基于蜗轮蜗杆驱动可变文丘里管的EGR率控制装置及其控制方法与流程

本发明涉及本发明涉及一种车用柴油机egr率的控制方法，特别涉及一种基于蜗轮蜗杆驱动可变文丘里管的egr率控制方法，属于车辆减排技术领域，一种基于蜗轮蜗杆驱动可变文丘里管的egr率控制装置。

背景技术

egr即排气再循环（exhaustgasrecirculation），是指内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术（手法或方法）。主要目的为降低排出气体中的氮氧化物（nox）与分担部分负荷时可提高燃料消耗率。egr率被定义为再循环的废气量与吸入气缸的进气总量之比，egr率的合理控制对氮氧化物的净化效果和整机排放极其重要，进行标定试验时需要一种方法量化egr率，以评判废气再循环对发动机性能的影响。汽车在起步、加速或加载时，由于柴油机缸内燃烧温度较高，使得排气nox急剧升高，排出污染环境，同时不同工况下egr率的控制精度不够高，使得排放未能改善，或加剧燃烧nox的排放。因此，采用技术措施改造现有egr废气回流管道的汽车，改善柴油机的不同工况egr率的控制和减少nox排放，有着重要的意义。

技术实现要素：

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的具有排气再循环系统的汽车在起步、加速或加载时，由于柴油机缸内燃烧温度较高，使得排气nox急剧升高，排出污染环境，同时不同工况下egr率的控制精度不够高，使得排放未能改善。

本发明的具体实施方案是：一种基于蜗轮蜗杆驱动可变文丘里管的egr率控制装置，包括排气再循环系统，所述排气再循环包括柴油机、与柴油机废气输出端联通有用于实现废气回收燃烧的废气回流主流道及用于驱动涡轮增压工作的的废气回流分流道，其特征在于：所述柴油机进气端连接有第一进气管及第二进气管，所述第一进气管上联通有第一文丘里管，所述第二进气管上联通有第二文丘里管，所述废气回流主流道上联通有第一废气回流管及第二废气回流管，所述第一废气回流管及第二废气回流管上固定连接有蜗杆；控制装置还包括第一步进电机及第二步进电机，所述第一步进电机及第二步进电机上的输出端固定有蜗轮；

所述第一废气回流管朝向第一文丘里管内设置，所述第一步进电机的蜗轮与第一废气回流管上的蜗杆配合以驱动第一废气回流管朝向或背离第一文丘里管内移动，从而改变第一废气回流管的排气端所在的第一文丘里管的流通截面；

所述第二废气回流管朝向第二文丘里管设置，所述第二步进电机的蜗轮与第二废气回流管上的蜗杆配合以驱动第二废气回流管朝向或背离第二文丘里管内移动，从而改变第二废气回流管的排气端所在的第二文丘里管的流通截面；

所述第一文丘里管与第二文丘里管还联通有空气进入管。

进一步的，所述第一文丘里管的最大流通面积与第一文丘里管的最小流通截面积相同。

进一步的，所述废气回流主流道内设置有中冷器。

进一步的，第一进气管、第一进气管、空气进入管、废气回流主流道内设置有二氧化碳浓度传感器。

进一步的，所述第一废气回流管、第二废气回流管、第一进气管、第一进气管内设置有电子控制阀。

进一步的，所述第一废气回流管的排气端所在的第一文丘里管同轴设置，所述第二废气回流管与第二文丘里管同轴设置。

本发明还包括一种一种基于蜗轮蜗杆驱动可变文丘里管的egr率控制方法，包括利用如上所述的一种基于蜗轮蜗杆驱动可变文丘里管的egr率控制装置，包括以下步骤：

先接通电源，使得进气端二氧化碳浓度传感器、排气端二氧化碳浓度传感器预热，打开中央控制单元ecu，打开二氧化碳浓度传感器、排气端二氧化碳浓度传感器，接通中冷器，第一步进电机及第二步进电机接通电源，待一切电子系统稳定后，打开柴油机的点火开关;电子控制单元ecu可通过柴油机的曲轴转速的信号拆机以及节气门开度信号的采集，就能判断出当前柴油机所处的工况，通过进气端二氧化碳浓度传感器和排气端二氧化碳浓度传感器的测定值传递给ecu，判断当前柴油机的egr率，此时ecu将传递进来的信号与内部存储的map图做出比较，从而输出相应的电信号控制第一步进电机及第二步进电机的正反转，从而改变第一文丘里管和第二文丘里管的通路截面，达到符合当前工况的最佳egr率；

上述控制过程中，若当前工况为刚启动或低速工况时，此时柴油机的进气量较少，燃烧过程比较缓和，缸内燃烧温度较适中，排气中nox的量较少，此时应当关闭egr的回流，保证高内气体的正常燃烧，此时第三电子控制阀和第四电子控制阀关闭，第一电子控制阀和第二电子控制阀开启保证足量的空气进入柴油机的气缸内燃烧；

若当前为中等负荷工况时，此时缸内燃气燃烧较剧烈，排气中的nox量相对较高，此时第三电子控制阀开启，第四电子控制阀关闭，第二电子控制阀关闭，第一电子控制阀开启，废气从第一废气回流管流入低egr率梯度且管道流通截面积较小的第一文丘里管内，当前工况egr率较标准时低时，第一步进电动机驱动蜗轮蜗杆机构带动第一废气回流管向第一文丘里管内运动，则第一文丘里管内管道横截面积减少该处压强降低，使得废气回流压差增大，废气回流量增大，egr率增大；

当前工况的egr率较标准时高时，第一步进电动机反转驱动蜗轮蜗杆机构带动第一废气回流管向背离第一文丘里管的方向运动，使第一文丘里管管道横截面积增大该处压强增大，使得废气回流压差降低，废气回流量降低，egr率减少；

若当前为高负荷工况或全负荷工况时，此时缸内燃气燃烧剧烈程度达到最大，排气中的nox量达到最大值，此时三电子控制阀关闭，第四电子控制阀开启，第二电子控制阀开启，第一电子控制阀关闭，废气从第二废气回流管流入高egr率梯度且管道流通截面积较大的第二文丘里管，此时由于高工况下，应加大其进气量，因此大口径的第二文丘里管的流量也增大；若当前的egr率较标准的低时，因提高egr率达到排放的最佳，故应驱动第二步进电动机转动，使得第二废气回流管向第二文丘里管方向移动，增大废气回流压差，达到增大egr率的效果；若当前的egr率较标准的高时，ecu驱动第二步进电动机反转，使得第二废气回流管向右移，减小废气回流压差，达到减小egr率的效果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：向柴油机的进气管道加装可变文丘里管，同时用步进电动机驱动蜗轮蜗杆机构使得不同工况下，形成精准的废气回流压差达到精准控制egr率，该技术是改善柴油机性能和减少nox排放的一种有效方法。

此外，本发明实施例中，所述两组文丘里管的流通截面积依次构成不同梯度来满足不同工况下的压力差梯度，形成精准控制。

附图说明

图1为本发明硬件结构示意图。

图2为本发明线路连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的一种基于蜗轮蜗杆驱动可变文丘里管的egr率控制装置是基于现有的带有排气再循环系统的车辆系统，目前的现有的排气再循环系统一般包括包括柴油机10（内燃机）、与柴油机废气输出端联通有用于实现废气回收燃烧的废气回流主流道201及用于驱动涡轮增压工作的的废气回流分流道202，废气回流分流道202主要在于驱动涡轮增压器30同轴实现带动更多的空气进入内燃机空气进入。

本实施例中，所述柴油机进气端连接有第一进气管110及第二进气管120，所述第一进气管110上联通有第一文丘里管111，所述第二进气管120上联通有第二文丘里管121，废气回流主流道130上联通有第一废气回流管131及第二废气回流管132，所述第一废气回流管131及第二废气回流管132上固定连接有蜗杆140；控制装置还包括第一步进电机410及第二步进电机420，第一步进电机及第二步进电机上的输出端固定有蜗轮；

所述第一废气回流管131朝向第一文丘里管111内设置，所述第一步进电机的蜗轮与第一废气回流管上的蜗杆配合以驱动第一废气回流管朝向或背离第一文丘里管内移动，从而改变第一废气回流管的排气端所在的第一文丘里管的流通截面；

所述第二废气回流管朝向第二文丘里管设置，所述第二步进电机的蜗轮与第二废气回流管上的蜗杆配合以驱动第二废气回流管朝向或背离第二文丘里管内移动，从而改变第二废气回流管的排气端所在的第二文丘里管的流通截面；

本发明使用第一步进电机410及第二步进电机420作为能源动力响应速率及速度快，同时用蜗轮蜗杆机构作为传动装置的优点在于能够实现自锁，使得第一废气回流管131及第二废气回流管132不会因为进气干扰其所在第一文丘里管111和第二文丘里管121的轴线位置，一般地，第一废气回流管131及第二废气回流管132分别对应第一文丘里管111和第二文丘里管121同轴设置。

同时第一步进电机410及第二步进电机420也能产生反电动势来抑制蜗轮蜗杆机构的非正常运转，同时由于流通在横截面积逐渐减小的管道中压强会越来越小，反之会越来越大，因此通过改变第一废气回流管131及第二废气回流管132所处第一文丘里管111和第二文丘里管121内的的不同流通截面来产生产生足够压差的废气回流量，从而达到控制不同工况下的egr率使柴油机10的燃烧更加合理，在不改变柴油机10动力性的前提下降低缸内燃烧温度，使得废气中nox的降低，达到排放的减少。

上述第一文丘里管111、第二文丘里管121，结构上由于流通在横截面积逐渐减小的管道中压强会越来越小，反之会越来越大，因此通过改变第一废气回流管131及第二废气回流管132所处第一文丘里管111、第二文丘里管121的不同流通截面来产生产生足够压差的废气回流量。

所述第一文丘里管与第二文丘里管还联通有空气进入管60，第一文丘里管111和第二文丘里管121的并联的空气进入管60内安装有进气端二氧化碳浓度传感器701，第一文丘里管与第二文丘里管的排气端分别设置有第一电子控制阀801和第二电子控制阀802。

一般的为了降低柴油机10排出的废弃热量，废气回流主流道201上装有中冷器203，废气回流主流道201串联有排气端二氧化碳浓度传感器702，第一废气回流管131及第二废气回流管132的进气端出分别连有第三电子控制阀803和第四电子控制阀804。

本实施例中，所述的废气回流主流道201通过三通管路分别将废气经第一废气回流管131及第二废气回流管132排出，三通管第一废气回流管131及第二废气回流管132排出与第一废气回流管131及第二废气回流管132连接处可通过轴承套设结构，使第一废气回流管131及第二废气回流管132伸入三通管的一端能满足移动，同理第一废气回流管131及第二废气回流管132朝向第一文丘里管111和第二文丘里管121的一端伸入空气进入管与空气进入管滑动配合。

本实施例中的二氧化碳浓度传感器可以使用红外二氧化碳传感器。

本实施例中，上述第一文丘里管111的最大流通截面积处等于第二文丘里管121的最小流通截面积处，从而能够实现构成不同梯度的文丘里管的横截面的控制。

利用上述蜗轮蜗杆驱动可变文丘里管的egr控制装置能够实现对egr控制，其控制步骤为：

（1）接通电源，使得进气端二氧化碳浓度传感器701、排气端二氧化碳浓度传感器702预热，打开中央控制单元ecu，打开二氧化碳浓度传感器701、排气端二氧化碳浓度传感器702，接通中冷器203，第一步进电机410及第二步进电机420接通电源，待一切电子系统稳定后，打开柴油机10的点火开关;电子控制单元ecu可通过柴油机10的曲轴转速的信号拆机以及节气门开度信号的采集，就能判断出当前柴油机10所处的工况，通过进气端二氧化碳浓度传感器701和排气端二氧化碳浓度传感器702的测定值传递给ecu，判断当前柴油机10的egr率，此时ecu将传递进来的信号与内部存储的map图,这里的map图是指egr率的map图；即指该测试用的柴油机不同工况下对应的最佳egr率（当前转矩和车速下对应的egr率的三维空间曲线）做出比较，从而输出相应的电信号控制第一步进电机410及第二步进电机420的正反转，从而改变第一文丘里管111和第二文丘里管121的通路截面，达到符合当前工况的最佳egr率。

具体的，上述控制过程中，若当前工况为刚启动或低速工况时，此时柴油机10的进气量较少，燃烧过程比较缓和，缸内燃烧温度较适中，排气中nox的量较少，此时应当关闭egr的回流，保证高内气体的正常燃烧，此时第三电子控制阀803和第四电子控制阀804关闭，第一电子控制阀801和第二电子控制阀802开启保证足量的空气进入柴油机10的气缸内燃烧；

若当前为中等负荷工况时，此时缸内燃气燃烧较剧烈，排气中的nox量相对较高，此时第三电子控制阀803开启，第四电子控制阀804关闭，第二电子控制阀802关闭，第一电子控制阀801开启，废气从第一废气回流管131流入低egr率梯度（管道流通截面积较小）的第一文丘里管111内，当前工况egr率较标准时低时，第一步进电动机410驱动蜗轮蜗杆机构带动第一废气回流管131向第一文丘里管111内运动，则第一文丘里管111内管道横截面积减少该处压强降低，使得废气回流压差增大，废气回流量增大，egr率增大；

当前工况的egr率较标准时高时，第一步进电动机410反转驱动蜗轮蜗杆机构带动第一废气回流管131向背离第一文丘里管111的方向运动，使第一文丘里管111管道横截面积增大该处压强增大，使得废气回流压差降低，废气回流量降低，egr率减少；

若当前为高负荷工况或全负荷工况时，此时缸内燃气燃烧剧烈程度达到最大，排气中的nox量达到最大值，此时三电子控制阀803关闭，第四电子控制阀804开启，第二电子控制阀802开启，第一电子控制阀801关闭，废气从第二废气回流管131流入高egr率梯度（管道流通截面积较大）的第二文丘里管121，此时由于高工况下，应加大其进气量，因此大口径的第二文丘里管121的流量也增大，若当前的egr率较标准的低时，因提高egr率达到排放的最佳，故应驱动第二步进电动机420转动，使得第二废气回流管132向第二文丘里管121方向移动，增大废气回流压差，达到增大egr率的效果；若当前的egr率较标准的高时，ecu驱动第二步进电动机420反转，使得第二废气回流管132向右移，减小废气回流压差，达到减小egr率的效果。

本实施例中汽车发动机负荷工况情况采用现有的车辆车轮转速传感器模块及油门开度传感器模块进行判断。

本发明的有益效果是：

1.该控制方法可以通过电磁阀的开闭选择对实验的管道进行选择，达到不同工况下的流量控制。

2.该控制方法通过步进电动机作为动力源，蜗轮蜗杆机构驱动，能达到瞬态的精准控制，控制效率高速度快等，且能自锁，稳定性和安全性好。

3.本发对于不同工况下采用可变文丘里管对egr率的精准控制，且通过二氧化碳浓度传感器精准反馈当前egr率控制精度高。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。