大排量柴油机废气再循环蝶阀的研制

发布时间：2020-09-11 13:05

　　进入二十一世纪以来,随着我国经济的快速发展,科研实力和工业化进程都得到了快速提升,作为工业化的标志性产物,内燃机得到了长足的进步。目前,内燃机尾气排放问题已经不容忽视,尾气中含有的氮氧化物等污染物对人与自然均造成了严重的危害。随着国内外排放法规不断升级,各大内燃机生产厂家都在提升自己的尾气后处理系统。在各后处理系统中EGR技术因具有占用空间小和更换方便等优势在该领域中占有重要位置。作为EGR技术的关键零部件,EGR阀的研发具有重要意义。目前国内研发的EGR阀主要用于小排量柴油机,大排量柴油机适配的EGR阀产品较少。分析了国内外不同形式的EGR阀,提出使用蝶阀形式,并采用驱动部分和阀体部分分离的方案。计算确定EGR蝶阀的通流直径;由于废气具有高温和腐蚀性的特点,设计了填料密封;设计两级齿轮减速器和扭簧并计算EGR蝶阀在不同角度的气动力。对于所设计的EGR蝶阀,需要尽可能地降低阀板在不同转角时的通流阻力,因此确定EGR蝶阀在不同开度的流量系数和流阻系数等参数具有重要意义。对EGR蝶阀进行流场仿真得到不同开度下的云图和流线轨迹。计算出EGR蝶阀在不同转角的压差值、流量系数和流阻系数,并将仿真得到的气动力和计算值进行对比分析。通过仿真得EGR蝶阀从关闭到打开的过程中,阀板前后压差值从183457.19Pa衰减到482.62Pa,流量系数从0.56提升至10.99,流阻系数从190.29衰减为0.68。600℃的高温废气对驱动部分的影响十分严重,因此需要对驱动部分进行阻热和散热的设计及仿真分析。对EGR蝶阀在高温工况下进行温度场仿真,在没有任何阻热散热的措施下电机平均温度为258.3℃。提出了复合散热方法:在电机外壳设计散热肋板;并在电机外壳支架内放置隔热材料气凝胶毡;同时在电机外壳设计冷却流道,通过仿真得电机平均温度为35.8℃,EGR蝶阀可以正常工作。搭建EGR蝶阀泄漏特性试验台测试EGR蝶阀在规定压力下的泄漏量,试验测试泄漏量为2.5±0.2m3/h,低于规定流量(3m3/h)。对EGR蝶阀转角传感器进行测试,测试其在全开、全闭及不同转角下的电压值,测试值均在正常范围之内,满足使用要求。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK423
【部分图文】：

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华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 立项背景与意义进入二十一世纪以来，随着我国经济的快速发展和世界经济全球化的日益深入，人民生活水平迅速提高，购买力不断增强，对汽车的需求量也在逐步增长[1]。根据国家统计局统计，2005 年我国发动机总产量为 36563 万千瓦，2017 年总产量为 267405.1万千瓦。最新统计 2019 年仅前两个月发动机总产量就已过四万千万大关。图 1-1 所示为我国 2005-2018 年发动机总产量示意图，从图中可以看出，除 2011 和 2015 年有小幅回落，其他年份均在不断增长。

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排放的尾气进行后处理，将尾气中的有害物质进行物理和化学反应，最中排放污染物的含量。根据上述两种主要思路衍生出两种不同的后处理 EGR+DPF 技术和优化燃烧+SCR 技术。化燃烧+SCR 技术是燃烧优化控制和尾气排放化学反应两种处理方式主要原理是通过精确把控喷出燃油的时间点和喷油量将内燃机缸内的压实时温度变化范围控制在合理的区间内。同时采用选择性催化还原技术ectiveCatalyticReduction）喷射碳酰胺（尿素）等化学物质和尾气中的氮烈的化学反应，降低其排放含量[9]。CR 工作原理如图 1-2 所示，尿素箱中装有尿素溶液，ECU 根据尿素箱控制尿素泵向喷嘴输送一定压力的尿素溶液。如果是气助式尿素泵还需气罐等辅助设备进行喷射。尿素喷嘴的喷射流量主要靠 PWM 占空比或阀进行控制。尿素溶液与氮氧化物充分混合后生成氮气和水等物质，柴一般在 600℃左右，这样高的温度可以加速反应。有时还需要使用混合气和尿素溶液。整个 SCR 的化学反应都使用各种传感器信号完成闭环以精确把控喷射参数，提高反应效率。

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中科技大学硕士学位论文技术是 EGR+DPF 技术，其中 EGR 为废气再循环技术（Ex），DPF 为颗粒捕集器技术（DieselParticulateFilter）。该技术部分废气重新和新鲜空气混合参与气缸反应[10]。同时在尾气排拦截未充分反应的碳烟颗粒，颗粒捕集器一般安装有一个可完在拦截时间和碳烟颗粒含量达到一定值后自动燃烧生成无污染[11]。

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