Рис. 7.46. Схема внешней рециркуляции отработавших газов высокого и низкого давления
Внешняя рециркуляция отработавших газов подразделяется на рециркуляцию высокого и низкого давления. Рециркуляция высокого давления происходит сразу же после выхода отработавших газов из двигателя. Часть их объема подается в охладитель газов высокого давления, а затем смешивается с воздухом из нагнетателя и подается в цилиндры двигателя под высоким давлением. Такой процесс позволяет снизить возможность загрязнения турбины продуктами сгорания топлива и уменьшить тепловые нагрузки на турбину от отработавших газов.
Все больше сторонников находит внешняя рециркуляция отработавших газов низкого давления. В этом случае весь поток отработавших газов идет через турбину, затем часть потока через специальный клапан рециркуляции отводится в охладитель газов низкого давления, после которого смешивается с внешним воздухом и поступает сначала в нагнетатель системы турбонаддува, а затем — в двигатель. Преимуществом данного варианта является постоянный уровень мощности системы наддува, поскольку через турбину без потерь идет весь поток отработавших газов. Смешивание охлажденных отработавших газов с воздухом перед нагнетателем позволяет уменьшить вероятность возникновения помпажа (резких колебаний подачи воздуха) в системе впуска, а также увеличивает скорость рециркуляции отработавших газов. При этом между системами выпуска и впуска должен обеспечиваться необходимый перепад давления, для чего и предусмотрен клапан рециркуляции.
Рециркуляция отработавших газов применяется на автомобилях как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями. Уменьшению уровня содержания оксидов азота в отработавших газах способствует снижение температуры сгорания рабочей смеси, что существенно влияет на количество оксидов азота. Снижение температуры отработавших газов, также необходимое для уменьшения количества оксидов азота, частично достигается именно за счет их рециркуляции.
В дизельном двигателе, вследствие незначительного разрежения во впускном коллекторе, при высокой скорости рециркуляции в дополнение к клапану рециркуляции отработавших газов необходимо установить датчик перепада давления для настройки необходимой разности давлений во впускном и выпускном трактах (см. рис. 7.67).
При использовании в бензиновом двигателе рециркуляции отработавших газов количество рециркулированных газов ограничивается из-за ухудшения характеристик сгорания свежего заряда смеси и повышенным в результате этого содержанием углеводородов в отработавших газах, уходящих в атмосферу. Величину объема рециркуляции условно можно принять равной 15% от общего объема отработавших газов. При увеличении потребности в мощности рециркуляция отработавших газов становится невозможной. В бензиновом двигателе, работающем с расслоением смеси и непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, сфера применения рециркуляции отработавших газов расширяется.
В дизельном двигателе при увеличивающемся количестве отработавших газов в свежем заряде смеси снижается содержание кислорода, а выбросы вредных примесей увеличиваются. Однако современные дизельные двигатели, особенно оснащенные системой охлаждения отработавших газов, работают в низких и средних диапазонах нагрузок с нормой рециркуляции 50% и более. Посредством охлаждения отводящихся отработавших газов можно снизить содержание NOx, однако при больших объемах рециркуляции рециркуляции отработавших газов повышается содержание CO и СН.
При установке турбонагнетателя возникает дополнительное ограничение объемов рециркуляции отработавших газов вследствие использования нагнетателя в ходе рециркуляции отработавших газов высокого давления.