一種全工況降低柴油機(jī)NOx排放的控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于內(nèi)燃機(jī)排放控制技術(shù)，具體涉及一種通過引入EGR實(shí)現(xiàn)全工況降低柴油機(jī)NOx排放的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，一定質(zhì)量的燃料完全燃燒所需要的空氣質(zhì)量與該燃料質(zhì)量之比稱為理論空燃比。柴油機(jī)的理論空燃比為14.3，空燃比的選擇直接影響混合氣的濃度，并對柴油機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性等性能有很大的影響。由于柴油粘度大，蒸發(fā)性較差，柴油機(jī)總體空燃比要遠(yuǎn)大于理論空燃比。為了提高柴油機(jī)進(jìn)氣充量，促進(jìn)燃燒，進(jìn)氣渦輪增壓得到廣泛應(yīng)用。進(jìn)氣增壓使得在同樣氣缸工作容積的條件下，可以進(jìn)入更多的新鮮空氣，因而可以增加循環(huán)供油量，獲得更大的功率輸出。但在某一工況下保證所需的功率輸出繼續(xù)增大進(jìn)氣量，氧含量升高，富氧燃燒導(dǎo)致缸內(nèi)溫度升高，柴油機(jī)熱負(fù)荷增加，還極易形成高溫富氧環(huán)境使NOx大量生成。
[0003]由于后處理器對排放降低有限，對燃油品質(zhì)要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，基礎(chǔ)設(shè)施不完善，后處理降低NOx成本較高，使廢氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recycle簡稱EGR)系統(tǒng)作為降低NOx排放的方法得到廣泛的應(yīng)用。EGR引入進(jìn)氣管后，缸內(nèi)燃燒發(fā)生了很大的變化，廢氣混入新鮮空氣中，氧含量降低，進(jìn)氣中增加了 H2O、CO2等多原子分子，比熱容增加，缸內(nèi)燃燒速度和最高燃燒溫度降低，從而使NOx排放降低。
[0004]對于目前廣泛采用渦輪增壓的發(fā)動機(jī)，防止廢氣對壓氣機(jī)葉片的磨損腐蝕，多采用高壓EGR，這樣在某些工況會因?yàn)閴翰钚』蜇?fù)壓差，無法實(shí)現(xiàn)大的EGR率或無法引入EGR，在進(jìn)氣管加節(jié)流閥則會增加栗氣損失，減低進(jìn)氣壓力，從而降低功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是針對柴油機(jī)空燃比過大導(dǎo)致NOx排放增多和采用高壓EGR無法實(shí)現(xiàn)大的EGR率的問題，提出一種全工況降低柴油機(jī)NOx排放的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)采用雙EGR回路系統(tǒng)，可以根據(jù)柴油機(jī)的工況以空燃比為控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)大的EGR率以降低柴油機(jī)全工況范圍NOx排放的目的。
[0006]本實(shí)用新型一種全工況降低柴油機(jī)NOx排放的控制系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)、空氣濾清器、與空氣濾清器相連的壓氣機(jī)、與壓氣機(jī)同軸相連的渦輪機(jī)、進(jìn)氣中冷器、通過進(jìn)氣支管連接在發(fā)動機(jī)上的進(jìn)氣總管、通過排氣支管連接在發(fā)動機(jī)上的排氣總管，設(shè)置在渦輪機(jī)出口端的排氣管中蝶閥、B回路中的與渦輪機(jī)出口端的排氣管和空氣濾清器出口端進(jìn)氣管相連的EGR閥1、A回路中的與排氣總管相連的EGR冷卻器、與進(jìn)氣總管相連的EGR閥Π、設(shè)置在排氣總管上的λ傳感器、設(shè)置在發(fā)動機(jī)缸蓋水套上的冷卻液溫度傳感器、設(shè)置在發(fā)動機(jī)曲軸上的高響應(yīng)扭矩傳感器和高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器、設(shè)置在進(jìn)氣總管上的進(jìn)氣管壓力傳感器、設(shè)置在排氣總管上的排氣管壓力傳感器、與λ傳感器通訊的設(shè)有計(jì)算空燃比程序的單片機(jī)及電控單元ECU;所述的空氣濾清器依次通過壓氣機(jī)、進(jìn)氣中冷器與發(fā)動機(jī)上的進(jìn)氣總管管路連通，所述的渦輪機(jī)與發(fā)動機(jī)上的排氣總管管路連通；
[0007]所述的A回路是從渦輪機(jī)前排氣總管引出，經(jīng)EGR冷卻器、EGR閥Π至進(jìn)氣總管；所述的B回路是從渦輪機(jī)后引出，經(jīng)EGR閥I至壓氣機(jī)前，與空氣一同經(jīng)壓縮進(jìn)入進(jìn)氣總管；
[0008]所述的蝶閥設(shè)置在渦輪機(jī)出口端的排氣管中；
[0009]所述的λ傳感器與設(shè)有空燃比計(jì)算程序的單片機(jī)通訊連接，設(shè)有空燃比計(jì)算程序的單片機(jī)與電控單元ECU通訊連接；
[0010]所述的蝶閥、EGR閥I及EGR閥Π與電控單元E⑶控制連接。
[0011 ]所述的高響應(yīng)扭矩傳感器和高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器分別與電控單元ECU通訊連接，用以提供電控單元ECU判斷發(fā)動機(jī)工況的信號；
[0012]所述的冷卻液溫度傳感器與電控單元E⑶通訊連接，用以提供電控單元ECU判斷冷卻液溫度的信號；
[0013]所述的進(jìn)氣管壓力傳感器和排氣管壓力傳感器分別與電控單元ECU通訊連接，用以提供電控單元ECU判斷進(jìn)排氣壓差的信號。
[0014]各工況目標(biāo)空燃比可以根據(jù)NOx排放控制目標(biāo)的實(shí)際需求以及試驗(yàn)標(biāo)定值進(jìn)行設(shè)定，并存入電控單元ECU中。
[0015]本控制系統(tǒng)的工作機(jī)理是:
[0016]通過λ傳感器采集到的過量空氣系數(shù)信號傳入到設(shè)有空燃比計(jì)算程序的單片機(jī)中，單片機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算空燃比并將其傳入到電控單元ECU中。
[0017]電控單元ECU通過高響應(yīng)扭矩傳感器和高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器分別采集的轉(zhuǎn)速和扭矩信號來判斷發(fā)動機(jī)所處工況，通過冷卻液溫度傳感器獲得冷卻液溫度信號，同時(shí)判斷空燃比的目標(biāo)值與瞬時(shí)值的差值和進(jìn)排氣壓差，進(jìn)而通過設(shè)定方案調(diào)整A回路中的EGR閥Π和B回路中的EGR閥I。
[0018]基于上述降低柴油機(jī)全工況NOx排放的控制系統(tǒng)，其控制方法通過下列步驟實(shí)現(xiàn):
[0019]Α、首先根據(jù)NOx控制目標(biāo)的實(shí)際需求以及試驗(yàn)標(biāo)定值，在電控單元ECU中設(shè)置目標(biāo)空燃比；
[0020]Β、λ傳感器實(shí)時(shí)采集過量空氣系數(shù)信號傳入到設(shè)有空燃比計(jì)算程序的單片機(jī)中，單片機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算瞬時(shí)空燃比并將實(shí)際空燃比參數(shù)信號傳給電控單元ECU;同時(shí)，冷卻液溫度傳感器、高響應(yīng)扭矩傳感器、高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器和進(jìn)氣管壓力傳感器實(shí)時(shí)采集冷卻液溫度、扭矩、轉(zhuǎn)速及進(jìn)排氣壓差參數(shù)信號并傳給電控單元ECU;
[0021 ] C、電控單元ECU通過高響應(yīng)扭矩傳感器和高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器分別采集的轉(zhuǎn)速和扭矩信號來快速判斷發(fā)動機(jī)I所處工況；
[0022]D、當(dāng)柴油機(jī)處于起動和熱機(jī)工況時(shí)，執(zhí)行步驟H;
[0023]E、當(dāng)柴油機(jī)處于怠速及負(fù)荷小于10%工況時(shí)，判斷是否冷卻液溫度T〈65°C，若冷卻液溫度未達(dá)到65°C，執(zhí)行步驟H，若冷卻液溫度達(dá)到65°C，執(zhí)行步驟I，使冷卻液溫度維持在65 °C左右；
[0024]F、當(dāng)柴油機(jī)處于10%-90%負(fù)荷工況時(shí)，判斷是否實(shí)際空燃比大于目標(biāo)空燃比，若實(shí)際空燃比大于目標(biāo)空燃比，執(zhí)行步驟I，空燃比下降，直至實(shí)際空燃比與目標(biāo)空燃比差值為零時(shí)，保持此時(shí)蝶閥、EGR閥I和EGR閥Π開度不變;若實(shí)際空燃比小于等于目標(biāo)空燃比，執(zhí)行步驟H;
[0025]G、當(dāng)柴油機(jī)處于負(fù)荷超過90%工況時(shí)，執(zhí)行步驟H;
[0026]H、不引入EGR，A、B回路中的EGR閥Π和EGR閥I均關(guān)閉；
[0027]1、判斷是否排氣管壓力大于進(jìn)氣管壓力，若排氣管壓力大于排進(jìn)氣管壓力時(shí)，從A回路引入EGR，蝶閥全開，B回路上的EGR閥I關(guān)閉，根據(jù)電控單元E⑶指令調(diào)整EGR閥Π開度；若排氣管壓力小于進(jìn)氣管壓力時(shí)，從B回路引入EGR，A回路上的EGR閥Π關(guān)閉，根據(jù)電控單元E⑶指令調(diào)整蝶閥18轉(zhuǎn)動角度和EGR閥I開度。
[0028]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:通過引入EGR改變進(jìn)氣成分從而改變進(jìn)氣氧濃度實(shí)現(xiàn)空燃比的變化;EGR回路采用兩種引入方式，在排氣壓力大于進(jìn)氣壓力的大部分工況，采用渦輪前取排氣送至壓氣機(jī)后(A回路)，在排氣壓力小于進(jìn)氣壓力時(shí)，采用渦輪后取排氣送至壓氣機(jī)前(B回路)；不需要加裝節(jié)流閥，避免栗氣損失降低柴油機(jī)功率，同時(shí)能避免壓氣機(jī)長期處于EGR環(huán)境降低使用壽命;本實(shí)用新型控制精度高，能實(shí)現(xiàn)大的EGR率，能夠控制柴油機(jī)的全工況范圍內(nèi)低的NOx排放。
【附圖說明】
[0029]圖1是本實(shí)用新型全工況降低柴油機(jī)NOx排放的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本實(shí)用新型全工況降低柴油機(jī)NOx排放的控制方法的流程圖。
[0031]圖中，1.發(fā)動機(jī)2.空氣濾清器3.壓氣機(jī)4.渦輪機(jī)5.進(jìn)氣中冷器6.進(jìn)氣總管
7.排氣總管8.λ傳感器9.冷卻液溫度傳感器10.高響應(yīng)扭矩傳感器11.高響應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器12.進(jìn)氣管壓力傳感器13.排氣管壓力傳感器14.設(shè)有計(jì)算空燃比程序的單片機(jī)15.電控單元EC