轻型柴油卡车废气再循环装置的研究

轻型柴油卡车废气再循环装置的研究

废水再循环是控制和降低排放的有效措施之一，特别是降低柴油车的有害排放。在国外，egr技术被广泛应用于车辆管理中[1.4]。国内对汽车排放指标的要求也越来越严,对EGR技术的研究也越来越重视。GB18352.2-2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法Ⅱ》规定轻型柴油卡车排放测试必须在底盘测功机上进行整车循环排放测试。而现阶段作的比较多的是将发动机作台架排放标定试验,但是台架试验的参数匹配,结构改进及总体设计过程比较盲目,无法明确该发动机是否在排放方面适合特定的车型。笔者以整车运行欧Ⅱ排放工况循环,在试验过程中测量不同EGR开度下各种排放物排放值,记录各种排放物在工况排放试验中的分布状况及其成因,从而直接有效地指导综合考虑在降低NOx排放、在标准限度内适度增加CO和HC以及颗粒排放时的EGR开度,最终确定了CC1021ACD轻型柴油卡车在ECE工况中应进行EGR控制的工况点和相应的最佳EGR开度。笔者在CC1021ACD轻型柴油卡车上研究的EGR对其排放和性能的影响,所得出的结论为今后同类型车辆采用EGR系统时确定各工况下的最佳EGR开度提供了依据。1测试系统和试验车辆1.1试验设备及质量试验由长城汽车股份有限公司生产的CC1021ACD轻型柴油卡车按GB18352.2-2001标准要求在底盘测功机上进行。主要试验设备见表1。CC1021ACD轻型柴油卡车,整备质量为1575kg,总质量2400kg。所装备发动机主要参数见表2。1.2位置传感器的egr控制系统由于废气再循环过程是把高温废气引入进气系统,因此对流入的废气量进行直接控制,要求其执行机构有耐高温、不易氧化等特点。特别是采用电子控制,因废气温度高,用电器装置直接控制比较困难,所以采用间接控制的方法。图1所示为GW2.8TDI发动机所采用的带EGR阀位置传感器的EGR控制系统结构简图。图1中的位置传感器的功用是检测EGR阀的开度位置,并利用电位计将其位置转变为相应的电压信号,反馈给ECU,作为控制EGR开度的参考信号。在这种控制的系统中,可根据发动机的转速和负荷(油门),预先设定阀的升程位置,通过改变通/断电磁阀的工作状态,控制膜片室的负压。EGR电控系统利用转速传感器和油门开度传感器采集发动机转速信号和油门开度信号送入EGR电控单元。EGR电控单元内有EGRMAP图,当发动机工作时,EGR电控单元可根据发动机的瞬时工作工况,从MAP图读取数据,将信号输出至真空调节器,从而达到真空调节器控制EGR阀开启的目的(控制废气循环量)。废气循环量的大小是由进气管中的负压程度所决定。图2为一个ECEEUC+EUDC循环(595s)的车速、发动机转速、油门开度及其EGR开度的反馈曲线。2egr加速阶段排放超标,燃烧恶化图3(a)为第一次试验NOx,CO的瞬态结果,此时EGR不工作(原排放)测试结果NOx为2.109g/km,超标很多,CO为0.539g/km比排放标准限值小很多,所有排放物质都没有突起的峰值。图3(b)为第一次EGR调整后的排放瞬态结果。此时主要目的是削减100km/h以下的稳定车速时的NOx排放量,主要是调整等速工况时的EGRMAP。结果NOx排放量有所减少,但是在局部特别是EUC工况的前两循环的加速阶段CO出现许多峰值点,为1.562g/km,排放超标,燃烧恶化比较严重。说明汽车在暖机时冷却水温和进气温度较低或发动机怠速或小负荷运转时,油气混合气在气缸内各处扩散不均匀,燃烧不稳定,CO的生成量很多,使用EGR使燃烧不稳定甚至导致缺火,需要切断废气再循环。当发动机水温低于20℃时,电子控制单元使电磁阀处于关闭状态,不进行废气再循环。随着冷却水温度的升高,逐渐增加废气再循环量。第三次试验减少EUC工况循环加速阶段EGR开度,适当加大EUDC循环EGR开度。图3(c)为第二次EGR调整后的排放瞬态结果。由图3(c)可知,NOx排放量继续减少,EUC工况燃烧恶化点明显减少,CO排放量减少;但是EUDC循环阶段燃烧恶化区间有所增加,CO出现较多峰值点;而所有CO峰值点都是在加速过程。由此可知新鲜混合气混入废气后,其热值下降,燃烧速度和燃烧温度下降,发动机在全负荷时的最大输出功率会有所下降,为保持汽车的动力性,即使NOx生成量多,也不宜采用EGR。图3(d)为第三次EGR开度调整后的排放瞬态结果,有前面三次试验的基础,此时只是对局部EGRMAP作调整,优化加速阶段的EGR开度,适度加大EUDC循环工况的EGR开度。此时,CO排放峰值点很少,所有排放指标都满足标准的要求。图4为4次排放测量结果(5为欧Ⅱ排放标准限值),g/km。3研究的基本标准a.CC1021ACD轻型柴油卡车ECE工况试验结果表明,采用EGR系统可以有效降低内燃机NOx排放,特别是在大负荷时,效果尤为显著。EGR技术是降低汽车,特别是轻型柴油卡车废气中NOx排放的有效措施,可降低NOx48.6%。b.适当使用EGR,轻型柴油卡车的CO瞬态排放会出现大量峰值点,排放量会成倍增加,颗粒物也会有大幅增加,而HC排放量增加不大。c.在综合考虑EGR降低NOx排放、增加CO、HC排放的基础上,结合ECE工况下的瞬时排放曲线,最终确定了CC10