H泵+EGR发动机技术路线

中国重汽集团公司技术发展中心

China National Heavy Duty Truck Group Co.,Ltd

T echnology Development Centre ———————————————————关于《电控H泵+EGR系统发动机》国三排放的技术路线说明

WD615国Ⅲ（电控H泵+EGR）系列柴油机基本数据

一、电控、冷却—废气再循环（EGR）技术：

1、概述

柴油机燃烧过程的平均过量空气系数虽然比较大，但因混合气成分不均匀，局部燃烧温度仍很高，所以生成大量的NO x ，与汽油机不相上下。

与汽油机类似，柴油机也可以通过废气再循环（EGR）来降低NO x排放。

废气再循环（EGR）就是通过回引部分废气与新鲜空气共同参与燃烧反应，利用废气中含有大量的惰性气体（CO2、N2、H2O等）具有较高的比热容这一特性，来降低NO x的生成。因为NO x的生成是高温富氧，而废气的引入，一方面使混合气热容量增大，造成相同量的混合气升高，同样温度所需热容量增大，从而降低最高燃烧温度；另一方面，废气对新鲜充量的稀释也相应降低了氧的浓度，从而有效的抑制了NO x的生成。

根据废气进入气缸的方式，EGR系统可分为内部EGR系统和外部EGR系统。

1．1 内部EGR系统：内部EGR系统是通过改变配气正时实现。该系统不需要外加其他设备，结构简单，应用方便，而且可以避免再循环废气对管道的腐蚀，有利于提高系统耐久性。由于是在进气行程内，直接开启排气阀使废气回流，因此难以精确控制EGR率；同时废气未经冷却直接回流，引起混合气温度升高，这一点又有利于NO x的生成。因此内部EGR对NO x的抑制效果并不显著。

1．2 外部EGR利用专门的管道将废气引入进气歧管，使废气与新鲜充量在进入气缸前充分混合。由于外部EGR不但可以通过电控系统精确控制EGR率，优化发动机性能，而且可以在外部系统中通过加装EGR冷却器，有效降低燃烧温度，因此目前较为常用的是外部EGR系统。

（1）发动机EGR系统结构示意图

2、冷EGR

试验证明，把再循环的废气加以冷却，即采用所谓冷EGR，可使进入缸内的新鲜空气的损失减少，从而避免了大负荷燃油经济性和排气烟度的恶

化。目前的EGR系统可使循环废气温度下降50℃~150℃，使NO x下降10%

左右。

（2）发动机EGR系统部件图

3、EGR系统的控制

目前我们的EGR系统是开关式控制，EGR率在10%左右。在如下条件下EGR 控制阀处于关闭状态，进气温度低于10℃，进气温度大于70℃，水温高于95℃，发动机在动态操作状态，发动机在制动状态，以上条件任满足一条则EGR控制阀关闭。在其他状态EGR控制阀打开。

ECU（电控单元）通过进气温度传感器，进气压力传感器，水温传感器，发动机转速传感器，油门传感器，以及车辆制动信号，来感知发动机的各种状态，来控制EGR控制阀关闭。

EGR控制阀是通过气缸控制，气源取自制动系统储气罐。ECU通过一电磁阀控制气缸的通断气，以达到控制EGR阀开关的目的。

二、电控H泵技术：

电控H泵基于预行程可电控调节为基础，通过ECU对预行程调节机构的控制，可实现喷油量，喷油定时，喷射压力精确控制。

产品采用博世电控H喷油泵结构，泵体具有进回油相互独立双通道，预装悬挂泵油系元件，整体法兰柱塞套，等压出油阀偶件、鼓形滚轮、高强度无内圈滚柱轴承、强制机油循环润滑。该泵的泵体在PS8500喷油泵泵体基础上进一步加强，整体式柱塞法兰厚度尺寸和柱塞套薄弱环节的外圆直径进一步加大，可承受喷油泵更高的泵端、嘴端压力和满足发动机更大功率的需求；该泵泵油系采用预装吊蓝式结构，使柱塞套进回油部分在泵体内悬空不会受到任何侧向挤压力作用，减小了柱塞套等

零部件的受力变形，确保喷油泵使用可靠性的进一步提高；另外，该泵采用先进的等压出油阀结构、函数凸轮型线及在工作过程中可连续改变预行程等技术，能进一步改善柴油机的综合性能。

该泵拥有预行程电控可调结构，其供油与行程可在一定范围内由ECU程控调节。柱塞副的柱塞上安装一个控制滑套，滑套能沿柱塞工作面上下移动，按柴油机不同工况的需要改变预行程。

控制滑套的运动是由我公司自主开发的具有完全知识产权和技术专利的预行程控制总成实现的。主要结构元件：步进电机、蜗轮蜗杆、ECU、传感器、线束等。根据发动机的不同工况，ECU采集油门和转速传感器信号，查MAP图，准确得出一个预行程最佳位置。预行程控制杆的转动通过与预行程调节套相连接的拨杆机构，带动预行程控制滑套沿柱塞工作型面上下滑动，使喷油泵预行程得以改变。我们通过ECU对预行程的控制，可以得到精确的喷油定时，喷射压力。同时配合油门电子调节和实时反馈系统，使油量控制更精确。使柴油机能在整个工作范围内达到最优化的性能（经济性能和排放性能）。

主要性能：

1）喷射压力达1600bar，燃油喷雾质量好，使发动机燃烧更完全,彻底。

2）喷油泵预行程可按发动机的实际需求标定MAP，由ECU程控闭环工作，这样喷油泵的供油速率与喷油压力均可根据发动机不同工况工作的实际需要方面地进行控制，使发动机低速、部分负荷工况燃油得以充分燃烧，有效改善发动机的燃油经济性和排放性能，配合EGR和4气门技术，该泵满足国三排放标准，且具有较好的经济性能。

3）该泵对使用环境要求一般，对油品质量要求不是太高。

三、机械结构方面对排放的控制：

1、喷油器

喷油器采用德尔福技术，具有喷油器工作可靠、性能好、适应性广泛等优点。总成采用顶杆、弹簧下置式低惯量结构形式，通过加减喷油器弹簧调整垫片可得到所需的喷油嘴开启压力。

低惯量喷油器的运动零件质量轻，惯性小，对油压反应敏感，跟随性好，针阀开启迅速，断油干脆；加之喷油器体中各油道的科学布置，进油损失小，回油畅通，有效改善发动机的燃烧性能

油嘴偶件：采用P系列高应力油嘴，可承受压力180MPa，，小压力室结构，挤压研磨喷孔成倒喇叭状，出油速度大，喷雾质量好；针阀直径为φ4mm，比传统的S系列油嘴的针阀（直径为φ6mm）重量大为减轻，惯量小，针阀开启和落座时间短，反应更加灵敏，并且减小了针阀体座面所承受的冲击力，进一步提高了喷油器的性能和可靠性。

2、发动机机体结构

采用一缸一盖、4气门进排气系统、进排气道分布于两侧（进气道产生一定旋流）、喷油器位于燃烧室正中、按多段多项式计算设计的凸轮轴以及ω型燃烧室等设计，使喷油分布更均匀,充气系数更高,与燃烧室的配合更好。让发动机在各个不同工况下，进气与燃油都能充分、均匀的混合。

气缸套内表面为平台网纹,与特殊结构的活塞和活塞环（二道气环和一道刮油环）之间的充分配合，能够保证了良好的密封性和防窜机油的能力。

四、另需说明的是：

中国重汽技术发展中心针对该方案，已完成了所有标定和各类考核试验。同时，在2007年4月由天津中心和长春中心专家，联合在天津汽车检测中心对该系列机型进行了排放现场检测，检测结果符合国三排放标准的限值要求。

与现有国三共轨技术相比，由于EGR系统的降NO x作用，在满足排放的前提下可以采用更大的喷油提前角，因此燃油经济性和颗粒物排放会更好。

五、技术路线说明

欧美和日本的技术路线都是建立在控制排放污染物生成原理上，对重型柴油机是在NOX和PM之间取得控制和平衡。燃油喷射系统主要采用电控直列泵、单体泵、泵喷嘴和共轨系统如： VOLVO等公司采用电控泵喷嘴、BENZ卡车采用电控单体泵、IVECO公司采用电控高压共轨、MAN公司采用电控直列泵和冷却EGR等不同技术路线。MAN公司装备D2876欧三发动机的TGA重型汽车多次获得欧洲年度卡车荣誉称号，该发动机采用了电控直列泵加EGR技术路线。日本五十铃公司应对欧、美和本国市场也有高压共轨和电控直列泵加冷却EGR等不同方式。由此可见，技术路线更多地体现了企业在满足法规限值前题下的发展策略。