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解析轿车汽油机EGR控制方式


第2期 2008年4月

内燃机
Imemal Combustion Engine8

No.2 Apr.2008

★★★★★ ★★★★★ ★★★★★ ★★★★★ ★★★★,

解析轿车汽油机EG R控制方式
’。。.’+’+’,。。’。’。。。+。’贾全仓j张‘,智淳俊文.’。

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摘要:解析了轿车汽油机EGR控制方式应用特点及存在问题,应合理运用EGR。以降低N0x排放,减少环境污染。 关键词:汽油机;控制技术;废气再循环;,EGR率 中图分类号:TK4ll 文献标识码:A

文章编号:l伽0“494(2∞8)02—加4l—03

Analysis of Control

Modes

f.0r Sedan

Gasoline Engine EGR System
(Sch00l
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JIA Quan—caJlg,ZHANG—Zhi,U Jun—wen En西neering Technolog)r,L肌zhou City Institute,LaJlzhou 730070,China)


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en西ne;controltechnique8;e】【llaust

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1概述
为满足排放控制的要求,轿车装有废气再循环 系统(EGR)。EGR是将部分废气从排气管直接引入 进气管,在A=1时,降低排放和提高部分负荷性能 的一种方法。引入进气管的废气可大大增加新鲜混 合气中已燃气体的比例,这样可减少可燃混合气的 发热量。增大了混合气的热容,使最高燃烧温度下 降。从而使NOx排放减少[”。 ?一EGR系统的任务是对进入进气系统的废气量进行 最佳控制。最终保证排放物中的污染成份NOx含量最 低。废气再循环程度可用EGR率来表示。其定义为:

控制方式发展到了电子控制方式。废气再循环电子 控制方式可进行较大EGR率(15%一20%)控制,其 主要功能就是选择NOx排放量多的发动机运行工 况,进行适量EGR率控制。控制装置因车型不同有 多种形式。 2.1电控开环型废气再循环系统 2.1.1普通EGR电子控制系统 如图1为日产VG30型发动机所采用的EGR 普通电子式控制系统,该方式是电控单元(以下简称 ECU)根据发动机点火开关、曲轴位置、水温、节气门 位置等传感器信号,经处理后确定发动机运行工况 并发出指令.控制电磁阀电磁线圈的导通与截止,同 时利用进气岐管真空来控制废气再循环控制阀开启

EGR率=丽毒詈赫×㈣%

有资料表明,当EGR率达到15%时,NOx的排 放量可减少60%。但EGR率增加过多时,将会使发

动机动力性下降,HC含量上升。因此,必须对EGR
率实行适时控制,既能降低NOx的含量,又可保证 发动机的动力性闭。

2轿车汽油机EGR控制方式
目前.轿车汽油机对EGR率的控制,已从机械


作者简介:贾全仓(1965一)男,讲师,主要从事汽车新技 术及运用的研究。 收稿日期:2007一12-06

1.废气再循环控制阀2.节气门开关3.废气再循环电磁阀

4启动信号5.ECU 6.曲轴位置传感器7.水温传感器
图l普通EGR电子控制系统

万方数据

?42?

内燃机

2008年4月

或闭合动作。使废气再循环进行或停止。 在发动机处于启动、怠速、低温、转速低于900 r/min或高于3
200

现代汽车发动机的EGR系统。是在电控开环的 基础上,设有EGR温度传感器或EGR针阀位置传 感器,自动将实际的EGR率反馈给ECU。供ECU对 输出的控制信号进行修正,以便实际的EGR率与控 制目标更为逼近。这种具有反馈监控功能的闭环控 制系统,实现了对EGR率的精确控制。当EGR系统 发生故障时,会点亮发动机故障灯报警。
2.2.1

r/min时,ECU向废气再循环电

磁阀发出接通信号,电磁阀被接通(ON),其阀门关 闭.切断了控制废气再循环控制阀膜片室的真空通 道.使废气再循环系统不起作用;反之,当电磁阀处 于OFF时,其阀门打开,通往控制废气再循环阀膜片 室的真空通道打开,废弃再循环再次起作用。 普通废气再循环(EGR)电子控制系统的控制特 点是:EGR阀工作。其EGR率是不可调节的。

EGR阀开度反馈控制 如图3所示.与普通

EGR系统相比。只是在 EGR阀上增加了一个用

器 3 2

2.1.2可变EGR率的废气再循环控制系统
如图2所示,该方式是电控单元(以下简称 ECU)根据发动机转速、负荷、温度、进气流量等工况 信号,结合预先标定的EGR流量脉谱,计算出符合 当时工况的最佳的EGR率,并驱动一个控制精度 较高的PWM型真空电磁阀.再由真空控制阀 (VCM)间接控制EGR阀膜片腔的真空度。进而改 变EGR阀的开启度,以调节EGR率。占空比越大, 则电磁线圈通电相对时间越长,膜片室的真空度越 小。EGR阀开启高度越小,进入气缸中的废气越 少,EGR率越低。因此,ECU只要控制施加在VCM 阀电磁线圈上脉冲电压的占空比。就可实现对EGR 率的可变控制。

于检测其开启高度的、电
位计式的EGR位置传感 器。该传感器可将EGR 阀开启高度转换为相应 的电压信号反馈给ECU。 ECU根据反馈信号控制 真空电磁阀的动作.进而
GER阀

图3具有EGR阀开度 反馈信号的闭环控制系统

调节EGR阀膜片室的真空度,以此改变EGR率。
2.2.2

EGR率反馈控制
日本三菱公司率先开发了一种可直接用EGR

率作为反馈信号的EGR闭环控制系统。如图4所 示,新鲜空气经节气门进入稳压箱,发动机中的一部 分(还流废气)经控制阀进入稳压箱,稳压箱中设置 有EGR率传感器.它对稳压箱中的新鲜空气与废气 所形成的混合气中的氧气浓度不断地进行检测.并 将检测结果输入ECU。ECU经过分析计算后向控制 阀输出控制信息,不断地调整EGR阀的开启高度. 以控制混合气中的EGR率,使其始终保持在最佳状 态,从而有效地减少NOx的排放量。该装置由于取 消了迸气管真空度的机械控制,所以精度很高.响应 迅速,但其生产成本也是最高的。

1.ECU

2.节气门开关3.废气再循环管路4.废气再循环阀 5.定压阀6.VCM真空控制阀7.真空电磁阀.

ECR

传感

图2

EGR电控开环控制系统原理及结构简图

以上两种形式的EGR控制系统由于没有EGR 针阀位置的反馈信息。系统始终处于开环状态。EGR 率只能预先设定.不能检测并控制发动机各种工况 下的实际EGR率。另外,真空管路也存在滞后效应, 这是此控制方式的缺点。 2.2闭环控制式废气再循环系统
图4具有EGR率反馈信号的闭环控制系统

万方数据

第2期

贾全仓等:解析轿车汽油机EGR控制方式

?43?

闭环控制式废气再循环系统技术先进,效果较 好,因此被广泛使用。

3结论
EGR技术在汽车NOx排放控制中具有重要地 位。是目前国外降低NOx排放的主流技术。尽管各 种EGR控制方式均能有效地降低点燃式内燃机 NOx的排放和部分负荷燃油消耗率.但EGR技术同 时也增加了进气温度和最高燃烧温度.使燃烧效率 降低。NOx排放恶化。因此,对大多数发动机而言,在

黧裟做到及时检修、保养’以保证
影响汽油机经济性和HC排放,需采取有效调整装 置来优化整个工作范围内的废气再循环。同时应根
[参考文献] [1】周保龙,等.内燃机学[M]北京:机械工业出版社,1999. 【2】冯崇毅,等.汽车电子控制技术[M]北京:人民交通出版社,
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2004,(4).

启动、暖机、怠速、低转速小负荷、减速及发动机处于
冷态运转等一些特定工况下应限制其使用,否则,对 整机驾驶性能产生不利影响。因此。要在整个发动机 转速负荷范围内最大限度地减少NOx排放量,又不

(上接第15页) 上述约束的粒子群优化算法,对N485柴油机第一

6结论 a.通过曲轴轴承的润滑分析计算获取轴承的 性能参数,可以使轴承为优化设计更贴近实际。 b.采用插值方法求得可行域内不同设计点的轴 承性能参数,较好地解决了优化计算精度与计算速
度的矛盾。

连杆轴承进行优化设计。粒子群算法流程图见图
1,表2为优化前后的对比情况。在满足各约束的

情况下,轴承摩擦功耗降低了15.5l%。
表2优化结果与原设计参数对比

c.设计实例表明,在满足各约束的情况下,轴 承摩擦功耗降低了15.5l%。可见,笔者提出的基 于粒子群算法的内燃机曲轴轴承优化方法可行、合 理,为动载荷流体动压润滑轴承的优化设计提供了 一条新思路。


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图l粒子群算法流程图

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万方数据

解析轿车汽油机EGR控制方式
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 引用次数: 贾全仓, 张智, 李俊文, JIA Qua-cang, ZHANG Zhi, LI Jun-wen 兰州城市学院,培黎工程技术学院,甘肃,兰州,730070 内燃机 INTERNAL COMBUSTION ENGINES 2008,(2) 1次

参考文献(5条) 1.周保龙 内燃机学 1999 2.冯崇毅 汽车电子控制技术 2005 3.李娜.张强.房克信.李国祥 EGR在柴油机中的研究应用[期刊论文]-车用发动机 2002(2) 4.纪常伟.韩爱民.赵勇.马慧 内燃机废气再循环率评价方法的试验研究[期刊论文]-北京工业大学学报 2004(3) 5.饶里.张颖.刘涛.李国华.李志军.刘书亮 汽油机节能和排放的研究进展[期刊论文]-内燃机 2004(4)

相似文献(10条) 1.期刊论文 黄晖.马翠英 车用汽油机排放控制技术 -公路与汽运2005(5)
排放控制技术是车用汽油机的重要研究方向.文中主要总结了各种排放控制技术在车用汽油机上的应用情况,并介绍了汽油机排放控制技术的最新发 展动向.

2.学位论文 张永红 基于可变控制技术的均质压燃(HCCI)在汽油机上的实现 2006
均质压燃(HCCI)是目前发动机领域的研究热点之一。均质压燃(HCCI)能够使发动机同时保持较高的动力性能和燃油经济性,而且能有效降低发动机 的NOx和PM排放,是一种克服传统的汽油机和柴油机缺点、集二者优点于一体的新的燃烧模式。它的另一个突出优点是对燃料的广泛适应性。 本文对HCCI燃烧方式的特点及其当前研究进展进行了介绍,论述了制约和影响HCCI燃烧方式的各种因素,阐明了在汽油机上实施HCCI的可行性,分 析了HCCI发动机实用化所面临的关键问题,提出了可变控制技术解决方案,并且采用可变压缩比方案、可变燃料特性、可变进气加热方案以及可变排气 门关闭时刻方案等在汽油机上实施了基于可变控制的HCCI实验,为尽快在汽油机上实施HCCI燃烧方式指出了技术方向。 本文介绍的实验在一个专用于HCCI研究的单缸汽油发动机上进行,使用的是两种最基本的燃料——汽油和柴油,采用了两种中等的压缩比(10.4和 15)和两种HCCI模式(进气加热和负气门叠开),实验结果证实了将这两种特性不同而又相互补充的燃料混合后能够达到一个折衷的HCCI燃烧性能。 分析表明,对采用不同特性燃料以及综合利用可变控制技术方案对HCCI燃烧特性、性能参数和排放特性的影响的研究,是成功实现HCCI应用的有效 途径和今后主要发展方向。

3.期刊论文 于善颖.史春涛.孙立星.刘德新.刘书亮 车用汽油机分层稀燃及其排放控制技术的分析 -车用发动机 2003(2)
就车用汽油机分层稀薄燃烧系统及其排放控制技术问题,重点分析和介绍了包括轴向分层、滚流分层和GDI 等各种发动机稀燃系统及其排放控制的新 进展,为车用汽油机经济性和排放等性能的改善提供了方向.

4.学位论文 郭华锋 小型汽油机磁电机点火系统数字控制技术的研究 2007
小型二冲程汽油机以其升功率大、功重比高、结构简单以及使用维护方便等优点在许多应用领域占据重要地位。但是,较高的油耗和排放问题限制 了其得到更加广泛的应用。数字控制的磁电机点火系统具有能按预先设定的最佳点火提前角工作,点火时刻精确,点火范围广泛等优点,大大改善了小 型二冲程汽油机的动力性、燃油经济性以及排放性。 本文对以往一些点火提前角的控制方法进行了比较深入的研究,分析了各自的缺点。在此基础上,提出了点火提前角的数字控制方法。在PC机上利 用NI公司的数据采集卡对点火提前角、转速、点火波形以及触发波形进行了发动机瞬态工况测量;采用单片机与PC机的RS232串行通讯技术对点火提前角 和转速进行了发动机稳态工况测量。在PC机上编写了LabVIEW程序对所采数据进行显示和存储,对点火提前角进行标定,形成点火提前角的MAP图,实现 点火提前角的数字控制。 最后,通过试验对点火系统的测量、标定、控制方法进行了验证。结果表明,可以较准确地测量点火提前角、转速、点火波形及触发波形。本文的 工作为以后的点火提前角的数字控制技术研究积累了一些经验。

5.会议论文 马亚琴.刘洪 汽油机车辆尾气排放控制技术发展现状 2003
本文从机内净化和机外净化两个方面阐述了汽车尾气排放控制技术和发展现状,着重介绍了电子控制、可变气门正时和升程、可变进气管长度、三元 催化转化器、废气再循环系统等尾气净化措施,以及提高燃油品质在尾气排放控制中的重要性.

6.学位论文 王天灵 中小功率汽油机应用EGR的排放控制技术研究 2000
在严格的法规限制下,采用以废气再循环(EGR)控制系统为主体的综合技术来实现达标是目前中国解决中小功率汽油机排放控制的一项简便快捷的方 法.该论文按EGR系统不同发展阶段对汽油机EGR系统进行了分类和总结.从理论和试验上对EGR降NOx机理进行研究论述.

7.期刊论文 李志军.饶里.黄叶舟.殷洪军.刘莹.Yin Hongjun.Liu Ying 车用汽油机排气污染控制技术 -小型内燃 机与摩托车2001,30(2)
本文从燃料处理、燃烧系统改进和尾气后处理等方面,提出了改进车用汽油机排气污染所采用的主要技术措施,为车用汽油机节能和改善排放性能 指明了方向。

8.期刊论文 许建民.李岳林.肖志华 车用汽油机排放控制技术 -公路与汽运2007(1)
从机内净化和机外净化两个方面阐述了汽车尾气排放控制技术的研究现状与发展趋势,着重介绍了电子控制燃油喷射系统与三元催化转化器、缸内直 接喷射、均质混合气压燃(HCCI)、废气再循环、清洁燃料等尾气净化措施。

9.会议论文 赵文锋.胡春明 小型电喷汽油机进气计量及控制技术的研究 2008

本文简述了小型电喷汽油机进气计量常用的方法和控制进气量的方法.随着电喷汽油机的广泛应用,空燃比的精确控制要求对汽油机进气量进行精确 控制.本文通过对机械式节气门和电子节气门进行对比,指出了使用电子节气门在空燃比控制中的优越性,最后介绍了利用电子节气门对进气量控制的方法 .

10.期刊论文 李岳林.张志永.Li yuelin.Zhang Zhiyong 车用汽油机HC生成机理及排放控制技术 -上海汽车 2006(1)
论述了车用汽油机HC排放物控制的必要性,探讨了HC的生成机理及其影响因素.介绍了各种车用汽油机HC排放的控制技术,分析了各种净化技术的特点 和存在的问题.

引证文献(1条) 1.朱济娟 车用发动机电控式EGR系统设计解析[期刊论文]-科技和产业 2009(3)

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