關(guān)于廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)

1、關(guān)于廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)2006年第4期(總第94期)內(nèi)燃機(jī)與動力裝置I.C.E&Powerplant2006年8月【環(huán)保與節(jié)能】關(guān)于廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)王平.司建明.王彥偉.鄧洪星(1.山東省內(nèi)燃機(jī)研究所,山東濟(jì)南250100;2.臨沂市公路管理局,臨沂273302)摘要:簡要介紹廢氣再循環(huán)技術(shù)的原理,廢氣再循環(huán)的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及EGR閥的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)控制形式,-tri-EGR閥的結(jié)構(gòu)形式,指出了EGR技術(shù)主要存在的問題和設(shè)計(jì)控制的原則.使廢氣的再循環(huán)量在每一個工作點(diǎn)都達(dá)到最佳狀況,保證排放污染物中的排放值最低.關(guān)鍵詞:EGR原理;結(jié)構(gòu)形式;設(shè)計(jì)控制原則中圖分類號:TK4

2、21.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:16736397(2006)04005204WangPiIlg,SiJianming,WangYahWei,DengHongXing(ShandongProvinceI.C.E.ResearchInstitute,Jinan250014;2.LiRoadAdministration,Linyi273302)Abstract:Inthispaper,itisbrieflyintroducedonEGRdevelopmentandworkingprinciple,thestructureofEGRvalveandsystemcontro1.Criticalprobl

3、emsoftheEGRanddesignprinciplealediscussedsubjecttotheEGRvalvetogetanoptimalexhaustgasflowateveryworkingpoint.Exhaustemis?sionisdeceasedgreatly.KeyWords:EGRPrinciple;StructureandForms;PrincipleofDesign0前言隨著日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染問題的加劇,世界各國對發(fā)動機(jī)排放的法規(guī)越來越嚴(yán)格,從而促進(jìn)了對低排放發(fā)動機(jī)的研究.近年來,人們對發(fā)動機(jī)排放給予了高度重視,特別是廢氣再循環(huán)技術(shù)在電噴發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用,對于降低

4、排放污染物,達(dá)到環(huán)保要求,起到了良好的效果.廢氣再循環(huán)技術(shù)在國外發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較廣,在國內(nèi)應(yīng)用較少.為了促進(jìn)廢氣再循環(huán)技術(shù)在我國的應(yīng)用發(fā)展,現(xiàn)將該技術(shù)特點(diǎn)做一介紹.1廢氣再循環(huán)技術(shù)的原理廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(ExhaustGasRecirculation)簡稱EGR.其EGR系統(tǒng)的作用就是將柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣收稿日期:20060706.2圖l底板噴射系統(tǒng)1.廢氣流;2.再循環(huán)廢氣;3.可燃混合氣;4.進(jìn)氣歧管;5.底板噴嘴2OO6年第4期王平,等:關(guān)于廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)的一部分再送回氣缸,由于再循環(huán)廢氣具有惰性,不參加化學(xué)反應(yīng),使進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣被稀釋,氧氣濃度降低,從而也使可燃混合氣的發(fā)熱量降低

5、;另外由于廢氣中C()2及水蒸汽的熱容量較大,增大了混合氣的比熱容,降低了缸內(nèi)的高峰溫度.這兩者都使柴油機(jī)燃燒過程的著火延遲期增加,燃燒速率變慢,缸內(nèi)最高燃燒溫度下降,從而破壞了NO生成所需高溫富氧的條件,使柴油機(jī)的NO排放降低.2廢氣再循環(huán)技術(shù)的發(fā)展,EGR閥的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)控制2.1分類底板噴射系統(tǒng)是最早的EGR系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)如圖1,這種EGR系統(tǒng)因在整個發(fā)動機(jī)工作時(shí)間都讓廢氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管,使發(fā)動機(jī)怠速或暖機(jī)過程中運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn),因而沒有得到推廣使用.EGR技術(shù)隨著發(fā)達(dá)國家排放環(huán)保法規(guī)的提高,有了很快的發(fā)展,閥門控制的EGR系統(tǒng)目前已經(jīng)是發(fā)達(dá)國家先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)中普遍采用的技術(shù).現(xiàn)在,廢氣再循環(huán)系統(tǒng)按EGR

6、閥的結(jié)構(gòu)主要可分為:機(jī)械閥門式(已淘汰),真空膜片式,機(jī)電(各種電機(jī))閥門式(應(yīng)用很少),比例電磁鐵式.廢氣再循環(huán)系統(tǒng)按照其EGR閥的控制方式可分為:機(jī)械控制EGR系統(tǒng)(已淘汰),電氣控制EGR系統(tǒng)和全計(jì)算機(jī)電控EGR系統(tǒng).廢氣再循環(huán)系統(tǒng)按照有無EGR閥開度反饋控制信號可分為:開環(huán)控制EGR系統(tǒng)和閉環(huán)控制EGR系統(tǒng).1.濾網(wǎng);2.排氣孔;3.EGR膜片;4.負(fù)壓傳感膜片;5.撓曲板;a一空氣;b一小孔真空;c一進(jìn)氣歧管真空度;d一廢氣圖2負(fù)背壓真空膜片式EGR閥2.2真空膜片式EGR閥真空膜片式EGR閥主要有以下幾種類型:氣道式EGR閥,正背壓EGR閥和負(fù)背壓EGR閥.部分廢氣再循環(huán)系控制系統(tǒng)

7、和EGR閥結(jié)構(gòu)見圖3:圖4電控EGR控制系統(tǒng)和比例電磁鐵式EGR閥廢氣再循環(huán)控制電磁閥曲軸位置傳感器起動信號圖5開環(huán)控制EGR系統(tǒng)(主要由真空膜片式EGR閥和真空調(diào)節(jié)電磁閥等組成)2.3膜片式EGR系統(tǒng)膜片式EGR系統(tǒng)(配有真空膜片式EGR閥)是一個階段以來應(yīng)用較為廣泛的EGR技術(shù),而全計(jì)算機(jī)控制電磁式EGR系統(tǒng)(配有比例電磁真空鐵式EGR閥)是最新發(fā)展EGR系統(tǒng)技術(shù),因此有必要詳?54?內(nèi)燃機(jī)與動力裝置2OO6年8月細(xì)介紹一下.2.3.1非電腦控制的真空膜片式EGR系統(tǒng)溫控閥控制:早期EGR閥的真空源是溫控閥來控制.帶負(fù)壓調(diào)節(jié)器的EGR系統(tǒng):在EGR裝置中,再循環(huán)廢氣的多少是由EGR負(fù)壓調(diào)節(jié)

8、器控制的.2.3.2電腦控制的真空膜片式EGR系統(tǒng)該EGR系統(tǒng)其主要通過電磁閥控制傳送到EGR閥內(nèi)部膜片上部控制管路中的真空,再結(jié)合引擎在不同工況下的排氣壓力和進(jìn)氣岐管絕對壓力(札)差值綜合控制EGR閥的開關(guān)程度.過去,真空膜片式EGR閥主要用于開環(huán)控制EGR系統(tǒng)中.在開環(huán)控制EGR系統(tǒng)中,因?yàn)橐话鉋GR電磁閥當(dāng)引擎的水溫達(dá)到70以上,節(jié)氣門開度大于0的情況下,都被ECM(引擎控制模塊)控制開啟,所以進(jìn)氣岐管上的真空可以說大多數(shù)時(shí)間是被作用于EGR閥內(nèi)部的膜片上的,整個系統(tǒng)的控制近似于一種純機(jī)械的方式.作為引擎控制模塊ECM接收到的EGR工作狀況反饋信息也不是非常的精確.例如,13本車常用廢氣

9、溫度感知器來檢測EGR閥的開啟程度,福特車常用壓力反饋電子感知器(PPE)通過監(jiān)測流過廢氣壓力計(jì)量孔節(jié)流后的廢氣壓力值來計(jì)算出EGR的實(shí)際開啟程度.這些反饋方式非常容易受到汽車使用條件和引擎廢氣管道內(nèi)積碳沉積等多種因素的干擾,而且控制真空管路也極易受到橡膠老化,磨損的影響,從而影響系統(tǒng)正常工作.現(xiàn)在,真空膜片式EGR閥也有用于閉環(huán)控制EGR系統(tǒng)中了.2.3.3全計(jì)算機(jī)控制電磁式EGR系統(tǒng)主要有指狀電磁線圈EGR系統(tǒng),線性控制EGR系統(tǒng).指狀電磁線圈廢氣再循環(huán)閥內(nèi)部裝備3個電磁線圈,這3個線圈全部由動力控制模塊PCM控制,每個線圈配有1個可移動的樞軸,樞軸下端的錐體和對應(yīng)廢氣通道閥座密封配合.當(dāng)

10、任一電磁線圈通電時(shí),可動樞軸就被電磁力所吸引,廢氣可通過開啟的廢氣通道進(jìn)入進(jìn)氣管路.3個電磁線圈所對應(yīng)的廢氣通道截面積各不相同,這主要是出于對引擎不同工況時(shí)控制廢氣再循環(huán)流量的設(shè)計(jì)考慮.因此,PCM能夠同時(shí)操控1,2或3個電磁線圈工作,保證在引擎大部分工況下,NO排放水平的最優(yōu)控制.隨著科技水平的進(jìn)步,脈寬調(diào)制技術(shù)(或稱占空比Dutycycle控制技術(shù))的日趨成熟,原先指狀電磁線圈EGR系統(tǒng)被更先進(jìn)的單電磁線圈線性控制帶位置感應(yīng)器(PPs)反饋EGR閥所代替.指狀電磁線圈EGR閥雖然比真空膜片式的EGR閥在控制方式和工作可靠性方面有了大大的改善,但為了更大限度地降低NO,排放以適應(yīng)13趨嚴(yán)厲的

11、排放法規(guī),它在引擎全工況的廢氣再循環(huán)流量精確控制方面還是有欠缺的,盡管它是通過對3個不同截面廢氣再循環(huán)通道的不同開閉組合來達(dá)到廢氣流量控制,因?yàn)殡姶啪€圈只有開和關(guān)兩種狀態(tài),它所能控制的流量在控制上還是突變的(根據(jù)3個信道的不同組合計(jì)算,只存在6種通道面積).目前,線性EGR閥(LinearEGR),它能夠提供引擎全工況下NO排放水平的最佳控制.先進(jìn)的脈寬調(diào)制技術(shù)使得EGR閥樞軸的開啟程度完全是線性漸變的,電控單元(PcM)根據(jù)各種感知器所傳送的引擎運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出最優(yōu)的EGR開啟程度,并通過脈寬調(diào)制信號來控制EGR線圈.特別是線性EGR閥中嵌入的EGR樞軸位置感應(yīng)器PPS,馬上就能夠?qū)?shí)際樞軸的

12、移動位置反饋給PCM,實(shí)現(xiàn)了對廢氣再循環(huán)流量的精確死循環(huán)控制.2.4EGR系統(tǒng)組成柴油機(jī)上通常應(yīng)用的閉環(huán)控制EGR系統(tǒng)一般由:ECU(電控單元),EGR閥(有閥門開度傳感器),油門位置傳感器,水溫傳感器,轉(zhuǎn)速傳感器,真空電磁閥(僅采用真空膜片式EGR閥時(shí)用),離合器開關(guān)以及聯(lián)接上述部件的線束和真空管路,EGR管組成.EGR系統(tǒng)組成和聯(lián)接結(jié)構(gòu)分別可見圖6.圖7圖6EGR系統(tǒng)構(gòu)成簡圖2OO6年第4期王平,等:關(guān)于廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)?55?圖7EGR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要指出EGR系統(tǒng)用于增壓柴油機(jī)上時(shí),聯(lián)接管路需要考慮增壓柴油機(jī)的進(jìn),排氣歧管壓差問題.3EGR技術(shù)主要存在問題和設(shè)計(jì)控制原則3.1目前E

13、GR技術(shù)主要存在的問題有3.1.1采用后EGR系統(tǒng)后,若EGR率控制不當(dāng),極易造成柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性惡化,其它排放污染物和煙度的增加;3.1.2在低負(fù)荷時(shí),EGR將影響柴油機(jī)的工作穩(wěn)定性;3.1.3在高負(fù)荷時(shí),EGR將影響柴油機(jī)的動力性;3.1.4EGR中顆粒可能造成柴油機(jī)活塞環(huán),氣缸套等零部件磨損加劇和對機(jī)油的污染,進(jìn)而可能影響柴油機(jī)的可靠性和壽命;3.1.5EGR的廢氣溫度過高,會影響柴油機(jī)的充氣效率,并會有降低燃燒溫度的效果;3.1.6各缸EGR分配均勻性和瞬態(tài)響應(yīng)性不宜同時(shí)兼顧.3.2設(shè)計(jì)控制原則根據(jù)EGR技術(shù)主要存在的問題,一般設(shè)計(jì)控制原則為:3.2.1隨著負(fù)荷的增加,使EGR率增加至允許限度;3.2.2在怠速及低負(fù)荷時(shí),NO排放濃度較低,為保證柴油機(jī)的正常燃燒,即工作穩(wěn)定性,不進(jìn)行EGR;3.2.3暖機(jī)過程中,柴油機(jī)溫度低,NO排放濃度也較低,為防止EGR惡化燃燒穩(wěn)定性,不進(jìn)行EGR;3.2.4在大負(fù)荷,高速或油門全開時(shí),為保證柴油機(jī)的動力性,一般不進(jìn)行EGR;3.2.5加速時(shí),為保證汽車的加速性及必要的凈化效果,EGR在過渡過程中起作用.4結(jié)束語總之,EGR系統(tǒng)的任務(wù)就是使廢氣的再循環(huán)量在每一個工作點(diǎn)