專利名稱：：柴油機節(jié)流閥式egr系統(tǒng)控制裝置的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種柴油機利用步進電機控制節(jié)流閥，組合氣缸控制EGR閥的EGR控制系統(tǒng)。
背景技術：
：1、汽車廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)廢氣流動路線以往國外所研究的柴油機EGR方式可分為以下兩種(一)內部EGR:通過排氣閥或者特殊設置閥門的開啟來實現(xiàn)廢氣再循環(huán)，防止燃燒產物在排氣沖程離開氣缸并在進氣沖程將其引入。(二)外部EGR:將一部分排出的廢氣經由外部管路引入進氣系統(tǒng)。目前通常采用的是外部EGR方式，對于增壓中冷的柴油機，外部EGR路線的設置可有以下幾種方式(一)從渦輪前取氣回流到壓氣機后的EGR系統(tǒng)，見圖l所示。(二)從渦輪后取氣回流到壓氣機前的EGR系統(tǒng)，見圖2所示。研究表明，渦輪增壓柴油機的冷卻再循環(huán)結構設計采用(一)的方式比較好。這是因為這種設計方式可以避免出現(xiàn)(1)再循環(huán)廢氣污染壓氣機和中冷器。可以使壓氣機和冷卻器不受排氣中的微粒、碳氫化合物和硫份的影響，因而減少了淤塞和腐蝕所引發(fā)的問題，而且也使得流過增壓器的質量流量基本保持不變；(2)EGR響應差。如果將EGR氣體在壓氣機和冷卻器的上游引入發(fā)動機，則會出現(xiàn)EGR氣體隨發(fā)動機工況變化響應滯后的問題，這對于按變工況循環(huán)考核排放并且經常在變工況下工作的轎車增壓直噴式柴油機來說是無法接受的。采用EGR系統(tǒng)要引起增壓柴油機壓力提高，但可以通過用冷卻EGR方式加以緩解，這是由于冷EGR減少了進氣歧管的排氣容積。在增壓柴油機EGR系統(tǒng)中，再循環(huán)廢氣從排氣管導出的位置和從進氣管導入的位置分，除了上述兩種形式外，還有兩種結構形式-(三)渦輪后取氣引流到壓氣機后進氣的EGR系統(tǒng)該引流位置的主要優(yōu)缺點為排氣壓力低，進氣壓力高；增壓能量消耗大；但避免污染壓氣機和中冷器；避免了影響增壓器質量流量；EGR響應快。(四)渦輪前取氣引流到壓氣機前的EGR系統(tǒng)該引流位置的主要優(yōu)缺點為排氣壓力高，進氣壓力低，利用壓氣機進口處的縮口，可以不外加輸送動力裝置。增壓器能量消耗最小。但廢氣污染壓氣機和中冷器，影響增壓器質量流量，從而柴油機的動力性造成不利影響，同時EGR響應差。通過上述四種EGR廢氣流動路線的比較可知，再循環(huán)廢氣的引流位置應從渦輪前取氣引流到壓氣機后(在帶中冷器的柴油機上，壓氣機后表示在中冷器后)的進氣方式。2、再循環(huán)廢氣的逆行動力方式(1)節(jié)流閥式EGR廢氣引流系統(tǒng)利用節(jié)流閥的節(jié)流使進氣管產生真空負壓來引導廢氣循環(huán)，其主要優(yōu)缺點為優(yōu)點可產生較大的進氣管真空負壓，能有效地引流廢氣。缺點節(jié)流閥的節(jié)流作用使進氣管產生較大的進氣阻力，影響充氣效率，使發(fā)動機的動力性受到損失。(2)文丘里管式EGR廢氣引流系統(tǒng)利用文丘里管縮口處氣體流動產生的真空負壓來引導廢氣循環(huán)，具有下列特點文丘里管縮口處可產生較大的進氣管真空負壓，能有效地引流廢氣；但文丘里管縮口處的節(jié)流作用使進氣管產生較大的進氣阻力，影響充氣效率，使發(fā)動機的動力性受到損失。(3)單向閥式EGR廢氣引流系統(tǒng)利用排氣背壓的脈沖峰值壓力大于進氣管壓力的特性，用單向閥部分引流，實現(xiàn)部分高壓廢氣循環(huán)。(4)擴壓管增壓式EGR閥廢氣引流系統(tǒng)利用擴壓管擴壓使排氣壓力超過進氣管壓力來推動高壓廢氣循環(huán)，擴壓管的作用效果可產生一定的排氣壓力，有效地引導廢氣進入進氣管，簡便可行。但高速大負荷時產生的排氣/進氣壓差較小，不能完全保證此類工況的EGR率匹配，若與單向閥配合效果會更好。(5)泵增壓式EGR廢氣引流系統(tǒng)利用增壓泵使排氣壓力超過進氣管壓力來引導高壓廢氣循環(huán)。包括兩種形式(A)液壓泵式EGR廢氣引流系統(tǒng)該系統(tǒng)可產生較大的排氣壓力，能有效地引流廢氣。但在發(fā)動機上需要增加一整套液壓系統(tǒng)，增加了發(fā)動機驅動液壓系統(tǒng)的機械損失功，并使發(fā)動機的整機體積加大。(B)VNT增壓器式EGR廢氣引流系統(tǒng)該引流系統(tǒng)可產生較大的排氣背壓，能有效地引流廢氣。渦輪增壓器驅動EGR并提供正比例的排氣壓力，在大負荷時可保證EGR率。利用排氣渦輪動力驅動EGR增壓泵，能量損失小，占用空間少，結構改動少。綜合考察上述各再循環(huán)廢氣逆行的動力方式特點，采用了節(jié)流閥式廢氣引流系統(tǒng)。3、EGR冷卻系統(tǒng)的種類和選取柴油機EGR冷卻控制系統(tǒng)的作用采用EGR降低柴油機NOx排放會引起微粒的增加，將冷卻后的再循環(huán)廢氣供給氣缸會在引起微粒輕微變化的情況下，實現(xiàn)降低NOx的目的。(1)電動液壓風扇式風冷卻EGR控制系統(tǒng)該冷卻控制系統(tǒng)冷卻效果好，但是結構復雜，占用空間大，需要外加一套電動的液壓風扇和冷卻系統(tǒng)。(2)中冷器風冷卻EGR控制系統(tǒng)利用增壓中冷器冷卻系統(tǒng)冷卻再循環(huán)廢氣，也必須與增壓中冷匹配，冷卻效果好但結構復雜，再循環(huán)廢氣還會污染增壓中冷器。(3)水冷卻方式EGR控制系統(tǒng)在發(fā)動機機體和缸蓋上布置各種水冷式熱交換器，由于再循環(huán)廢氣的高溫特性以及機內循環(huán)水的散熱能力，使水冷效果相對較差，并需要相應改動發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的設計，使水冷卻系統(tǒng)所消耗的功率增力口。但水冷卻EGR控制系統(tǒng)結構緊湊，占用空間小，性能和可靠性較好。
發(fā)明內容本實用新型是要解決增壓中冷柴油機的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)的控制系統(tǒng)形式，而提供一種柴油機節(jié)流閥式EGR系統(tǒng)控制裝置。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種柴油機節(jié)流閥式EGR系統(tǒng)控制裝置，包括EGR電控系統(tǒng)、EGR冷卻器、EGR組合氣缸閥、進氣節(jié)流閩，其特點是進氣節(jié)流閥安裝在中冷器后的進氣管中，EGR系統(tǒng)從增壓器渦輪前取廢氣，廢氣經過EGR冷卻器和EGR組合氣缸閥，引到進氣管中的進氣節(jié)流閥后；EGR電控系統(tǒng)由傳感器、控制器ECU，EGR組合氣缸閥，進氣節(jié)流閥組成，其中，控制器ECU通過傳感器檢測發(fā)動機的油門位置和轉速信號，同時向步進電機和電磁閥輸出控制信號，步進電機連接進氣節(jié)流閥，用于調整節(jié)流閥后的氣體壓力，保證小負荷工況下將足夠的廢氣送入進氣系統(tǒng)；電磁閥連接組合氣缸閥，并用壓縮空氣驅動，用于調整EGR廢氣流量。步進電機軸和進氣節(jié)流閥之間增設一套齒輪傳動機構，傳動機構的減速比為1:5。EGR組合氣缸閥由氣缸A，氣缸B，氣缸C組合而成，氣缸A的殼體通過兩個導桿與閥體連接在一起，氣缸B、C的殼體與導桿滑動連接，氣缸A的軸與氣缸B的殼體連接在一起，氣缸B的軸與氣缸C的殼體連接在一起，每個氣缸有二個壓縮空氣的進出口，其中一個接壓縮空氣，另一個口通大氣，每個氣缸單獨工作具有三個閥芯的升程，氣缸A與氣缸B組合、氣缸A與氣缸C組合、氣缸B與氣缸C組合得到三個氣門閥芯的升程，氣缸A與氣缸B，C組合得到二個氣門閥芯的升程。氣缸A的行程為10腿，氣缸B的行程為llmm,氣缸C的行程為28.3mm。本實用新型的有益效果是本實用新型選取從渦輪前取氣引流到壓氣機后(在帶中冷器的柴油機上，壓氣機后表示在中冷器后)的進氣方式、節(jié)流閥式廢氣引流的再循環(huán)廢氣逆行的動力方式以及水冷式EGR控制系統(tǒng)。在發(fā)動機運行過程中，ECU依據發(fā)動機轉速和油門位置信號確定發(fā)動機當前所處的工況，并根據發(fā)動機的狀態(tài)信息及標定數據得出控制指令，通過步進電機和電磁閥調節(jié)進氣節(jié)流閥和組合氣缸閥的開度，保證發(fā)動機在該工況下具有最佳的EGR率，最終有效降低中冷柴油機的N0x排放，達到日益嚴格的排放法規(guī)。圖1是從渦輪前取氣回流到壓氣機后的EGR系統(tǒng)圖；圖2是從渦輪后取氣回流到壓氣機前的EGR系統(tǒng)圖；圖3是本實用新型的總體結構示意圖4是組合氣缸閥結構示意圖5是組合氣缸和曲柄連桿機構組合示意圖6是EGR電控系統(tǒng)框圖。具體實施方式以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步的說明。如圖3所示，本實用新型的一種柴油機節(jié)流閥式EGR系統(tǒng)控制裝置，包括EGR電控系統(tǒng)、EGR冷卻器、EGR組合氣缸閥2、進氣節(jié)流闊1。進氣節(jié)流閥1安裝在中冷器后的進氣管中，EGR系統(tǒng)從增壓器渦輪前取廢氣，廢氣經過EGR冷卻器和EGR組合氣缸閥2，引到進氣管中的進氣節(jié)流閥1后；EGR電控系統(tǒng)由傳感器、控制器ECU,EGR組合氣缸閥2，進氣節(jié)流閥l組成，其中，控制器ECU通過傳感器檢測發(fā)動機的油門位置和轉速信號，同時向步進電機和電磁閥輸出控制信號，步進電機連接進氣節(jié)流閥l，用于調整進氣節(jié)流閥1后的氣體壓力，保證小負荷工況下將足夠的廢氣送入進氣系統(tǒng)；電磁閥連接組合氣缸閥2，并用壓縮空氣驅動，用于調整EGR廢氣流量。在發(fā)動機運行過程中，ECU依據發(fā)動機轉速和油門位置信號確定發(fā)動機當前所處的工況，并根據發(fā)動機的狀態(tài)信息及標定數據得出控制指令，通過步進電機和電磁閥調節(jié)進氣節(jié)流閥1和組合氣缸閥2的開度，保證發(fā)動機在該工況下具有最佳的EGR率。(1)進氣節(jié)流閥進氣節(jié)流閥1利用步進電機進行控制，步進電機定位精度高、自鎖性好，但其扭矩偏小，當進氣節(jié)流閥1轉動阻力大時容易造成丟步。為了保證進氣節(jié)流閥1可靠工作，在步進電機軸和進氣節(jié)流閥1之間增加了一套齒輪傳動機構，其減速比為1:5，這樣有效增加了步進電機的驅動扭矩，可保證系統(tǒng)可靠工作。(2)組合氣缸閥組合氣缸閥2的結構見圖4所示。氣缸A的殼體通過兩個導桿4與閥體3連接在一起，氣缸B、C的殼體可在導桿3上左右滑動。氣缸A的軸與氣缸B的殼體連接在一起，氣缸B的軸與氣缸C的殼體連接在一起。每個氣缸有二個壓縮空氣的進出口5，其中一個接壓縮空氣時，另一個口通大氣，二者之間的切換通過電磁閥進行控制，這樣可以實現(xiàn)閥芯6的伸出或回位。每個氣缸單獨工作可得到三個閥芯9的升程，AB組合、AC組合、BC組合可得到三個氣門閥芯的升程，ABC組合可得到二個氣門閥芯的升程，總計可得到八個門閥芯的升程。各個氣缸的行程通過發(fā)動機試驗確定。為了提高EGR閥的響應速度，采用高壓空氣氣缸驅動EGR閥，氣缸的響應速度可以達到0.1s以上。由于渦輪前壓力與中冷后壓力差較大，為了調節(jié)旋轉EGR閥的不同開度，采用三個氣缸組合在一起，通過不同氣缸的工作方式組合達到八個不同的工作開度。組合氣缸和曲柄連桿機構見圖5。在圖5中，氣缸A通過兩個導桿4與氣缸支架IO連接在一起，氣缸支架10用螺栓緊固在閥體上。氣缸A的軸與氣缸B的殼體通過螺釘連接在一起，氣缸B的殼體可在兩個導桿4上左右滑動，氣缸B的軸與氣缸C的殼體通過螺釘連接在一起。氣缸C的殼體在兩個導桿4上左右滑動，氣缸C的軸與延長桿9的一端緊固在一起，延長桿9的另一端與連桿8鉸接在一起，連桿8與曲柄7的一端鉸接在一起，曲柄7的另一端緊固在閥芯上。這樣A、B、C、每個氣缸單獨伸出工作得到三個升程，AB組合伸出、AC組合伸出、BC組合伸出得到三個升程，ABC組合伸出、收縮得到二個升程，總計得到八個升程。此八個升程可滿足各工況下的最優(yōu)EGR率需要。根據EGR優(yōu)化的結果選擇出三個氣缸的不同的工作行程，氣缸A的行程10mm，<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>氣缸B的行程llmm，氣缸C的行程28.3mm。組合氣缸行程參數下表:氣缸的打開和關閉的控制由通過三個空氣電磁閥來分別控制三個氣缸的開閉。電磁閥的控制由ECU發(fā)出O、l信號，經驅動電路放大后，控制電磁閥的通斷電。如果用"l"表示電磁閥通電，氣缸導桿伸出氣缸，用"0"表示電磁閥斷電，氣缸導桿縮回氣缸。壓縮空氣的壓力為0.8MPa。實車使用過程可以使用汽車的剎車制動用氣源。壓縮空氣的通斷由電磁閥控制，采用4V210—08型電磁閥，其工作壓力范圍為0.150.8MPa，驅動電壓為24VDC，其實物如圖11所示。該種電磁閥的作用相當于一個三通閥，它有一個輸入端、兩個輸出端。當給電磁閥供電時，輸入端與其中一路輸出端導通；當電磁閥斷電時，輸入端與另一路輸出端導通。(3)EGR冷卻器若對EGR氣體不加以冷卻，則炙熱的回流廢氣將加熱進氣，導致缸內燃燒溫度和壓力的大幅度升高，抵消了EGR降低NO,的作用，嚴重時還將對發(fā)動機機體的結構產生破壞。因此，有必要通過冷卻器對高溫的EGR氣體進行冷卻。EGR冷卻器的冷卻對象是再循環(huán)廢氣，溫度高，而且要求換熱器在較小的換熱面積下實現(xiàn)大的熱量傳遞，同時還要適應發(fā)動機振動大的特點。殼管式換熱器結構簡單，造價低，并適合在高溫高壓的環(huán)境下使用。(4)發(fā)動機的轉速及負荷測量裝置發(fā)動機的轉速測量采用霍爾傳感器及磁鋼，磁鋼安裝在飛輪上，霍爾傳感器經過支架固定在飛輪殼上，霍爾傳感器輸出信號與單片機的輸入口相連并通過lkQ上拉電阻與+5V電源相連接。通過測量霍爾傳感器的兩次磁鋼的信號的時間計算出發(fā)動機的轉速。發(fā)動機的負荷通過安裝在油泵油門手柄軸上的節(jié)氣門位置傳感器輸出的電壓大小來確定。節(jié)氣門位置傳感器是一個電位計，具有較高的精度。其安裝方式為三線制，供電電壓為5V，輸出電壓在0十5V之間變化，有效旋轉角度大于90度，改造后可以滿足使用要求。負荷傳感器負荷的電壓信號通過A/D與單片機相連。(5)電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)采用單片機作為控制器，檢測發(fā)動機的油門位置和轉速信號，同時向步進電機和電磁閥輸出控制信號。EGR電控系統(tǒng)的硬件形式如圖6所示。在設計控制軟件之前，事先通過試驗確定發(fā)動機各個工況下的最佳EGR率，并把各工況最佳EGR率下的發(fā)動機轉速、油門電位計電壓值、步進電機相對起始位置的轉動步數、電磁閥開啟狀態(tài)等數據以特性圖的形式存放在電控系統(tǒng)的程序存儲器中。發(fā)動機運行過程中，控制器根據檢測的發(fā)動機油門位置和轉速信號，在特性圖中査表求出相應工況下的步進電機轉動步數和電磁閥開啟狀態(tài)，并通過驅動電路使步進電機帶動的進氣節(jié)流閥和組合氣缸閥到達指定位置，以保證該工況下的最佳EGR率。權利要求1.一種柴油機節(jié)流閥式EGR系統(tǒng)控制裝置，包括EGR電控系統(tǒng)、EGR冷卻器、EGR組合氣缸閥(2)、進氣節(jié)流閥(1)，其特征在于，所述進氣節(jié)流閥(1)安裝在中冷器后的進氣管中，EGR系統(tǒng)從增壓器渦輪前取廢氣，廢氣經過EGR冷卻器和EGR組合氣缸閥(2)，引到進氣管中的進氣節(jié)流閥(1)后；EGR電控系統(tǒng)由傳感器、控制器ECU，EGR組合氣缸閥(2)，進氣節(jié)流閥(1)組成，其中，控制器ECU通過傳感器檢測發(fā)動機的油門位置和轉速信號，同時向步進電機和電磁閥輸出控制信號，步進電機連接進氣節(jié)流閥(1)，用于調整進氣節(jié)流閥(1)后的氣體壓力，保證小負荷工況下將足夠的廢氣送入進氣系統(tǒng)；電磁閥連接組合氣缸閥(2)，并用壓縮空氣驅動，用于調整EGR廢氣流量。2.根據權利要求1所述的柴油機節(jié)流閥式EGR系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，所述步進電機軸和進氣節(jié)流閥之間增設一套齒輪傳動機構，傳動機構的減i比為1:5。3.根據權利要求1所述的柴油機節(jié)流閥式EGR系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，所述EGR組合氣缸閥(3)由氣缸A，氣缸B，氣缸C組合而成，氣缸A的殼體通過兩個導桿(4)與閥體(3)連接在一起，氣缸B、C的殼體與導桿(4)滑動連接，氣缸A的軸與氣缸B的殼體連接在一起，氣缸B的軸與氣缸C的殼體連接在一起，每個氣缸有二個壓縮空氣的進出口(5)，其中一個口接壓縮空氣，另一個口通大氣，每個氣缸單獨工作具有三個閥芯(6)的升程，氣缸A與氣缸B組合、氣缸A與氣缸C組合、氣缸B與氣缸C組合得到三個氣門閥芯(6)的升程，氣缸A與氣缸B，C組合得到二個氣門閥芯(6)的升程。4.根據權利要求3所述的柴油機節(jié)流閥式EGR系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，所述氣缸A的行程為10mm，氣缸B的行程為llmm，氣缸C的行程為28.3ram。專利摘要本實用新型涉及一種柴油機節(jié)流閥式EGR系統(tǒng)控制裝置，包括EGR電控系統(tǒng)、EGR冷卻器、EGR組合氣缸閥、進氣節(jié)流閥，其特點是進氣節(jié)流閥安裝在中冷器后的進氣管中，EGR系統(tǒng)從增壓器渦輪前取廢氣，廢氣經過EGR冷卻器和EGR組合氣缸閥，引到進氣管中的進氣節(jié)流閥后；EGR電控系統(tǒng)由傳感器、控制器ECU，EGR組合氣缸閥，進氣節(jié)流閥組成，其中，控制器ECU通過傳感器檢測發(fā)動機的油門位置和轉速信號，同時向步進電機和電磁閥輸出控制信號，步進電機連接進氣節(jié)流閥，用于調整節(jié)流閥后的氣體壓力，保證小負荷工況下將足夠的廢氣送入進氣系統(tǒng)；電磁閥連接組合氣缸閥，并用壓縮空氣驅動，用于調整EGR廢氣流量。文檔編號F02M25/07GK201202551SQ200820059519公開日2009年3月4日申請日期2008年6月10日優(yōu)先權日2008年6月10日發(fā)明者堃吳,萍周,孫躍東,張振東申請人:上海理工大學