H泵+EGR發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)路線

中國(guó)重汽集團(tuán)公司技術(shù)發(fā)展中心ChinaNationalHeavyDutyTruckGroupCo.,Ltd

TechnologyDevelopmentCentre關(guān)于《電控H泵+EGR系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)》國(guó)三排放的技術(shù)路線說(shuō)明WD615國(guó)111(電控H泵+EGR)系列柴油機(jī)基本數(shù)據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)WD615.92WD615.93WD615.95WD615.96WD615.99排量(L)9.726進(jìn)氣方式增壓中冷、EGR主要結(jié)構(gòu)特征一缸一蓋、四氣門(mén)進(jìn)排氣系統(tǒng)供油系統(tǒng)重油電控H泵標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速(kW/rpm)196/2200213/2200247/2200276/2200302/2200最大扭矩/轉(zhuǎn)速(N.m/rpm)1100/1100-16001160/1100-16001350/110(—16001500/110(—16001600/110(—1600排放國(guó)III電控、冷卻一廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù):1、概述柴油機(jī)燃燒過(guò)程的平均過(guò)量空氣系數(shù)雖然比較大，但因混合氣成分不均勻，局部燃燒溫度仍很高，所以生成大量的NO，與汽油機(jī)不相上下。與汽油機(jī)類(lèi)似，柴油機(jī)也可以通過(guò)廢氣再循環(huán)（EGR）來(lái)降低NO排放。廢氣再循環(huán)（EGR）就是通過(guò)回引部分廢氣與新鮮空氣共同參與燃燒反應(yīng)，利用廢氣中含有大量的惰性氣體（CO2、N2、H2O等）具有較高的比熱容這一特性，來(lái)降低NO的生成。因?yàn)镹O的生成是高溫富氧，而廢氣的引入，一方面使混合氣熱容量增大，造成相同量的混合氣升高，同樣溫度所需熱容量增大，從而降低最高燃燒溫度；另一方面，廢氣對(duì)新鮮充量的稀釋也相應(yīng)降低了氧的濃度，從而有效的抑制了NOx的生成。根據(jù)廢氣進(jìn)入氣缸的方式，EGR系統(tǒng)可分為內(nèi)部EGR系統(tǒng)和外部EGR系統(tǒng)。1.1內(nèi)部EGR系統(tǒng)：內(nèi)部EGR系統(tǒng)是通過(guò)改變配氣正時(shí)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)不需要外加其他設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，而且可以避免再循環(huán)廢氣對(duì)管道的腐蝕，有利于提高系統(tǒng)耐久性。由于是在進(jìn)氣行程內(nèi)，直接開(kāi)啟排氣閥使廢氣回流，因此難以精確控制EGR率；同時(shí)廢氣未經(jīng)冷卻直接回流，引起混合氣溫度升高，這一點(diǎn)又有利于NO的生成。因此內(nèi)部EGR對(duì)NO的抑制效果并不顯著。1.2外部EGR利用專(zhuān)門(mén)的管道將廢氣引入進(jìn)氣歧管，使廢氣與新鮮充量在進(jìn)入氣缸前充分混合。由于外部EGR不但可以通過(guò)電控系統(tǒng)精確控制EGR率，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能，而且可以在外部系統(tǒng)中通過(guò)加裝EGR冷卻器，有效降低燃燒溫度，因此目前較為常用的是外部EGR系統(tǒng)。（1）發(fā)動(dòng)機(jī)EGR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2、冷EGR試驗(yàn)證明，把再循環(huán)的廢氣加以冷卻，即采用所謂冷EGR,可使進(jìn)入缸內(nèi)的新鮮空氣的損失減少，從而避免了大負(fù)荷燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣煙度的惡化。目前的EGR系統(tǒng)可使循環(huán)廢氣溫度下降50°C?150°C,使NOx下降10%左右。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)EGR系統(tǒng)部件圖3、EGR系統(tǒng)的控制目前我們的EGR系統(tǒng)是開(kāi)關(guān)式控制，EGR率在10%左右。在如下條件下EGR控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)氣溫度低于10C，進(jìn)氣溫度大于70C，水溫高于95C，發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)態(tài)操作狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)在制動(dòng)狀態(tài)，以上條件任滿足一條則EGR控制閥關(guān)閉。在其他狀態(tài)EGR控制閥打開(kāi)。ECU(電控單元)通過(guò)進(jìn)氣溫度傳感器，進(jìn)氣壓力傳感器，水溫傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，油門(mén)傳感器，以及車(chē)輛制動(dòng)信號(hào)，來(lái)感知發(fā)動(dòng)機(jī)的各種狀態(tài)，來(lái)控制EGR控制閥關(guān)閉。EGR控制閥是通過(guò)氣缸控制，氣源取自制動(dòng)系統(tǒng)儲(chǔ)氣罐。ECU通過(guò)一電磁閥控制氣缸的通斷氣，以達(dá)到控制EGR閥開(kāi)關(guān)的目的。二、 電控H泵技術(shù)：電控H泵基于預(yù)行程可電控調(diào)節(jié)為基礎(chǔ)，通過(guò)ECU對(duì)預(yù)行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制，可實(shí)現(xiàn)噴油量，噴油定時(shí)，噴射壓力精確控制。產(chǎn)品采用博世電控H噴油泵結(jié)構(gòu)，泵體具有進(jìn)回油相互獨(dú)立雙通道，預(yù)裝懸掛泵油系元件，整體法蘭柱塞套，等壓出油閥偶件、鼓形滾輪、高強(qiáng)度無(wú)內(nèi)圈滾柱軸承、強(qiáng)制機(jī)油循環(huán)潤(rùn)滑。該泵的泵體在PS8500噴油泵泵體基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)，整體式柱塞法蘭厚度尺寸和柱塞套薄弱環(huán)節(jié)的外圓直徑進(jìn)一步加大，可承受?chē)娪捅酶叩谋枚?、嘴端壓力和滿足發(fā)動(dòng)機(jī)更大功率的需求；該泵泵油系采用預(yù)裝吊藍(lán)式結(jié)構(gòu)，使柱塞套進(jìn)回油部分在泵體內(nèi)懸空不會(huì)受到任何側(cè)向擠壓力作用，減小了柱塞套等零部件的受力變形，確保噴油泵使用可靠性的進(jìn)一步提高；另外，該泵采用先進(jìn)的等壓出油閥結(jié)構(gòu)、函數(shù)凸輪型線及在工作過(guò)程中可連續(xù)改變預(yù)行程等技術(shù)，能進(jìn)一步改善柴油機(jī)的綜合性能。該泵擁有預(yù)行程電控可調(diào)結(jié)構(gòu)，其供油與行程可在一定范圍內(nèi)由ECU程控調(diào)節(jié)。柱塞副的柱塞上安裝一個(gè)控制滑套，滑套能沿柱塞工作面上下移動(dòng)，按柴油機(jī)不同工況的需要改變預(yù)行程?？刂苹椎倪\(yùn)動(dòng)是由我公司自主開(kāi)發(fā)的具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)專(zhuān)利的預(yù)行程控制總成實(shí)現(xiàn)的。主要結(jié)構(gòu)元件：步進(jìn)電機(jī)、蝸輪蝸桿、ECU、傳感器、線束等。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況，ECU采集油門(mén)和轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)，查MAP圖，準(zhǔn)確得出一個(gè)預(yù)行程最佳位置。預(yù)行程控制桿的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)與預(yù)行程調(diào)節(jié)套相連接的撥桿機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)預(yù)行程控制滑套沿柱塞工作型面上下滑動(dòng)，使噴油泵預(yù)行程得以改變。我們通過(guò)ECU對(duì)預(yù)行程的控制，可以得到精確的噴油定時(shí)，噴射壓力。同時(shí)配合油門(mén)電子調(diào)節(jié)和實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)，使油量控制更精確。使柴油機(jī)能在整個(gè)工作范圍內(nèi)達(dá)到最優(yōu)化的性能（經(jīng)濟(jì)性能和排放性能）。主要性能：1） 噴射壓力達(dá)1600bar，燃油噴霧質(zhì)量好，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒更完全,徹底。2） 噴油泵預(yù)行程可按發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際需求標(biāo)定MAP，由ECU程控閉環(huán)工作，這樣噴油泵的供油速率與噴油壓力均可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況工作的實(shí)際需要方面地進(jìn)行控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)低速、部分負(fù)荷工況燃油得以充分燃燒，有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能，配合EGR和4氣門(mén)技術(shù)，該泵滿足國(guó)三排放標(biāo)準(zhǔn)，且具有較好的經(jīng)濟(jì)性能。3） 該泵對(duì)使用環(huán)境要求一般，對(duì)油品質(zhì)量要求不是太高。三、機(jī)械結(jié)構(gòu)方面對(duì)排放的控制：1、 噴油器噴油器采用德?tīng)柛＜夹g(shù)，具有噴油器工作可靠、性能好、適應(yīng)性廣泛等優(yōu)點(diǎn)?？偝刹捎庙敆U、彈簧下置式低慣量結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)加減噴油器彈簧調(diào)整墊片可得到所需的噴油嘴開(kāi)啟壓力。低慣量噴油器的運(yùn)動(dòng)零件質(zhì)量輕，慣性小，對(duì)油壓反應(yīng)敏感，跟隨性好，針閥開(kāi)啟迅速，斷油干脆；加之噴油器體中各油道的科學(xué)布置，進(jìn)油損失小，回油暢通，有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能油嘴偶件：采用P系列高應(yīng)力油嘴，可承受壓力180MPa，，小壓力室結(jié)構(gòu)，擠壓研磨噴孔成倒喇叭狀，出油速度大，噴霧質(zhì)量好；針閥直徑為中4mm，比傳統(tǒng)的S系列油嘴的針閥（直徑為中6mm）重量大為減輕，慣量小，針閥開(kāi)啟和落座時(shí)間短，反應(yīng)更加靈敏，并且減小了針閥體座面所承受的沖擊力，進(jìn)一步提高了噴油器的性能和可靠性。2、 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)采用一缸一蓋、4氣門(mén)進(jìn)排氣系統(tǒng)、進(jìn)排氣道分布于兩側(cè)（進(jìn)氣道產(chǎn)生一定旋流）、噴油器位于燃燒室正中、按多段多項(xiàng)式計(jì)算設(shè)計(jì)的凸輪軸以及3型燃燒室等設(shè)計(jì)，使噴油分布更均勻，充氣系數(shù)更高，與燃燒室的配合更好。讓發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)不同工況下，進(jìn)氣與燃油都能充分、均勻的混合。氣缸套內(nèi)表面為平臺(tái)網(wǎng)紋，與特殊結(jié)構(gòu)的活塞和活塞環(huán)（二道氣環(huán)和一道刮油環(huán)）之間的充分配合，能夠保證了良好的密封性和防竄機(jī)油的能力。四、 另需說(shuō)明的是：中國(guó)重汽技術(shù)發(fā)展中心針對(duì)該方案，已完成了所有標(biāo)定和各類(lèi)考核試驗(yàn)。同時(shí)，在2007年4月由天津中心和長(zhǎng)春中心專(zhuān)家，聯(lián)合在天津汽車(chē)檢測(cè)中心對(duì)該系列機(jī)型進(jìn)行了排放現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合國(guó)三排放標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。與現(xiàn)有國(guó)三共軌技術(shù)相比，由于EGR系統(tǒng)的降NO作用，在滿足排放的前提下可以采用更大的噴油提前角，因此燃油經(jīng)濟(jì)性和顆粒物排放會(huì)更好。五、 技術(shù)路線說(shuō)明歐美和日本的技術(shù)路線都是建立在控制排放污染物生成原理上，對(duì)重型柴油機(jī)是在NOX和PM之間取得控制和平衡。燃油噴射系統(tǒng)主要采用電控直列泵、單體泵、泵噴嘴和共軌系統(tǒng)如：VOLVO等公司采用電控泵噴嘴、BENZ卡車(chē)采用電控單體泵、IVECO公司