CN207249987U - 一种发动机排放闭环控制系统实验台架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发动机排放闭环控制系统实验台架，该实验台架包括进气管、发动机排气管、节气门体及节气门位置传感器、气缸、废气再循环回流管、废弃再循环冷却器、EGR阀、线性EGR阀输出电压液晶显示屏、节气门位置传感器输出电压液晶显示屏以及电子控制单元ECU。该实验台结构简单，易于实现，可以在现有的发动机排放实验台架上进行改装，易于广泛推广。

Description

一种发动机排放闭环控制系统实验台架

技术领域

本实用新型涉及一种发动机实验台架，具体地说，涉及一种发动机排放闭环控制系统实验台架。

背景技术

为了满足《环境保护法》法规的要求，仅仅依靠发动机本体的技术措施已经不能满足《环境保护法》对排放指标的要求，在研究和探索中，多种技术的综合协调为实现这一目标提供了可行性。

发动机实验台架关于废气再循环系统的设计是为降低NOX排放量，是一种间接降低有害物排放的措施。在大多数的实验环节中，对直接排放的影响较容易测得，例如尾气分析仪，氧传感器与三元催化转换器等装置，对于间接影响有害物排放的措施测试方法欠缺。目前主要的发动机排放实验台架重在演示废气再循环系统的结构及工作过程，EGR率的运算理论上能够量化，实际上做实验演示时难以量化，学生在学习过程中没有直观感受。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种发动机排放闭环控制系统实验台架，可以为学生提供直观的测试数据，帮助学生在学习过程中掌握其工作原理，绘制其工作特性曲线，该实验台结构简单，易于实现，可以在现有的发动机排放实验台架上进行改装，易于广泛推广。

其具体技术方案为：

一种发动机排放闭环控制系统实验台架，包括进气管2、排气管4、节气门体及节气门位置传感器3、气缸1、废气再循环回流管5、废气再循环冷却器6、EGR阀7、线性EGR阀输出电压液晶显示屏10、节气门位置传感器输出电压液晶显示屏11以及电子控制单元ECU12，进气管2与气缸1的进气门相连，进气管2流入气缸1的新鲜空气量通过节气门体及节气门位置传感器3控制，节气门体及节气门位置传感器3反映了当前发动机的负荷及节气门开度信息，并通过传感器以电压信号通过节气门位置传感器输出电压连接导线9输送给电子控制单元ECU12，同时该信号以电压形式在节气门位置传感器输出电压液晶显示屏11上显示，电压的大小与节气门开度成正比，排气管4与气缸1的排气门相连，排气管4的功能是将气缸1输出的废气排出并净化，在排气管4上安装有废气再循环装置，包含废气再循环回流管5，其作用是将部分废气引入进气管重新参与燃烧过程，回流的废气通过废气再循环冷却器6冷却后，流过EGR阀7，EGR阀7内有EGR阀位置传感器，能反映EGR阀7的开度，并通过电压信号通过线性EGR阀输出电压连接导线8输送给电子控制单元ECU12，同时该信号以电压形式在线性EGR阀输出电压液晶显示屏10上显示，电压的大小与EGR阀7的开度成正比。

进一步，所述EGR阀7采用线性EGR阀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型可以帮助学生更好地理解和学习发动机排放系统的工作特性，熟悉废气再循环系统对发动机工作性能的影响，台架的搭建较为便捷，可以推广到汽车电控和汽车电器实验室作为实验教学使用。

附图说明

图1为线性电位计工作原理图；

图2为本实用新型发动机排放闭环控制系统实验台架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明。

一种发动机排放闭环控制系统实验台架，包括进气管2、排气管4、节气门体及节气门位置传感器3、气缸1、废气再循环回流管5、废气再循环冷却器6、EGR阀7、线性EGR阀输出电压液晶显示屏10、节气门位置传感器输出电压液晶显示屏11以及电子控制单元ECU12，进气管2与气缸1的进气门相连，进气管2流入气缸1的新鲜空气量通过节气门体及节气门位置传感器3控制，节气门体及节气门位置传感器3反映了当前发动机的负荷及节气门开度信息，并通过传感器以电压信号通过节气门位置传感器输出电压连接导线9输送给电子控制单元ECU12，同时该信号以电压形式在节气门位置传感器输出电压液晶显示屏11上显示，电压的大小与节气门开度成正比，排气管4与气缸1的排气门相连，排气管4的功能是将气缸1输出的废气排出并净化，同时为了进一步降低尾气中NOX的排放量，在排气管4上安装有废气再循环装置，包含废气再循环回流管5，其作用是将部分废气引入进气管重新参与燃烧过程。回流的废气通过废气再循环冷却器6冷却后，流过EGR阀7，EGR阀7内有EGR阀位置传感器，可以反映EGR阀的开度，并通过电压信号通过线性EGR阀输出电压连接导线8输送给电子控制单元ECU12，同时该信号以电压形式在线性EGR阀输出电压液晶显示屏10上显示，电压的大小与EGR阀7的开度成正比。

进一步，所述EGR阀7采用线性EGR阀，其原理为内装有一个由发动机ECU驱动的电磁线圈组，锥形阀位于电枢轴的端头，当电磁线圈通电产生电磁力时，电枢轴带动锥形阀上升，废气由排气管从打开的阀门流入进气歧管。其内装有EGR阀位置传感器，亦即线性电位计，该电位计的电刷随电枢轴运动，改变可变电阻的阻值，从而输出一个可变电压，电压的大小为1～4.5V，且与电枢轴的位移成正比。

进一步，所述电子控制单元ECU12为本系统的电子控制单元，主要功能是为EGR阀以及电子节气门体、线性EGR阀输出电压液晶显示屏10、节气门位置传感器输出电压液晶显示屏11提供基准工作电压，同时控制EGR阀的线性电位计及电子节气门开度，并将采集到的线性电位计输出信号Y1和节气门位置传感器输出信号Y2输出到LCD显示屏。

进一步，所述EGR阀7的开度信息通过线性电位计的电压信号Y1输出到线性EGR阀输出电压液晶显示屏10，其输出电压大小与阀门开度成正比，阀门开度又与参与再循环的废气量成正比，因此该信号可以反映参与废气再循环的废气量；节气门体及节气门位置传感器开度信息通过节气门位置传感器的电压信号Y2输出到节气门位置传感器输出电压液晶显示屏11，其输出电压大小与节气门开度成正比，节气门开度与发动机负荷成正比，负荷与进气量成正比，因此，该信号可以反映当前发动机的进气量。

本系统采集的信号Y1和Y2可以作为当前废气再循环率的计算依据，Y1信号反映了当前的EGR阀开度，Y2反映了当前节气门开度，亦即负荷信号。废气再循环率(EGR率)的计算公式如下所示，其中EGR气体流量是指当前参与循环的废气量，吸入空气量是指当前由空气流量计测量的进入发动机的新鲜空气量。

将其推广到本实验台，其EGR率的计算应为

公式中横截面积1和横截面积2可以近似为EGR阀的开度和节气门开度，假设当前气体流速恒定，可以将公式中的EGR流速与进气流速消去，即公式简化为：

通过本实验台的设计，可以直观地观察当前的负荷信息、EGR阀开度与EGR率的关系，固定Y1，可以通过手动控制负荷的方式得到负荷与EGR率的关系曲线；固定Y2，可以通过手动控制EGR阀开度的方式，得到EGR阀开度与EGR率的关系。

进一步，本试验台架中采集的Y1和Y2信号为电压信号，该信号分别用于反映当前参与再循环的废气量和进入发动机的新鲜空气量，所计算的EGR率为比例关系，并非绝对量关系。通过EGR率的模拟，使学生可以更进一步明确EGR阀中的线性电位计的工作特性和节气门位置传感器的工作特性，同时Y1和Y2信号输送给电子控制单元ECU，ECU通过计算当前的实际EGR率，控制EGR阀开度，使EGR率始终保持在合理范围内，当EGR率发生变化时，由电子控制单元ECU通过脉宽调制技术PWM控制改变当前的EGR阀开度来调整EGR率，达到手动控制与自动控制相结合的效果，可以更加直观地观察EGR率对排放的影响程度。

本实用新型的发动机排放闭环控制系统实验台架的操作方法，包括以下步骤：包括以下步骤：发动机排气管4通过废气再循环回流管5经过废气再循环冷却器6冷却后，由EGR阀7控制参与进气的废气量，EGR阀7为线性EGR阀，通过电子控制单元ECU12采集各传感器信号，采用脉宽调制技术控制其阀门开度，从而控制发动机排放系统的EGR率在合理的范围内。

进一步，系统运行期间，能通过线性EGR阀输出电压液晶显示屏10和节气门位置传感器输出电压液晶显示屏11直观地记录当前的负荷与阀门开度，并绘制EGR率与发动机负荷的曲线图。

进一步，电子控制单元ECU12采集到当前的EGR率信息，根据EGR率的范围要求，操作人员能手动调节EGR阀开度改变当前的EGR率。

参照图1-图2，一种发动机排放闭环控制系统实验台架，包括发动机进气管、排气管、节气门控制单元、EGR阀，进气量的大小亦即负荷的大小，由节气门位置传感器的输出电压显示，并通过显示屏LCD2读取，参与废气再循环的废气量的大小由EGR阀的开度亦即线性电位计的输出电压显示，并通过显示屏LCD1读取，EGR率的计算如公式4所示，实验操作人员可以通过当前的输出电压值计算EGR率，并通过与理论的EGR率比较，手动调节EGR阀的开度，ECU读取的信息存储在RAM当中，通过EGR率的大小实时调整EGR阀的开度，形成闭环控制。上述系统的ECU为该闭环控制系统的ECU，其读取的传感器信号包括节气门位置传感器信号和EGR阀中的线性电位计信号，并通过该信号计算当前的EGR率，当EGR率＞15％时适当减小EGR阀的开度，来减小EGR率。同时，要判断当前的负荷信息，当节气门开度小于20％以及大于70％时，关闭EGR阀，停止废气再循环系统的工作，保证发动机的正常工作。只有在中等负荷情况下打开EGR阀并计算EGR率。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种发动机排放闭环控制系统实验台架，其特征在于，包括进气管(2)、排气管(4)、节气门体及节气门位置传感器(3)、气缸(1)、废气再循环回流管(5)、废气再循环冷却器(6)、EGR阀(7)、线性EGR阀输出电压液晶显示屏(10)、节气门位置传感器输出电压液晶显示屏(11)以及电子控制单元ECU(12)，进气管(2)与气缸(1)的进气门相连，进气管(2)流入气缸(1)的新鲜空气量通过节气门体及节气门位置传感器(3)控制，节气门体及节气门位置传感器(3)反映了当前发动机的负荷及节气门开度信息，并通过传感器以电压信号通过节气门位置传感器输出电压连接导线(9)输送给电子控制单元ECU(12)，同时该信号以电压形式在节气门位置传感器输出电压液晶显示屏(11)上显示，电压的大小与节气门开度成正比，排气管(4)与气缸(1)的排气门相连，排气管(4)的功能是将气缸(1)输出的废气排出并净化，在排气管(4)上安装有废气再循环装置，包含废气再循环回流管(5)，其作用是将部分废气引入进气管重新参与燃烧过程，回流的废气通过废气再循环冷却器(6)冷却后，流过EGR阀(7)，EGR阀(7)内有EGR阀位置传感器，能反映EGR阀(7)的开度，并通过电压信号通过线性EGR阀输出电压连接导线(8)输送给电子控制单元ECU(12)，同时该信号以电压形式在线性EGR阀输出电压液晶显示屏(10)上显示，电压的大小与EGR阀(7)的开度成正比。

2.根据权利要求1所述的发动机排放闭环控制系统实验台架，其特征在于，所述EGR阀(7)采用线性EGR阀。

3.根据权利要求1所述的发动机排放闭环控制系统实验台架，其特征在于，所述ECU为本系统的电子控制单元，主要功能是为EGR阀以及电子节气门体、LCD显示屏提供基准工作电压，同时控制EGR阀的线性电位计及电子节气门开度，并将采集到的线性电位计输出信号Y1和节气门位置传感器输出信号Y2输出到LCD显示屏。