CN1490513A - 柴油机废气再循环净化系统 - Google Patents

Abstract

柴油机废气再循环净化系统由电控单元、EGR阀、冷却器、油门位置传感器、转速传感器、温度传感器、低温氧化净化器组成，电控单元中事先设置了判断EGR开启率的油门位置、转速、水温的标准值。柴油机工作时，由于柴油机吸气时造成的压差使排出的废气进入冷却器冷却，到达EGR阀，油门位置传感器、转速传感器、温度传感器检测到的动态信号输给电控单元，经电控单元的计算并与标准值比较，判断柴油机所处的运行状况，并采用相应的控制策略，输出不同开启率的脉冲信号，驱动EGR阀，部分废气进入柴油机进气管再循环，最后废气经低温氧化净化器的净化后排出。

Description

柴油机废气再循环净化系统

所属技术领域

本发明涉及一种柴油机废气净化系统，更具体地说，涉及一种通过采用线性电磁阀精确控制再循环量的汽车柴油机废气再循环净化系统。

背景技术

柴油机由于其良好的经济性和动力性，使其在汽车上被广泛应用，但其有害的排放特别是NOx的排放很严重，对环境和人类健康的危害极大。随着环境保护意识的日益增强，各国对柴油机车排放的主要污染物控制提出了严格的要求，于是出现了以废气再循环(EGR)降低柴油机NOx排放的先进技术。

EGR可降低柴油机中NOx排放的原因是：1、废气中含有大量的CO2、H2O、N2等接近惰性的气体，当这些废气部分回流到进气管后，起到了稀释新鲜进气的作用，使燃烧速率减缓。2、废气中含有的水蒸气和二氧化碳等为三原子分子气体，比热容大，可以有效地降低气缸内燃烧的最高温度。3、废气的稀释作用还可以使氧气的相对浓度下降，从而也能降低NOx的排放。

传统的柴油机EGR会增加微粒排放，并会将微粒物质引入气缸而带来负面影响。未经处理的再循规蹈矩环废气含有油烟，会造成机油污染而降低其润滑效果，进而使发动机部件的磨损加局，再循环废气中硫化物及水分也会引起磨损和腐蚀。此外，还有油耗增加，系统成本增加，系统的耐用性、车载布置等一系列问题，都对EGR的应用产生影响，因此柴油机EGR技术还没有得到广泛的应用。

中国专利(ZL98803026装有一整体泵、一控制阀及一混合器的透平增压器的EGR系统)公开了一种内燃机的废气再循环系统，包括一透平增压器，透平增压器具有一压气机转子，在转子的相反两侧有两组叶片，供充量空气和再循环废气压缩用，充量空气流和再循环废气流在透平增压器内被分隔，一进口和再循环废气的出口蜗壳与透平增压器的中央壳体制成一体，一混合器接收充量空气冷却器下游的充量空气并混合再循环废气，以便输入进气岐管，在发动机排气管岐管和透平增压器EGR进口蜗壳的进口中间的可变阀控制再循环量。这个系统比较复杂，而且没有克服由EGR带来的微粒的增加。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种通过采用线性电磁阀精确控制再循环量的柴油机废气再循环净化系统(EGR系统)，配以低温氧化净化器，达到了对柴油机尾气排放标准的严格要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：柴油机废气再循环净化系统由电控单元、EGR阀、冷却器、油门位置传感器、转速传感器、温度传感器、低温氧化净化器组成，电控单元中事先设置了判断EGR开启率的油门位置、转速、水温的标准值。柴油机工作时，由于柴油机吸气时造成的压差使排出的废气进入冷却器冷却，到达EGR阀，油门位置传感器、转速传感器、温度传感器检测到的动态信号输给电控单元，经电控单元的计算并与标准值比较，判断柴油机所处的运行状况，并采用相应的控制策略，输出不同开启率的脉冲信号，驱动EGR阀，部分废气进入柴油机进气管再循环，最后废气经低温氧化净化器的净化后排出。

各部件的主要作用是：

1、电控单元：存储柴油机正常工作时采集的大量数据，接受各种传感器输送来的信号，通过油门位置、转速、水温数据信号的计算比较，得出柴油机的工作状况，计算出此时柴油机所需输入进气管的废气循环量，达到精确控制废气再循环量。

2、EGR阀：是线性电磁阀，接受电控单元的信号，控制废气进入气缸的量。

3、冷却器：冷却废气温度，使废气进入气缸之前先进行冷却，利于降低NOx的排放。

4、油门位置传感器：测得柴油机油门位置信号，并将其输给电控单元。

5、转速传感器：测得柴油机转速信号，并将其输给电控单元。

6、温度传感器：测得柴油机水温信号，并将其输给电控单元。

7、低温氧化净化器：再次净化，降低CO、HC、NOx和PT等有害物。

为了充分获得NOx的净化效果，EGR的控制策略必须能跟踪柴油机的工况变化，对EGR率进行高精度控制，在柴油机、EGR装置长时间使用，老化磨损后，还能自动修正控制参数。因此，按照以下策略控制EGR率：

1、柴油机在起动、暖机过程中，冷却水温度较低，NOx排放较少，不使用废气再循环，电控单元采集冷却水温度传感器信号，如果温度小于设定温度，判断柴油机处于冷态，关闭EGR阀。

2、怠速时为保证正常燃烧，关闭EGR阀。

3、柴油机处于部分负荷，并且水温正常时，按照实验所获得转速一油门位置一EGR阀开启率三维脉谱图，在柴油机不同转速、不同负荷时，输出最佳EGR阀开启率。

4、柴油机处于非稳态工况时，对EGR的控制要进行相应的被偿和适应，以保证最大的净化效果。

5、柴油机处于全负荷时，为保证柴油机的动力性，关闭EGR。

本发明的有益效果是：可以大降低柴油机废气排放中对人类及环境有害的成分，据检测，对CO、HC、NOx、PT的净化率分别达到了54.4％、52.7％、68.8％、30.0％。

附图说明

图1是本发明的基本结构示意图。

图2是本发明中EGR系统控制硬件结构框图。

图3是本发明中EGR系统控制软件结构框图。

图4是本发明中EGR线性电磁阀结构示意图。

图5是本发明中EGR线性电磁阀阀门的结构图。

图6是本发明中EGR线性电磁阀的衔铁的剖视图。

图7是图6的俯视图。

图8是本发明中EGR线性电磁阀弹簧座的剖视图。

图9是图8的俯视图。

图10是本发明中低温氧化净化器的结构示意图。

具体实施方式

在图1所示的本发明的基本结构示意图中，在柴油机1的排气管2和进气管3间设置一EGR支管4，EGR支管4中设置有冷却器5和EGR阀6，排气管2上还设置有低温氧化净化器7。工作时，由于进气管2的吸气，EGR支管4产生真空，使废气的一部分进入EGR支管，通过冷却器5到达EGR阀6的进气口8，电控单元9对EGR阀4进行精确控制，输出最佳的EGR开启率，使部分废气通过EGR阀4，进入柴油机1的进气管3，实现废气再循环。EGR阀6的开启率越大，则通过EGR阀6进入柴油机1的进气管3的废气越多。

电控单元9是这样对EGR阀4进行精确控制的：柴油机1在起动、暖机过程中，温度传感器10测得柴油机1水温低于53度左右，电控单元9进行比较后给出关闭信号，EGR阀6关闭，废气不进行再循环；在柴油机1怠速时，电控单元9对油门位置信号、转速信号、水温信号进行比较后给出关闭信号，EGR阀6关闭，废气不进行再循环；在柴油机1处于部分负荷时，油门位置传感器11、转速传感器12、温度传感器10分别检测到柴油机的油门位置、转速、水温信号，电控单元9将这些数据进行综合计算，再与事先设定的三维脉普图进行比较，根据比较结果向EGR阀6发出指令，EGR阀6执行指令，实现最佳开启率；在柴油机1处于非稳态工况时，根据事先制定出的柴油机三维脉普图，电控单元自动地对EGR阀6进行相应的补偿；在柴油机1处于全负荷工况时，根据事先制定出的柴油机三维脉普图，电控单元9对油门位置信号、转速信号、水温信号进行比较后给出关闭信号，EGR阀关闭。

柴油机1在全负荷时，EGR阀6关闭，是据于这样的原因：第一，汽车在城市中使用不到此工况，排放法规主要争对城市；第二，郊区才需要此工况，此时汽车需要强劲的动力，而EGR系统会影响动力性(3％-5％)和经济性；第三，我国实行等同于欧洲的排放法规，整车有十五个工况，只有一个工况是全负荷，其余十四个工况使用EGR系统均能有效地降低排放中的NOx、CO、HC、PT。

电控单元9中用于比较判定的数据是事先通过实验获得的，在柴油机1各不同的工况下，通过油门位置传感器11、转速传感器12、温度传感器10分别测定柴油机1的油门位置、转速、水温信号，再自动调节EGR阀6的开启率，开启率从大变化到最小，分别测试NOx、CO、HC和PT的值，以及动力性、油耗等指标，综合考虑，在每个负荷和转速下，确定最佳的EGR阀6开启率，制成转速-油门位置-EGR阀开启率三维脉谱图，并将这些数据存入电控单元9内，作为工作时的比较判定依据。

图2是本发明中EGR系统控制硬件结构框图，EGR系统控制是这样实现的：

油门位置传感器和水温传感器的信号通过限幅电路，经高阻输入电路、滤波电路、隔离放大电路，输入微控制器；

转速传感器信号通过保护电路，经高阻输入电路、整形电路、光电隔离电路，输入微控制器；

微控制器的信号通过一驱动电路，实现EGR阀的开启或关闭。

图3是本发明中EGR系统控制软件结构框图，图中表明，电控单元通过采集各传感器信号，判断柴油机的工况，再与事先设定的三维脉普图进行比较；根据比较结果对EGR阀6进行精确控制，在怠速、大负荷、水温过低时关闭DGR阀6；在非稳态工况(瞬态工况)时对EGR阀进行瞬态补偿。

在图4所示的EGR线性电磁阀(EGR阀6)结构示意图中，阀由阀体6-1、阀座6-2、阀门6-4、联接装置6-5、衔铁6-6、压紧装置6-3组成，联接装置6-5将阀体6-1与阀座6-2联接在一起。

在图4中，线圈6-1-1由上盖板6-1-3和下盖板6-1-7夹紧，连接片6-1-4固定在上盖板6-1-3中，上盖板6-1-3上还有弹簧座6-1-5，隔套6-1-6将线圈6-1-1与衔铁6-6隔开，在上盖板6-1-3和弹簧座6-1-5的相应位置各有两个孔供线圈6-1-1的引出线窜出，罩壳6-1-2将上述各件包裸在一起组成阀体6-6-1；设置在弹簧座6-1-5中的弹簧6-3-2与窜过连接片6-1-4的推杆6-3-1及套在阀门6-4一端上的垫圈6-3-3组成压紧装置3；导向套6-2-2安装在阀座体6-2-1上，螺钉6-2-5及垫圈6-2-6通过石棉垫6-2-4、阀座盖6-2-3将导向套6-2-2压紧在阀座体6-2-1上，组成阀座6-2；阀门6-4的杆体串过导向套6-2-2，其上端串过衔铁6-6，与套在其上的垫圈6-3-3铆合固定；衔铁6-6安装在隔套6-1-6内，上下端分别由阀门6-4和垫圈6-2-6定位；阀体6-1与阀座6-2由定位套6-5-1和螺钉6-5-2组成的联接装置6-5联接成一体。

工作中，循环废气进入进气口6-2-7，线圈6-1-1得电时，由于磁场的作用使衔铁6-6上升，带动阀门6-4开启，废气通过阀口6-2-8；线圈6-1-1失电时，由于弹簧6-3-2的作用，压紧装置6-3使阀门6-4下降并关闭，废气不能通过阀口6-2-8。

在图5中，阀门6-4的阀门背6-4-1做成锥形，减小了循环废气对阀门6-4的垂向压力，使阀门6-4的开启力大大减小；阀门6-4的上端6-4-2与垫圈6-3-3可以是铆合固定，也可以是螺纹固定。

在图6和图7中，衔铁6-6的两端各做一凹坑6-6-1，凹坑6-6-1底部有窜孔6-6-2，窜孔6-6-2可以是一到五个，用于衔铁6-6上下运动时的空气流通。

在图8和图9中，弹簧座6-1-5上有两孔6-1-5-1用于线圈6-1-1引出线的窜出，也可以在弹簧座6-1-5的相应位置做一凹坑6-1-5-2用于安装引出线接线座。

在图10所示的低温氧化净化器示意图中，低温氧化净化器7内安装有均匀地喷涂有氧化催化剂的钢丝网圈绕、层迭成的与净化器内筒7-1相配的催化转化装置7-2，钢丝网材料是直径为0.1-2毫米的OCr18Ni19钢丝，其上用等离子喷涂有铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)等氧化催化剂，催化转化装置7-2由夹紧装置7-3固定，夹紧装置7-3可以是人字形的，也可以是十字形或其它形状，与净化器内筒7-1焊接固定。

Claims (10)

1.柴油机废气再循环净化系统，由电控单元(9)、EGR阀(6)、冷却器(5)、油门位置传感器(11)、转速传感器(12)、温度传感器(10)、低温氧化净化器(7)组成，电控单元(9)中事先设置了判断EGR开启率的油门位置、转速、水温的标准值，其特征在于：柴油机(1)工作时电控单元(9)将由油门位置传感器(11)、转速传感器(12)、温度传感器(10)检测到的动态信号与预存在其中的标准值进行比较，确定EGR阀(6)的开启率，EGR阀(6)根据电控单元(9)的信号动作。

2.根据权利要求1所述的柴油机废气再循环净化系统，其特征在于：柴油机(1)在起动、暖机过程中，关闭EGR阀(6)。

3.根据权利要求1所述的柴油机废气再循环净化系统，其特征在于：柴油机(1)在怠速时，关闭EGR阀(6)。

4.根据权利要求1所述的柴油机废气再循环净化系统，其特征在于：柴油机(1)处于全负荷时，关闭EGR阀(6)。

5.根据权利要求1所述的柴油机废气再循环净化系统，其特征在于：系统的控制路线是油门位置传感器(11)和水温传感器(10)的信号通过限幅电路，经高阻输入电路、滤波电路、隔离放大电路，输入微控制器；转速传感器(12)信号通过保护电路，经高阻输入电路、整形电路、光电隔离电路，输入微控制器；微控制器的信号通过一驱动电路，实现EGR阀(6)的开启或关闭。

6.根据权利要求1所述的柴油机废气再循环净化系统，其特征在于：EGR阀(6)由阀体(6-1)、阀座(6-2)、阀门(6-4)、联播装置(6-5)、衔铁(6-6)、压紧装置(6-3)组成，联接装置(6-5)将阀体(6-1)与阀座(6-2)联接在一起。

7.根据权利要求1和6所述的用于柴油机废气循环的线性电控阀，其特征在于：阀门(6-4)的阀门背(6-4-1)做成锥形，阀门(6-4)的上端(6-4-2)与垫圈(6-3-3)可以是铆合固定，也可以是螺纹固定。

8.根据权利要求1和6所述的用于柴油机废气循环的线性电控阀，其特征在于：衔铁(6-6)的两端各有一凹坑(6-6-1)，凹坑(6-6-1)底部有窜孔(6-6-2)，窜孔(6-6-2)可以是一到五个

9.根据权利要求1和6所述的用于柴油机废气循环的线性电控阀，其特征在于：阀体(6-1)的弹簧座(6-1-5)上有两孔(6-1-5-1)，在弹簧座(6-1-5)的相应位置有一凹坑(6-1-5-2)。

10.根据权利要求1所述的柴油机废气再循环净化系统，其特征在于：所述的低温氧化净化器(7)中的催化转化装置(7-2)由钢丝网圈绕、层迭而成，钢丝网材料是直径为0.1-2毫米的OCr18Ni19钢丝，其上用等离子喷涂有铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)等氧化催化剂，所述的夹紧装置(7-3)可以是人字形的，也可以是十字形或其它形状。

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