卡车废气再循环系统

卡车废气再循环系统 ?] . 36. 脚-/,,, 2.删,'』牙蠡车.朋, 卡车制造商通过欧洲I号和欧洲?号排放法规 所付出的代价,比其曾经预料得要少的多,但在即将 实施的欧洲?号排放法规面前却显得束手无策,原 因是欲达到新的排放法规,油耗相应增加这关久攻 李卡图咨询公司与荷兰环境保护部的合 不破. 作研究成果明,在卡车上采用废气再循环系统是 满足欧洲?号排放法规,降低油耗的有效方法 众所周知,有害 微粒,氧化氮和油耗三 者相互依存,如果三者 之一降低,其余二者则 提高.延迟喷油正时可 降低氧化氮和有害颗 粒的排放,但油耗相应 增加自从1985年按 照欧洲经济委员会第 49项法规首次控制排 放以来,这个难题一直 困扰着发动机的设计 者由于改进了发动机 的进,排气系统,提高 了燃油喷射压力,并采 用了精确的电子喷油 装置,设计者们已经设 法降低了氧化氮的含 量以满足欧洲I号排 放法规,减少了有害微 粒的排放以满足欧洲 ?号排放法规,在节油 方面也有所进展.但发 动机制造商欲达到欧 洲?号法规对排放的 规定,只能放弃节油. 罗孚,斯堪尼亚和 曼汽车公司曾经做过预测,欲达到有害微粒0.1g/ kwh,氧化氮5g/kwh的标准,油耗将增加5%, 8%;如果将油耗指标保持在欧洲1I号排放法规的水 平上,则必须寻求降低有害微粒和氧化氮的新途 径.因此,专家们为达到将柴油机氧化氮的排量降至 5g/kWh的目标进行了多种途径的探索.目前,在 柴油机的排气管中安装废气排放净化器,进行非选 择氧化催化以降低氧化氮的效果并不理想,而且使 用氧化催化器需匹配无硫燃料,恰恰这种燃料尚未 收蔷日期:1998年2月25日 普及;脱氧净化器目前仅在一定数量的柴油机上应 用;选择催化还原净化器效果较好,但因目前价格过 高,用户无法在欧洲?排放法规实施之前接受;唯一 有可能的是改进已经在轿车和旅行车上成功应用了 1O年之久的废气再循环系统.李卡图咨询工程公司 采用废气再循环系统将1台符合欧洲?排放法规的 24阀柴油机进行改进,并安装在卡车上做了试验. 1废气再循环系统的工作原理 氧化氮是在燃烧室内的高温条件下形成的,废 气再循环系统在发动机排放出的含氧较低的废气中 提取部分废气,混合到进入发动机的新鲜空气中,用 冲淡进气和降低燃烧温度的方法减少氧化氮的排 量,从而避免了用延缓燃油喷射正时的方法降低氧 化氮的排量导致油耗相应增加.卡车用大功率柴油 机运行的全程中均需应用废气再循环系统,而小型 发动机仅在部分运行中应用即可.由于大型发动机 增压的压力高于排气的压力,因此难度在于将其排 出的废气再压人进气歧管中 2废气再循环系统的工作过程 废气再循环系统工作过程如图所示.排出的废 气在通过废气涡轮增压器前进入一个特殊的再循环 废气的玲却器,然后通过再循环废气的进气阀进入 进气歧管.在试验进入E49排放试验程序时,发动 机排放达到欧洲?排放法规,但油耗比欧洲1I高出 2%,3%.尽管如此,这个成果足以令人鼓舞. 圈 可 变 口+ 片 角 度 的 J998(2)总45期重型汽车ZHOctNGO』CttE 3废气再循环系统的硬件 废气再循环系统主要由3个颉装置组成. 3.I叶片可变几何形状的废气祸轮增压器 废气涡轮增压器是废气再循环系统晟重要的装 置.废气再循环系统在发动机的转速和负荷范围内 工作,为了更好地与这种增压器匹配.排气歧管的压 力略高于进气歧管.一般的废气涡轮增压器转子上 的叶片是固定的,但是这种增压器的叶片角度可以 转动,特别在发动机转速低时的效率要比一般的增 压器高得多 3.2废气冷却器 发动机在全负荷运转时的排气温度高达 570,废气无法直接循环到进气歧管中,因此需要 先在一个水冷却的热交换器中降温.这个简易的用 板材和管材制作的交换器安装在发动机的缸体上, 其中心线与汽缸垂直.该样件在试验中效果明显. 在发动机全负荷运转时可将排气温度从570降至 200?;半负荷运转时可从425降至175 3.3废气进气阀 废气进气闻是一个传感器控制的气动关启提升 阀.在发动机试验时采用了两个并联的小尺寸进气 阀.批量生产时改成大尺寸单阀即可.由于发动机 的转速和负荷可有效地控制该阎的精确关启,即使 发动机超负荷运转,在该阀的作用下.废气涡轮增压 器仍可继续调节其叶片的角度 这3种装置可与发动机装配在一起根据李卡 图咨询工程公司和荷兰环境保护部的试验结果表 明,这些装置的体积和布局还不够理想 4废气再循环系统的效果 进入发动机的再循环废气的量取决于发动机不 同的负荷和转速,可用百分比来表示在试验过程 中,发动机全负荷运转时,进入发动机气缸的再循环 废气为5%一8%;半负荷运转时为11%一14%; l0%的负荷运转时为22%,28%.发动机低于最大 扭矩转速时不再吸入再循环废气. 5废气再循环系统的软件 废气再循环系统硬件的耐久性和可靠性设计非 常重要,其电子控制的软件设计也很重要.为了避 免发动机加速性差或加速时喷烟,电控软件需相应 地调节气流,燃油和再循环废气的量.专家们设计 了一种进气系统的数学模型,从控制进人气缸的燃 油混合气体开始,检验发动机的混合气体的油气比 率是否达到了最低极限,超过这个极限所排出的烟 度将超过标准.废气再循环系统的软件对燃; 环废气阀和可变叶片角度的废气涡轮增压器: 当控制和调节,即可得到合适的混合气体的 率另外.有必要采用气压传动来调节废气; 压器的叶片角度,以便获得更佳的油气混合H 6结论 李卡图咨询工程公司和荷兰环境保护部I 结果说明.卡车大功率柴油机通过采用废气J 系统,满足欧洲?号排放法规,降低油耗是可; 做试验的发动机经过lO001a的运转,残留在l 的杂质并非象预计得那么多,做过试验的发 性能基本没受影响.根据试验结束后对发动{ 壳的油质分析表明:所有重要的积碳容度和: 据正常,由此推断发动机的性能不会降低 装有废气再循环系统的这台发动机在台 结束后,又安装在一台新的卡车上进行了运j 的试验.发动机安装了废气再循环系统之后, 要加装冷启动装置或进行预热,发动机启动一 却液的温度即可达到6o?.对满载的卡车i 验,结果表明:发动机的灵墩性没有降低.由' 再循环系统中的可变叶片角度的废气涡轮增』 作用,有时发动机的反应要比一般的发动 些唯一与台架试验的不同之处在于软件 分,为了有效地使用发动机排气制动,必须确{ 再循环系统的进气阀在达到最低供油极限时 自然吸气发动机安装废气再循环系统需 地增加废气涡轮增压器,大功率发动机空压{ 缩比要达到3.5:l为了改进废气再循环系? 制部分,在重型卡车上应用该系统时还应安 或混合气体比率传感器. 总之,汽车制造商要达到欧洲?号法规j 的规定,降低油耗,采用废气再循环系统是一 的选择.