废气再循环控制系统提升汽车发动机电控技术

一、任务分析

废气再循环(EGR)控制系统的功用是将适量的废气重新引入气缸内参加燃烧，从而降低气缸内的最高温度与压强，以减少NOx的排放量。本任务主要学习废气再循环控制系统的功能，开环控制EGR系统、闭环控制EGR系统的结构与工作原理。通过任务的学习，掌握废气再循环控制系统的检修方法。

二、相关知识

(一)废气再循环(EGR)控制系统的功能

NOx是空气中的氮气和氧气在高温、高压下形成的。发动机排出来的NOx量主要与气缸内的最高温度和压强有关，气缸内最高温度、压强越高，生成的NOx量越多。

废气再循环(EGR)控制系统的功用就是将适量的废气重新引入气缸内参加燃烧，从而降低气缸内的最高温度与压强，以减少NOx的排放量。但是，过度的废气再循环将会影响发动机的正常运行，特别是在怠速、低转速小负荷及发动机处于冷态运行时，再循环的废气将会明显降低发动机的性能。因此，应选择NOx排放量多的发动机运转范围，根据工况条件的变化自动调节参与再循环的废气量。发动机工作并进行废气再循环时，废气再循环量的多少可用废气再循环率(EGR率)来表示。EGR率是指废气再循环量与进入气缸内的气体总量的比率，即:

EGR率 =［EGR气体流量/(吸入空气量+EGR气体流量)］×100%

废气再循环控制系统有机械式和电控式两种。一般机械式控制系统控制的EGR率较小，为5%～15%，即使采用能进行比较复杂控制的机械式控制系统，控制的自由度也受到限制。电控式控制系统不仅结构简单，而且可进行较大EGR率(15%～20%)控制。因此，在现代汽车电控发动机上通常都采用电控式EGR控制系统。电控式EGR控制系统主要有两种类型:开环控制EGR系统和闭环控制EGR系统。

(二)开环控制EGR系统

日产NISSAN轿车VG30型发动机所采用的废气再循环控制系统就是一种开环控制EGR系统，如图6-8所示。它由废气再循环控制阀(EGR阀)、废气再循环真空电磁阀(EGR真空电磁阀)、曲轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、起动信号以及发动机的ECU等组成。EGR阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。EGR真空电磁阀安装在通向EGR阀的真空通道中。ECU根据发动机冷却液温度、节气门开度、转速和起动等信号来控制EGR真空电磁阀的通电或断电。ECU控制EGR真空电磁阀不通电时，EGR阀的真空通道接通，EGR阀开启，系统进行废气再循环;ECU控制EGR真空电磁阀通电时，EGR阀的真空通道被切断，EGR阀关闭，系统停止废气再循环。

图6-8 典型开环控制EGR系统

1—EGR真空电磁阀;2—节气门位置传感器;3—EGR阀;4—冷却液温度传感器;5—曲轴位置传感器;6—ECU;7—起动信号

在发动机工作时，ECU控制EGR真空电磁阀通电，停止废气再循环的工况有:

(1)起动工况(起动开关信号)。

(2)怠速工况(节气门位置传感器怠速触点闭合信号)。

(3)暖机工况(冷却液温度信号)。

(4)转速低于900r/min或高于3200r/min(转速信号)的工况。

在除上述以外的其他工况，ECU均控制EGR真空电磁阀不通电，系统均进行废气再循环。废气再循环量取决于EGR阀的开度，而EGR阀的开度直接由真空度控制。由于真空管口设在靠近节气门全闭位置的上方，随发动机转速和负荷(节气门开度)的增大，真空管口处的真空度增加，EGR阀的开度增大。随发动机转速和负荷的减小，EGR阀的开度也减小。

在有些发动机的EGR控制系统中，EGR真空电磁阀采用占空比控制型电磁阀，ECU通过占空比控制真空电磁阀的开度，调节作用在EGR阀上的真空度，控制EGR阀的开度，以实现对废气再循环量的控制。在此系统中，通向EGR阀的真空管口一般设在节气门之后。

(三)闭环控制EGR系统

在开环控制EGR系统中，EGR率只受ECU预先设置好的程序控制，系统不能检测发动机各种工况下的EGR率，因此无反馈信号。而在闭环控制EGR系统中，ECU以EGR率或EGR阀开度作为反馈信号实现闭环控制，其控制精度更高。用EGR阀开度作为反馈信号的闭环控制EGR系统如图6-9所示。与采用占空比控制型真空电磁阀的开环控制EGR系统相比，其特点是在EGR阀上增设了一个EGR阀开度传感器。EGR阀开度传感器为可变电阻式，其工作原理与可变电阻式节气门位置传感器类似。

图6-9 用EGR阀开度作为反馈信号的闭环控制EGR系统图(www.xing528.com)

EGR阀开度传感器与ECU之间有三条连接线路，分别为电源线、搭铁线和信号线， ECU通过电源线给传感器提供5V的标准电压，传感器将EGR阀开度变化转换为电信号经信号线输送给ECU。

闭环控制EGR系统工作时，ECU可根据EGR阀开度传感器的反馈信号修正EGR真空电磁阀的开度，使EGR率保持在最佳值。用EGR率作为反馈信号的闭环控制EGR系统控制原理如图6-10所示。ECU根据EGR率传感器信号对EGR阀实行反馈控制。新鲜空气经节气门进入稳压箱，参与再循环的废气经EGR阀也进入稳压箱。EGR率传感器安装在稳压箱上，检测稳压箱内气体中的氧浓度(氧浓度随EGR率的增加而降低)，并转换成电信号输送给ECU，ECU根据此反馈信号修正EGR阀的开度，使EGR率保持在最佳值，从而有效地减少NOx的排放量。

图6-10 用EGR率作为反馈信号的闭环控制EGR系统原理

三、任务实施

(一)教学设备

(1)电控发动机实验台架;

(2)万用表;

(3)常用工具、手动真空泵等。

(二)EGR控制系统的检修

1. 故障现象

(1)EGR装置在发动机怠速工况时工作，导致怠速运转不稳，甚至熄火。

(2)EGR装置工作失效，导致尾气排放物NOx超标。

2. 检查方法及步骤

(1)在冷机起动后，拆下EGR阀上的真空软管，发动机转速应无变化，用手触试真空软管口应无真空吸力;当发动机工作温度正常后，将转速提高到2500r/min左右，从EGR阀上拆下软管，发动机转速应有明显提高。若不符合上述要求，说明EGR系统工作不正常。

(2)发动机熄火，拔下EGR电磁阀插头，冷态下测量电磁阀电阻，一般应为33～39Ω。

(3)电磁阀不通电时，从进气管侧接头吹入空气应畅通，从通大气的滤网处吹入空气应不通。当电磁阀通电时，从进气管侧接头吹入空气应不通，从通大气的滤网处吹入空气应畅通，否则应更换电磁阀。

(4)拆下EGR阀，用手动真空泵给EGR阀膜片上方施加约15k Pa的真空度时，EGR阀应能开启;不施加真空度时，EGR阀应能完全关闭，否则应更换EGR阀。

四、检查与评估

本次课程主要依据表6-3考核学生对任务的完成情况。

表6-3 废气再循环控制系统考核卡

续表