專利名稱：柴油機廢氣再循環凈化系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種柴油機廢氣凈化系統，更具體地說，涉及一種通過采用線性電磁閥精確控制再循環量的汽車柴油機廢氣再循環凈化系統。
背景技術：
柴油機由于其良好的經濟性和動力性，使其在汽車上被廣泛應用，但其有害的排放特別是NOx的排放很嚴重，對環境和人類健康的危害極大。隨著環境保護意識的日益增強，各國對柴油機車排放的主要污染物控制提出了嚴格的要求，于是出現了以廢氣再循環(EGR)降低柴油機NOx排放的先進技術。
EGR可降低柴油機中NOx排放的原因是1、廢氣中含有大量的CO2、H2O、N2等接近惰性的氣體，當這些廢氣部分回流到進氣管后，起到了稀釋新鮮進氣的作用，使燃燒速率減緩。2、廢氣中含有的水蒸氣和二氧化碳等為三原子分子氣體，比熱容大，可以有效地降低氣缸內燃燒的最高溫度。3、廢氣的稀釋作用還可以使氧氣的相對濃度下降，從而也能降低NOx的排放。
傳統的柴油機EGR會增加微粒排放，并會將微粒物質引入氣缸而帶來負面影響。未經處理的再循規蹈矩環廢氣含有油煙，會造成機油污染而降低其潤滑效果，進而使發動機部件的磨損加局，再循環廢氣中硫化物及水分也會引起磨損和腐蝕。此外，還有油耗增加，系統成本增加，系統的耐用性、車載布置等一系列問題，都對EGR的應用產生影響，因此柴油機EGR技術還沒有得到廣泛的應用。
中國專利(ZL98803026裝有一整體泵、一控制閥及一混合器的透平增壓器的EGR系統)公開了一種內燃機的廢氣再循環系統，包括一透平增壓器，透平增壓器具有一壓氣機轉子，在轉子的相反兩側有兩組葉片，供充量空氣和再循環廢氣壓縮用，充量空氣流和再循環廢氣流在透平增壓器內被分隔，一進口和再循環廢氣的出口蝸殼與透平增壓器的中央殼體制成一體，一混合器接收充量空氣冷卻器下游的充量空氣并混合再循環廢氣，以便輸入進氣岐管，在發動機排氣管岐管和透平增壓器EGR進口蝸殼的進口中間的可變閥控制再循環量。這個系統比較復雜，而且沒有克服由EGR帶來的微粒的增加。
發明內容
為了克服上述缺陷，本發明提供了一種通過采用線性電磁閥精確控制再循環量的柴油機廢氣再循環凈化系統(EGR系統)，配以低溫氧化凈化器，達到了對柴油機尾氣排放標準的嚴格要求。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是柴油機廢氣再循環凈化系統由電控單元、EGR閥、冷卻器、油門位置傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器、低溫氧化凈化器組成，電控單元中事先設置了判斷EGR開啟率的油門位置、轉速、水溫的標準值。柴油機工作時，由于柴油機吸氣時造成的壓差使排出的廢氣進入冷卻器冷卻，到達EGR閥，油門位置傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器檢測到的動態信號輸給電控單元，經電控單元的計算并與標準值比較，判斷柴油機所處的運行狀況，并采用相應的控制策略，輸出不同開啟率的脈沖信號，驅動EGR閥，部分廢氣進入柴油機進氣管再循環，最后廢氣經低溫氧化凈化器的凈化后排出。
各部件的主要作用是1、電控單元存儲柴油機正常工作時采集的大量數據，接受各種傳感器輸送來的信號，通過油門位置、轉速、水溫數據信號的計算比較，得出柴油機的工作狀況，計算出此時柴油機所需輸入進氣管的廢氣循環量，達到精確控制廢氣再循環量。
2、EGR閥是線性電磁閥，接受電控單元的信號，控制廢氣進入氣缸的量。
3、冷卻器冷卻廢氣溫度，使廢氣進入氣缸之前先進行冷卻，利于降低NOx的排放。
4、油門位置傳感器測得柴油機油門位置信號，并將其輸給電控單元。
5、轉速傳感器測得柴油機轉速信號，并將其輸給電控單元。
6、溫度傳感器測得柴油機水溫信號，并將其輸給電控單元。
7、低溫氧化凈化器再次凈化，降低CO、HC、NOx和PT等有害物。
為了充分獲得NOx的凈化效果，EGR的控制策略必須能跟蹤柴油機的工況變化，對EGR率進行高精度控制，在柴油機、EGR裝置長時間使用，老化磨損后，還能自動修正控制參數。因此，按照以下策略控制EGR率1、柴油機在起動、暖機過程中，冷卻水溫度較低，NOx排放較少，不使用廢氣再循環，電控單元采集冷卻水溫度傳感器信號，如果溫度小于設定溫度，判斷柴油機處于冷態，關閉EGR閥。
2、怠速時為保證正常燃燒，關閉EGR閥。
3、柴油機處于部分負荷，并且水溫正常時，按照實驗所獲得轉速一油門位置一EGR閥開啟率三維脈譜圖，在柴油機不同轉速、不同負荷時，輸出最佳EGR閥開啟率。
4、柴油機處于非穩態工況時，對EGR的控制要進行相應的被償和適應，以保證最大的凈化效果。
5、柴油機處于全負荷時，為保證柴油機的動力性，關閉EGR。
本發明的有益效果是可以大降低柴油機廢氣排放中對人類及環境有害的成分，據檢測，對CO、HC、NOx、PT的凈化率分別達到了54.4％、52.7％、68.8％、30.0％。
圖1是本發明的基本結構示意圖。
圖2是本發明中EGR系統控制硬件結構框圖。
圖3是本發明中EGR系統控制軟件結構框圖。
圖4是本發明中EGR線性電磁閥結構示意圖。
圖5是本發明中EGR線性電磁閥閥門的結構圖。
圖6是本發明中EGR線性電磁閥的銜鐵的剖視圖。
圖7是圖6的俯視圖。
圖8是本發明中EGR線性電磁閥彈簧座的剖視圖。
圖9是圖8的俯視圖。
圖10是本發明中低溫氧化凈化器的結構示意圖。
具體實施例方式
在圖1所示的本發明的基本結構示意圖中，在柴油機1的排氣管2和進氣管3間設置一EGR支管4，EGR支管4中設置有冷卻器5和EGR閥6，排氣管2上還設置有低溫氧化凈化器7。工作時，由于進氣管2的吸氣，EGR支管4產生真空，使廢氣的一部分進入EGR支管，通過冷卻器5到達EGR閥6的進氣口8，電控單元9對EGR閥4進行精確控制，輸出最佳的EGR開啟率，使部分廢氣通過EGR閥4，進入柴油機1的進氣管3，實現廢氣再循環。EGR閥6的開啟率越大，則通過EGR閥6進入柴油機1的進氣管3的廢氣越多。
電控單元9是這樣對EGR閥4進行精確控制的柴油機1在起動、暖機過程中，溫度傳感器10測得柴油機1水溫低于53度左右，電控單元9進行比較后給出關閉信號，EGR閥6關閉，廢氣不進行再循環；在柴油機1怠速時，電控單元9對油門位置信號、轉速信號、水溫信號進行比較后給出關閉信號，EGR閥6關閉，廢氣不進行再循環；在柴油機1處于部分負荷時，油門位置傳感器11、轉速傳感器12、溫度傳感器10分別檢測到柴油機的油門位置、轉速、水溫信號，電控單元9將這些數據進行綜合計算，再與事先設定的三維脈普圖進行比較，根據比較結果向EGR閥6發出指令，EGR閥6執行指令，實現最佳開啟率；在柴油機1處于非穩態工況時，根據事先制定出的柴油機三維脈普圖，電控單元自動地對EGR閥6進行相應的補償；在柴油機1處于全負荷工況時，根據事先制定出的柴油機三維脈普圖，電控單元9對油門位置信號、轉速信號、水溫信號進行比較后給出關閉信號，EGR閥關閉。
柴油機1在全負荷時，EGR閥6關閉，是據于這樣的原因第一，汽車在城市中使用不到此工況，排放法規主要爭對城市；第二，郊區才需要此工況，此時汽車需要強勁的動力，而EGR系統會影響動力性(3％-5％)和經濟性；第三，我國實行等同于歐洲的排放法規，整車有十五個工況，只有一個工況是全負荷，其余十四個工況使用EGR系統均能有效地降低排放中的NOx、CO、HC、PT。
電控單元9中用于比較判定的數據是事先通過實驗獲得的，在柴油機1各不同的工況下，通過油門位置傳感器11、轉速傳感器12、溫度傳感器10分別測定柴油機1的油門位置、轉速、水溫信號，再自動調節EGR閥6的開啟率，開啟率從大變化到最小，分別測試NOx、CO、HC和PT的值，以及動力性、油耗等指標，綜合考慮，在每個負荷和轉速下，確定最佳的EGR閥6開啟率，制成轉速-油門位置-EGR閥開啟率三維脈譜圖，并將這些數據存入電控單元9內，作為工作時的比較判定依據。
圖2是本發明中EGR系統控制硬件結構框圖，EGR系統控制是這樣實現的油門位置傳感器和水溫傳感器的信號通過限幅電路，經高阻輸入電路、濾波電路、隔離放大電路，輸入微控制器；轉速傳感器信號通過保護電路，經高阻輸入電路、整形電路、光電隔離電路，輸入微控制器；微控制器的信號通過一驅動電路，實現EGR閥的開啟或關閉。
圖3是本發明中EGR系統控制軟件結構框圖，圖中表明，電控單元通過采集各傳感器信號，判斷柴油機的工況，再與事先設定的三維脈普圖進行比較；根據比較結果對EGR閥6進行精確控制，在怠速、大負荷、水溫過低時關閉DGR閥6；在非穩態工況(瞬態工況)時對EGR閥進行瞬態補償。
在圖4所示的EGR線性電磁閥(EGR閥6)結構示意圖中，閥由閥體6-1、閥座6-2、閥門6-4、聯接裝置6-5、銜鐵6-6、壓緊裝置6-3組成，聯接裝置6-5將閥體6-1與閥座6-2聯接在一起。
在圖4中，線圈6-1-1由上蓋板6-1-3和下蓋板6-1-7夾緊，連接片6-1-4固定在上蓋板6-1-3中，上蓋板6-1-3上還有彈簧座6-1-5，隔套6-1-6將線圈6-1-1與銜鐵6-6隔開，在上蓋板6-1-3和彈簧座6-1-5的相應位置各有兩個孔供線圈6-1-1的引出線竄出，罩殼6-1-2將上述各件包裸在一起組成閥體6-6-1；設置在彈簧座6-1-5中的彈簧6-3-2與竄過連接片6-1-4的推桿6-3-1及套在閥門6-4一端上的墊圈6-3-3組成壓緊裝置3；導向套6-2-2安裝在閥座體6-2-1上，螺釘6-2-5及墊圈6-2-6通過石棉墊6-2-4、閥座蓋6-2-3將導向套6-2-2壓緊在閥座體6-2-1上，組成閥座6-2；閥門6-4的桿體串過導向套6-2-2，其上端串過銜鐵6-6，與套在其上的墊圈6-3-3鉚合固定；銜鐵6-6安裝在隔套6-1-6內，上下端分別由閥門6-4和墊圈6-2-6定位；閥體6-1與閥座6-2由定位套6-5-1和螺釘6-5-2組成的聯接裝置6-5聯接成一體。
工作中，循環廢氣進入進氣口6-2-7，線圈6-1-1得電時，由于磁場的作用使銜鐵6-6上升，帶動閥門6-4開啟，廢氣通過閥口6-2-8；線圈6-1-1失電時，由于彈簧6-3-2的作用，壓緊裝置6-3使閥門6-4下降并關閉，廢氣不能通過閥口6-2-8。
在圖5中，閥門6-4的閥門背6-4-1做成錐形，減小了循環廢氣對閥門6-4的垂向壓力，使閥門6-4的開啟力大大減小；閥門6-4的上端6-4-2與墊圈6-3-3可以是鉚合固定，也可以是螺紋固定。
在圖6和圖7中，銜鐵6-6的兩端各做一凹坑6-6-1，凹坑6-6-1底部有竄孔6-6-2，竄孔6-6-2可以是一到五個，用于銜鐵6-6上下運動時的空氣流通。
在圖8和圖9中，彈簧座6-1-5上有兩孔6-1-5-1用于線圈6-1-1引出線的竄出，也可以在彈簧座6-1-5的相應位置做一凹坑6-1-5-2用于安裝引出線接線座。
在圖10所示的低溫氧化凈化器示意圖中，低溫氧化凈化器7內安裝有均勻地噴涂有氧化催化劑的鋼絲網圈繞、層迭成的與凈化器內筒7-1相配的催化轉化裝置7-2，鋼絲網材料是直徑為0.1-2毫米的OCr18Ni19鋼絲，其上用等離子噴涂有鉑(Pt)、銠(Rh)、鈀(Pd)等氧化催化劑，催化轉化裝置7-2由夾緊裝置7-3固定，夾緊裝置7-3可以是人字形的，也可以是十字形或其它形狀，與凈化器內筒7-1焊接固定。
權利要求
1.柴油機廢氣再循環凈化系統，由電控單元(9)、EGR閥(6)、冷卻器(5)、油門位置傳感器(11)、轉速傳感器(12)、溫度傳感器(10)、低溫氧化凈化器(7)組成，電控單元(9)中事先設置了判斷EGR開啟率的油門位置、轉速、水溫的標準值，其特征在于柴油機(1)工作時電控單元(9)將由油門位置傳感器(11)、轉速傳感器(12)、溫度傳感器(10)檢測到的動態信號與預存在其中的標準值進行比較，確定EGR閥(6)的開啟率，EGR閥(6)根據電控單元(9)的信號動作。
2.根據權利要求1所述的柴油機廢氣再循環凈化系統，其特征在于柴油機(1)在起動、暖機過程中，關閉EGR閥(6)。
3.根據權利要求1所述的柴油機廢氣再循環凈化系統，其特征在于柴油機(1)在怠速時，關閉EGR閥(6)。
4.根據權利要求1所述的柴油機廢氣再循環凈化系統，其特征在于柴油機(1)處于全負荷時，關閉EGR閥(6)。
5.根據權利要求1所述的柴油機廢氣再循環凈化系統，其特征在于系統的控制路線是油門位置傳感器(11)和水溫傳感器(10)的信號通過限幅電路，經高阻輸入電路、濾波電路、隔離放大電路，輸入微控制器；轉速傳感器(12)信號通過保護電路，經高阻輸入電路、整形電路、光電隔離電路，輸入微控制器；微控制器的信號通過一驅動電路，實現EGR閥(6)的開啟或關閉。
6.根據權利要求1所述的柴油機廢氣再循環凈化系統，其特征在于EGR閥(6)由閥體(6-1)、閥座(6-2)、閥門(6-4)、聯播裝置(6-5)、銜鐵(6-6)、壓緊裝置(6-3)組成，聯接裝置(6-5)將閥體(6-1)與閥座(6-2)聯接在一起。
7.根據權利要求1和6所述的用于柴油機廢氣循環的線性電控閥，其特征在于閥門(6-4)的閥門背(6-4-1)做成錐形，閥門(6-4)的上端(6-4-2)與墊圈(6-3-3)可以是鉚合固定，也可以是螺紋固定。
8.根據權利要求1和6所述的用于柴油機廢氣循環的線性電控閥，其特征在于銜鐵(6-6)的兩端各有一凹坑(6-6-1)，凹坑(6-6-1)底部有竄孔(6-6-2)，竄孔(6-6-2)可以是一到五個
9.根據權利要求1和6所述的用于柴油機廢氣循環的線性電控閥，其特征在于閥體(6-1)的彈簧座(6-1-5)上有兩孔(6-1-5-1)，在彈簧座(6-1-5)的相應位置有一凹坑(6-1-5-2)。
10.根據權利要求1所述的柴油機廢氣再循環凈化系統，其特征在于所述的低溫氧化凈化器(7)中的催化轉化裝置(7-2)由鋼絲網圈繞、層迭而成，鋼絲網材料是直徑為0.1-2毫米的OCr18Ni19鋼絲，其上用等離子噴涂有鉑(Pt)、銠(Rh)、鈀(Pd)等氧化催化劑，所述的夾緊裝置(7-3)可以是人字形的，也可以是十字形或其它形狀。
全文摘要
柴油機廢氣再循環凈化系統由電控單元、EGR閥、冷卻器、油門位置傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器、低溫氧化凈化器組成，電控單元中事先設置了判斷EGR開啟率的油門位置、轉速、水溫的標準值。柴油機工作時，由于柴油機吸氣時造成的壓差使排出的廢氣進入冷卻器冷卻，到達EGR閥，油門位置傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器檢測到的動態信號輸給電控單元，經電控單元的計算并與標準值比較，判斷柴油機所處的運行狀況，并采用相應的控制策略，輸出不同開啟率的脈沖信號，驅動EGR閥，部分廢氣進入柴油機進氣管再循環，最后廢氣經低溫氧化凈化器的凈化后排出。
文檔編號F02D43/00GK1490513SQ0313159
公開日2004年4月21日 申請日期2003年9月24日 優先權日2003年9月24日
發明者蔣建東 申請人:蔣建東