专利名称：：柴油机节流阀式egr系统控制装置的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种柴油机利用步进电机控制节流阀，组合气缸控制EGR阀的EGR控制系统。
背景技术：
：1、汽车废气再循环系统(EGR)废气流动路线以往国外所研究的柴油机EGR方式可分为以下两种(一)内部EGR:通过排气阀或者特殊设置阀门的开启来实现废气再循环，防止燃烧产物在排气冲程离开气缸并在进气冲程将其引入。(二)外部EGR:将一部分排出的废气经由外部管路引入进气系统。目前通常采用的是外部EGR方式，对于增压中冷的柴油机，外部EGR路线的设置可有以下几种方式(一)从涡轮前取气回流到压气机后的EGR系统，见图l所示。(二)从涡轮后取气回流到压气机前的EGR系统，见图2所示。研究表明，涡轮增压柴油机的冷却再循环结构设计采用(一)的方式比较好。这是因为这种设计方式可以避免出现(1)再循环废气污染压气机和中冷器。可以使压气机和冷却器不受排气中的微粒、碳氢化合物和硫份的影响，因而减少了淤塞和腐蚀所引发的问题，而且也使得流过增压器的质量流量基本保持不变；(2)EGR响应差。如果将EGR气体在压气机和冷却器的上游引入发动机，则会出现EGR气体随发动机工况变化响应滞后的问题，这对于按变工况循环考核排放并且经常在变工况下工作的轿车增压直喷式柴油机来说是无法接受的。采用EGR系统要引起增压柴油机压力提高，但可以通过用冷却EGR方式加以缓解，这是由于冷EGR减少了进气歧管的排气容积。在增压柴油机EGR系统中，再循环废气从排气管导出的位置和从进气管导入的位置分，除了上述两种形式外，还有两种结构形式-(三)涡轮后取气引流到压气机后进气的EGR系统该引流位置的主要优缺点为排气压力低，进气压力高；增压能量消耗大；但避免污染压气机和中冷器；避免了影响增压器质量流量；EGR响应快。(四)涡轮前取气引流到压气机前的EGR系统该引流位置的主要优缺点为排气压力高，进气压力低，利用压气机进口处的縮口，可以不外加输送动力装置。增压器能量消耗最小。但废气污染压气机和中冷器，影响增压器质量流量，从而柴油机的动力性造成不利影响，同时EGR响应差。通过上述四种EGR废气流动路线的比较可知，再循环废气的引流位置应从涡轮前取气引流到压气机后(在带中冷器的柴油机上，压气机后表示在中冷器后)的进气方式。2、再循环废气的逆行动力方式(1)节流阀式EGR废气引流系统利用节流阀的节流使进气管产生真空负压来引导废气循环，其主要优缺点为优点可产生较大的进气管真空负压，能有效地引流废气。缺点节流阀的节流作用使进气管产生较大的进气阻力，影响充气效率，使发动机的动力性受到损失。(2)文丘里管式EGR废气引流系统利用文丘里管縮口处气体流动产生的真空负压来引导废气循环，具有下列特点文丘里管縮口处可产生较大的进气管真空负压，能有效地引流废气；但文丘里管縮口处的节流作用使进气管产生较大的进气阻力，影响充气效率，使发动机的动力性受到损失。(3)单向阀式EGR废气引流系统利用排气背压的脉冲峰值压力大于进气管压力的特性，用单向阀部分引流，实现部分高压废气循环。(4)扩压管增压式EGR阀废气引流系统利用扩压管扩压使排气压力超过进气管压力来推动高压废气循环，扩压管的作用效果可产生一定的排气压力，有效地引导废气进入进气管，简便可行。但高速大负荷时产生的排气/进气压差较小，不能完全保证此类工况的EGR率匹配，若与单向阀配合效果会更好。(5)泵增压式EGR废气引流系统利用增压泵使排气压力超过进气管压力来引导高压废气循环。包括两种形式(A)液压泵式EGR废气引流系统该系统可产生较大的排气压力，能有效地引流废气。但在发动机上需要增加一整套液压系统，增加了发动机驱动液压系统的机械损失功，并使发动机的整机体积加大。(B)VNT增压器式EGR废气引流系统该引流系统可产生较大的排气背压，能有效地引流废气。涡轮增压器驱动EGR并提供正比例的排气压力，在大负荷时可保证EGR率。利用排气涡轮动力驱动EGR增压泵，能量损失小，占用空间少，结构改动少。综合考察上述各再循环废气逆行的动力方式特点，采用了节流阀式废气引流系统。3、EGR冷却系统的种类和选取柴油机EGR冷却控制系统的作用采用EGR降低柴油机NOx排放会引起微粒的增加，将冷却后的再循环废气供给气缸会在引起微粒轻微变化的情况下，实现降低NOx的目的。(1)电动液压风扇式风冷却EGR控制系统该冷却控制系统冷却效果好，但是结构复杂，占用空间大，需要外加一套电动的液压风扇和冷却系统。(2)中冷器风冷却EGR控制系统利用增压中冷器冷却系统冷却再循环废气，也必须与增压中冷匹配，冷却效果好但结构复杂，再循环废气还会污染增压中冷器。(3)水冷却方式EGR控制系统在发动机机体和缸盖上布置各种水冷式热交换器，由于再循环废气的高温特性以及机内循环水的散热能力，使水冷效果相对较差，并需要相应改动发动机冷却系统的设计，使水冷却系统所消耗的功率增力口。但水冷却EGR控制系统结构紧凑，占用空间小，性能和可靠性较好。
发明内容本实用新型是要解决增压中冷柴油机的废气再循环系统(EGR)的控制系统形式，而提供一种柴油机节流阀式EGR系统控制装置。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种柴油机节流阀式EGR系统控制装置，包括EGR电控系统、EGR冷却器、EGR组合气缸阀、进气节流闽，其特点是进气节流阀安装在中冷器后的进气管中，EGR系统从增压器涡轮前取废气，废气经过EGR冷却器和EGR组合气缸阀，引到进气管中的进气节流阀后；EGR电控系统由传感器、控制器ECU，EGR组合气缸阀，进气节流阀组成，其中，控制器ECU通过传感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，步进电机连接进气节流阀，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；电磁阀连接组合气缸阀，并用压縮空气驱动，用于调整EGR废气流量。步进电机轴和进气节流阀之间增设一套齿轮传动机构，传动机构的减速比为1:5。EGR组合气缸阀由气缸A，气缸B，气缸C组合而成，气缸A的壳体通过两个导杆与阀体连接在一起，气缸B、C的壳体与导杆滑动连接，气缸A的轴与气缸B的壳体连接在一起，气缸B的轴与气缸C的壳体连接在一起，每个气缸有二个压縮空气的进出口，其中一个接压縮空气，另一个口通大气，每个气缸单独工作具有三个阀芯的升程，气缸A与气缸B组合、气缸A与气缸C组合、气缸B与气缸C组合得到三个气门阀芯的升程，气缸A与气缸B，C组合得到二个气门阀芯的升程。气缸A的行程为10腿，气缸B的行程为llmm,气缸C的行程为28.3mm。本实用新型的有益效果是本实用新型选取从涡轮前取气引流到压气机后(在带中冷器的柴油机上，压气机后表示在中冷器后)的进气方式、节流阀式废气引流的再循环废气逆行的动力方式以及水冷式EGR控制系统。在发动机运行过程中，ECU依据发动机转速和油门位置信号确定发动机当前所处的工况，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EGR率，最终有效降低中冷柴油机的N0x排放，达到日益严格的排放法规。图1是从涡轮前取气回流到压气机后的EGR系统图；图2是从涡轮后取气回流到压气机前的EGR系统图；图3是本实用新型的总体结构示意图4是组合气缸阀结构示意图5是组合气缸和曲柄连杆机构组合示意图6是EGR电控系统框图。具体实施方式以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。如图3所示，本实用新型的一种柴油机节流阀式EGR系统控制装置，包括EGR电控系统、EGR冷却器、EGR组合气缸阀2、进气节流阔1。进气节流阀1安装在中冷器后的进气管中，EGR系统从增压器涡轮前取废气，废气经过EGR冷却器和EGR组合气缸阀2，引到进气管中的进气节流阀1后；EGR电控系统由传感器、控制器ECU,EGR组合气缸阀2，进气节流阀l组成，其中，控制器ECU通过传感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，步进电机连接进气节流阀l，用于调整进气节流阀1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；电磁阀连接组合气缸阀2，并用压縮空气驱动，用于调整EGR废气流量。在发动机运行过程中，ECU依据发动机转速和油门位置信号确定发动机当前所处的工况，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1和组合气缸阀2的开度，保证发动机在该工况下具有最佳的EGR率。(1)进气节流阀进气节流阀1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，当进气节流阀1转动阻力大时容易造成丢步。为了保证进气节流阀1可靠工作，在步进电机轴和进气节流阀1之间增加了一套齿轮传动机构，其减速比为1:5，这样有效增加了步进电机的驱动扭矩，可保证系统可靠工作。(2)组合气缸阀组合气缸阀2的结构见图4所示。气缸A的壳体通过两个导杆4与阀体3连接在一起，气缸B、C的壳体可在导杆3上左右滑动。气缸A的轴与气缸B的壳体连接在一起，气缸B的轴与气缸C的壳体连接在一起。每个气缸有二个压縮空气的进出口5，其中一个接压縮空气时，另一个口通大气，二者之间的切换通过电磁阀进行控制，这样可以实现阀芯6的伸出或回位。每个气缸单独工作可得到三个阀芯9的升程，AB组合、AC组合、BC组合可得到三个气门阀芯的升程，ABC组合可得到二个气门阀芯的升程，总计可得到八个门阀芯的升程。各个气缸的行程通过发动机试验确定。为了提高EGR阀的响应速度，采用高压空气气缸驱动EGR阀，气缸的响应速度可以达到0.1s以上。由于涡轮前压力与中冷后压力差较大，为了调节旋转EGR阀的不同开度，采用三个气缸组合在一起，通过不同气缸的工作方式组合达到八个不同的工作开度。组合气缸和曲柄连杆机构见图5。在图5中，气缸A通过两个导杆4与气缸支架IO连接在一起，气缸支架10用螺栓紧固在阀体上。气缸A的轴与气缸B的壳体通过螺钉连接在一起，气缸B的壳体可在两个导杆4上左右滑动，气缸B的轴与气缸C的壳体通过螺钉连接在一起。气缸C的壳体在两个导杆4上左右滑动，气缸C的轴与延长杆9的一端紧固在一起，延长杆9的另一端与连杆8铰接在一起，连杆8与曲柄7的一端铰接在一起，曲柄7的另一端紧固在阀芯上。这样A、B、C、每个气缸单独伸出工作得到三个升程，AB组合伸出、AC组合伸出、BC组合伸出得到三个升程，ABC组合伸出、收縮得到二个升程，总计得到八个升程。此八个升程可满足各工况下的最优EGR率需要。根据EGR优化的结果选择出三个气缸的不同的工作行程，气缸A的行程10mm，<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>气缸B的行程llmm，气缸C的行程28.3mm。组合气缸行程参数下表:气缸的打开和关闭的控制由通过三个空气电磁阀来分别控制三个气缸的开闭。电磁阀的控制由ECU发出O、l信号，经驱动电路放大后，控制电磁阀的通断电。如果用"l"表示电磁阀通电，气缸导杆伸出气缸，用"0"表示电磁阀断电，气缸导杆縮回气缸。压縮空气的压力为0.8MPa。实车使用过程可以使用汽车的刹车制动用气源。压縮空气的通断由电磁阀控制，采用4V210—08型电磁阀，其工作压力范围为0.150.8MPa，驱动电压为24VDC，其实物如图11所示。该种电磁阀的作用相当于一个三通阀，它有一个输入端、两个输出端。当给电磁阀供电时，输入端与其中一路输出端导通；当电磁阀断电时，输入端与另一路输出端导通。(3)EGR冷却器若对EGR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EGR降低NO,的作用，严重时还将对发动机机体的结构产生破坏。因此，有必要通过冷却器对高温的EGR气体进行冷却。EGR冷却器的冷却对象是再循环废气，温度高，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，并适合在高温高压的环境下使用。(4)发动机的转速及负荷测量装置发动机的转速测量采用霍尔传感器及磁钢，磁钢安装在飞轮上，霍尔传感器经过支架固定在飞轮壳上，霍尔传感器输出信号与单片机的输入口相连并通过lkQ上拉电阻与+5V电源相连接。通过测量霍尔传感器的两次磁钢的信号的时间计算出发动机的转速。发动机的负荷通过安装在油泵油门手柄轴上的节气门位置传感器输出的电压大小来确定。节气门位置传感器是一个电位计，具有较高的精度。其安装方式为三线制，供电电压为5V，输出电压在0十5V之间变化，有效旋转角度大于90度，改造后可以满足使用要求。负荷传感器负荷的电压信号通过A/D与单片机相连。(5)电控系统电控系统采用单片机作为控制器，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。EGR电控系统的硬件形式如图6所示。在设计控制软件之前，事先通过试验确定发动机各个工况下的最佳EGR率，并把各工况最佳EGR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、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，在特性图中査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EGR率。权利要求1.一种柴油机节流阀式EGR系统控制装置，包括EGR电控系统、EGR冷却器、EGR组合气缸阀(2)、进气节流阀(1)，其特征在于，所述进气节流阀(1)安装在中冷器后的进气管中，EGR系统从增压器涡轮前取废气，废气经过EGR冷却器和EGR组合气缸阀(2)，引到进气管中的进气节流阀(1)后；EGR电控系统由传感器、控制器ECU，EGR组合气缸阀(2)，进气节流阀(1)组成，其中，控制器ECU通过传感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，步进电机连接进气节流阀(1)，用于调整进气节流阀(1)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；电磁阀连接组合气缸阀(2)，并用压缩空气驱动，用于调整EGR废气流量。2.根据权利要求1所述的柴油机节流阀式EGR系统控制装置，其特征在于，所述步进电机轴和进气节流阀之间增设一套齿轮传动机构，传动机构的减i比为1:5。3.根据权利要求1所述的柴油机节流阀式EGR系统控制装置，其特征在于，所述EGR组合气缸阀(3)由气缸A，气缸B，气缸C组合而成，气缸A的壳体通过两个导杆(4)与阀体(3)连接在一起，气缸B、C的壳体与导杆(4)滑动连接，气缸A的轴与气缸B的壳体连接在一起，气缸B的轴与气缸C的壳体连接在一起，每个气缸有二个压缩空气的进出口(5)，其中一个口接压縮空气，另一个口通大气，每个气缸单独工作具有三个阀芯(6)的升程，气缸A与气缸B组合、气缸A与气缸C组合、气缸B与气缸C组合得到三个气门阀芯(6)的升程，气缸A与气缸B，C组合得到二个气门阀芯(6)的升程。4.根据权利要求3所述的柴油机节流阀式EGR系统控制装置，其特征在于，所述气缸A的行程为10mm，气缸B的行程为llmm，气缸C的行程为28.3ram。专利摘要本实用新型涉及一种柴油机节流阀式EGR系统控制装置，包括EGR电控系统、EGR冷却器、EGR组合气缸阀、进气节流阀，其特点是进气节流阀安装在中冷器后的进气管中，EGR系统从增压器涡轮前取废气，废气经过EGR冷却器和EGR组合气缸阀，引到进气管中的进气节流阀后；EGR电控系统由传感器、控制器ECU，EGR组合气缸阀，进气节流阀组成，其中，控制器ECU通过传感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，步进电机连接进气节流阀，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；电磁阀连接组合气缸阀，并用压缩空气驱动，用于调整EGR废气流量。文档编号F02M25/07GK201202551SQ200820059519公开日2009年3月4日申请日期2008年6月10日优先权日2008年6月10日发明者堃吴,萍周,孙跃东,张振东申请人:上海理工大学