电控旋转EGR控制阀开发及控制系统研究

论文摘要

EGR(废气再循环)系统是目前公认的降低柴油机NOx(氮氧化物)排放的有效措施。EGR阀是EGR系统的关键部件,其性能好坏对降低柴油机NOx的排放方面有着重要的影响。本文以电控旋转EGR阀及电控系统为研究对象,借助CAD设计方法、simulink仿真技术、PID和PWM控制理论和实验技术,结合电子技术和微机技术,着重研究了电控旋转EGR阀的结构和性能、理论模型和稳、动态特性、控制策略、电控系统,解决了电控旋转EGR阀结构、仿真和控制方面的关键技术,形成了EGR阀产品和控制系统。样品的流量、升程、电气特性等方面的试验和EGR系统台架试验结果表明：设计的阀具有优良的性能,电控系统运行稳定,NOx控制效果明显。研究成果有助于我国自主开发EGR系统,提高EGR技术水平,取得主要成果如下：1)利用三维CAD技术对其驱动电磁铁、回位弹簧、换向机构、气门组件、阀体及总体进行了结构设计；利用运动换向机构将旋转运动转换为直线运动,防止废气污染物对阀片的粘滞,提高了阀的可靠性及响应速度。2)建立了该EGR阀的数学模型和simulink仿真模型。提出了将难以具体量化的轴旋转摩擦阻力矩(包括轴承)、气门杆上升过程阻力矩、横轴运动产生阻力矩、废气冲击阻力矩、铁芯涡流和磁滞等力矩等合成表示为开度和角速度的线性函数,并成功模拟出函数系数值。仿真计算结果表明该阀具有良好的稳态和动态特性。3)研制了EGR阀的独立控制系统,实现EGR开度位置的闭环控制,进一步提高了EGR率的控制精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• x生成机理'>1.1 NO_x生成机理
• x控制技术现状'>1.2 NO_x控制技术现状
• 1.3 EGR技术原理及实现方式
• 1.4 EGR阀发展趋势分析
• 1.5 研究背景
• 1.6 研究主要内容
• 1.7 研究理论意义和实际价值
• 1.8 本章小结
• 第二章 电控旋转EGR阀设计及实验
• 2.1 原理和总体设计
• 2.2 角度位置传感器设计
• 2.3 回位扭转弹簧设计
• 2.3.1 设计依据及要点
• 2.3.2 计算步骤和计算结果
• 2.3.3 参数优化
• 2.4 旋转电磁铁设计
• 2.4.1 旋转电磁铁结构和工作原理
• 2.4.2 旋转电磁铁设计程序和主要计算结果
• 2.4.3 电磁铁主要设计结构图
• 2.5 运动换向机构设计
• 2.6 气门组件设计
• 2.6.1 阀座与阀门配合设计
• 2.6.2 阀门几何流通面积设计
• 2.6.3 阀座设计
• 2.6.4 材质选择
• 2.6.5 各部分主要结构
• 2.7 EGR阀样品测试实验
• 2.8 本章小结
• 第三章 电控旋转EGR阀特性仿真
• 3.1 稳态数学模型
• 3.2 稳态仿真模型及部分结果
• 3.3 动态数学模型
• 3.4 动态仿真模型及部分仿真结果
• 3.5 保持占空比及PID参数MAP图
• 3.6 本章小结
• 第四章 电控系统研究
• 4.1 EGR电控系统控制策略及算法
• 4.2 EGR电控系统硬件设计
• 4.2.1 微处理器选择
• 4.2.2 传感器信号前处理电路
• 4.2.3 电磁阀驱动电路
• 4.2.4 串口通讯接口电路
• 4.2.5 硬件整体连接及自制实验电路板
• 4.3 EGR电控系统软件设计
• 4.3.1 信号采集及计算程序
• 4.3.2 PWM程序
• 4.3.3 PID调节程序
• 4.3.4 控制主程序
• 4.3.5 串口通讯程序及监控界面程序
• 4.4 程序仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 台架验证实验
• 5.1 最佳EGR率MAP图制取
• 5.2 匹配后的排放特性试验
• 5.3 本章小结
• 全文总结与展望
• 全文总结
• 工作展望
• 参考文献
• 致谢