בואו נעשה סדר בכל מה שקשור ל-EGR

[barzelay]

 

https://www.facebook.com/israel.garage.association/posts/3135961873126160

 

 

David Barzelay

איגוד המוסכים בישראל

‏14‏ שעות

 · 

 

***בואו נעשה סדר בבלגן ונסביר למה דרושה מערכת EGR ואיך היא פועלת ***

בכל ההכשרות המקצועיות שאנו מעבירים במכללות שלנו תמיד שומעים הסברים שונים ומשונים על המערכת הזו, הווה אומר בלבול גדול ואף מבוכה , יש האומרים מערכת EGR באה למחזר את גזי הפליטה שלא נשרפו כראוי ויש האומרים שה-EGR תפקידו לקלקל את התערובת אוויר/דלק , יש האומרים גזי הפליטה מקררים את הבעירה , בקיצור " בּוּקָה וּמְבוּקָה וּמְבֻלָּקָה" בכל הקשור למערכת EGR.

בכתבה זו אני כותב הסבר פשוט וקל החל בצורך במערכת ה-EGR במנוע למניעת זיהום אוויר ולשם מה זקוקים לה ואיך המערכת הזו פועלת לצמצום תחמוצות החנקניות המזיקות כל כך.

ידוע כי במהלך בעירת הדלק נוצרים תוצרי בעירה רבים חלקם רעילים וחלקם לא , כגון תחמוצות פחמניות חד ודו (CO , CO2), תחמוצות חנקניות (NO,NO2) , תחמוצות גופרתיות (SO2) ועוד.

תחמוצות חנקניות nitric oxide)) מתהוות ונוצרות בכמויות גדולות כאשר טמפרטורת הבעירה של הדלק מטפסת ל-2400 מעלות צלסיוס ומעלה , בטמפרטורה זו נוצרות אינטרקציות וראקציות כימיות בין אטומי החנקן לבין אטומי החמצן ויש לנו גזים רעילים מאוד.

מחשב ניהול המנוע מקבל מחיישני NOx וחיישני טמפרטורה הממוקמים במערכת הפליטה זאת בנוסף לחישובים שהוא מבצע בעצמו ואז הוא יודע מתי נוצרים גזי תחמוצות חנקניות ומחליט מתי לפתוח את שסתום ה-EGR או להפעיל את מערכת VVT להחדרת גזי פליטה מדודים לסעפת היניקה.

מדוע משתמשים בגזי פליטה לצמצום היווצרות NOx ?. ציירתי שני תרשימים כדי להיעזר בהם לענות לשאלה.

בתרשים בתמונה 1. רואים מצב בו שסתום EGR סגור (במצב OFF) , נפח הצילינדר או נפח מהלך הבוכנה הוא (לשם ההמחשה בלבד) 500 סמ"ק , בהנחה שהנצילות הנפחית היא 100% הווה אומר שכל האוויר בנפח ה-500 סמ"ק ממלא את הצילינדר , האוויר הזה עבר ונמדד (מסית) כאשר הוא זרם דרך חיישן מסת האוויר (MAF) , חיישן מסת האוויר (MAF) דיווח בזמן אמת על כך למחשב ניהול המנוע (ECU) על המסה של 500 סמ"ק האוויר שמילא את הצילינדר, עכשו המחשב יודע בדיוק כמה דלק להזריק למנוע ביחס הסטוכיומטרי הנדרש על פי מסת האוויר שדווח עליה, עם הזרקת הדלק לצילינדר ונוצר יחס אוויר/דלק אופטימלי לבעירה מושלמת ולכן החום גבוהה מאוד וגם הטמפרטורה של הבעירה מטפסת מעלה גבוה גבוה ואז נוצרות תחמוצות חנקניות בכמות גדולה מאוד וזה מרעיל אותנו ואת הגלובוס.

בתרשים שבתמונה 2. רואים מצב בו שסתום ה-EGR פתוח ומאפשר למנת גזי פליטה מדודה לחדור לצילינדר ישירות דרך סעפת היניקה מבלי לעבור דרך חיישן מסת האוויר (MAF) !!! , לשם ההמחשה קבענו כי גזי הפליטה תפסו נפח של 100 סמ"ק בתוך הצילינדר ,עובדה זו גרמה לכך שרק נפח של 400 סמ"ק נותר פנוי בצילינדר לאוויר ובמהלך היניקה לצילינדר חודרים רק 400 סמ"ק אוויר שעברו דרך חיישן מסת האוויר (MAF) ונמדדה המסה שלהם , חיישן מסת האוויר דיווח מיידית למחשב ניהול המנוע (ECU) על מסת ה- 400 סמ"ק שחדרה לצילינדר , עם המידע הזה המחשב מזריק מנת דלק הנדרשת למסת האוויר שחדרה לצילינדר (מסה הקטנה יותר) שנמדדה על ידי חיישן מסת האוויר , בפועל קבלנו פחות אוויר בצילינדר ופחות דלק מהמזרק והתוצאה היא: חום בעירה קטן יותר וגם טמפרטורת הבעירה נמוכה יותר מ-2400 צלסיוס וכמובן גם היווצרות ה-NOx תהיה מזערית .

גזי הפליטה מלאו את התפקיד החשוב של הקטנת הנפח היעיל של הצילינדרים (גזי פליטה תופסים נפח בצילינדרים על חשבון האוויר) ועקב כך פחות אוויר נכנס לצילינדרים , פחות אוויר זה גם פחות דלק , בפחות דלק נוצרים חום וטמפרטורה נמוכים יותר עד לדרגת טמפרטורה שבה "נבלמת" היווצרות ה-NOx שהוא רעיל מאוד גם גז חממה שגורם לחמום כדור הארץ.

בתמונה עם בוכנה עולה בפליטה רואים היטב את מהלך הפליטה בו הבוכנה עולה כאשר שסתומי הפליטה והיניקה פתוחים , כאשר שסתום היניקה (בצד ימין) נפתח לרגע קט בלבד, וזה מספיק לכמות מדודה של גזי פליטה החודרים לסעפת היניקה (counter-flow) ולאחר מהלך הפליטה מגיע מהלך היניקה ואותם גזי פליטה נכנסים שוב לצילינדר כדי לצמצם את היווצרות ה-NOX באופן עקיף ומתוחכם.

בתמונה עם הבוכנה יורדת ביניקה רואים במהלך היניקה הבוכנה יורדת , שסתום היניקה נפתח (בצד ימין ושסתום פליטה בצד שמאל סגור) , דרך שסתום היניקה הפתוח חודרים לצילינדר אוויר (או תערובת אוויר/דלק) יחד עם גזי הפליטה שנכנסו קודם לכן לסעפת היניקה כך קבלנו את "אפקט" ה-EGR.

בתמונה עם הגרף רואים את גזי רמות ה-NOx (על ציר ה-Y) ביחס לטמפרטורת (בפראנייט) על ציר ה-X.

רואים איך טמפרטורת הבעירה בצילינדר משפיעה על רמת היווצרות ה-NOX,ראו איך שהיווצרותI של תחמוצות החנקן גדלות בבת אחת (אסימפטוטה) ברגע שהטמפרטורה של הבעירה מגיעה ל-2700 מעלות פארנייט. (נוסחת המרת טמפרטורה מ-פראנייט לצלסיוס : C=F-273

עריכה אחרונה ב-1 לאוגוסט, 2020 על ידי barzelay
השלמת תמונות חשובות

[LH79]

מעניין מאד, תודה.
האם טמפ' גזי הפליטה המוחזרים לא גורם לדטונציות?

Sent from my POCOPHONE F1 using Tapatalk

[Mr.Hybrid]

תודה רבה!

אדוני מהנדס מכונות?

[barzelay]

דטונציה מתרחשת בהתלקחות עצמית של הדלק או כתוצאה מהיווצרות 2 מוקדי בעירה והתנגשות  של גלי ההדף

[barzelay]

בתאריך 1.8.2020 בשעה 12:55, LH79 כתב:

מעניין מאד, תודה.
האם טמפ' גזי הפליטה המוחזרים לא גורם לדטונציות?

Sent from my POCOPHONE F1 using Tapatalk

בדרך כלל גזי הפליטה עוברים "קירור" במקרן יעודי לכך .....אין סיכוי לדטונציה.....
 

 

בתאריך 1.8.2020 בשעה 12:41, barzelay כתב:

 

https://www.facebook.com/israel.garage.association/posts/3135961873126160

 

 

David Barzelay

איגוד המוסכים בישראל

‏14‏ שעות

 · 

 

***בואו נעשה סדר בבלגן ונסביר למה דרושה מערכת EGR ואיך היא פועלת ***

בכל ההכשרות המקצועיות שאנו מעבירים במכללות שלנו תמיד שומעים הסברים שונים ומשונים על המערכת הזו, הווה אומר בלבול גדול ואף מבוכה , יש האומרים מערכת EGR באה למחזר את גזי הפליטה שלא נשרפו כראוי ויש האומרים שה-EGR תפקידו לקלקל את התערובת אוויר/דלק , יש האומרים גזי הפליטה מקררים את הבעירה , בקיצור " בּוּקָה וּמְבוּקָה וּמְבֻלָּקָה" בכל הקשור למערכת EGR.

בכתבה זו אני כותב הסבר פשוט וקל החל בצורך במערכת ה-EGR במנוע למניעת זיהום אוויר ולשם מה זקוקים לה ואיך המערכת הזו פועלת לצמצום תחמוצות החנקניות המזיקות כל כך.

ידוע כי במהלך בעירת הדלק נוצרים תוצרי בעירה רבים חלקם רעילים וחלקם לא , כגון תחמוצות פחמניות חד ודו (CO , CO2), תחמוצות חנקניות (NO,NO2) , תחמוצות גופרתיות (SO2) ועוד.

תחמוצות חנקניות nitric oxide)) מתהוות ונוצרות בכמויות גדולות כאשר טמפרטורת הבעירה של הדלק מטפסת ל-2400 מעלות צלסיוס ומעלה , בטמפרטורה זו נוצרות אינטרקציות וראקציות כימיות בין אטומי החנקן לבין אטומי החמצן ויש לנו גזים רעילים מאוד.

מחשב ניהול המנוע מקבל מחיישני NOx וחיישני טמפרטורה הממוקמים במערכת הפליטה זאת בנוסף לחישובים שהוא מבצע בעצמו ואז הוא יודע מתי נוצרים גזי תחמוצות חנקניות ומחליט מתי לפתוח את שסתום ה-EGR או להפעיל את מערכת VVT להחדרת גזי פליטה מדודים לסעפת היניקה.

מדוע משתמשים בגזי פליטה לצמצום היווצרות NOx ?. ציירתי שני תרשימים כדי להיעזר בהם לענות לשאלה.

בתרשים בתמונה 1. רואים מצב בו שסתום EGR סגור (במצב OFF) , נפח הצילינדר או נפח מהלך הבוכנה הוא (לשם ההמחשה בלבד) 500 סמ"ק , בהנחה שהנצילות הנפחית היא 100% הווה אומר שכל האוויר בנפח ה-500 סמ"ק ממלא את הצילינדר , האוויר הזה עבר ונמדד (מסית) כאשר הוא זרם דרך חיישן מסת האוויר (MAF) , חיישן מסת האוויר (MAF) דיווח בזמן אמת על כך למחשב ניהול המנוע (ECU) על המסה של 500 סמ"ק האוויר שמילא את הצילינדר, עכשו המחשב יודע בדיוק כמה דלק להזריק למנוע ביחס הסטוכיומטרי הנדרש על פי מסת האוויר שדווח עליה, עם הזרקת הדלק לצילינדר ונוצר יחס אוויר/דלק אופטימלי לבעירה מושלמת ולכן החום גבוהה מאוד וגם הטמפרטורה של הבעירה מטפסת מעלה גבוה גבוה ואז נוצרות תחמוצות חנקניות בכמות גדולה מאוד וזה מרעיל אותנו ואת הגלובוס.

בתרשים שבתמונה 2. רואים מצב בו שסתום ה-EGR פתוח ומאפשר למנת גזי פליטה מדודה לחדור לצילינדר ישירות דרך סעפת היניקה מבלי לעבור דרך חיישן מסת האוויר (MAF) !!! , לשם ההמחשה קבענו כי גזי הפליטה תפסו נפח של 100 סמ"ק בתוך הצילינדר ,עובדה זו גרמה לכך שרק נפח של 400 סמ"ק נותר פנוי בצילינדר לאוויר ובמהלך היניקה לצילינדר חודרים רק 400 סמ"ק אוויר שעברו דרך חיישן מסת האוויר (MAF) ונמדדה המסה שלהם , חיישן מסת האוויר דיווח מיידית למחשב ניהול המנוע (ECU) על מסת ה- 400 סמ"ק שחדרה לצילינדר , עם המידע הזה המחשב מזריק מנת דלק הנדרשת למסת האוויר שחדרה לצילינדר (מסה הקטנה יותר) שנמדדה על ידי חיישן מסת האוויר , בפועל קבלנו פחות אוויר בצילינדר ופחות דלק מהמזרק והתוצאה היא: חום בעירה קטן יותר וגם טמפרטורת הבעירה נמוכה יותר מ-2400 צלסיוס וכמובן גם היווצרות ה-NOx תהיה מזערית .

גזי הפליטה מלאו את התפקיד החשוב של הקטנת הנפח היעיל של הצילינדרים (גזי פליטה תופסים נפח בצילינדרים על חשבון האוויר) ועקב כך פחות אוויר נכנס לצילינדרים , פחות אוויר זה גם פחות דלק , בפחות דלק נוצרים חום וטמפרטורה נמוכים יותר עד לדרגת טמפרטורה שבה "נבלמת" היווצרות ה-NOx שהוא רעיל מאוד גם גז חממה שגורם לחמום כדור הארץ.

בתמונה עם בוכנה עולה בפליטה רואים היטב את מהלך הפליטה בו הבוכנה עולה כאשר שסתומי הפליטה והיניקה פתוחים , כאשר שסתום היניקה (בצד ימין) נפתח לרגע קט בלבד, וזה מספיק לכמות מדודה של גזי פליטה החודרים לסעפת היניקה (counter-flow) ולאחר מהלך הפליטה מגיע מהלך היניקה ואותם גזי פליטה נכנסים שוב לצילינדר כדי לצמצם את היווצרות ה-NOX באופן עקיף ומתוחכם.

בתמונה עם הבוכנה יורדת ביניקה רואים במהלך היניקה הבוכנה יורדת , שסתום היניקה נפתח (בצד ימין ושסתום פליטה בצד שמאל סגור) , דרך שסתום היניקה הפתוח חודרים לצילינדר אוויר (או תערובת אוויר/דלק) יחד עם גזי הפליטה שנכנסו קודם לכן לסעפת היניקה כך קבלנו את "אפקט" ה-EGR.

בתמונה עם הגרף רואים את גזי רמות ה-NOx (על ציר ה-Y) ביחס לטמפרטורת (בפראנייט) על ציר ה-X.

רואים איך טמפרטורת הבעירה בצילינדר משפיעה על רמת היווצרות ה-NOX,ראו איך שהיווצרותI של תחמוצות החנקן גדלות בבת אחת (אסימפטוטה) ברגע שהטמפרטורה של הבעירה מגיעה ל-2700 מעלות פארנייט. (נוסחת המרת טמפרטורה מ-פראנייט לצלסיוס : C=K-273

תיקון טעות: הנוסחה של המרת טמפרטורה מ-K ל-C היא :   C=K-273

 

עריכה אחרונה ב-13 לאוגוסט, 2020 על ידי barzelay