发动机废气再循环可降低发动机氮氧化物 (NO x ) 的排放量。当废气流经 EGR 冷却器时被冷却,然后在进入进气歧管之前与来自涡轮增压器的新鲜压缩空气混合。用 EGR 的目的是在保持发动机流量相同的情况下,降低气缸内用于燃烧的氧气量。燃烧开始时,废气非常稳定并且具有很低的反应速度。燃烧期间它们会吸收热量,降低气缸内的峰值火焰温度,从而减少了NO x 的排放量。
EGR混合器设计成能够完全混合EGR气体与来自空-空中冷器的涡轮增压空气。充分混合可使运行平稳并降低排放。
对于几个重要的发动机运行条件,需要采用可变截面式涡轮增压器。用于促使 EGR 流通过发动机。有关可变截面式涡轮增压器和 EGR 流的相互作用,参考步骤 010-999(进气系统 - 概述)。
可变截面式涡轮增压器也可用于发动机制动。为了增加排气歧管压力应关闭可变截面式机构。增大的排气压力在排气冲程中反作用于活塞,这样就降低了发动机转速。
后处理系统用于减少颗粒物排放,它由以下六个主要部件组成:
当排气温度自然升高至足以使后处理柴油微粒滤清器收集到的积碳的氧化速度快于积碳收集的速度时,出现被动再生。
后处理柴油微粒滤清器的温度高于 316°C [600°F] 时通常发生被动再生。此情况发生在公路行驶或重载行驶期间。
由于被动再生自然发生,可视为正常的发动机运行。被动再生期间不向排气流添加燃油。
排气温度未自然充分升高,不能使后处理柴油微粒滤清器收集的积碳的氧化速度高于积碳的收集速度时,发生主动再生。
为了提高排气温度,主动再生需要发动机的帮助。此帮助通常通过向排气流喷入少量柴油(称作后处理喷油),然后由后处理柴油氧化催化器进行氧化完成。氧化这部分额外的燃油可产生所需的热量,从而完成后处理柴油微粒滤清器再生。
要发生主动再生,ECM 必须检测到后处理柴油微粒滤清器阻力已达到特定极限。达到该极限后,发动机将改变运行方式,使排气温度足够高,从而能够执行后处理柴油微粒滤清器的主动再生。
主动再生事件通常包括两部分:预热阶段和再生阶段。
预热阶段的目的是将排气温度提高到能够发生后处理喷油的点。
后处理喷射需要后处理系统的温度达到约 288°C [550°F]。大于等于此温度时,向排气喷入少量燃油可使后处理柴油氧化催化器出现正常氧化作用,产生所需的额外热量,从而能够执行后处理柴油微粒滤清器的主动再生。
预热阶段完成、开始后处理喷油以后,就开始主动再生阶段。
主动再生期间,发动机 ECM 监测后处理柴油微粒滤清器之前和之后的排气温度,并将温度保持在大约 427 至 649°C [800 至 1200°F] 的范围内。由于将温度控制在这些极限内,用于后处理喷油的燃油量将有所变化。
主动再生期间达到的温度高于被动再生期间达到的温度。由于温度升高,积碳转换成二氧化碳的速度将快得多。
车辆运行时,完成典型的主动再生事件将花费大约 20 到 40 分钟的时间。在此期间车辆操作员可能注意到涡轮增压器出现额外噪音,同时排气温度高指示灯点亮(如有配备)。
发动机需要进行主动再生的频率在具体应用之间差异很大。通常,如城市机动车等低车速车辆或低负载循环车辆,比起重载车辆或高速负载循环车辆,需要出现更多主动再生事件。
发动机 ECM 还具有基于时间的主动再生功能,用于在车辆负载循环通常足够高、不需要主动再生事件时确认后处理正常运行。
在某些工作条件下,比如低速、低负载或不断停停走走的工作负载循环中,发动机可能在正常的车辆运行过程中没有足够的机会来使后处理柴油微粒滤清器再生。当这种情况出现时,发动机将使后处理柴油微粒滤清器指示灯点亮,来通知车辆驾驶员需要帮助,一般的形式就是固定(驻车)再生。
固定(驻车)再生是主动再生的一种形式,是由车辆操作员在车辆没有移动时启动的。
有关固定(驻车)再生的更多信息,参考第 14 节中的步骤 014-013(后处理测试)。
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车辆制造商可选择安装控制后处理功能的两个开关:启动开关和允许开关。
启动开关(在 INSITE™ 电子服务工具中称作柴油微粒滤清器再生启动开关)用于启动固定(驻车)再生。车辆制造商可能还会将此开关称作“固定再生开关”、“启动开关”或“驻车再生开关”。
允许开关(在 INSITE™ 电子服务工具中称作柴油微粒滤清器允许开关),用于允许驾驶员在必要时停用主动再生。车辆制造商可能还会将此开关称作“禁止开关”、“停止开关”或“停用开关”。
有关开关操作和故障诊断,参考第 11 节中的步骤 011-056(排气系统诊断)。
Signature™、ISX 和 QSX15 发动机采用了废气旁通式 Holset® HX55 或 HX60 涡轮增压器。部分低功率的车用发动机和大多数工业用发动机都使用非废气旁通式、固定截面式 Holset® HX55 涡轮增压器。
废气旁通式涡轮增压器包括一台涡轮增压器、废气旁通阀执行器和涡轮壳中的废气旁通阀。废气旁通式涡轮增压器在不牺牲涡轮增压器在高转速时的耐久性的前提下改进了发动机低转速时的响应。这是通过使排气在某些发动机工作模式下旁通涡轮叶轮实现的。在低转速过程中,涡轮增压器作为一个闭合系统涡轮增压器工作,将废气能量传送到压缩机叶轮,用于压缩进气。在高转速过程中,涡轮增压器变为开放系统涡轮增压器,允许废气从旁路绕过涡轮。因为废气绕过了涡轮叶轮,通过涡轮吸收的能量减少,传递到压缩机的能量也减少,从而降低了进气歧管压力和涡轮转速。
废气旁通式控制器安装在进气接头上,并且由 ECM 控制。废气旁通式控制器调节发送到废气旁通式执行器的进气歧管的压力的比例。两个类似于 Celect™ 产品的燃油泵切断阀的电磁阀与四个计量孔配合使用来调节此百分比。
安装在涡轮增压器上的旁通阀执行器包括压力滤罐、膜片和执行器杆。随着由废气旁通阀控制器控制的压力罐中的压力变化,执行器杆相应地调整废气旁通阀。
废气旁通阀安装在涡轮机壳体内的涡轮增压器中。当阀门开启时,废气旁通涡轮机叶轮,从而降低涡轮转速,以调整进气歧管压力。
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废气旁通打开;废气旁通关闭
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可变截面
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Cummins® 微粒滤清器
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