废气再循环的目的是引一部分排气到发动机的进气系统中,以抑制燃烧过程的氮氧化物( NO x )的生成。是目前在汽车发动机中较为流行的一种减少排气中氮氧化物的形式。
废气再循环对发动机的性能有很大的影响。由于废气的引入,使得进入发动机气缸内的混合气中单位燃料所对应的惰性气体增加。对于燃烧室内所产生的热能而言,废气的热容量增加,特别是废气中的 CO 2 和水的摩尔比热较大,可有效地抑制气缸内燃烧温度的升高。同时,由于惰性气体的增加,使着火延迟期变长,燃烧速度下降,燃烧温度也随之下降。由于上述两种原因,采用废气再循环方式的汽车发动机,由于燃烧温度的大幅度下降,使 NO x 的排放量可以明显地降低(见图 2.45 )。
但是,随着废气再循环率的增加,发动机的油耗与输出扭矩特性随之恶化,而且排气中的 HC 物质浓度也随之增加。同时由于废气再循环所造成的发动机缺火率也增加,燃烧过程变得不稳定,图 2.46 表明了废气再循环率对发动机性能的影响曲线。从图中可见,如果点火提前角不变,随废气再循环率的增加,发动机性能将大大下降。因此在对废气再循环率的控制过程中,必须同时对点火提前角进行控制,在一定的废气循环量内也能提高发动机的经济性。图 2.47 是点火提前角变化后,废气再循环率与发动机性能之间的关系。所以只要对废气再循环率加以控制,同时对其它因素,如点火时间等予以综合控制,就可以得到令人满意的效果。
2 .废气再循环控制
( 1 )废气再循环系统
由于废气再循环过程是把高温度废气引入进气系统,因此对流入的废气量进行直接控制,要求其执行机构有耐高温、不易氧化等特点。特别是采用电子控制,因废气温度高,用电器装置直接控制比较困难,所以一般采用间接控制的方法。废气再循环系统中的主要控制设备是如图 2.48 所示的废气再循环控制阀和由电子控制单元所控制的电磁阀。
当发动机启动和升温时,电子控制单元使电磁阀处于关闭状态,不能进行废气再循环。而在其它时间,电磁阀打开,允许废气再循环。废气循环量的大小是由进气管中的负压程度所决定。
( 2 )废气再循环控制
由于废气再循环率对发动机的工作性能有很大的影响,废气循环量过少,不能有效地降低 NO x 的排放量,而循环量过大,发动机的性能恶化,工作不稳定。一般情况下废气再循环采用开环控制,主要与之有关的因素是发动机冷却水温度、进气温度、转速和节气门开度等。
a、在低速、低负荷时,由于喷油量少,燃烧量变得不稳定,应降低废气再循环率,而在高速、大负荷时,为了获得较高的输出功率,也应降低废气再循环率。
b、怠速时,燃烧温度不高,NOx 的排放量不大,为了使发动机怠速运转稳定,需要切断废气再循环。
c、发动机冷却水温度较低时,油气混合气在气缸内各处扩散不均匀,燃烧不稳定,而且燃烧温度较低,需要切断废气再循环。随着冷却水温度的升高,逐渐增加废气再循环量。
d、发动机启动时,为了使发动机能顺利启动并能稳定运转,需切断废气再循环。
e、在进气温度较低时,气缸内的燃烧温度也会降低,这时也应减少废气再循环量,以使燃烧过程能良好地进行。
f、要满足对发动机废气再循环的控制,必须采用电子控制系统,否则达不到预定的目的。