR دیگر ضروری نیست.
با این حال، در بسیاری از موارد، سیستم EGR در موتورهای چرخه اتو با تزریق غیر مستقیم به دلایل مصرف سوخت حفظ می شود. زیرا با توجه به اینکه گازهای بی اثر به جای اختلاط وارد می شوند، موتور برای شرایط چرخش و بار معین عملکرد کمتری دارد (بازده حجمی کمتر، گشتاور کمتر).
بنابراین برای تولید همان گشتاور، راننده باید پدال گاز را فشار دهد تا دریچه گاز باز شود. هرچه دریچه گاز بیشتر باز شود، موتور کارآمدتر به عنوان پمپ مکش هوا عمل می کند. یعنی تلفات را کاهش می‌دهند و راندمان حجمی را افزایش می‌دهند که در بار کامل به حداکثر می‌رسد.
تنظیمات
عنصر اصلی سیستم شیر EGR است که در همه کاربردها وجود دارد. آنچه در پیکربندی های مختلف موجود در بازار متفاوت است این است:
- روشی که برای کنترل شیر استفاده می شود.
- روشی که برای اندازه گیری جریان گازهای در گردش استفاده می شود.
شکل‌ها نمونه‌هایی را نشان می‌دهند که اکثریت قریب به اتفاق پیکربندی‌های اعمال شده در سیستم‌های OBDII در طول تکامل آنها را پوشش می‌دهند. ویژگی مهمی که باید به آن توجه داشت این است که در تمام تنظیمات، کنترل شیر EGR یا خلاء کنترل کننده باز شدن آن توسط UC انجام می شود. برعکس، در بسیاری از سیستم‌های قبل از OBDII، کنترل EGR بدون مداخله UC انجام شد.
در این پیکربندی، شیر EGR توسط خلاء مدوله شده کنترل می شود. دریچه EVR که توسط UC کنترل می شود، خلاء اعمال شده را تنظیم می کند (مدول می کند) که منجر به باز شدن متغیر EGR می شود.
سنسور فشار دیفرانسیل DPFE اختلاف فشار موجود در هر دو طرف یک محدودیت کالیبره شده را گزارش می کند. با این مقدار، UC درجه باز شدن EGR را محاسبه می کند و (نمی تواند مستقیماً اندازه گیری کند) مقدار (جریان) گازهای در گردش را تخمین می زند.
این پیکربندی مشابه شکل 1 است و فقط در نوع سنسور استفاده شده متفاوت است، که در این مورد سنسور فشار PFE است که فشار را پس از محدودیت کالیبره شده اندازه گیری می کند. با این مقدار، UC درجه باز شدن EGR را محاسبه می کند و مقدار (جریان) گازهای در گردش را تخمین می زند (نمی تواند مستقیماً اندازه گیری کند). این پیکربندی به ندرت در وسایل نقلیه OBDII استفاده می شد.
در این پیکربندی، شیر EGR خطی مستقیماً توسط UC کنترل می شود. EGR خطی دارای یک سنسور موقعیت EVP یکپارچه است که UC با اطلاعات آن جریان گاز را محاسبه می کند. برای تأیید عملکرد سیستم EGR، این پیکربندی شامل یک سنسور MAP است.
در این پیکربندی، شیر EGR توسط یک موتور پله ای به حرکت در می آید. جریان گازهای چرخشی با موقعیت آن تعیین می شود. برای تأیید عملکرد سیستم EGR، این پیکربندی شامل یک سنسور MAP است.
در این پیکربندی، EGR توسط خلاء از طریق دریچه EVR کنترل می شود، که خلاء اعمال شده را تنظیم می کند (مدول می کند)، که با آن باز شدن متغیر EGR به دست می آید. بر اساس اطلاعات سنسور دمای EGR، UC جریان را محاسبه می کند.
خلاء کنترل ثابت. در این پیکربندی، سنسور موقعیت EVP در شیر EGR یکپارچه شده است. خلاء اعمال شده به EGR بدون در نظر گرفتن تغییرات موجود در منیفولد ورودی، با یک مقدار ثابت توسط شیر VCV (پنوماتیک) کنترل می شود. شیر برقی سه طرفه VSV EGR را به جو (EGR بسته می شود) یا منبع خلاء ثابت (EGR باز می شود) متصل می کند.
UC VSV را با یک سیگنال چرخه کاری متغیر کنترل می کند. به این ترتیب خلاء کنترلی تغییر می کند که به نوبه خود باز شدن EGR و در نتیجه جریان گازها را تنظیم می کند.یک سنسور دما، نصب شده در خروجی EGR، برای تشخیص وضعیت جریان ناکافی استفاده می شود.
توجه: تنظیمات فوق عمدتاً در موتورهای چرخه اتو استفاده می شود.
این یک پیکربندی موتور چرخه دیزل است. در این پیکربندی 2 کانال گردش مجدد وجود دارد: 1) فشار بالا و 2) فشار پایین. در کانال فشار بالا، گازها از منیفولد اگزوز مستقیماً به منیفولد ورودی چرخش می شوند. در کانال فشار کم، گردش مجدد از نقطه ای پشت فیلتر ذرات با گازها در دمای پایین تر انجام می شود. پروانه های ورودی اجازه کنترل خلاء را می دهند که باعث گردش مجدد می شود و بنابراین مقدار گازهای در گردش را تنظیم می کند. کولرها به کاهش دمای گازها کمک می کنند که منجر به افزایش جرم هوای ورودی و کاهش حداکثر دمای احتراق می شود.
کانال فشار بالا با سرعت و بار کم کار می کند، در حالی که کانال فشار پایین گازها را در شرایط سرعت و بار بالا به گردش در می آورد. با این حال، پیکربندی‌هایی را می‌توان پیدا کرد که تنها یکی از کانال‌ها پیاده‌سازی شده باشد.
کولر EGR
کولر EGR اساساً در موتورهای دیزلی استفاده می شود. 2 نوع وجود دارد: 1) با شیر بای پس و 2) بدون شیر بای پس.
1) کولر با شیر بای پس.
شکل بالا شماتیک خنک کننده EGR با شیر بای پس را نشان می دهد. اجزای آن عبارتند از:
- شیر بای پس. توسط خلاء از طریق واحد خلاء کنترل می شود که به نوبه خود توسط شیر برقی EGR کنترل می شود. این یک شیر همه/هیچ است، بنابراین شیر بای پس فقط حالت بسته یا باز را در نظر می گیرد.
- کاتالیزور EGR. در کولر ادغام می شود و وظیفه آن اکسیداسیون HC ها قبل از کولر است تا از متراکم شدن آنها در سطح کولر جلوگیری کند و در نتیجه از چسبندگی بعدی ذرات جلوگیری کند. در ادبیات همچنین به عنوان یک فیلتر EGR شناسایی شده است.
فقط به عنوان مثال، در شکل ها، شیر EGR توسط خلاء از طریق یک شیر برقی کنترل شده با سیگنال چرخه کاری متغیر کنترل می شود.
شکل زیر شیر بای پس باز را نشان می دهد که در آن گازهای خروجی مستقیماً وارد ورودی می شوند. در شرایط شیر بای پس بسته، گازها با فشار از کولر عبور می کنند.
NOx اساساً به دلیل وجود اکسیژن و دمای بالای محفظه احتراق تولید می شود. همانطور که قبلاً ذکر شد، گردش مجدد به کاهش حداکثر دمای احتراق کمک می کند که منجر به مقدار کمتر NOx می شود.
گنجاندن خنک کننده EGR باعث کاهش حتی بیشتر دمای گازهای بازیافتی می شود که منجر به کاهش بیشتر NOx تولید شده می شود. کولر قادر است دمای گازها را از حدود 300 یا 400 درجه سانتیگراد به 150 درجه سانتیگراد کاهش دهد.با این حال، سیستم خنک کننده دارای معایبی است:
a) استفاده مداوم از گازهای خنک شده منجر به زمان طولانی تری برای رسیدن موتور به دمای احتراق بهینه می شود. در این مدت شرایط احتراق ناقص رخ می دهد و در نتیجه سطوح HC و CO افزایش می یابد. دقیقاً برای دور زدن این وضعیت، کولرهایی با سوپاپ های بای پس ساخته شدند که گازهای خروجی را مستقیماً به محفظه احتراق، در شرایط موتور سرد می فرستند.
b) سیستم‌های EGR با خنک‌تر گرما را از گازهای خروجی به خنک‌کننده موتور منتقل می‌کنند و بنابراین به یک رادیاتور با ظرفیت بیشتر و همچنین یک فن بزرگتر نیاز دارند که بیشتر کار کند.
در نتیجه، نیاز به "رد گرما" افزایش می یابد، یعنی انرژی کالری که باید توسط مایع خنک کننده حذف شود، که به معنای مصرف سوخت بیشتر است.
2) کولر بدون شیر بای پس. در این مثال کاربردی، نظارت بر کارایی چیلر و اختلاف دما بین ورودی و خروجی گازهای بازیافتی است. شکل زیر شماتیک چیلر و پارامترهای مورد استفاده در پایش و محاسبه راندمان را نشان می دهد.
وقتی شرایط فعال سازی برآورده شد، UC تفاوت بین دماها را ارزیابی می کند:
1) خروجی محاسبه شده یا مدل شده و 2) خروجی اندازه گیری شده. دمای خروجی محاسبه شده بر اساس راندمان عملکرد مناسب چیلر و شرایط عملکرد موتور در طول نظارت تعیین می شود.
از اختلاف دمای فوق الذکر، UC یک ضریب انطباق اعمال شده برای محاسبه بازده و تعیین شرایط خرابی را محاسبه می کند. کد DTC مربوطه زمانی ثبت می شود که ضریب سازگاری از حد کالیبراسیون فراتر رود.
