本記事は2chのまとめではありません。


しょぼーんみなさん こんにちわ。ぶーぶー速報管理人のぶーちゃんです。
 

先日、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンのところ(http://my2chmatome.ldblog.jp/archives/41830709.html)で、EGRを入れることで燃焼温度を下げることができるということを書いたところ、”EGRについて教えてください”というメールを頂いたぶ~

そこで、ぶーちゃんが知っている範囲でお答えするぶ~

 


まずEGRは、Exhaust Gas Recirculationの略だぶ~

 
Exhaust Gasは排気ガスを示し、それをRecirculationすなわちリサイクルするということだぶ~ 
ここでいうリサイクルとは排気ガスを吸気側に戻して一緒に燃焼室に入れるということだぶ~

1EGR

ではどのような機構でEGRを行っているかというと、大きく分けて現在2種類があるぶ~

1つはVVTを用いたEGR、他方は排気ガス循環装置を用いたEGRだぶ~

前者を内部EGRといい、後者を外部EGRというぶ~ 

まずはそれぞれのEGRの機構を説明するぶ~

①内部EGR

内部EGRは排気弁の閉弁タイミングを調節して吸い戻しを使ってやるぶ~
閉弁タイミングを調節するためには、以前バルブタイミングの記事(http://my2chmatome.ldblog.jp/archives/42057073.html)で説明したVVTを用いるぶ~

具体的にどのように調節してやるかというと、排気弁の閉弁タイミングを遅らせてやり、吸入工程中も排気弁を開いた状態にしてやるぶ~
そうすることでピストン下がることによって発生する負圧により、排気弁から排気ガスが吸いもどされるぶ~! (下図参照)

2EGR


②外部EGR

外部EGRは排気ガス管の一部を分割し、吸気管に連通させてやるぶ~(下図参照)

3EGR

 そして外部EGRは排気側で分岐させる位置により以下の2種類に分けられるぶ~
Ⅰ:高圧EGR・・・分岐点がターボチャージャーのタービン上流側に配置
Ⅱ:低圧
EGR・・・分岐点がターボチャージャーのタービン下流側に配置

イメージとしては以下になるぶ~

4EGR

高圧EGRと低圧EGRの細かな内容は省略させて頂きますぶ~


★次にEGRを行うことで生まれるうれしさについてそのメカニズムと共に示すぶ~

ぶ~ちゃんが理解しているEGRによるうれしさは以下の3つだぶ~

①燃焼温度を下げることでNOxの発生が抑えられる
②ガソリンエンジンの場合はノッキングを抑えられる
③ポンピングロスを抑える

①”
燃焼温度を下げることでNOxの発生が抑えられる”について

なぜEGRを入れると燃焼温度が下がるかというと、空気と排気ガスの比熱の違いと取り込む酸素の量の2つが起因しているぶ~

比熱について説明する前に、熱とは何かについて説明するぶ~

熱とは1つ1つの分子の振動エネルギーの大きさだぶ~
分子がゆっさゆっさしているイメージだぶ~!

振動が大きければ大きいほど熱いぶ~ (下図参照)

5EGR

そして比熱とは外部からエネルギーを与えた時の温度の上がりにくさだぶ~ 

物理的には以下の式で定義されるぶ~
6EGR

ではこの比熱Cの大きさは何に依存するかというと、原子の動ける自由度の数だぶ~

すなわち分子を構成する原子が動ける方向が多ければ多いほど、大きくなるぶ~
また分子を構成する元素の数が大きければ、トータルの原子の自由度が多くなるので、比熱も大きくなるぶ~

すなわち2原子分子の窒素や酸素よりも3原子分子である水や二酸化炭素の方が比熱が大きくなるぶ~

ここがポイントだぶ~ 排ガスには3原子分子である水や二酸化炭素が含まれるぶ~
そのため、吸入空気のトータルの比熱が上がることになるぶ~(下記イメージ図参照)

7EGR

更に↑の図で見てわかるように、燃焼に必要な酸素の量がEGRありの方が少なくなっているぶ~その分燃焼の規模が小さくなるぶ~

EGRを入れることにより燃焼の規模が小さくなることで、そもそも発生する熱量が小さくなるうえに、気体の比熱も大きくなるためさらに温度が上がりくくなるぶ~!

そして燃焼温度が下がると以前紹介したφ-Tマップ
http://my2chmatome.ldblog.jp/archives/41830709.htmlから発生するNOxがすくなくなることがわかるぶ~(以下図)

EGR


でも、EGRがあっちっちだと、燃焼温度を下げる効果が小さくなってしまうぶ~

そこで燃焼温度を下げる効果を上げるため最近では、EGRを冷却するEGRクーラを装備している車種がほとんどみたいぶ~

8EGR



②”ガソリンエンジンの場合はノッキングを抑えられるについて

ノッキングについて以前説明したので、割愛させていただきますぶ~
以下リンク先を参照
http://my2chmatome.ldblog.jp/archives/41915030.html


③”ポンピングロスを抑えるについて


まずポンピングロスの基本的なことについては、以下のサイトでまとめておいたので、そちらをご覧ください
http://matome.naver.jp/odai/2141008017241437301

EGRを入れることで、酸素量が減るのでスロットルバルブの開度を大きくすることができるぶ~

EGRの効果2

その結果発生する負圧が小さくなるぶ~
負圧が小さくなれば、ピストンを上に引っ張る力が小さくなり、エネルギーロスが小さくなるぶ~!



pisutonnwohipparu

しょぼーん

以上がぶ~ちゃんが把握しているEGRのメリットだぶ~

逆にデメリットとしては、EGRを入れすぎると、燃焼が不安定になり、不完全燃焼が多くなって一酸化炭素が多く出てしまうぶ~

そこで、EGRを入れる量は運転の状況に応じて厳格に調整されているみたいだぶ~

EGR制御はめちゃ大変そうだぶ・・・

技術者が知恵を絞ってEGR制御を行っているんだろうなぶ~ 凄いぶ~



最後に上記内容で間違っている点がありましたら、ぶ~ちゃんの勉強のためにも教えてくださいぶ~
よろしくお願いしますぶ~ 





参考文献(以下一部)
青山元男著「車のメカニズム」
畑村耕一著「自動車エンジン技術がわかる本」
Motor Fan「ディーゼルエンジン」「ノッキングを吹っ飛ばせ」
御堀 直嗣著「クルマはなぜ走るのか」etc