基于步进电机的柴油机EGR系统开发与试验研究

基于步进电机的柴油机EGR系统开发与试验研究Design and Experimental Research on Diesel Engine EGR Systems Based on Step Actuator

柴油机采用适当的废气再循环（Exhaust Gas Re-circulation，EGR）是降低氮氧化物（NOx）排放的一种非常有效的方法。但是过大的EGR率将会降低热效率，使经济性、动力性下降，而且微粒排放物增加，EGR率过小则降低NOx的效果不明显。所以，随发动机工况的变化控制相应的最佳EGR率，显得尤为重要。随着电子控制技术的发展，电控EGR技术得到广泛的研究和应用，已成为发展趋势。基于这种背景，在硕士论文研究期间进行了基于步进电机的柴油机EGR电控系统的开发与试验研究。
至今，柴油机上采用的EGR控制方式主要有机械式、气电式和电控式三种。机械式EGR系统是通过排气压力和进气压力之差调节EGR阀以控制EGR率，这种方式的EGR率可控制范围较小，而且控制自由度受限制，所以已基本淘汰；气电式系统是通过控制真空管路的通/断或者真空度，来控制EGR阀的开/关，由此控制在循环的废气流量。这种电路虽然比较简单，但是管路只有开/关两种状态，EGR率只取决于所开启的阀门数，所以不能按要求精确控制EGR率。为满足越来越严格的排放法规的要求，需要针对发动机不同工况、条件（冷却水温等）来精确控制EGR率，所以开发出一套可精确控制EGR率的电子控制系统和方法是很有必要的。
所以，针对GW2.8T柴油机，为有效降低NOx排放量，进行了基于步进电机的EGR控制系统的硬、软件设计，包括控制系统与PC机之间的串行通信，并进行了相关试验标定和验证。所设计的EGR控制系统的输入信号由霍尔传感器采集的转速和油门位置信号组成，由此判断发动机的工况，以精确控制对应该工况的最适合得EGR阀开度。在所设计的控制系统中，采用了优化控制MAP图并查询MAP的控制方法。
试验结果表明，所开发设计的系统工作可靠、有效；并在不影响发动机的其它性能指标（烟度排放除外）的前提下，可显著降低NOx排放；为了在大负荷工况下也能有效降低发动机的排放，需要对EGR控制系统和喷射系统等需进行进一步改进和匹配研究。