涡轮增压柴油机EGR阀对排放的控制及发展趋势

工作在最佳状态。

在EGR系统中，EGR阀作为其核心执行零件，其性能直接影响着发动机的性能。

2.EGR阀的分类及工作原理

根据EGR阀驱动方式的不同，可分为气动EGR阀、直流电机EGR阀、步进电机EGR阀、比例电磁式EGR阀。

2.1 气动EGR阀

气动式EGR阀在工作时主要受控于真空室压力的变化。当真空室真空度增大时，在膜片上产生较大的向上拉力，此时拉力若大于弹簧力，则膜片带动阀门向上运动，阀门打开。阀门打开的大小与真空室内的真空度呈正比关系。

在选择用气动EGR阀时，要考虑排气背压的影响，若排气压力过大，也可能反作用于阀门上，从而推动阀门打开。

2.2 直流电机EGR阀

直流电机EGR阀结构如图2.1所示。通过控制直流电机正反转动经过齿轮传动后带动一曲柄机构，将旋转运动转换为直线运动，从而推动阀门的开关。同时在阀门机构中，装有一旋转位置传感器，实时监测阀门的开度，把信号反馈给ECU， ECU据此查找对应的EGR率MAP并输出与之相应的控制量到控制执行机构[6]。

2.3 步进电机EGR阀

步进电机EGR阀是通过控制步进电机中各项时序，使电机进行正、反转；通过电机内部涡轮涡杆机构，使中心轴向外伸缩，同时推动阀门打开；阀门是通过弹簧的弹力复位的。

2.4 比例电磁铁EGR阀

比例电磁铁EGR阀结构如图2.2所示，采用的是占空比（PWM）驱动，通过改变驱动电流，使电磁铁中产生的推力发生改变，当电磁力大于弹簧力时，阀门被推开，当驱动力为零时，弹簧复位，阀关闭。阀的开度一般会通过位置传感器进行反馈[7]。

从上表可知，三类EGR阀最大区别在于驱动力。因此，一般柴油发动机对EGR率需求较大，且其排气中易积碳，因此为满足其需求（大流量、去积碳），要求阀的驱动力矩大，从而多数选择直流电机类产品；而在汽油机中，一般EGR率较小，且不产生积碳现象，一般多用比例电磁铁EGR阀或步进电机EGR阀。

3. EGR阀对排放的影响

如图3.1所示，为一个EGR在负荷分别为25%、50%、75%、100%时，EGR率对NOx、碳烟（Soot）、油耗（BSFC）的影响。

大负荷时（100%，75%），随着EGR率增加，碳烟和油耗大幅上升，而负荷较低时（<20%），HC增加较快，故一般控制在中等负荷时EGR率最大，而高、低负荷时EGR率逐步减小。

如图3.2所示，为一台轿车柴油机的3D EGR MAP图，由图可知，按照轿车试验工况，在不考虑排放的要求下，低速低负荷时柴油机有较高的EGR率。

4. EGR阀的发展趋势

如图4.1所示，为欧洲排放法规和EGR阀生产示意图，可知，随着排放法规的日益严格，气动EGR阀的占有比例日益减少，直流电机EGR阀成为主要发展趋势。

5.结论

由上述可知，汽车在大负荷时，当EGR率增大时，碳烟的排放和油耗大幅上升；当负荷较低时，HC的排量较高。因此，汽车一般控制在中等负荷时EGR率最高，而高、低负荷时EGR率逐步减小。随着排放法规的日益严格，直流电机EGR阀将成为主要发展趋势。

参考文献

[1] Van Nieuwstadt M J，Kolmanovsky I V，Moraal P E. EGR-VGT control schemes：experimental comparison for a high-speed diesel engine[J].IEEE Control Systems Magazine，2000，（03）：63-79.doi：10.1109/37.845039.

[2] Ock Taeck L，Sato Y，Nozaki S. Development of DME engines for light-duty trucks using a large EGR system[A].New York，USA：IEEE Society，2008.663-667.

[3] 房克信，邓康耀，邬静川. EGR温度对涡轮增压柴油机燃烧和排放的影响[J].农业机械学报，2004，（06）：40-43.doi：10.3969/j.issn.1000-1298.2004.06.012.

[4] 陈友强.田维 涡轮增压柴油机EGR系统设计 [期刊论文] -西华大学学报（自然科学版）2011（6）.

[5] EGR和冷EGR对柴油机燃烧和排放的影响 - 西安交通大学学报 - 2009， 43（9）.

[6] 韦雄.冒晓建.祝轲卿.蒋祖华.梁锋.冯静 满足国V以上排放的轿车柴油机关键技术的研究.

[7] Cui Hongwei. Exhaust gas recirculation control in a spark-ignition LPG engine using neural networks[A].New York，USA：IEEE Society，2006.6332-6335.

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