某柴油机电控EGR阀偏差限值控制策略的试验研究

李 雷

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

前言

EGR（Exhaust Gas Recycle）废气再循环，将发动机的排气一部分引进进气中，混合后进入气缸，降低燃烧温度，降低排放中的NOx含量。发动机上装配有控制废气流量的采用电驱动的装置称为电控EGR阀。

电控EGR系统由ECU、步进电机执行器、带回复弹簧的EGR阀以及各种传感器等组成。ECU完成数据采集、工况判断、各子程序的协调、控制信号输出等功能。传感器包括转速、加速踏板位置、冷却液温度、燃油温度、进气温度和进气压力等信号。步进电机的旋转运动通过螺杆机构变成直线运动推动EGR阀与复位弹簧平衡，使EGR阀稳定在指定的位置。由试验得到各工况下的EGR阀位置MAP图存入ECU。在发动机运行时，由ECU根据发动机的转速、负荷基本信号及温度等修正信号计算出符合当时工况所对应的EGR阀位置，再换算成对应于步进电机的控制脉冲数，控制脉冲经功率放大后驱动步进电机运行，以精确控制EGR阀的位置。EGR阀的实际位置由安装在其上的位置传感器反馈给ECU，用于修正控制值。

图1 电控EGR阀工作原理图

1 市场故障

发动机实际工作中 EGR阀在某工况下需求开度与实际开度总会存在一定的偏差，EGR阀也会在发动机停机断电后进行自学习确定零点位置因积碳等因素造成的偏差，对下一驾驶循环的EGR阀值进行修正。在EGR阀位置MAP图标定时会设定具体偏差限制，一旦超出就会出现 OBD报警灯亮，并对车辆进行限扭。本文通过结合市场故障通过试验手段进行偏差限值设定合理性的研究。

本文以某款1.9L增压柴油机为研究对象，发动机参数如下表1所示。

表1 某柴油发动机主要技术参数

对该款发动机 EGR阀连续半年的市场反馈故障进行统计共计32例，其中EGR阀报码故障占26例，具体信息如下表2所示，主要故障为EGR阀偏差值超限和卡死。本文重点对EGR阀偏差值超限进行研究。

表2 电控EGR阀市场故障信息

1.1 EGR阀基本信息及工作原理

此款柴油机EGR阀标定的零点电压V0为950mV，全开位置的电压Vmax为4000mV，即EGR开度为0%对应的电压为950mV，EGR开度为100%的时候的电压为4000mV。

电控EGR阀相关偏差值定义和计算如下所示：

1）EGR阀首次自学习值：新的EGR阀装配到发动机上首次通电自学习0点电压与设计0点电压的偏差

2）EGR阀自学习偏差值：本次自学习0点电压与设计0点电压的偏差

此款发动机设定的偏差限值为±10%。

3）EGR阀自学习长期偏差

EGRVlv_rPlausLgT=（EGRVlv_LrnFrst）-EGRVlv_Lrn New

此款发动机现有设定的偏差限值为±10%。

1.2 EGR阀故障分析

首先抽取部分市场故障EGR阀进行拆解分析，拆开驱动腔内部清洁无积碳污染，测试电机及霍尔位置传感器均无故障，工作正常，如下图所示。排除故障有执行机构及位置测量反馈传感器造成，进一步分析造成偏差超限值的主要原因为阀片与座圈密封位置积碳堆积导致，EGR阀本身工作环境的原因，积碳是无法避免的，积碳对EGR阀实际工作中影响，以及与位置偏差值的规律如何，将在本文中进行探讨。

图2 EGR阀故障拆解图

2 EGR阀偏差限值合理性设定研究

基于950mv的零点标定电压对匹配1.9L CTI 柴油机的EGR阀出厂零点电压分布如下图所示，基本成正态分布，出厂零点电压偏差为±30mV，初始的EGR阀自自学习偏差值为±3.16%，设定950mV作为EGR阀0点电压值，能够确保出厂EGR阀初始偏差值均在3.16以内。随着EGR阀使用积碳不断堆积，每次自学习后EGR阀自学习偏差值会增加，偏差值限值设定的原则是必须保证发动机行及排放烟度不超标前提下，尽量放大限值范围，避免因限值报警导致的顾客抱怨。

图3 EGR阀出厂零点电压直方图

下面针对EGR阀偏差限值合理性设定进行研究：

1）任选一个EGR阀，手动触发自学习

选取一偏差限值超限故障件，通过将标定变量EGRVlv_stOfsLrnTrg_C置为1，触发EGR阀进行首次自学习，此时获得 EGR阀的物理零点电压为 1490mV，自学习偏差值为8.94%（由于人为的拆卸，导致故障件积碳脱落，偏差值降低到 10%限值内），在此状态下测量发动机的性能和部分负荷点的烟度（测量设备AVL415烟度计），作为基准对比数据；

2）拆下EGR阀，人为增加EGR阀零点偏差值，如下图，将EGR阀全开，套上铁丝，进行自学习，此时EGR阀自学习的总偏差为-25.41%，测量发动机性能。发动机启动以后，发动机性能不足(OBD报错)，该偏差无法接受。

图4 增加EGR阀偏差

3）逐渐降低EGR阀自学习偏差值，通过理论计算18%总偏差所需的理论零点电压为1461mV，不断打磨套在EGR阀上的铁丝，达到所需的零点电压时，再次手动触发自学习，启动发动机后，空气量基本能跟随上，但是1800rpm以下外特性点性能不足，该偏差无法接受。

通过理论计算 15%总偏差所需的理论零点电压为1504mV，不断打磨套在EGR阀上的铁丝，达到所需的零点电压时，再次手动触发自学习，进行相关的试验，发现该状态下，1800rpm以下的工况点的性能仍然有偏差，而且发动机的烟度较大。

考虑到直接在EGR阀上套上铁丝的漏气量，比实际积碳情况下的漏气量大，而在15%的偏差下，空气系统的跟随性较好，为了更好的模拟真实的积碳情况，在EGR阀上涂了一层胶，减少在此状态下的漏气量。此时在1800下工况下，发动机的性能满足要求，但是由于涂在EGR上的胶逐渐烧掉，因此1600rpm以下外特性点的性能有所下降。

表3 EGR阀不同偏差值试验测试结果

此次试验从发动机动力性、空气跟随性（驾驶体验）和烟度等方面进行评价，给出EGR阀偏差值设定最大限值，匹配不同车型实际设定依据整车排放测试结果进行微调，具体试验结果如下表3所示。

从试验结果可以看出，在总偏差值为15%时（模拟积碳堆积效果），发动机动力性和空气跟随性都能满足要求，对比此状态和初始状态发动机裸排烟度（如下图5、图6所示），裸排烟度最大值无明显增加，只在部分负荷点出现烟度增大，在可接受范围内。

图5 初始状态发动机裸排烟度

图6 偏差为15%状态发动机裸排烟度

3 结论

由于使用铁丝来模拟EGR积碳情况，比EGR实际积碳情况更加恶劣，在偏差相同的情况下漏气量比EGR正常积碳大，因此使用该方案主要看发动机的性能，如果发动机的性能能满足要求，则可以认为该偏差可以接受。

通过试验数据分析可以得出，在总偏差为15%的状态下，EGR的空气量跟随性较好，1800rpm以下外特性性能不足，通过涂胶以后，性能有明显上升。因此认为如果积碳使EGR的偏差达到 15%的限值，性能不会有明显降低，所以 EGR阀总偏差值最大限值控制在15%内能够满足发动机性能和排放要求，同时降低因偏差限值设定过小导致市场报吗故障率。