電控EGR閥綜合性能測試系統的研制

毛 翎,蔣 慶,劉琦崠,陳澤熹

(中國計量大學 計量測試工程學院，杭州 310018)

電控EGR閥綜合性能測試系統的研制

毛 翎,蔣 慶,劉琦崠,陳澤熹

(中國計量大學 計量測試工程學院，杭州 310018)

電控EGR閥是廢氣再循環技術中重要部件，主要包括步進電機式、電磁式和直流電機式，目前針對電控EGR閥測試系統研究尚不充分；為了實現對電控EGR閥各項技術指標的測試，研制了一套電控EGR閥綜合性能測試系統；系統由驅動單元、控制單元、測試單元組成；驅動單元以電控EGR閥驅動器為驅動核心，控制單元以可編程控制器為控制核心，測試單元由各項指標的測試模塊組成；通過對各項技術指標測試工藝流程設計，系統實現了對電控EGR閥流量特性、內漏性能、響應時間和閥內位置感應器性能的自動測試；實驗結果表明，該系統穩定可靠，各項參數的機器能力指數Cmk均超過1.67，滿足技術要求；系統提供了一種針對電控EGR閥綜合性能的測試方案，并成功應用于某企業電控EGR閥生產測試車間。

電控EGR;綜合性能;測試;機器能力指數

0 引言

廢氣再循環技術(EGR)是機動車污染防治行業中的六大技術之一，其原理是將發動機排氣口廢氣導入發動機氣缸，降低氣缸燃燒溫度，從而降低尾氣中氮氧化物含量。EGR閥在廢氣循環過程中起到了引流作用。EGR閥有真空式和電控式等類型。電控EGR閥主要有步進電機式、電磁式以及直流電機式等。電控式EGR閥由于具有響應快、精度高等優點，逐漸成為行業發展方向。目前對電控EGR閥的綜合性能測試方法和綜合測試系統的研究尚不充分，為此本文設計了一種電控式EGR閥綜合性能測試系統，實現了對3種電控EGR閥各項性能的自動測試。

1 工作原理及技術要求

1.1 工作原理

如圖1所示，步進式EGR閥利用4個場效應管按照四相八拍的方式驅動步進電機A、B兩對相位，通過步進電機的轉動帶動閥桿移動，從而控制閥口開度大小。

圖1 步進式EGR閥驅動原理

如圖2所示，電磁式EGR閥利用PWM信號控制平均電流，從而控制比例電磁鐵調節閥桿位置。其中二極管起到續流作用，電感減緩電流波動，電容減小紋波。

圖2 電磁式EGR閥驅動原理

如圖3所示，直流電機式EGR閥利用H橋電路控制電機轉矩方向，通過PWM信號改變及轉矩大小，從而控制閥桿位移的大小及方向。

圖3 直流電機式H橋驅動原理

1.2 技術要求

系統技術指標及測試要求如表1所示，包括內漏性能、流量特性、響應時間以及位置感應器特性。

表1 技術指標及測試要求

內漏性能是指EGR閥全關時，閥的內漏流量；流量特性是指EGR閥在入口壓力穩定時流量與開度的對應關系；響應時間為EGR閥從接收全開信號至實際開度達到80%時所用時間；位置感應器特性是指EGR閥內置的位置感應器輸出電壓與閥桿實際位移的關系。

步進式EGR閥無內置位置感應器，因此只需進行內漏測試和流量特性測試。

2 系統方案設計

如圖4所示，系統電氣部分包含3個單元：控制單元，驅動單元，測試單元?？刂茊卧獮橄到y的控制核心，負責控制系統測試工藝流程，存取工藝參數，實現人機交互等功能；驅動單元為系統的執行部分，功能包括對測試管路的開關控制，對EGR閥的驅動等；測試單元分為4個工位，實現對3種EGR閥各項指標的測試和對位置感應器特性的測試。

圖4 系統整體方案

2.1 控制單元

控制單元包括PLC和人機交互。PLC作為控制核心，其IO輸入輸出用于壓力開關檢測、繼電器控制、啟動急停按鍵等；流量傳感器、壓力傳感器等模擬輸入以及電控比例閥的模擬輸出信號由AD/DA模塊采樣或輸出；PLC串口模塊用于與人機交互模塊以及EGR驅動器進行通信。

人機交互模塊選用MCGS觸摸屏，能夠實現參數的設置、數據實時監控、曲線繪制、歷史數據查詢與導出等功能。

2.2 驅動單元

驅動單元核心是EGR閥驅動器。EGR閥驅動器為自主研發的控制器，用于驅動3種EGR閥。EGR閥驅動器以四相八拍方式驅動步進電機式EGR閥，以PWM信號驅動電磁式EGR閥，以PWM信號配合H橋電路驅動直流電機式EGR閥。

驅動器以PIC單片機為核心，配以驅動電路、AD采集、RS232接口、液晶顯示、按鍵輸入等。

2.3 測試單元

測試單元共分為4個工位，前三工位測試3種閥的各項性能，第四工位測試電磁式和直流電機式的位置感應器特性。測試單元包含以下測試模塊。

2.3.1 內漏測試模塊

內漏測試模塊的氣路原理如圖5所示。其中關鍵部件為減壓閥和流量計。根據技術要求，選用符合調壓范圍的減壓閥，流量計量程為0.5～10 L/min,精度為1.5%FS。

圖5 內漏測試模塊氣路原理

2.3.2 流量特性測試模塊

流量特性測試模塊如圖6所示。3種EGR閥流量范圍不同，選用4個不同量程精度的流量計以滿足要求。四個流量計的精度相同都為1.5%FS，量程不同，分別為1～30 L/min、10～500 L/min、50～1 000 L/min、50～1 000 L/min。

電控比例閥用于控制閥口壓力，它與閥口的壓力傳感器形成負反饋控制，能夠使閥體測試時保證入口壓力穩定。電控比例閥調壓范圍為0～0.5 MPa，壓力傳感器電流輸出4～20 mA，量程0～100 kPa，精度0.1%FS。

圖6 流量特性測試模塊

2.3.3 位置感應器特性測試模塊

傳感器特性測試模塊直接將高精度位移傳感器連接到閥桿上，驅動EGR閥，在不同開度下，記錄實際位移與位置感應器輸出特性曲線。高精度位移傳感器量程為12 mm，4～20 mA輸出信號。精度達到8 μm。

3 系統軟件設計

3.1 內漏測試

進行內漏測試時，首先將EGR閥關閉，通過減壓閥將閥口壓力穩定在規定壓力范圍內，打開內漏閥，待壓力穩定后，記錄此時內漏流量計的流量。

3.2 流量特性測試

如圖7所示，測試流量特性時，假設測試n個點，則將這n個點的開度對應流量連接起來，該折線即為流量特性曲線。測試點越多，曲線越精確，測試周期越長。因為3種閥最大流量不同，為了滿足小流量時測試的精度，在較小的流量區間范圍內選用量程小的流量計，當流量超出流量區間后，將流量閥切換到較大量程的流量計。

圖7 流量特性測試軟件流程圖

3.3 位置感應器特性測試

位置感應器特性測試如圖8所示，測試位置感應器特性時，驅動EGR閥從全閉到全開，記錄各個開度下位置感應器輸出電壓與實際位移的對應關系。

圖8 位移特性測試流程圖

3.4 響應時間測試

測試響應時間時，先驅動EGR閥關閉，一秒后驅動EGR閥全開，待AD采樣信號達到位移傳感器最大輸出信號的80%時，記錄此時所用時間，該時間為閥響應時間。

4 測試結果及數據分析

在不改變產品批次、工裝夾具、操作員的情況下，連續對某企業3種標準閥進行50次內漏測試。測試結果如圖9所示。

圖9 內漏測試結果

對電磁式EGR閥和直流電機式EGR閥進行50次響應時間測試，測試結果如圖10。

圖10 響應時間測試結果

對3種標準閥在固定開度下進行20次流量特性測試，記錄流量，測試結果如表2所示，對3種閥的兩種開度下流量實測值取平均值，再將平均值與標準值比較，得出相對誤差，系統相對誤差不超過1.5%。

表2 定點開度流量值 (單位：L/min)

Cmk是汽車行業內各種設備驗收測試的重要依據，依照實驗數據對各項指標的Cmk進行計算。計算結果如表3所示。各項測試指標的Cmk≥1.67，滿足技術要求。

表3 各指標Cmk計算

5 結束語

本論文提出的電控EGR閥綜合性能測試系統能較好的測試電控EGR閥的內漏流量、響應時間、流量特性以及內置位置感應器的準確度等綜合性能指標，為企業的新產品研發提供了一種測試方案，并已成功應用于某企業電控EGR閥測試車間。

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Development of Comprehensive Performance Test System for Electronically Controlled EGR Valve

Mao Ling, Jiang Qin, Liu Qidong, Chen Zexi

(College of Metrology and Testing Engineering, China JiLiang University, Hangzhou 310018，China)

Electronically controlled EGR valve is an important part in the technology of exhaust gas recirculation, which includes the type of stepper motor, electromagnetic and DC motor. However, the research on electronic controlled EGR valve test system is not enough. So a comprehensive performance test system is developed. The system is composed of drive unit, control unit and test unit. Electronically controlled EGR valve drive is the drive core of the drive unit. The control unit is the core of the control unit, and the test unit is composed of the test modules of each index. Through the technical index test process design, system has realized the EGR valve flow characteristic, the internal leakage performance, the response time and the valve position sensor performance automatic test. Experimental results show that the system is stable and reliable, the parameters of the machine capability index Cmk are more than 1.67, accords with the technical requirements. The system provides a test plan for the comprehensive performance of the EGR valve, and successfully applied to the production and testing workshop of a company's electronic control EGR valve.

electrically controlled EGR; comprehensive performance; test; machine capability index

2016-08-17；

2016-09-22。

毛 翎(1991-)，男，安徽寧國人，碩士研究生，主要從事自動化檢測及微型計算機應用方向的研究。

蔣 慶(1970-)，男，陜西人，教授，碩士研究生導師，主要從事生產過程自動測控技術的研究。

1671-4598(2017)01-0009-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.01.003

TP216

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