CC BY
22
Степанов Н.В., Сухаева А.Р., Хороших О.Н., Хараев Г.И., Доржиев А.С. Обзор и анализ системы рециркуляции отработавших газов (EGR) // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. -2022. - № 4 (31) октябрь - декабрь - URL http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2022/4/01026.pdf. - ISSN 2413-4066
Научная статья УДК: 621.436.
Обзор и анализ системы рециркуляции отработавших газов (EGR) Н.В. Степанов1, А.Р. Сухаева1, О.Н. Хороших1, Г.И. Хараев2, А.С. Доржиев 3®
1Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского, Иркутск, Россия
2Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, Улан-Удэ, Россия
Бурятская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Р. Филиппова, Улан-Удэ, Россия
Аннотация: Ключевое место при обеспечении технической поддержки агропромышленного комплекса отводится автотракторной технике. Основным источником энергии, которой являются поршневые двигатели внутреннего сгорания. Функционирование силовых агрегатов сопровождается вредными выбросами - нанесению вреда флоре и фауне. Минимизация урона окружающей среде достигается, в том числе совершенствованием системы рециркуляции выхлопных газов.
Обзор источников литературы и их сравнительный анализ позволил сформировать пути поиска совершенствования таких систем.
Ключевые слова: агропромышленный комплекс, автотракторная техника, рециркуляция отработавших газов.
Overview and Analysis of the Exhaust Gas Recirculation System (EGR)
Stepanov N.V., Sukhaeva A. R. , Khoroshikh O. N., Kharaev G. I., Dorzhiev A. S.
Abstract: The key place in providing technical support for the agro-industrial complex is given to automotive technology. The main source of energy, which is piston internal combustion engines. At the same time, the issue of reducing the emission of harmful substances into the environment is acute. One way to solve this problem is to use an exhaust gas recirculation system. Literature review performed. Their comparative analysis is given in order to find improvements in such systems.
Key words: agro-industrial complex, automotive tractor equipment, exhaust gas recirculation.
® Степанов Н.В., Сухаева А.Р., Хороших О.Н., Хараев Г.И., Доржиев А.С.
Введение
Поступательное развитие сельскохозяйственного производства не возможно без инновационных научных исследований [1-4]. Ключевое место при обеспечении технической поддержки агропромышленного комплекса отводится автотракторной технике [5-8]. Основным источником энергии, которой являются поршневые двигатели внутреннего сгорания. Функционирование силовых агрегатов сопровождается вредными выбросами - нанесению вреда флоре и фауне. Минимизация урона окружающей среде достигается, в том числе совершенствованием системы рециркуляции выхлопных газов.
Объект и методика исследования
Объектом исследования служили особенности системы рециркуляции отработавших газов поршневых двигателей внутреннего сгорания. Обзор источников литературы и их сравнительный анализ позволил сформировать пути поиска совершенствования таких систем.
Результаты и обсуждение
Азот, составляющий преобладающую часть в составе воздуха, при высоких значениях температуры в камере сгорания окисляется. Образуемые оксиды азота при этом имеют высокую токсичность. Для минимизации содержания этого химического соединения в выпускных газах, начиная с 1972 года, автотранспортные средства оборудованы системой рециркуляции отработавших газов (EGR exhaust gas recirculation)
[9].
При решении этой проблемы за основу взяли идею по снижению значения температуры в камере сгорания. Поскольку известно, что окись азота образовывается при больших значениях температуры в камере сгорания. Реализация этой идеи на практике сводилась к возвращению отработавших выхлопных газов для повторного использования, направляя их во впускной коллектор, а затем в камеру сгорания вместе со свежей топливовоздушной смесью. Наличие выпускных газов в заряде топливовоздушной смеси в незначительной степени оказывает отрицательное воздействие на протекание процесса горения. Небольшое содержание отработавших газов позволяет не допустить образование окиси азота. В этой связи структурное содержание рабочей горючей смеси изменяется незначительно. В результате незначительной утраты мощности мотора удалось добиться снижения токсичности выпускных газов.
Самый первый опыт применения повторного использования отработавших газов была внедрена на автомобилях Chrysler в 1972 году. Непроработанная конструктивная модель завершилась провалом и не нашла последующей эксплуатации. Недостатком данного решения было то обстоятельство, что выхлопные газы подавались в цилиндры практически на всех режимах функционирования силового агрегата, а это было причиной замедления процесса прогрева холодного двигателя к стабильной потере мощности при нагрузке, а также к некорректной работе на малой частоте вращения коленчатого вала.
В то же время, но на автомобиле Buick была установлена другая конструкция пневмомеханической системы рециркуляции выпускных газов. Эта система в отличие от первой оказалась более совершенной, её использование можно наблюдать на некоторых транспортных средствах и по настоящее время.
Отличительной особенностью конструкции системы является то, что пневматический клапан EGR (рис. 1), крепится непосредственно между выпускным и впускным коллектором за дроссельной заслонкой.
Клапан функционирует следующим образом. В состоянии покоя пневмоклапан находится положении «закрыто» за счет действия пружины. При появлении в камере вакуумного разряжения диафрагма перемещается вверх, преодолевая сопротивление пружины, а это ведет клапан к положению «открыто». При уменьшении разряжении в камере под действием пружины клапан возвращается положение «закрыто». В итоге, положение клапана варьирует от степени разряжения в собственно вакуумной полости.
Рис. 1. Клапан EGR с пневматическим управлением. 1 - пружина; 2 - вакуумная камера; 3 - вакуумный шланг; 4 - диафрагма; 5 - клапан; 6 - выход (к впускному коллектору); 7 -вход (от выпускного коллектора)
На иллюстрации представлено функционирование клапана (рис. 2) EGR на различных режимах работы силового агрегата. Корпус вакуумной камеры клапана скреплен с конструкцией впускного коллектора перед дроссельной заслонкой.
Рис. 2. Подключение клапана EGR
1 - дроссельная заслонка; 2 - вакуумная трубка; 3 - вакуумная камера; 4 - клапан; 5 -вход от выпускного коллектора
При работе двигателя на холостых оборотах дроссельная заслонка находится в положении «закрыто» и перед ней практически отсутствует разряжение. Таким образом, на холостых оборотах работы двигателя образование оксидов азота в выхлопных газах практически не существенное. При этом клапан EGR не функционирует, поэтому обеспечивается устойчивое функционирование мотора на режиме холостого хода.
При работе двигателя на средних нагрузках дроссельная заслонка находится в положении «приоткрыто». В этом случае за дроссельной заслонкой образуется разряжение, которое посредством диафрагмы переводит клапан в положение «открыто». Таким образом, в режиме средних нагрузок, когда у нас возникает основная масса окиси азота, клапан EGR находится в рабочем состоянии.
Когда силовой агрегат функционирует в режиме полной нагрузки, дроссельная заслонка находится в положении «открыто». Это является причиной того, что разряжение снижается, и клапан переходит в положение «закрыто». При этом двигатель вырабатывает максимальную мощность.
В процессе работы данной системы выявлена одна отрицательная сторона. Клапан EGR включается в работу непосредственно после того, как мы запустили силовой агрегат. При этом двигатель еще не прогрет, а это ведет к увеличению времени его прогрева, что является причиной некорректного функционирования силового агрегата. С целью устранения данного недостатка стали применять дополнительный (рис. 3) термоклапан, смонтированный в разрезе вакуумной трубки. Этот клапан может крепиться непосредственно на радиаторе или на самой трубке охлаждения.
Рис. 3. Термоклапан
1 - запирающий клапан; 2 - патрубок к впускному коллектору; 3 - клапан открыт; 4 -патрубок к клапану EGR; 5 - термочувствительный элемент; 6 - охлаждающая жидкость
Принцип работы термоклапана состоит в следующем. Когда силовой агрегат холодный, вакуумный канал перекрыт, а значит клапан EGR находится в состоянии «закрыто». В процессе прогрева силового агрегата шток термоклапана перемещается в верхнее положение. Это ведет к открытию вакуумного канала и при этом вводится в действие клапан EGR.
В итоге, при эксплуатации в системе термоклапана предотвращается функционирование клапана EGR при холодном силовом агрегате.
Очень надежную работу демонстрируют системы рециркуляции выхлопных газов пневматического типа, но вместе с тем их точность в корреляции с нагрузкой не достаточная. Это стало причиной создания более совершенной - системы EGR с электронным управлением (рис. 4).
Рис. 4. Система рециркуляции отработавших газов с электронным управлением
1 - поступление свежего воздуха; 2 - дроссельная заслонка; 3 - отвод выхлопных газов из выпускного коллектора; 4 - блок управления двигателем; 5 - клапан EGR; 6 - выпускной коллектор
Бортовая электронная система автотракторной техники осуществляет управление всеми системами, включая систему рециркуляции выхлопных газов. Электронный блок управления обрабатывая сигналами, поступающими с датчиков управляет клапаном EGR, корректируя пропускное сечение клапана на различных режимах функционирования двигателя.
Заключение
Рассмотрены конструктивные системы рециркуляции отработавших газов и принцип их функционирования. Сравнительный анализ существующих систем позволил сформировать пути поиска совершенствования таких систем.
Список источников
1. Степанов Н.В. и др. Повышение коррозионной стойкости сельскохозяйственных машин при хранении за счет использования новой защитной смазки // Тракторы и сельхозмашины. 2019. № 4. С. 80-84.
2. Хараев Г.И и др. Модернизация технического средства для разделения зерносоломистого вороха // Тракторы и сельхозмашины. 2020. № 5. С. 33-36.
3. Поляков Г.Н. и др. Результаты исследования сепаратора измельченного вороха зерновых культур // Тракторы и сельхозмашины. 2020. № 3. С. 62-67.
4. Поляков Г.Н. и др. Совершенствование технических средств для возделывания яровых зерновых культур с разработкой сеялки для посева в гряды // Пермский аграрный вестник. 2022. № 2 (38). С. 33-41.
5. Алтухов С.В. и др. Анализ гидродинамических характеристик распылителей форсунок двс // Тракторы и сельхозмашины. 2018. № 3. С. 3-6.
6. Алтухов С.В., Шуханов С.Н. Анализ теплового состояния распылителей форсунок // Аграрная наука. 2018. № 5. С. 56-57.
7. Шуханов С.Н., Кузьмин А.В., Болоев П.А. Надежность работы машинно-тракторного агрегата // Инженерные технологии и системы. 2020. Т. 30. № 1. С. 8-20.
8. Хабардин С.В., Поляков Г.Н. и др. Новое техническое устройство для тяговых испытаний автотракторной техники // Тракторы и сельхозмашины. 2021. № 3. С. 37-41.
9. Марков В.А., Савельев М.А., Селиванов А.В. Улучшение экологических показателей дизеля путем совершенствования системы топливоподачи // Известия Волгоградского ГТУ. 2014. № 18 (145). С.14-18.
Referenses
1. N.V. Stepanov et al. Increase of corrosion resistance of agricultural machines during storage due to use of new protective lubricant//Tractors and agricultural machines. 2019. № 4. S. 80-84.
2. Kharaev G.I. et al. Modernization of technical means for separation of grain heap//Tractors and agricultural machines. 2020. № 5. S. 33-36.
3. Polyakov G.N. et al. Results of the study of the separator of crushed heap of grain crops//Tractors and agricultural machines. 2020. № 3. S. 62-67.
4. Polyakov G.N. et al. Improvement of technical means for cultivating spring grain crops with the development of a seeder for sowing in ridges//Perm Agricultural Bulletin. 2022. № 2 (38). S. 33-41.
5. Altukhov S.V. et al. Analysis of hydrodynamic characteristics of engine nozzle sprayers//Tractors and agricultural machines. 2018. № 3. S. 3-6.
6. Altukhov S.V., Shukhanov S.N. Analysis of the thermal state of nozzle sprayers//Agricultural science. 2018. № 5. S. 56-57.
7. Shukhanov S.N., Kuzmin A.V., Boloev P.A. Reliability of the machine-tractor unit//Engineering technologies and systems. 2020. T. 30. № 1. S. 8-20.
8. Khabardin S.V., Polyakov G.N., et al. New technical device for traction tests of automotive equipment//Tractors and agricultural machines. 2021. № 3. S. 37-41.
9. Markov V.A., Savelyev M.A., Selivanov A.V. Improving the environmental indicators of the diesel engine by improving the fuel supply system//Izvestia of the Volgograd GTU. 2014. № 18 (145). S.14-18.
Информация об авторах
Степанов Николай Васильевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected]
Сухаева Анна Радионовна, канд. техн. наук, доцент, suhaewa@yandex .ru
Хороших Ольга Николаевна, канд. техн. наук, доцент, [email protected]
Хараев Геннадий Иринчеевич, д-р техн. наук, доцент, [email protected]
Доржиев Арсалан Сергеевич, старший преподаватель, [email protected]
Information about authors
Stepanov Nikolai Vasilievich, Candidate of Technical Sciences , Associate Professor, [email protected]
Anna Radionovna Sukhaeva, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, suhaewa@yandex .ru
Khoroshikh Olga Nikolaevna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected]
Kharaev Gennady Irincheevich, Dr. Tekhn. Sciences, Associate Professor, [email protected]
Dorzhiev Arsalan Sergeevich, senior lecturer, [email protected]
