輕型柴油卡車廢氣再循環(huán)裝置的研究

輕型柴油卡車廢氣再循環(huán)裝置的研究

廢水再循環(huán)是控制和降低排放的有效措施之一，特別是降低柴油車的有害排放。在國外，egr技術(shù)被廣泛應(yīng)用于車輛管理中[1.4]。國內(nèi)對汽車排放指標(biāo)的要求也越來越嚴(yán),對EGR技術(shù)的研究也越來越重視。GB18352.2-2001《輕型汽車污染物排放限值及測量方法Ⅱ》規(guī)定輕型柴油卡車排放測試必須在底盤測功機(jī)上進(jìn)行整車循環(huán)排放測試。而現(xiàn)階段作的比較多的是將發(fā)動機(jī)作臺架排放標(biāo)定試驗(yàn),但是臺架試驗(yàn)的參數(shù)匹配,結(jié)構(gòu)改進(jìn)及總體設(shè)計過程比較盲目,無法明確該發(fā)動機(jī)是否在排放方面適合特定的車型。筆者以整車運(yùn)行歐Ⅱ排放工況循環(huán),在試驗(yàn)過程中測量不同EGR開度下各種排放物排放值,記錄各種排放物在工況排放試驗(yàn)中的分布狀況及其成因,從而直接有效地指導(dǎo)綜合考慮在降低NOx排放、在標(biāo)準(zhǔn)限度內(nèi)適度增加CO和HC以及顆粒排放時的EGR開度,最終確定了CC1021ACD輕型柴油卡車在ECE工況中應(yīng)進(jìn)行EGR控制的工況點(diǎn)和相應(yīng)的最佳EGR開度。筆者在CC1021ACD輕型柴油卡車上研究的EGR對其排放和性能的影響,所得出的結(jié)論為今后同類型車輛采用EGR系統(tǒng)時確定各工況下的最佳EGR開度提供了依據(jù)。1測試系統(tǒng)和試驗(yàn)車輛1.1試驗(yàn)設(shè)備及質(zhì)量試驗(yàn)由長城汽車股份有限公司生產(chǎn)的CC1021ACD輕型柴油卡車按GB18352.2-2001標(biāo)準(zhǔn)要求在底盤測功機(jī)上進(jìn)行。主要試驗(yàn)設(shè)備見表1。CC1021ACD輕型柴油卡車,整備質(zhì)量為1575kg,總質(zhì)量2400kg。所裝備發(fā)動機(jī)主要參數(shù)見表2。1.2位置傳感器的egr控制系統(tǒng)由于廢氣再循環(huán)過程是把高溫廢氣引入進(jìn)氣系統(tǒng),因此對流入的廢氣量進(jìn)行直接控制,要求其執(zhí)行機(jī)構(gòu)有耐高溫、不易氧化等特點(diǎn)。特別是采用電子控制,因廢氣溫度高,用電器裝置直接控制比較困難,所以采用間接控制的方法。圖1所示為GW2.8TDI發(fā)動機(jī)所采用的帶EGR閥位置傳感器的EGR控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖。圖1中的位置傳感器的功用是檢測EGR閥的開度位置,并利用電位計將其位置轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓信號,反饋給ECU,作為控制EGR開度的參考信號。在這種控制的系統(tǒng)中,可根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷(油門),預(yù)先設(shè)定閥的升程位置,通過改變通/斷電磁閥的工作狀態(tài),控制膜片室的負(fù)壓。EGR電控系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)速傳感器和油門開度傳感器采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號和油門開度信號送入EGR電控單元。EGR電控單元內(nèi)有EGRMAP圖,當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時,EGR電控單元可根據(jù)發(fā)動機(jī)的瞬時工作工況,從MAP圖讀取數(shù)據(jù),將信號輸出至真空調(diào)節(jié)器,從而達(dá)到真空調(diào)節(jié)器控制EGR閥開啟的目的(控制廢氣循環(huán)量)。廢氣循環(huán)量的大小是由進(jìn)氣管中的負(fù)壓程度所決定。圖2為一個ECEEUC+EUDC循環(huán)(595s)的車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、油門開度及其EGR開度的反饋曲線。2egr加速階段排放超標(biāo),燃燒惡化圖3(a)為第一次試驗(yàn)NOx,CO的瞬態(tài)結(jié)果,此時EGR不工作(原排放)測試結(jié)果NOx為2.109g/km,超標(biāo)很多,CO為0.539g/km比排放標(biāo)準(zhǔn)限值小很多,所有排放物質(zhì)都沒有突起的峰值。圖3(b)為第一次EGR調(diào)整后的排放瞬態(tài)結(jié)果。此時主要目的是削減100km/h以下的穩(wěn)定車速時的NOx排放量,主要是調(diào)整等速工況時的EGRMAP。結(jié)果NOx排放量有所減少,但是在局部特別是EUC工況的前兩循環(huán)的加速階段CO出現(xiàn)許多峰值點(diǎn),為1.562g/km,排放超標(biāo),燃燒惡化比較嚴(yán)重。說明汽車在暖機(jī)時冷卻水溫和進(jìn)氣溫度較低或發(fā)動機(jī)怠速或小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時,油氣混合氣在氣缸內(nèi)各處擴(kuò)散不均勻,燃燒不穩(wěn)定,CO的生成量很多,使用EGR使燃燒不穩(wěn)定甚至導(dǎo)致缺火,需要切斷廢氣再循環(huán)。當(dāng)發(fā)動機(jī)水溫低于20℃時,電子控制單元使電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài),不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。隨著冷卻水溫度的升高,逐漸增加廢氣再循環(huán)量。第三次試驗(yàn)減少EUC工況循環(huán)加速階段EGR開度,適當(dāng)加大EUDC循環(huán)EGR開度。圖3(c)為第二次EGR調(diào)整后的排放瞬態(tài)結(jié)果。由圖3(c)可知,NOx排放量繼續(xù)減少,EUC工況燃燒惡化點(diǎn)明顯減少,CO排放量減少;但是EUDC循環(huán)階段燃燒惡化區(qū)間有所增加,CO出現(xiàn)較多峰值點(diǎn);而所有CO峰值點(diǎn)都是在加速過程。由此可知新鮮混合氣混入廢氣后,其熱值下降,燃燒速度和燃燒溫度下降,發(fā)動機(jī)在全負(fù)荷時的最大輸出功率會有所下降,為保持汽車的動力性,即使NOx生成量多,也不宜采用EGR。圖3(d)為第三次EGR開度調(diào)整后的排放瞬態(tài)結(jié)果,有前面三次試驗(yàn)的基礎(chǔ),此時只是對局部EGRMAP作調(diào)整,優(yōu)化加速階段的EGR開度,適度加大EUDC循環(huán)工況的EGR開度。此時,CO排放峰值點(diǎn)很少,所有排放指標(biāo)都滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。圖4為4次排放測量結(jié)果(5為歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)限值),g/km。3研究的基本標(biāo)準(zhǔn)a.CC1021ACD輕型柴油卡車ECE工況試驗(yàn)結(jié)果表明,采用EGR系統(tǒng)可以有效降低內(nèi)燃機(jī)NOx排放,特別是在大負(fù)荷時,效果尤為顯著。EGR技術(shù)是降低汽車,特別是輕型柴油卡車廢氣中NOx排放的有效措施,可降低NOx48.6%。b.適當(dāng)使用EGR,輕型柴油卡車的CO瞬態(tài)排放會出現(xiàn)大量峰值點(diǎn),排放量會成倍增加,顆粒物也會有大幅增加,而HC排放量增加不大。c.在綜合考慮EGR降低NOx排放、增加CO、HC排放的基礎(chǔ)上,結(jié)合ECE工況下的瞬時排放曲線,最終確定了CC10