شیربرقی EGR

شیر برقی EGR، عملیات برگشت مقداری از دود خروجی موتور به مانیفولد هوای ورودی به منظور کاهش دمای احتراق و آلایندگی اکسیدهای ازت را پوشش می دهد.

احتراق مخلوط سوخت و هوا:

یکی از پارامترهای بسیار مهم در سیستم سوخت‌رسانی انژکتوری نسبت هوا یا ضریب هوای اضافی یا لاندا ( λ) می‌باشد که برخی پارامترهای دیگر را نسبت به آن می‌سنجند و از رابطۀ زیر بدست می‌آید:

از آنجایی که “جرم هوای تئوری ورودی به موتور تقسیم بر یک گرم بنزین” که باعث کامل سوختن بنزین و جلوگیری از ایجاد آلودگی می‌شود را نسبت هوا به سوخت استوکیومتری می‌نامند و معادل با 7/14 گرم هوا به یک گرم بنزین می‌باشند، لذا، رابطۀ زیر استخراج می‌گردد.

با توجه به رابطۀ فوق می‌توان به نتایج زیر دست یافت:

1. 1. چنانچه λ<1باشد، مخلوط سوخت و هوا غنی بوده و افزایش آلودگی و مصرف سوخت را در پی دارد ولی حوالی 0.8=λ یا مخلوطی با نسبت 12 گرم هوا و یک گرم بنزین، می‌توان بیشترین قدرت را از موتور دریافت نمود. لذا برای موارد اضطراری مانند وضعیت قدرت، شتابگیری و … بهتر است که از پروتکلλ=0.8 استفاده نمود. با استفاده از این پروتکل، افزایش مصرف سوخت و آلودگی تقریباً نادیده گرفته شده و هدف اصلی افزایش توان خروجی موتور می‌باشد.
   2.  اگر 1=λ باشد، وضعیت ایده‌آل می‌باشد و احتراق بنزین و هوا به صورت کامل انجام می‌شود. با استفاده از این پروتکل آلودگی و مصرف سوخت کاهش یافته، قدرت موتور نیز مطلوب می‌باشد.
   3.  اگر λ>1باشد، مخلوط سوخت و هوا رقیق شده و باعث کاهش جدی مصرف سوخت و آلودگی می‌گردد ولی به دلیل آنکه با افزایش هوا، دمای احتراق نیز افزایش می‌یابد در محدودۀ λ>1، مقدار اکسیدهای ازت ( NOx) به شدت افزایش می‌یابد. لذا از این پروتکل به شرط استفاده از راهکار مناسب جهت کنترل آلایندگی ، در شرایط سرعت ثابت موتور مانند حرکت در اتوبان‌ها و جاده‌های برون شهری استفاده شده که باعث کاهش جدی مصرف سوخت و آلودگی می‌شود.

شکل زیر تأثیر λدر میزان مصرف سوخت و توان تولیدی موتور و شکل (103- 7) تأثیرλ بر روی میزان آلایندگی ناشی از احتراق بنزین را نشان می‌دهد.

تأثیرلاندا در میزان مصرف سوخت

تأثیر لاندا بر روی میزان آلایندگی

با توجه به شکل‌های فوق ملاحظه می‌گردد که با پروتکل 0.8< λ>1 ،λتوان تولیدی موتور، مصرف سوخت، آلودگی HC و CO افزایش می‌یابد ولی آلایندگی به دلیل کاهش دمای احتراق کاهش می‌یابد از اینرو این پروتکل را پروتکل افزایش شتابگیری خودرو با صرفنظر کردن از آلودگی نیز می‌نامند با استفاده از پروتکلλ>1،λ<102 مصرف سوخت، آلایندگی HC و CO کاهش یافته ولی آلایندگی به شدت افزایش می‌یابد، توان تولیدی در این محدود نیز برای حرکت خودرو در اتوبان‌ها و جاده‌های برون شهری با سرعت ثابت قابل قبول و مطلوب می‌باشد، از ایزو این پروتکل را پروتکل اقتصادی عملکرد سیستم سوخت رسانی انژکتوری نیز می‌نامند.
لازم به ذکر است که در محدودۀ λ>1/3به دلیل بیش از حد رقیق بودن مخلوط سوخت و هوا، احتراق پایداری وجود نخواهد داشت، لذا افزایش HC یا هیدروکربن‌های نسوخته در این منطقه امری اجتناب ناپذیر خواهد بود.
با توجه به رابطه و شکل‌های فوق به جهت اندازه‌گیری جرم هوای ورودی به موتور، شناسایی وضعیت عملکردی موتور یا خودرو (شتابگیری، قدرت، سرعت ثابت و …) و کنترل مقدار آلایندگی ناشی از احتراق سوخت و هوا، به سنسورهایی نیاز می‌باشد تا اطلاعات خود را به عنوان ورودی به ECU اعمال کرده و ECU از طریق محاسبه و مقایسۀ پارامترها، پروتکل عملکردی مورد نظر را انتخاب نموده و با صدور دستورهای لازم به عملگرهای موجود در سیستم سوخت‌رسانی انژکتوری بنزینی، شرایط مطلوب و بهینۀ عملکرد موتور را ایجاد نماید. لازم به ذکر است که در این بین شیر برقی EGR، عملگری می باشد که از ECU فرامین لازم را دریافت کرده و نسبت به باز کردن مسیر عبور دود از مانیفولد دود به مانیفولد هوا برای کاهش دمای احتراق و نهایتا کاهش میزان اکسیدهای ازت اقدام می نماید.

ساختمان و نحوه عملکرد شیر برقی EGR:

یکی از مشکلات موتور‌های رقیق‌سوز که در ناحیۀ  کار می‌کنند، افزایش دمای احتراق و نهایتاً تولید آلایندگی اکسیدهای ازت ( NOx ) می‌باشد، برای کنترل آلایندگی  از  شیر برقی EGR استفاده می‌شود.

1- فیلترهوا 2- دریچۀ گاز 3 و 5- دود خروجی که دوباره به گردش درآمده و وارد مانیفولد هوا می‌شود 4- شیربرقی EGR

شکل 1- شماتیک عملکردی شیر برقی EGR

شکل (1) شماتیک عملکردی شیر برقی EGRرا نشان می‌دهد.
هنگامی که دمای احتراق هوا و بنزین افزایش یابد، ECU به شیربرقی EGR دستور بازشدن می‌دهد. با بازشدن این شیر، مقداری از دودهای خروجی اگزوز به مانیفولد هوا راه پیدا کرده و به جای تعدادی از مولکول‌های هوای تازه، مولکول‌های دود خروجی اگزوز وارد سیلندر می‌گردد، که در اینصورت احتراق ناقصی تولید شده که منجر به کاهش دمای احتراق و نهایتاً کاهش  NOx می‌شود.

be: مصرف سوخت

شکل 2- تأثیر شیر برقی EGR بر HC، و مصرف سوخت

لازم به ذکر است که با توجه به شکل (2) هر چقدر میزان زمان و مقدار استفاده از EGR زیادترشود، آلایندگی  کاهش می‌یابد، در حالیکه مصرف سوخت و آلایندگی هیدروکربن‌های نسوخته (HC) افزایش می‌یابد.
شیر برقی EGR ، جریان برق مثبت 12 ولت خود را از رلۀ دوبل دریافت کرده و زمان و مقدار باز و بسته بودن آن توسط ECU با کنترل منفی آن، صورت می‌پذیرد. ساختمان ظاهري اين شير برقي همانند شيربرقي كنيستر می باشد.

گروه فنی مهندسی اِیمِگ