增压直喷柴油机EGR系统设计与试验研究

图/ 图’ 进气节流阀结构
!"# 冷却器结构示意
!"%
电控系统
!"!
组合气缸机构
采用 ,0+$123+ 单片机作为控制器， 检测发动 机的油门位置和转速信号， 同时向步进电机和电磁 阀输出控制信号。 !"# 电控系统的硬件结构形式 如图 & 所示。 控制软件采用 ,0+$123+ 汇编语言编写而成。 在设计控制软件之前， 先通过试验确定发动机各个 工况下的最佳 !"# 率， 并把各工况最佳 !"# 率下 的发动机转速、 油门电位计电压值、 步进电机相对起 始位置的转动步数以及电磁阀开启状态等数据以特 性图的形式存放在电控系统的 ’42/ 程序存储器中。 发动机运行过程中， 控制器根据检测的发动机油门 位置和转速信号， 在特性图中查表求出相应工况下 的步进电机转动步数和电磁阀开启状态， 并通过驱 动电路使步进电机带动的进气节流阀和组合气缸阀 到达指定位置， 以保证该工况下的最佳 !"# 率。
图!"# 电控系统结构框图
!"# 系统由电控系统、 !"# 冷却器、 !"# 组合 气缸阀、 进气节流阀机构及 !"# 废气管路等组成， 电控系统的结构见图 -。进气节流阀安装在中冷器 后的进气管中， 废 !"# 系统从增压器涡轮前取气， 气经过 !"# 冷却器和组合气缸阀及节流阀后进入 进气系统。进气节流阀由步进电机带动， 用于调整 节流阀后的气体压力， 保证小负荷工况下将足够的 废气送入进气系统。组合气缸阀利用压缩空气驱 动， 电磁阀控制， 用 于 调 整 !"# 废 气 流 量 。 !"# 电
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［编辑：赵成伟］
（上接第 %$ 页）
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控系统由传感器、 !=> 和执行机构 ’ 部分组成。在 发动机运行过程中， !=> 依据发动机转速和油门位 置信号确定发动机当前的工况， 并根据发动机的状 态信息及标定数据得出控制指令， 通过步进电机和 电磁阀调节进气节流阀和组合气缸阀的开度， 保证 发动机在该工况下具有最佳的 !"# 率。
!
!"# 电控系统的组成及功能
表$ 试验结果对比
+, ! 欧!标准 原机 加 !"# 1 1 2 13 7 2 64 -. $2$ 4 2 3$ 4 2 37 ., 3 4 2 13 4 2 18
有效降低柴油机的 +, ! 排放； 排 ;）要使增压直喷柴油机使用 !"# 系统后， 放指标全面达到欧 ! 以上排放标准的要求， 尚需对 柴油机的燃烧系统、 供油系统及增压器的结构参数 进行必要的改进， 以降低 /0 排放。
由表 $ 可以看出， 使用 !"# 系统后， 柴油机的 比原机降低了 $8 2 8 9 ， 并达到 +, ! 排放明显下降， 但 欧!标准的要求； -.， ., 排放比原机略有增加， 均控制 在 欧 ! 标 准 之 内； 由于在全负荷工况不加 因此 $% 工况的 /0 排放与原机相比略有增加。 !"#，
（ () ・ &’ *）
/0 4 2 $5 4 2 67 4 2 67
参考文献：
［$］刘巽俊 2 谈减轻我国汽车用发动机排放污染的实用技术 ［ <］ （6） ： 2 汽车技术， $881 $ = 3， 55 2 ［6］>?@*A? B:C?， D(AE: +?F:，G:F:@*A B:(:H?C?2 .?H;I@CA?J :JF +,! !HA@@A?J .*:E:KCLEA@CAK@ AJ : MN 0LC*:J?O !J&AJL P@AJ& ［ .］ BIQLEK*:E&AJ& RAC* !"# 2 BD! Q:QLE 81$731， $881 2 ［%］陈 群， 刘巽俊， 李 俊 2 车用柴油机冷 !"# 系统的试验 （7） ： 研究 ［ <］ 2 汽车工程， 644$， 6% %86 = %85 2
图 ( 组合气缸结构 万方数据
图&
!"# 电控系统结构框图ห้องสมุดไป่ตู้
644% 年 $6 月
杨
帅，等：增压直喷柴油机 !"# 系统设计与试验研究
・ %1 ・
! 试验结果及讨论
调试完成后， 安装在柴油机上， !"# 系统设计、 进行了原机与使用 !"# 系 统 后 的 $% 工 况 排 放 对 比， 对比结果见表 $ 所示。
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万方数据
， 男， 黑龙江牡丹江市人， 硕士研究生， 研究方向为内燃机排放控制和电子控制 . 帅 （-&5& 1 ）
・ (2 ・
车
用
发
动
机
’00( 年第 2 期
装进气节流阀、 在废气管路上安装组合气缸流量阀 的控制方案， 同时还利用 !"# 冷却器对回流的废气 进行冷却。进气节流阀和组合气缸流量阀的开度通 过电控系统进行控制。 !"# 进气节流阀机构 进气节流阀利用步进电机进行控制， 步进电机 定位精度高、 自锁性好； 但其扭矩偏小， 当节流阀转 动阻力大时容易造成丢步。为了保证节流阀可靠工 作， 在步进电机轴和节流阀之间增加了一套齿轮传 动机构， 其减速比为 $ % &， 有效增加了步进电机的驱 动扭矩， 可保证系统可靠工作。节流阀机构见图 ’。
（废气再循环） 技术可有效降低柴油机的 !"# ［-， $］ ， 其适用范围广， 既可用于电控喷射发 () ! 排放 动机上， 也可广泛用于我国现阶段的普通柴油机。 目前欧洲大多数轻型柴油机均采用 !"# 技术来降 低 () ! 排放。在重型车领域中， 随着世界各国对重 型柴油车制定出更严格的 () ! 排放标准， !"# 技术 也越来越受到重视。我国对柴油机废气排放的控制 起步较晚， 对柴油机 !"# 技术的研究处于探索阶 段， 采用 !"# 技术降低 () ! 排放是柴油机领域的一 个新课题。 本文为一直列 , 行程增压中冷直喷柴油机确定 了一种实用的 !"# 系统结构形式， 并设计了 !"# 系统中的关键部件。 该柴油机缸径为 --$ 33， 行程为 -’$ 33， 排量 为 / . $%$ 4 ， 压 缩 比 - 5 . / ，标 定 功 率 -’$ 67 8 ・ 最大扭矩 22% ( ・ （- ,%% < - 2%%）9 ・ $ ’%% 9 3:; 1 - ， 38 13:; 。
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万方数据
［编辑：赵成伟］
增压直喷柴油机EGR系统设计与试验研究
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： 杨帅， 张振东 上海理工大学,上海,200093 车用发动机 VEHICLE ENGINE 2003，(6) 6次
组合气缸阀的结构见图 (。气缸 ) 的壳体通过 气缸 *， ’ 个导杆与阀体连接在一起， + 的壳体可在 导杆上左右滑动。气缸 ) 的轴与气缸 * 的壳体连 接在一起， 气缸 * 的轴与气缸 + 的壳体连接在一 起。每个气缸有 ’ 个压缩空气的进出口， 其中一个 口接压缩空气时， 另一个口通大气， 二者之间的切换 通过电磁阀进行控制， 可以实现阀芯的伸出或回位。 每个气缸单独工作可得到 ( 个气门阀芯的升程， )* 组合、 )+ 组合以及 *+ 组合可得到 ( 个气门阀芯的 升程， 总计可 )*+ 组合可得到 ’ 个气门阀芯的升程， 得到 , 个气门阀芯的升程。各个气缸的行程通过发 动机试验确定。
第2期 （总第 -,? 期） $%%’ 年 -$ 月
车 用 发 动 机 B!CD=4! !("D(!
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・ 零部件 ・
增压直喷柴油机 !"# 系统设计与试验研究
杨 帅，张振东
$%%%&’） （上海理工大学，上海 摘要：以增压直喷柴油机为研究对象， 设计了一套 !"# 控制系统以降低 ()! 排放， 具体介绍了 !"# 系统中的 进气节流阀、 组合气缸阀、 并通过发动机试验测试了 !"# 系统的实际控制效 !"# 冷却器及电控系统的结构形式， 果。 关键词：增压直喷柴油机； ()! 排放；!"# 系统 中图分类号：*+,$- . / 文献标识码：0 文章编号：-%%- 1 $$$$ （$%%’） %2 1 %%’/ 1 %’
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!"# 冷却器 若对 !"# 气体不加以冷却， 则炙热的回流废气
将加热进气， 导致缸内燃烧温度和压力的大幅度升 高， 抵消了 !"# 降低 -. ! 的作用， 严重时还将对发
［(］ 。因此， 有必要通过冷 动机机体的结构产生破坏
却器对高温的 !"# 气体进行冷却。 其温度 !"# 冷却器的冷却对象是再循环废气， 高， 而且要求换热器在较小的换热面积下实现大的 热量传递， 同时还要适应发动机振动大的特点。壳 管式换热器结构简单， 造价低， 适合在高温高压的环 境下使用。通过对发动机最大热负荷工况散热量的 计算， 设计了冷却器的结构形式 （见图 /） 。
收稿日期：$%%’ 1 -% 1 %?；修回日期：$%%’ 1 -- 1 -$ 基金项目：上海市优秀青年科技启明星资助项目 （%’@A-,%’’） 作者简介：杨
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!"# 系统关键部件设计
对于增压直喷柴油机， 要实现废气再循环需将
足量的涡轮前废气引导到压气机后， 但由于进气管 中的平均压力高于排气管中的平均压力， 在大部分 工况下废气不能自动从排气管流入进气管以实现废 气再循环， 所以需外加机构来克服压力逆差， 以实现 稳定可靠的废气再循环。本系统采用在进气管中安
" 结论
:）通过精确匹配和电子控制的 !"# 系统能够
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