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1、2009.1,学习情境5：电控辅助系统检修,项目5.1：电控EGR系统检修,2009.1,1.EGR系统设置的目的 柴油机与汽油机一样也有大量的NOx生成。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NOx的生成。 柴油机NOx生成的原因是: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NOx。不过随着柴油机负荷的降低，NOx的排放迅速减小。,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,2009.1,1.EGR系统设置的目的 在汽油机上降低
2、NOx，最主要的方法是通过废气再循环 (EGR)，而柴油机也可以通过废弃再循环（EGR）来降低NOx排放。废气再循环 (EGR)为什么能降低NOx呢?因为NOx的生成条件是高温富氧，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NOx的生成。,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,2009.1,根据废气进人气缸是否通过发动机的迸气系统，EGR系统可分为内部EGR系统和外部EGR系统。内部EGR系统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，
3、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NOx的生成。因此内部EGR对NOx的抑制效果并不显著。但是随着控制技术的不断提高,内部EGR因其简单、便利，日益受到青睬。,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,2009.1,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
4、是外部EGR系统。,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,2009.1,2.增压柴油机EGR的实现 自然吸气柴油机所用的EGR系统与汽油机类似。由于进排气之间有足够的压力差，EGR的控制比较容易。在现代增压柴油机中，由于涡轮增压器效率的提高，增压器后的进气压力(增压压力)，在很多工况下会高于增压器前的排气压力，造成EGR的困难，至少不会获得是够高的EGR率。为此可采用下列措施: l)如图1a所示，在EGR阀5前，加一个排气脉冲阀6, 利用排气脉冲加大EGR量。 2）用节流阀7对进气进行节流 (见图1b)，可降低柴油机前的进气压力，可使EGR率大为提高。但显然会增加柴油机的泵气损失，有损燃油
5、经济性。,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,2009.1,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,图1增压中冷柴油机的EGR系统,l.电控单元， 2.中冷器， 3.柴油机， 4.涡轮增压器， 5.EGR阀， 6.排气脉冲阀，7.进气节流阀。,2009.1,3）在进气系统中，装一个文丘里管8(见图lc)，可以提高EGR的有效压差，从而扩大EGR率的可调范围。由于艾丘里管喉口的压降，在喉口下游可得到部分的恢复，压力损失可以减小，调节文丘里管的旁通阀9，可改变EGR的有效压差。 4)用专门的EGR泵11(见图1d)强制进行EGR，当然具有最大的灵活性。但由于EGR泵的流里要求很大，机械驱动
6、泵显然过于庞大昂贵。如图上所示涡轮增压器驱动个外加的EGR泵11是一个实用方案。,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,2009.1,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,图1增压中冷柴油机的EGR系统,l.电控单元， 2.中冷器， 3.柴油机， 4.涡轮增压器，5.EGR阀， 6.排气脉冲阀，7.进气节流阀，8.文丘里管，9.文丘里管旁通阀， 10.EGR冷却器,11.EGR泵,2009.1,5)用可变喷嘴增压器VNT（Variable Nozzle Turbocharger）是实现增压柴油机有效EGR的一个新途径。用普通涡轮增压器，实现足够的EGR往往有困难，有试验结宋已表明：用普
7、通的涡轮增压器时，只能在部分负荷下获得0.1左右的EGR率；用可变喷嘴涡轮增压器时，柴油机大负荷时，可以通过减小涡轮喷嘴流通面积来提高排气压力，进而增大大负荷领域的EGR率。,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,2009.1,3.废气再循环排气的冷却 试验证明，把再循环的排气加以冷却，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。 冷EGR系统布置如图1c、图1d所示。EGR冷却器10可以用柴油机的冷却水冷却，但是冷却温降有限，最好是用空气直接冷却。现已成功投产的EGR冷却器，可在不同工况下，使EGR温度下降50-150，使NOx下降1
8、0%左右。 华泰D4EA共轨柴油机采用了空冷电控EGR系统如图2所示，华泰RA420共轨柴油机采用了水冷电控EGR系统如图3所示。,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,2009.1,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,图2 华泰D4EA共轨柴油机采用了空冷电控EGR系统,2009.1,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,图3 华泰RA420共轨柴油机采用了水冷电控EGR系统,2009.1,4.柴油机EGR的控制 （1)控制方式 柴油机的EGR控制比较复杂，尤其是增压柴油机，一般郡采用电子控制。其控制方式可以是开环控制，也可以是闭环控制。 1)开环控制。开环控制一般基于脉谱（M
9、PA）的控制，即通过实验确定典型工况下，达到排放要求的最佳EGR率。这种方法控制简单，目前应用较为普遍。但其准确性依赖于各种工况下MPA图的精确制取，同时动态响应慢。较典型的开环控制为对混合气的成分加以考虑，根据不同转速、负荷条件，由进气和排气中的氧气浓度来确定最优的EGR率。,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,2009.1,例如在图1中，电控单元1根据柴油机转速、负荷，以及进气和排气中的氧气浓度、温度等传感器的输入信号，按标定的EGR脉谱对EGR阀5、节流阀7、旁通阀9等执行机构进行控制。EGR阀5可以是一个真空阀。电控单元1通过对一个独立真空源产生的真空度加以调制，来控制真空阀的开
10、度。EGR阀也可以是一个电磁阀，可由电控单元通过PWM信号直接控制。,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,2009.1,2）闭环控制。闭环控制可以选择基于排气背压的闭环控制，也可选择基于排气氧气传感器的闭环控制。基于排气氧气传感器的闭环控制，选取对发动机性能影响最大的两个参数进气中的氧气浓度和排气中的氧气浓度加以考虑。基于过量空气系数的EGR控制，是通过过量空气系数来间接测量NOx的排放量，其受EGR率的影响大，可作为EGR闭环控制的反馈信号。闭环控制可以实时根据工况的变化自动调整EGR量，使EGR达到最佳。因此它比开环控制的效果更好，但其结构也较为复杂。,一、废气再循环 (EGR) 系
11、统工作原理,2009.1,（2)控制时间 汽油发动机在发动机中小负荷时将一定量的废气引人燃烧室参与燃烧，怠速、全负荷时不起作用。柴油发动机在发动饥怠速、中小负荷时将一定量的废气引人燃烧室参与燃烧，全负荷时不起作用。,一、废气再循环 (EGR) 系统工作原理,2009.1,（1）废气再循环电磁阀与机械阀分开，如图4所示。,二、以一汽大众轿车为例，其柴油机EGR系统的结构主要分两类：,图4 EGR与机械阀分开,1.发动机控制单元 2.废气再循环阀 3.废气再循环阀（机械） 4.空气流量计 5.废气净化装置,2009.1,（2）废气再循环电磁阀与机械阀合二为一，直接由发动机ECU控制，如图5所示。,
12、图5 EGR与机械阀合并,二、以一汽大众轿车为例，其柴油机EGR系统的结构主要分两类：,1.发动机控制单元 2.废气再循环阀 3.废气再循环阀（机械） 4.空气流量计 5.废气净化装置,2009.1,GW2.8TC型共轨柴油机采用了带中冷（水冷却）的废气再循环（EGR）技术，其近排气系统如图6所示，其系统组成如图7所示。,二、以一汽大众轿车为例，其柴油机EGR系统的结构主要分两类：,图6 GW2.8TC型柴油机的进、排气系统,1.空气流量计 2.废气蜗轮增压器 3.排气歧管 4.EGR冷却器 5.EGR阀及真空 执行器 6.进气歧管 7.进气连接软管,2009.1,二、以一汽大众轿车为例，其柴
13、油机EGR系统的结构主要分两类：,图7 GW2.8TC型柴油机EGR系统,（a）EGR系统构成简图,2009.1,图7 GW2.8TC型柴油机EGR系统,二、以一汽大众轿车为例，其柴油机EGR系统的结构主要分两类：,（b）EGR阀总成,2009.1,说明：该车EGR阀处带EGR阀开度传感器，能过实现对EGR率的闭环控制。水冷式电控EGR系统如图8所示。,二、以一汽大众轿车为例，其柴油机EGR系统的结构主要分两类：,图8 水冷式电控EGR系统组成示意图,2009.1,2.电机直接驱动的EGR电磁阀 图9所示是一种电机直接驱动的EGR控制阀。它是一种线性EGR控制阀，是由PWM信号控制的比例电磁阀
14、。工作时，电控单元根据运行工况决定EGR量，再根据事先标定情况，决定PCM信号脉宽，就可以控制EGR量。这种阀通常还装有阀口开度传感器，将阀口的实际开度反馈给电控单元，实现对阀口开度的闭环控制，从而实现对EGR量的精确控制。因此其EGR量的控制精度比真空阀高，而且响应速度比真空阀高得多。目前这种电磁阀的应用越来越多。由于这种阀接近高温气体，工作环境差，对其可靠性提出更高的要求。,二、以一汽大众轿车为例，其柴油机EGR系统的结构主要分两类：,2009.1,图9 线性EGR控制阀,二、以一汽大众轿车为例，其柴油机EGR系统的结构主要分两类：,1.电枢； 2.阀口开度位置传感器； 3.线圈； 4.阀
15、芯； 5.进气孔； 6.出气孔,2009.1,1.EGR系统废气再循环阀 EGR系统废气再循环阀控制示意见图10所示。,三、一汽大众柴油轿车EGR系统,图10 EGR系统废气再循环阀控制示意图,QLM-空气流量； A真空； B大气压力; C-来自海拔传感 器的信号。,2009.1,一汽大众柴油轿车EGR系统废气再循环阀电路连接图见图11所示。,三、一汽大众柴油轿车EGR系统,图11 EGR系统废气再循环阀电路连接图,2009.1,2.EGR系统检查 废气再循环控制阀N18（见图12）接收发动机控制单元发出的响应信号，并将其转化为一个脉冲控制信号，来控制再循环阀的动作。如果N18出现了故障，则废
16、气在循环系统停止工作。发动机控制单元可以监测相应的故障信息。 废气再循环阀是机械阀，如果出现故障，无故障记忆，只能通过常规方法检验。,图12 真空泵检测废气再循环阀（机械）,三、一汽大众柴油轿车EGR系统,2009.1,（1）检查废气再循环阀N18； 1）可以通过故障诊断仪在08数据块中读取废气再循环显示值； 2）电磁阀本身电阻标称值：14-20； 3）真空测试仪测试电磁阀真空度，开始时应无真空，电磁阀开始工作后，将有真空产生。 （2）废气再循环机械阀 1）再循环量的检查：51KPa的真空，将出现怠速不稳或熄火； 2）检查机械阀：检查隔膜运动、破损情况及隔膜清洁情况的检查，检查废气再循环孔及真空软管； 3）检查机械阀阀底座，此处容易产生积炭，使再循环通道受阻或泄露，清洗时须更换垫圈并涂锂基润滑脂。,三、一汽大众柴油轿车EGR系统,2009.1,（3）真空检测废气再循环阀（机械） 如图12所示，连接专用工具VAG1390。 2) 操纵真空阀，膜片必须朝真空连接方向移动（用手感觉），将手动真空泵从阀上拔下，必须清晰听到阀关闭的声音（膜片朝向排气管方向）
